地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境的影響研究——基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的灰色模糊綜合評(píng)價(jià)

劉繼才，羅 劍，楊晨辰

（西南交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川成都 610031）

一、引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化步伐的加快，城市面積不斷增大，城市人口急劇增長(zhǎng)，城市居民出行更加頻繁，許多城市不同程度地出現(xiàn)了交通堵塞狀況，特大城市的交通堵塞情況尤為嚴(yán)重。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，對(duì)便捷、快速、安全的交通出行方式的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。發(fā)展城市公共交通成為解決這一問(wèn)題的最佳方法，其中地鐵更是受到許多城市的青睞。

地鐵在節(jié)約資源，改善城市交通、方便居民出行，推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮了巨大的作用。然而，地鐵項(xiàng)目的建設(shè)也會(huì)給城市生態(tài)和社會(huì)環(huán)境帶來(lái)不良影響。特別是我國(guó)地鐵建設(shè)發(fā)展迅速，所造成的環(huán)境問(wèn)題更加嚴(yán)重，面臨的環(huán)境保護(hù)任務(wù)更加迫切。環(huán)境是影響城市發(fā)展的主要因素之一，對(duì)地鐵建設(shè)過(guò)程中所造成的環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行研究可以明確開發(fā)建設(shè)者的環(huán)保責(zé)任，減少建設(shè)過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題;為地鐵工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)者提出環(huán)保建議和要求，為環(huán)境管理者提供對(duì)地鐵項(xiàng)目實(shí)施有效管理的科學(xué)根據(jù)〔1〕。

許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地鐵建設(shè)過(guò)程中造成的城市環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行了研究。Kumar提出要通過(guò)適當(dāng)合理的規(guī)劃最大限度地減少地鐵施工給城市環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響，特別是降低人口稠密區(qū)的懸浮顆粒物（SPM）和噪聲污染〔2〕。Ghotbi等通過(guò)對(duì)公眾意見的調(diào)查，分析了地鐵站點(diǎn)間的噪聲污染情況〔3〕。Ocak分析了地鐵建設(shè)過(guò)程中造成的交通堵塞、噪音和振動(dòng)、建筑垃圾、建筑物破壞等問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方法〔4〕。

張建文和張潞全面闡述了地鐵建設(shè)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的影響：一方面，他們分析了施工期產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲、空氣污染和水土流失等問(wèn)題對(duì)城市生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響;另一方面，他們論述了地鐵運(yùn)營(yíng)期間給城市生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的諸如促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、緩解地面交通、改善環(huán)境質(zhì)量等正面影響〔5〕。江家驊等探討了城市軌道交通規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境、聲和振動(dòng)以及電磁環(huán)境、資源利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)4個(gè)維度的指標(biāo)〔6〕。佟玲等運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法分析了城市軌道交通建設(shè)對(duì)城市的影響。他們從房?jī)r(jià)、軌道交通的其他經(jīng)濟(jì)要素、建設(shè)期環(huán)境影響、運(yùn)營(yíng)期環(huán)境影響、社會(huì)效益5個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，將問(wèn)題進(jìn)行量化，得出了可度量的結(jié)果〔7〕。

通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外研究成果發(fā)現(xiàn)，已有的研究成果都具體分析了地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境某一方面（如噪聲、振動(dòng)、地下水等）的影響，或?qū)⑵渥匀簧鷳B(tài)環(huán)境影響和人文社會(huì)環(huán)境影響分開來(lái)論述，它們構(gòu)建的地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的評(píng)價(jià)體系忽略了對(duì)城市居民日常生活產(chǎn)生的直接影響。本文將研究地鐵建設(shè)時(shí)期對(duì)城市環(huán)境的綜合影響，在已有研究成果上建立一套新的地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系不僅包括地鐵建設(shè)過(guò)程中造成的各種自然和社會(huì)環(huán)境問(wèn)題，還將突出地鐵建設(shè)過(guò)程中對(duì)城市居民日常生活造成的直接影響;通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，分析地鐵施工建設(shè)對(duì)各指標(biāo)因素造成的影響程度?；谥笜?biāo)間具有一定的關(guān)聯(lián)性，本文運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法（Analytic Network Process）確定各個(gè)指標(biāo)因素的權(quán)重?？紤]到研究問(wèn)題的模糊性與灰色性，本文將采用灰色模糊評(píng)價(jià)方法（Greyfuzzy Comprehensive Evaluation）對(duì)整個(gè)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而確定地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的程度。

