基于群決策的基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素評(píng)價(jià)

孟俊娜， 裴勇杰， 權(quán) 樂(lè)， 許彥斌

(1. 天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072； 2. 天津商務(wù)職業(yè)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)院, 天津 300170)

基礎(chǔ)設(shè)施在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、提高城市居民生活水平和減少貧富差距等方面都發(fā)揮著重要的作用[1-2].然而，我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)等階段仍存在著長(zhǎng)期利益的忽視[3]、生態(tài)環(huán)境的破壞[4]、使用壽命短[5]、運(yùn)營(yíng)管理水平低[6]等問(wèn)題，其產(chǎn)生的根源在于對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性的忽視.因此，在決策階段對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素進(jìn)行識(shí)別，有利于減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可持續(xù)性問(wèn)題的產(chǎn)生.

影響基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性的因素來(lái)自多層次多維度.有些學(xué)者將基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性分成三個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，即經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境.比如，Pryn[7]、Karaca[8]、Zhang[9]、Yao[10]等從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三個(gè)維度評(píng)估和分析了基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性；Shen等[11]基于模糊集理論從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三方面研究了基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性的關(guān)鍵影響因素.除此之外，部分學(xué)者也從其他方面考慮了基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素.比如，Zhou等[12]將基礎(chǔ)可持續(xù)性分為內(nèi)部可持續(xù)性和外部可持續(xù)性，考慮了項(xiàng)目本身的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和管理水平影響因素，進(jìn)而建立了項(xiàng)目的可持續(xù)性評(píng)估模型.Boz等[13-14]將基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性分為產(chǎn)品工序和自然屬性兩方面，并通過(guò)專家訪談對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證分析.然而，在以往的研究中，指標(biāo)權(quán)重的確定主要依賴于少數(shù)專家的主觀評(píng)價(jià)值，難以克服評(píng)價(jià)結(jié)果具有較強(qiáng)主觀性的缺點(diǎn).徐選華等[15]提出了基于項(xiàng)目歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度模型來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)性.雖然該模型克服了評(píng)價(jià)方法主觀性強(qiáng)的缺點(diǎn)，但僅適用于單個(gè)對(duì)象的評(píng)價(jià)，且權(quán)重模型優(yōu)化不足.

基于此，本文首先通過(guò)文獻(xiàn)回顧對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素進(jìn)行了識(shí)別，其次對(duì)單個(gè)項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素的權(quán)重進(jìn)行確定.進(jìn)而在考慮信息偏差、一致性和信息熵三方面因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性多屬性群決策模型.最終通過(guò)對(duì)24個(gè)公路項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)證分析，驗(yàn)證了該模型的可行性.

1 基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素識(shí)別

本文通過(guò)文獻(xiàn)回顧[7-14]，參考國(guó)內(nèi)的項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，將基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素分為經(jīng)濟(jì)因素(ECE)、社會(huì)因素(SOE)和自然環(huán)境因素(ENE)，見(jiàn)表1.

表1 基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素及量化指標(biāo)Tab.1 Sustainability factors and quantitative indexes of urban infrastructure

2 基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素權(quán)重優(yōu)化模型的構(gòu)建

2.1 相關(guān)概念的定義

將單個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素看成一個(gè)群體Ω，其中包含表1中的27個(gè)可持續(xù)性影響因素量化指標(biāo).具體定義如下：

定義1可持續(xù)性矢量.設(shè)第i個(gè)可持續(xù)性影響因素的量化指標(biāo)為q個(gè)，其中第l個(gè)量化指標(biāo)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響為vil(vil>0,l=1,2,…,p)，則稱可持續(xù)矢量Vil=(vi1,vi2,…,vip)為第i個(gè)可持續(xù)性影響因素的可持續(xù)矢量.

定義3兩個(gè)可持續(xù)性影響因素Vi和Vj之間的可持續(xù)性關(guān)聯(lián)度[15]rij(Vi,Vj)表示為

(1)

定義4基礎(chǔ)設(shè)施兩個(gè)不同階段的可持續(xù)性影響因素權(quán)重矢量wi和wj之間的相關(guān)程度用關(guān)聯(lián)度[16]ρij(wi,wj)表示為

(2)

定義5在計(jì)算指標(biāo)綜合權(quán)重過(guò)程中，引入文獻(xiàn)中成員矢量之間的關(guān)聯(lián)度均方差和矢量集一致性指標(biāo)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).相對(duì)偏差函數(shù)取得最小值時(shí)，表示每個(gè)項(xiàng)目權(quán)重矢量與群體綜合權(quán)重偏差最小，一致性程度最高[17].據(jù)此構(gòu)造成員矢量之間關(guān)聯(lián)度的相對(duì)偏差函數(shù)：

f(W)min=

(3)

(4)

2.2 基于關(guān)聯(lián)度的多屬性群體決策模型的構(gòu)建

基于關(guān)聯(lián)度的多屬性群體決策模型構(gòu)建的流程如圖1所示.

