考慮全生命周期的綠色港口評價(jià)

徐國慶,張安西,馬建文,張澤陽

(山東交通學(xué)院航海學(xué)院, 山東威海 264200)

0 引言

綠色港口是指在環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)利益之間獲得良好平衡的可持續(xù)發(fā)展港口[1]。在當(dāng)前世界環(huán)境嚴(yán)重污染、資源大量消耗的背景下，加快綠色港口建設(shè)迫在眉睫。在《交通運(yùn)輸節(jié)能環(huán)?！笆濉卑l(fā)展規(guī)劃》中明確提出了交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排的硬性要求，打造綠色港口已成為全球港口的共識[2-5]。目前，國內(nèi)外已有一些針對綠色港口評價(jià)的研究。文獻(xiàn)[6]在對傳統(tǒng)港口運(yùn)作系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了生態(tài)港物流運(yùn)作系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[7]基于傳統(tǒng)的AHP-模糊綜合評價(jià)法，建立了綠色港口評價(jià)綜合評價(jià)模型，但單一AHP具有較大的主觀性，評價(jià)結(jié)果易出現(xiàn)超模糊現(xiàn)象。文獻(xiàn)[8]提出基于驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)模型的指標(biāo)體系，建立5層共22個(gè)指標(biāo)，對港口運(yùn)營現(xiàn)狀進(jìn)行了綠色評價(jià)。由上述文獻(xiàn)可知，當(dāng)前研究集中在港口運(yùn)營階段，缺乏對規(guī)劃、建設(shè)階段的考慮。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，將港口與全生命周期理論相結(jié)合，同時(shí)針對影響綠色港口指標(biāo)因素和評價(jià)等級概念模糊性特點(diǎn)，將AHP-熵值法和改進(jìn)模糊綜合評價(jià)法相結(jié)合構(gòu)建綠色港口評價(jià)模型，以期為將來綠色港口建設(shè)發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 綠色港口評價(jià)指標(biāo)體系

全生命周期作為生物學(xué)概念，泛指事物出生、成長、成熟、衰老、死亡的過程[9]。隨著科技發(fā)展，全生命周期理論也被引入了其他學(xué)科，綠色港口作為一個(gè)綜合的建筑系統(tǒng)，其生命周期表現(xiàn)為選址規(guī)劃、施工建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)3個(gè)階段[10-12]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)綠色港口定義，在每個(gè)階段設(shè)立資源節(jié)約、環(huán)境友好、運(yùn)行高效、以人為本4個(gè)目標(biāo)層，并參考《深入推進(jìn)綠色港口建設(shè)行動方案(2018—2022年)》，使用一系列指標(biāo)來表征各目標(biāo)狀況[13]。運(yùn)用Delphi法進(jìn)行指標(biāo)初選后，所得各階段指標(biāo)初選表見表1～3。

表1 港口規(guī)劃階段指標(biāo)初選

表2港口建設(shè)階段指標(biāo)初選

目標(biāo)層港口建設(shè)階段資源節(jié)約 施工能源節(jié)約、施工材料消耗環(huán)境友好 施工污染狀況、綠色設(shè)計(jì)占比、生態(tài)景觀建設(shè)、施工垃圾處理運(yùn)行高效 港區(qū)規(guī)劃、科學(xué)施工方案以人為本 基礎(chǔ)設(shè)施完善度、施工人員健康

表3 港口運(yùn)營階段指標(biāo)初選

在指標(biāo)初選體系的基礎(chǔ)上咨詢相關(guān)專家，對初選指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，最終建立了綠色港口評價(jià)指標(biāo)體系，如表4所示。

表4 綠色港口評價(jià)指標(biāo)體系

2 綜合評價(jià)模型

圖1 綠色港口評價(jià)流程

綠色港口評價(jià)涉及全生命周期時(shí)，其評價(jià)指標(biāo)復(fù)雜繁瑣，其中部分指標(biāo)可以進(jìn)行定量計(jì)算、精準(zhǔn)度量，但許多指標(biāo)無法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，只能采用定量分析方法進(jìn)行定性評價(jià)[14]。因此，本文采用主觀賦權(quán)法——AHP與客觀賦權(quán)法——熵值法相結(jié)合的方式，以增強(qiáng)指標(biāo)權(quán)重的準(zhǔn)確性，同時(shí)為克服傳統(tǒng)模糊評價(jià)中低分辨率的問題，運(yùn)用改進(jìn)后的模糊綜合評價(jià)法進(jìn)行最終評價(jià)，提高了評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。綠色港口評價(jià)流程見圖1。