二、地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境的影響指標(biāo)體系

地鐵建設(shè)是一項(xiàng)浩大的市政建設(shè)工程，由于工程規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)、投資巨大并且建設(shè)地點(diǎn)多在人口稠密的繁華城市中心商業(yè)區(qū)、市民居住區(qū)以及車流量較大的交通要道，工程施工期間將對(duì)城市環(huán)境造成一定的不良影響，給城市居民的學(xué)習(xí)、生活和工作帶來(lái)一定不便〔8〕。地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境造成的影響是多方面、多層次的。陳愛俠等分析了地鐵建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)、地下水污染、土地資源破壞、大氣污染和建筑垃圾堆放等問(wèn)題〔8〕。張建文和張潞通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)地鐵建設(shè)施工會(huì)占用城市道路，造成交通堵塞，并嚴(yán)重影響市容市貌〔5〕。譚宗平論述了地鐵建設(shè)過(guò)程中的拆遷、商鋪營(yíng)業(yè)、破壞建筑物以及占用綠地等現(xiàn)象〔9〕。冀幼平和張海燕強(qiáng)調(diào)地鐵建設(shè)應(yīng)該著重保護(hù)文化古跡和自然人文景觀，在線路設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分考慮地下管線的影響〔10〕。侯愛敏和翟青研究了地鐵建設(shè)階段和運(yùn)營(yíng)階段對(duì)周邊房?jī)r(jià)的影響〔11〕。通過(guò)對(duì)以上研究成果的整理和歸納，本文將地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境的影響分為城市生態(tài)環(huán)境影響、城市行居環(huán)境影響和城市文化景觀環(huán)境影響三類。

1．對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的影響

城市生態(tài)環(huán)境是指影響城市居民生存和發(fā)展的各種自然因素，是水資源、土地資源、氣候資源和生物資源質(zhì)量與數(shù)量的總稱。地鐵工程建設(shè)規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)，將不可避免的對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，其影響主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：空氣影響、地下水影響、建筑垃圾影響、土體地質(zhì)影響、城市綠化的破壞。

2．對(duì)城市行居環(huán)境影響

城市行居環(huán)境是城市居民工作學(xué)習(xí)、社會(huì)交往和生活休息的空間場(chǎng)所。地鐵建設(shè)在影響城市生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，更會(huì)對(duì)城市居民的衣、食、住、行產(chǎn)生影響，打擾市民正常的學(xué)習(xí)工作和生活休息。地鐵建設(shè)對(duì)城市行居環(huán)境的影響主要包括：拆遷影響、沿線房?jī)r(jià)影響、沿線商鋪營(yíng)業(yè)影響、地下市政管線破壞、振動(dòng)和噪聲影響、建筑物結(jié)構(gòu)破壞、道路占用。

3．對(duì)城市文化景觀環(huán)境的影響

城市文化景觀環(huán)境影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：城市景觀影響和歷史文化遺產(chǎn)破壞。城市景觀是指由街道、廣場(chǎng)、建筑物、園林綠化等形成的外觀及氣氛;文化遺產(chǎn)指是從歷史、藝術(shù)或科學(xué)的角度看，具有普遍價(jià)值的建筑物、雕刻、繪畫、遺物等文物。

根據(jù)以上分析，可以構(gòu)建如表1所示的地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的指標(biāo)體系。