圖1 模型構(gòu)建流程圖Fig.1 Model build flow chart

利用關(guān)聯(lián)度權(quán)重模型[15]，對(duì)單個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到單個(gè)項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重.然而，一個(gè)項(xiàng)目得到的可持續(xù)性影響因素權(quán)重對(duì)其他各類項(xiàng)目的借鑒程度有限，需要考慮多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的綜合情況.因此，在單個(gè)項(xiàng)目權(quán)重基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將不同的項(xiàng)目看作一個(gè)群體Ψ，形成一個(gè)群體屬性維度相同的多屬性群決策問(wèn)題.關(guān)聯(lián)度多屬性群體決策模型的構(gòu)建具體流程如下：

(1)運(yùn)用關(guān)聯(lián)度模型可得出m個(gè)項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素權(quán)重，其中，第t個(gè)項(xiàng)目的權(quán)重矢量記為wt=(wt1,wt2,…,wtn)，1≤t≤m.將m個(gè)項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素的權(quán)重矢量矩陣記為：W={w1,w2,…,wt,…,wm}.

(3)項(xiàng)目權(quán)重組成對(duì)角矩陣形成修正系數(shù)矩陣，然后右乘初始的可持續(xù)影響因素權(quán)重矩陣W，最終得到矩陣G：

(5)

(6)

(5)根據(jù)群體偏差最小以及信息熵最大原則，本研究提出權(quán)重最優(yōu)化模型(7)如下：

目標(biāo)函數(shù)：

F(W)min=

約束條件：

3 基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素權(quán)重確定步驟

步驟1：?jiǎn)蝹€(gè)項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素結(jié)構(gòu)分析.

首先，運(yùn)用式(1)求出兩兩可持續(xù)性影響因素之間的關(guān)聯(lián)度rij(vi,vj)，得到n×n的關(guān)聯(lián)度矩陣；然后，基于可持續(xù)關(guān)聯(lián)度矩陣，對(duì)可持續(xù)性影響因素群體Ω應(yīng)用改進(jìn)的矢量空間聚類方法進(jìn)行聚類[17]，可以形成p個(gè)可持續(xù)性影響因素集Ω={C1,C2,…,Cp}.

步驟2：項(xiàng)目不同階段可持續(xù)性影響因素初始權(quán)重確定

步驟3：可持續(xù)性影響因素權(quán)重初次優(yōu)化結(jié)果

步驟4：可持續(xù)性影響因素權(quán)重再次優(yōu)化結(jié)果

步驟5：可持續(xù)性影響因素權(quán)重迭代優(yōu)化

4 實(shí)證分析

本文通過(guò)對(duì)24個(gè)真實(shí)的公路項(xiàng)目的跟蹤與調(diào)查，并結(jié)合其環(huán)境評(píng)估報(bào)告、運(yùn)營(yíng)車流量、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、公里數(shù)、運(yùn)營(yíng)成本等相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算和統(tǒng)計(jì)了表1中的基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素的27個(gè)量化指標(biāo)，即量化指標(biāo)的真實(shí)值.而影響因素量化指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值則來(lái)源于歷史數(shù)據(jù)的最優(yōu)值或理想狀態(tài)下的取值，差異值表示理想值與真實(shí)值之間的差距.最終的基礎(chǔ)設(shè)施影響因素量化指標(biāo)真實(shí)值、理想值和差異值見(jiàn)表2.(因篇幅所限僅列出聯(lián)興阿城項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)果).

根據(jù)計(jì)算單個(gè)項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素之間的關(guān)聯(lián)度值進(jìn)行聚類，聚類結(jié)果見(jiàn)表3，從而得出聯(lián)興阿城項(xiàng)目各因素權(quán)重見(jiàn)表4.以同樣的計(jì)算步驟，可得出24個(gè)項(xiàng)目的可持續(xù)性影響因素權(quán)重見(jiàn)表5.