2.1 主觀賦權(quán)法

2.1.1 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

設(shè)評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)為n(1≤i≤n)，參評專家人數(shù)為m(1≤j≤m)。如表5所示采用1-9標(biāo)度法，根據(jù)相關(guān)專家對準(zhǔn)則層與指標(biāo)層因素的兩兩重要程度的量化結(jié)果，構(gòu)建判斷矩陣。以該矩陣構(gòu)建齊次線性方程組，求得其對應(yīng)元素的相對重要性的排序權(quán)值[15]，記其中最大值為λ，則一致性指標(biāo)

表5 標(biāo)度表

IC=(λ-n)/(n-1)，

(1)

一致性比率

RC=IC/IR，

(2)

式中：IR為同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

若RC<0.1，則通過一致性檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)有效；反之則調(diào)整矩陣，重新計(jì)算。

2.1.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

對通過一致性檢驗(yàn)的矩陣，運(yùn)用Matlab計(jì)算其權(quán)重值u，結(jié)合均值法計(jì)算最終指標(biāo)權(quán)重

(3)

2.2 客觀賦權(quán)法

2.2.1 原始矩陣的歸一化處理

針對港口現(xiàn)狀，邀請相關(guān)工作人員進(jìn)行評價(jià)，建立原始數(shù)據(jù)矩陣

式中:qij為對應(yīng)指標(biāo)的評價(jià)值。

由于存在著正、負(fù)向指標(biāo)，其數(shù)值所代表的含義不同[16],因此為保持矩陣總體一致性，需要進(jìn)行異質(zhì)指標(biāo)同質(zhì)化處理，對于不同指標(biāo)采用不同的方法，歸一化后的數(shù)據(jù)仍記為qij。

對正向指標(biāo)：

(4)

對負(fù)向指標(biāo)：

(5)

2.2.2 評價(jià)指標(biāo)的熵

熵是對指標(biāo)離散程度的衡量[17]，對歸一化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行熵值計(jì)算。第i個(gè)指標(biāo)的熵

(6)

2.2.3 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

熵權(quán)是對系統(tǒng)內(nèi)指標(biāo)重要程度的衡量[18]。第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重

(7)

2.3 主客觀組合賦權(quán)

組合賦權(quán)就是結(jié)合AHP與熵值法共同賦權(quán)，以避免單一因素的影響，最大限度的減少信息損失。第i個(gè)指標(biāo)的主客觀組合權(quán)重

(8)

2.4 改進(jìn)模糊綜合評價(jià)法

2.4.1 建立綠色港口評價(jià)集

2013年發(fā)布的《綠色港口等級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中，將綠色港口等級設(shè)為三星級、四星級、五星級[19-20]。但結(jié)合當(dāng)下港口的建設(shè)現(xiàn)狀，原有標(biāo)準(zhǔn)已不能準(zhǔn)確的描述各個(gè)港口的綠色化水平。因此本文對該指標(biāo)進(jìn)行了完善，采用10標(biāo)度共分為5個(gè)等級，見表6。

表6 綠色港口評價(jià)量化區(qū)間

2.4.2 構(gòu)建單因素模糊矩陣

根據(jù)專家評價(jià)，確定指標(biāo)在評價(jià)集中對各評語的隸屬度，記為rij。由此構(gòu)建單因素模糊矩陣

2.4.3 模糊評價(jià)

由表4可知，綠色港口評價(jià)體系是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，具有不同的層次。為研究方便，分別對每一階段指標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)評價(jià)。則指標(biāo)層模糊綜合評價(jià)矩陣

(9)

對指標(biāo)層指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)后，依次排列即為準(zhǔn)則層模糊綜合評價(jià)矩陣

(10)

2.4.4 量化處理

傳統(tǒng)模糊評價(jià)法求得準(zhǔn)則層模糊向量后，參照隸屬度最大原則即可得出結(jié)果。但該方法利用信息不充分且分辨率較差，在實(shí)際應(yīng)用中還需要建立比較參數(shù)，確定評價(jià)等級集的等級加權(quán)向量使分散的元素可以量化[21-22]。為改善此狀況，增設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)向量

h=(h1h2…h(huán)n)，

(11)

則模糊綜合評價(jià)結(jié)果

(12)

對照量化值E與各評價(jià)集對應(yīng)區(qū)間，即可得出最終評價(jià)結(jié)果。

3 實(shí)例分析

3.1 威海港簡介

威海港位于威海灣南岸，距市中心16 km，港區(qū)最大水深16.5 m，碼頭岸線總長725 m，陸域面積46.8萬m2，水域面積115萬m2，是我國北方重要的海上門戶之一。港區(qū)東臨電廠，并有疏港鐵路，現(xiàn)有18個(gè)生產(chǎn)泊位，其中6個(gè)為5萬t級以上泊位、2個(gè)為10萬t級泊位，是我國北方重要港口之一[23-25]。

3.2 組合賦權(quán)

3.2.1 基于AHP的指標(biāo)權(quán)重

按照表4中所列的層次結(jié)構(gòu)模型，把港口劃分為規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營三個(gè)階段，共26個(gè)指標(biāo)。邀請18名業(yè)內(nèi)專家按照1-9標(biāo)度法給出準(zhǔn)則層與指標(biāo)層內(nèi)各因素的相對重要性程度，構(gòu)建判斷矩陣。代入式(1)(2)中，對通過一致性檢驗(yàn)的矩陣，運(yùn)用Matlab軟件計(jì)算其權(quán)重值，最后將結(jié)果代入式(3)中，即為基于AHP的指標(biāo)權(quán)重，見表7。

表7 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

3.2.2 基于熵值法的指標(biāo)權(quán)重

對16位港口相關(guān)人員進(jìn)行調(diào)研，分別對3層26個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分。根據(jù)打分結(jié)果，建立原始矩陣Q。經(jīng)式(4)(5)歸一化處理后，利用式(6)，可得規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營三階段熵向量：eA=(0.464 7 0.449 2 0.598 7 0.395 9 0.306 5 0.262 4 0.517 0 0.504 6)，eB=(0.382 6 0.423 2 0.513 7 0.541 9 0.362 9 0.450 0 0.489 3 0.445 4)，eC=(0.448 8 0.419 4 0.453 8 0.478 9 0.403 1 0.410 2 0.217 3 0.310 8 0.247 7 0.430 8)。代入式(7)中，即得到基于熵值法的指標(biāo)權(quán)重，見表7。

3.2.3 組合權(quán)重

把兩種方法所得指標(biāo)權(quán)重帶入式(8)，即可得到主客觀組合權(quán)重，見表7。

3.3 模糊綜合評價(jià)

由表7可知各階段因素的權(quán)重向量。準(zhǔn)則層：W=(0.203 1 0.474 3 0.325 5)；指標(biāo)層：WA=(0.128 1 0.095 7 0.175 5 0.152 9 0.123 1 0.102 2 0.128 8 0.099 3),WB=(0.165 1 0.147 1 0.134 8 0.063 5 0.111 5 0.131 5 0.128 8 0.117 5),WC=(0.109 6 0.170 2 0.088 9 0.114 6 0.078 7 0.050 3 0.099 7 0.101 3 0.109 1 0.077 1)。

針對威海港綠色評價(jià)指標(biāo)，邀請10名港工專家進(jìn)行評判。根據(jù)評判結(jié)果，計(jì)算得出選址階段的單因素模糊矩陣

建設(shè)階段的單因素模糊矩陣

運(yùn)營階段的單因素模糊矩陣

根據(jù)式(9)(10)，可得出準(zhǔn)則層的模糊綜合評價(jià)矩陣

D1=WARA=(0.084 8 0.049 3 0.257 4 0.343 8 0.266 4),

D2=WBRB=(0.111 5 0.141 4 0.275 9 0.159 2 0.311 8),

D3=WCRC=(0.079 2 0.145 5 0.251 8 0.217 1 0.306 2),

即

由式(11)可知標(biāo)準(zhǔn)向量h= (1 3 5 7 9)，帶入式(12)求得

E=6.020。

參照港口評價(jià)量化區(qū)間，可知威海港的綠色評價(jià)為“四星級”。符合綠色港口建設(shè)發(fā)展要求，但E處于“四星級”區(qū)間底部，說明該港口還未真正實(shí)現(xiàn)環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)利益的平衡，在未來仍需進(jìn)一步發(fā)展。

4 結(jié)語

綠色港口建設(shè)是大勢所趨。本文依托全生命周期理論構(gòu)建了包含3個(gè)準(zhǔn)則層，26個(gè)指標(biāo)層的綠色港口評價(jià)指標(biāo)體系，建立了科學(xué)的綠色港口評價(jià)模型，從而為港口提供了一種有效的評估方法，幫助港口部門進(jìn)行科學(xué)化決策，以推動我國綠色港口的建設(shè)和發(fā)展。

未來的工作重點(diǎn)可放在兩處，一是對綠色港口評價(jià)指標(biāo)體系的優(yōu)化，本文中指標(biāo)是根據(jù)當(dāng)下建設(shè)狀況制定，但隨著綠色港口探索和實(shí)踐的進(jìn)步，指標(biāo)體系需要不斷優(yōu)化更新。二是文中評價(jià)階段采用了改進(jìn)模糊綜合評價(jià)法，雖然有效提高了結(jié)果的分辨率，但計(jì)算過程較為復(fù)雜。在未來可考慮結(jié)合綠色港口大數(shù)據(jù)，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法建立模型來解決該問題。