表1 地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的指標(biāo)體系

三、問(wèn)卷調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

本文以成都市居民為對(duì)象，調(diào)查了成都地鐵建設(shè)過(guò)程中對(duì)城市環(huán)境的影響情況。結(jié)合前文構(gòu)建的指標(biāo)體系，問(wèn)卷以14個(gè)三級(jí)指標(biāo)設(shè)問(wèn)，采用五級(jí)層次（非常嚴(yán)重、較嚴(yán)重、一般、較輕、非常輕）選項(xiàng)。本次調(diào)查共發(fā)放問(wèn)卷281份，收回有效問(wèn)卷240份，問(wèn)卷有效回收率為85．4%。

（一）問(wèn)卷的信度和效度分析

運(yùn)用SPSS 17．0對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行信度和效度分析。信度分析結(jié)果中，總量表Cronbach's Alpha系數(shù)為0．791，分量表的 Cronbach's Alpha 系數(shù)范圍為0．764～0．805。國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為，在檢驗(yàn)量表信度時(shí)，Cronbach's Alpha系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：0．6 ～0．65（最好不要）;0．65 ～0．7（最小可接受值）;0．7 ～0．8（相當(dāng)好）;0．8 ～0．9（非常好）〔12〕。由此可知，問(wèn)卷具有較好的信度。文章采用因子分析法進(jìn)行效度分析，分析結(jié)果中的 KMO系數(shù)為0．758，其p值為0．000（小于0．01），達(dá)到顯著水平;提取出5個(gè)公共因子，其累積解釋總方差達(dá)到 67．296%（大于0．6）;各指標(biāo)項(xiàng)旋轉(zhuǎn)載荷范圍為 0．521 ～ 0．877，且多數(shù)超過(guò)了0．6，故可判斷問(wèn)卷具有較好的結(jié)構(gòu)效度。

（二）指標(biāo)選項(xiàng)的頻率統(tǒng)計(jì)

調(diào)查問(wèn)卷各題項(xiàng)直接反映了地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響指標(biāo)體系中的第三級(jí)指標(biāo)。對(duì)各個(gè)題項(xiàng)的選項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，構(gòu)造后續(xù)模糊評(píng)價(jià)的評(píng)判矩陣（統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2）。

表2的數(shù)據(jù)顯示：各環(huán)境影響指標(biāo)中，調(diào)查者選擇影響程度一般與較嚴(yán)重的比例遠(yuǎn)高于其他選項(xiàng)。

表2 調(diào)查問(wèn)卷題項(xiàng)頻率統(tǒng)計(jì) （%）

四、基于ANP指標(biāo)權(quán)重的確定

目前，眾多學(xué)者采用AHP（層次分析法）確定指標(biāo)權(quán)重。但AHP方法本身有一定的局限性，它假設(shè)各個(gè)指標(biāo)都是相對(duì)獨(dú)立的，忽視了指標(biāo)之間的相互關(guān)聯(lián)。1996年，T．L．Saaty教授在AHP方法的基礎(chǔ)上提出了ANP（網(wǎng)絡(luò)層次分析法），用于解決非獨(dú)立遞階層次結(jié)構(gòu)的決策問(wèn)題。

現(xiàn)實(shí)中，大部分實(shí)際問(wèn)題和決策問(wèn)題的元素之間都存在一定的關(guān)聯(lián)，具有內(nèi)部依賴性和外部依賴性。此時(shí)，AHP方法顯然已不適用這類問(wèn)題，采用ANP方法更為有效。ANP方法將系統(tǒng)因素分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩大部分。控制層類似于一個(gè)遞階層次結(jié)構(gòu)，包括目標(biāo)層和準(zhǔn)則層，準(zhǔn)則層是相互獨(dú)立的，并只受目標(biāo)層的影響。網(wǎng)絡(luò)層由若干個(gè)元素集構(gòu)成，彼此互不獨(dú)立，互不隸屬，形成相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)〔12〕。圖1即為本文構(gòu)建的基于ANP的地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境的影響評(píng)價(jià)模型。

本文根據(jù)1～9標(biāo)度法原理，設(shè)計(jì)了一份專家權(quán)重調(diào)查問(wèn)卷，并邀請(qǐng)了10位相關(guān)專家對(duì)各個(gè)指標(biāo)的重要性進(jìn)行了評(píng)分。根據(jù)評(píng)分結(jié)果，運(yùn)用ANP理論，借助Super Decision軟件構(gòu)建了如圖1所示的ANP結(jié)構(gòu)模型，并通過(guò)軟件中提供的兩兩指標(biāo)間判斷矩陣打分界面計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果（見表3）。

從表3可以看出，三類城市環(huán)境的重要程度依次為：城市行居環(huán)境、城市生態(tài)環(huán)境、城市文化景觀環(huán)境。

圖1 地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的ANP結(jié)構(gòu)模型

表3 各級(jí)指標(biāo)相對(duì)于上一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重

五、地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的灰色模糊評(píng)價(jià)

地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的因子眾多，涉及面廣，是一個(gè)多變量、多因素、多層次的等級(jí)系統(tǒng)。其指標(biāo)體系由定性指標(biāo)構(gòu)成，其評(píng)價(jià)結(jié)果只能依靠人的主觀意識(shí)，邊界模糊，難以確定。同時(shí)，被調(diào)查者和專家的個(gè)人偏好和知識(shí)結(jié)構(gòu)不盡相同，因而導(dǎo)致所收集的數(shù)據(jù)具有一定的不完全性與不確定性。地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的問(wèn)題中既存在模糊性，又具有灰色性。這就要求在評(píng)價(jià)過(guò)程中既要考慮問(wèn)題的模糊性，又要考慮其灰色性。基于此，本文借助灰色模糊綜合評(píng)判方法來(lái)評(píng)價(jià)地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境的綜合影響程度。

灰色模糊綜合評(píng)價(jià)則結(jié)合了灰色關(guān)聯(lián)與模糊數(shù)學(xué)理論，是一種在已知信息不充分的條件下，評(píng)價(jià)具有模糊因素的事物或現(xiàn)象的方法〔13〕。

（一）地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的灰色模糊綜合評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息具有一定的不確定性，常用描述性語(yǔ)言來(lái)對(duì)應(yīng)一定的灰度范圍，灰度值取［0，1］中的任一值或任一范圍表示信息量的多少。以往眾多學(xué)者按信息量的多少將信息分成：{很充分，比較充分，一般，比較貧乏，非常貧乏}，其相對(duì)應(yīng)的灰度范圍為{0 ～0．2，0．2 ～0．4，0．4 ～0．6，0．6 ～0．8，0．8～1}。本文將采用這一分類標(biāo)準(zhǔn)。

1．構(gòu)建因素集

因素集是由影響評(píng)價(jià)對(duì)象的m個(gè)因素組成的集合，由U表示，同時(shí)還得綜合各個(gè)因素的灰度Y。顯然，由前文的指標(biāo)體系可知，本文中的因素集為二層集：

第一層因素：

第二層因素：

2．構(gòu)建評(píng)價(jià)集

建立每一個(gè)因素所處狀態(tài)的n種決斷的集合，即評(píng)價(jià)集

本文建立含5個(gè)等級(jí)的評(píng)價(jià)集，V={非常嚴(yán)重，較嚴(yán)重，一般，較輕，非常輕}。

3．構(gòu)建權(quán)重集

前文已經(jīng)基于ANP的方法計(jì)算了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重qi，但權(quán)重集可以看成評(píng)價(jià)對(duì)象與因素集之間的灰色模糊關(guān)系。結(jié)合權(quán)重qi與其對(duì)應(yīng)的灰度ri，構(gòu)成權(quán)重集

4．構(gòu)建因素評(píng)判矩陣及灰色模糊合成

首先，進(jìn)行單因素灰色模糊評(píng)價(jià)。單獨(dú)從一個(gè)最底層因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而確定評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)集合V的隸屬程度，此過(guò)程叫做單因灰色素模糊評(píng)價(jià)。單因素模糊評(píng)價(jià)是綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，本文是通過(guò)統(tǒng)計(jì)調(diào)查法來(lái)確定底層指標(biāo)的隸屬度λ，再進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)。

其中，λij表示第i個(gè)因素的屬于第j個(gè)等級(jí)的可 …能性，是相應(yīng)指標(biāo)信息的灰度。其中i=1，2，，m;j=1，2，…，n。引進(jìn)決策集，使得

5．評(píng)價(jià)結(jié)果處理

上述得到的評(píng)判結(jié)果向量包含兩部分，前一部分是對(duì)環(huán)境指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)，后一部分是對(duì)信息完全程度的描述。本文定義一個(gè)行向量β=（β1，β2，…，βn），并使得 βj=bj+（1 －yj），j=1，2，3，…，n。βj體現(xiàn)了隸屬度越大越好，灰度越小越好的原則，以βj的最大值作為最優(yōu)評(píng)判結(jié)果〔14〕。

（二）地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境影響的灰色模糊計(jì)算

根據(jù)指標(biāo)體系，城市生態(tài)環(huán)境包括五個(gè)相關(guān)指標(biāo)：空氣影響、地下水影響、建筑垃圾影響、土體影響、城市綠化破壞。本文指標(biāo)權(quán)重根據(jù)專家打分計(jì)算得出，故可認(rèn)為這部分信息很充分，本文假設(shè)所有指標(biāo)的灰度值都為0．1。對(duì)于城市生態(tài)環(huán)境，該5個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的權(quán)重集為

分析以往研究中環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的情況，某項(xiàng)指標(biāo)被選用的次數(shù)越多，可認(rèn)為該指標(biāo)的信息越充分。綜合上文的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，可構(gòu)建城市生態(tài)環(huán)境的評(píng)判矩陣為：

處理結(jié)果為：

根據(jù)最大隸屬度原則，可以判斷，地鐵建設(shè)過(guò)程中對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的影響程度一般。

同理，城市行居環(huán)境影響灰色模糊評(píng)價(jià)結(jié)果β2以及城市文化景觀環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果β3分別為：

根據(jù)最大隸屬度原則，地鐵建設(shè)對(duì)城市行居環(huán)境有較嚴(yán)重影響，對(duì)城市文化景觀環(huán)境影響一般。

六、結(jié)論

基于ANP方法確定指標(biāo)權(quán)重，充分考慮了指標(biāo)間的相互關(guān)聯(lián)，使權(quán)重計(jì)算結(jié)果更加科學(xué)。運(yùn)用灰色模糊綜合評(píng)價(jià)法分析地鐵建設(shè)對(duì)城市環(huán)境的影響，既解決了問(wèn)題的模糊性，又兼顧了信息的不完全性，使評(píng)判結(jié)果更加客觀可信。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，地鐵建設(shè)對(duì)城市行居環(huán)境有著較為嚴(yán)重的影響。此外，由文中的權(quán)重計(jì)算結(jié)果可知，三類城市環(huán)境的重要性依次為：城市行居環(huán)境、城市生態(tài)環(huán)境、城市文化景觀環(huán)境。這說(shuō)明地鐵建設(shè)期間，建設(shè)者更應(yīng)該考慮到項(xiàng)目對(duì)城市居民衣、食、住、行等日常生活帶來(lái)的影響，并采取相應(yīng)措施降低項(xiàng)目對(duì)城市環(huán)境造成的負(fù)面影響，為地鐵建設(shè)創(chuàng)造一個(gè)和諧有利的環(huán)境。

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