表2 聯(lián)興阿城段公路項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素量化指標(biāo)的真實(shí)值、理想值和差異值Tab.2 The true, ideal and difference values of quantitative indexes of sustainability factors of Lian-A highway project

表3 聯(lián)興阿城段公路項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素聚類結(jié)果Tab.3 Cluster results of sustainability factors of Lian-A highway project

在以上結(jié)果的基礎(chǔ)上，以24個(gè)項(xiàng)目為群體Ψ，以上一步中得到的指標(biāo)為準(zhǔn)則，運(yùn)用迭代的方法，按照4個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)化前F(W)=223.543，經(jīng)過(guò)初次優(yōu)化和再次優(yōu)化后F*(W)=1.229.

多次優(yōu)化后F(W)min=-10.521，多次循環(huán)優(yōu)化都是趨近于這個(gè)最小值.因此求解得到在F(W)最小情況下得到的基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素的最優(yōu)權(quán)重見(jiàn)表6.

綜合上述：(1)影響因素指標(biāo)權(quán)重優(yōu)化后相比優(yōu)化前，F(xiàn)(W)大幅度下降，從223.543到-10,521，相對(duì)偏差也大幅減小，驗(yàn)證了基于關(guān)聯(lián)度的多屬性群體決策模型的有效性;(2)得到了24個(gè)公路項(xiàng)目的可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的一般性權(quán)重.其中，對(duì)公眾的影響程度、公眾滿意度、大氣環(huán)境影響、固體廢棄物、為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供便利設(shè)施等因素所占權(quán)重較大，分別達(dá)0.121、0.082、0.082、0.080、0.079，說(shuō)明這些因素對(duì)公路項(xiàng)目可持續(xù)性的影響較大，在新建類似基礎(chǔ)設(shè)施的項(xiàng)目時(shí)需重點(diǎn)考慮這些關(guān)鍵指標(biāo);(3)水環(huán)境的影響、建設(shè)資金合理性等因素所占權(quán)重相對(duì)較低，分別為0.048和0.057.水環(huán)境影響因素所占權(quán)重較低的原因在于公路的建設(shè)對(duì)水流、河流等影響較小，而建設(shè)資金合理性影響因素所占權(quán)重較低的原因在于，這些公路項(xiàng)目大都是政府出資建設(shè)，更為看重的是社會(huì)效益而非經(jīng)濟(jì)利益.

表4 聯(lián)興阿城段公路項(xiàng)目可持續(xù)性影響因素的權(quán)重Tab.4 The Weight of sustainability factors of Lian-A highway project

表5 24個(gè)項(xiàng)目的可持續(xù)性影響因素權(quán)重表Tab.5 The weight of sustainability factors of 24 road projects

表6基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性影響因素的一般權(quán)重值

Tab.6Generalizedweightsinfrastructureprojectssustainabilityimpactfactors

一級(jí)指標(biāo)可持續(xù)性指標(biāo)因素一級(jí)指標(biāo)權(quán)重可持續(xù)性指標(biāo)因素權(quán)重綜合權(quán)重經(jīng)濟(jì)影響社會(huì)環(huán)境影響自然環(huán)境影響v1l建設(shè)資金合理性v2l環(huán)保投資力度v3l投資回收周期v4l項(xiàng)目帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益v5l為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供便利設(shè)施v6l對(duì)公眾的影響程度v7l公眾滿意度v8l自然生態(tài)影響v9l水環(huán)境影響v10l大氣環(huán)境影響v11l固體廢棄物v12l聲環(huán)境影響v13l環(huán)保措施0.2810.2820.4370.2010.0570.2690.0760.2580.0730.2720.0760.2790.0790.4310.1210.2900.0820.1710.0750.1090.0480.1870.0820.1820.0800.1700.0740.1810.079

5 結(jié)論

本文構(gòu)建的基于關(guān)聯(lián)度的多屬性群決策模型，為實(shí)現(xiàn)在影響因素和項(xiàng)目數(shù)量眾多的情況下對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)提供有效的方法.該模型通過(guò)修正系數(shù)矩陣對(duì)項(xiàng)目群體綜合權(quán)重進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合24個(gè)公路項(xiàng)目的實(shí)證分析驗(yàn)證了該模型的有效性.該模型的優(yōu)點(diǎn)在于評(píng)價(jià)所需數(shù)據(jù)來(lái)源于項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)狀況相關(guān)數(shù)據(jù)，具有一定的客觀性；且能適用于影響因素復(fù)雜，數(shù)量龐大的復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià).