基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-物元可拓分析的寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)

胡云香， 馬占武*， 韓靜云， 傅 博， 馬 玲， 田幼萌

(1.北方民族大學(xué)土木工程學(xué)院， 銀川 750021； 2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司， 北京 100054)

農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的具體舉措。自2008年以來(lái)，在國(guó)家政策的重點(diǎn)扶持下，寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)展迅速，截至2018年年底全區(qū)基本實(shí)現(xiàn)了水、電、路、氣、房、優(yōu)美環(huán)境“六到農(nóng)家”，大部分地區(qū)的公共服務(wù)水平顯著提高，村民生活環(huán)境得到極大改善。但是隨著《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》的不斷推進(jìn)與落實(shí)，寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中存在的問(wèn)題不斷凸顯，尤其是對(duì)農(nóng)村人居環(huán)境影響比較顯著的生活污水處理、垃圾處理、糞便處理(廁所)等設(shè)施的建設(shè)問(wèn)題最為明顯。寧夏地處西部地區(qū)，自身發(fā)展基礎(chǔ)比較薄弱，在農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過(guò)程中借鑒東部發(fā)達(dá)省份的經(jīng)驗(yàn)較多，但是由于缺乏詳細(xì)規(guī)劃，在借鑒的過(guò)程中對(duì)技術(shù)的選擇和使用論證不足，完全照搬東部地區(qū)模式，沒(méi)有因地制宜、因村制宜，影響了寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的質(zhì)量及人居環(huán)境整治的效果。

造成部分技術(shù)在寧夏地區(qū)應(yīng)用 “水土不服”的主要原因在于：一是技術(shù)本身存在缺陷。技術(shù)在研發(fā)及推廣的過(guò)程中沒(méi)有考慮使用者的區(qū)域差異，沒(méi)有考慮到在西部干旱寒冷地區(qū)的應(yīng)用條件，導(dǎo)致這些技術(shù)引進(jìn)寧夏地區(qū)后使用效果不佳；二是技術(shù)引進(jìn)缺乏客觀論證，沒(méi)有進(jìn)行適用性分析。引進(jìn)的技術(shù)不符合當(dāng)?shù)卮迩f的實(shí)際情況，沒(méi)有尊重當(dāng)?shù)卮迕竦囊庠负蜕盍?xí)慣，導(dǎo)致大量設(shè)備設(shè)施利用率低。目前，寧夏地區(qū)的建設(shè)規(guī)劃只到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)，村一級(jí)的建設(shè)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃普遍缺失，因此村級(jí)單位如何在鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃的基礎(chǔ)上因村制宜，選擇符合村莊實(shí)際情況的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)，是困擾寧夏農(nóng)村基層建設(shè)工作者的主要問(wèn)題。

圖1 寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 The evaluation indicator system of appropriate technology of rural infrastructure construction in Ningxia

中外學(xué)者針對(duì)具體農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)的適用性進(jìn)行了分析，包括農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)[1]、污水處理技術(shù)[2-3]、道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)[4]和住宅節(jié)能技術(shù)[5-6]等。前人研究主要從技術(shù)層面進(jìn)行適用性分析，評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法較為復(fù)雜，且需要依靠專業(yè)設(shè)備進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的采集及處理，不適合在農(nóng)村基層評(píng)價(jià)中應(yīng)用，并且這些研究只針對(duì)某一項(xiàng)具體基礎(chǔ)設(shè)施，不具有普適性，難以在寧夏農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用。為此，對(duì)寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，旨在幫助村級(jí)單位在建設(shè)初期采用科學(xué)簡(jiǎn)便的方法進(jìn)行技術(shù)的初步篩選，以此作為在鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃下編制村莊建設(shè)規(guī)劃、申請(qǐng)建設(shè)資金的依據(jù)，并且根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)，提高寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的質(zhì)量及水平。

1 寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)模型

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

影響技術(shù)適用性的因素很多，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、地理位置、氣候環(huán)境、人文環(huán)境、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人口分布、使用者的思想觀念和生活習(xí)慣等都會(huì)影響技術(shù)的適用性[7-9]。主要從兩個(gè)方面考慮影響寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)適用性的因素，一是寧夏當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境能否保證技術(shù)的順利實(shí)施；二是技術(shù)實(shí)施后能否在當(dāng)?shù)剡_(dá)到預(yù)期的效果。因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)既要能體現(xiàn)實(shí)現(xiàn)技術(shù)所滿足的基本條件，還要能夠反映技術(shù)在當(dāng)?shù)貙?shí)施后的預(yù)期效果[10-11]。對(duì)寧夏區(qū)內(nèi)94個(gè)村莊、浙江安吉縣6個(gè)村莊進(jìn)行實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)、咨詢區(qū)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家，從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、技術(shù)四個(gè)維度，選取了21個(gè)具有代表性、可操作性的指標(biāo)，建立寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12-17]。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取如下。

經(jīng)濟(jì)適用性的指標(biāo)主要包括實(shí)現(xiàn)技術(shù)所需要的資金、成本和預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，采用資金來(lái)源保障度C11、單位規(guī)模投資C12、單位使用成本C13和人均年收入增加率C14體現(xiàn)；社會(huì)適用性指標(biāo)包括當(dāng)?shù)厣鐣?huì)對(duì)技術(shù)的接受程度以及技術(shù)實(shí)施后對(duì)社會(huì)的預(yù)期影響，采用村民受教育程度C21、村民的改造意愿C22、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平C23、剩余勞動(dòng)力解決率C24、農(nóng)民科技素質(zhì)提高率C25體現(xiàn)；環(huán)境適用性指標(biāo)包括當(dāng)?shù)丨h(huán)境能否保證技術(shù)的順利實(shí)施以及技術(shù)實(shí)施后對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境產(chǎn)生的影響，包括溫度、濕度適宜度C31、地形地貌適宜度C32、生物多樣性保持率C33、空氣質(zhì)量改善度C34、地表水水質(zhì)改善度C35、污染物排放降低率C36；技術(shù)適用性采用技術(shù)成熟度C41、質(zhì)量達(dá)標(biāo)率C42、操作便利度C43、配套完備性C44、管網(wǎng)銜接度C45、管理制度健全度C46體現(xiàn)，完整指標(biāo)體系如圖1所示。

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)的權(quán)重直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，為了規(guī)避在調(diào)查中出現(xiàn)的指標(biāo)權(quán)重量化標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，選取結(jié)構(gòu)熵權(quán)法來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。結(jié)構(gòu)熵權(quán)法讓專家對(duì)指標(biāo)的重要性進(jìn)行“典型排序”，并用熵理論對(duì)排序結(jié)構(gòu)的不確定性進(jìn)行分析，計(jì)算熵值并進(jìn)行“盲度分析”，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理得到各指標(biāo)的權(quán)重[18]。具體步驟如下：

(1)由專家意見(jiàn)可以得到k個(gè)專家對(duì)n個(gè)指標(biāo)的排序矩陣記為

A=(aij)k×n，i=1,2,…,k；j=1,2,…,n

(1)

式(1)中：aij表示第i個(gè)專家對(duì)第j個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值，可以是{1,2,…,n}中的任意一個(gè)數(shù)，對(duì)應(yīng)于“第1選擇，第2選擇，…，第n選擇”。

(2)排序結(jié)果定量轉(zhuǎn)化，通過(guò)計(jì)算排序結(jié)果的熵值，構(gòu)造轉(zhuǎn)化的隸屬函數(shù)為

χ(I)=-lpn(I)lnpn(I)

(2)

式(2)中：χ(I)為定性排序結(jié)果I的熵函數(shù)，I=aij=1,2,…,j+1,對(duì)應(yīng)“第1選擇，第2選擇，…，第j+1選擇”，j為實(shí)際最大排序數(shù)。

令

其中m為轉(zhuǎn)化參數(shù)量，m=j+2，代入式(2)化簡(jiǎn)為

(3)

(4)

將I=aij代入式(4)中可得bij=μ(aij)，為I的隸屬度，矩陣B=[bij]k×n為隸屬度矩陣。

(3)盲度分析。假設(shè)k個(gè)專家對(duì)指標(biāo)mj的平均認(rèn)識(shí)度為bj，則

bj=(b1j+b2j+…+bkj)k-1

(5)

專家對(duì)指標(biāo)mj由認(rèn)知產(chǎn)生的不確定性，稱為“認(rèn)知盲度”，記為Qj：

Qj=|{[max(b1j,b2j,…,bkj)-bj]+

[min(b1j,b2j,…,bkj)-bj]}/2|

(6)

顯然，Qj≥0。假設(shè)k個(gè)專家對(duì)于mj的總體認(rèn)識(shí)度為xj，則：

xj=bj(1-Qj),xj>0

(7)

由xj可以得到k個(gè)專家對(duì)指標(biāo)mj的評(píng)價(jià)向量為X=(x1,x2,…,xn)。

(4)歸一化處理，令

(8)

根據(jù)結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的基本原理，結(jié)合寧夏農(nóng)村地區(qū)實(shí)際情況，邀請(qǐng)30位寧夏區(qū)內(nèi)對(duì)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況非常了解的專家對(duì)適用技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行典型排序，根據(jù)典型排序的結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終得到各指標(biāo)的權(quán)重，如表1所示。

1.3 評(píng)價(jià)模型的建立

物元可拓評(píng)價(jià)方法計(jì)算簡(jiǎn)單、結(jié)果嚴(yán)密，適合在農(nóng)村基層評(píng)價(jià)決策中應(yīng)用，因此采用物元可拓評(píng)價(jià)方法建立寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)模型，具體步驟如下[19]。

1.3.1 構(gòu)造可拓物元矩陣

要評(píng)價(jià)寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)，首先應(yīng)該分析影響寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)適用性的因素，根據(jù)建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)的物元模型為

(9)

式(9)中：P為寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)；ci(i=1,2,…,n)為影響技術(shù)適用性的各種因素，即確定的各評(píng)價(jià)指標(biāo)；xi為適用技術(shù)P關(guān)于ci所確定的量值范圍，i=1,2,…,n。

1.3.2 確定經(jīng)典域與節(jié)域

結(jié)合寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)的特點(diǎn)，本評(píng)價(jià)模型將寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)的一級(jí)指標(biāo)等級(jí)分為適用、較為適用、較難適用和不適用4個(gè)等級(jí)。其中適用等級(jí)表示該技術(shù)應(yīng)用于該地區(qū)的所有條件均已滿足，能夠最大限度地發(fā)揮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，預(yù)期應(yīng)用效果良好；較為適用等級(jí)表示該技術(shù)應(yīng)用于該地區(qū)還有部分條件不滿足，需要針對(duì)不適用的地方進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后能夠達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果；較難適用等級(jí)表示該技術(shù)應(yīng)用于該地區(qū)需要克服的困難較多，需要改進(jìn)的地方很多，并且應(yīng)用的效果很難保證；不適用等級(jí)表示該技術(shù)跟本不適用于在該地區(qū)推廣，即使采用很多改進(jìn)措施也無(wú)法讓該技術(shù)在該地區(qū)順利實(shí)施，或者改進(jìn)的代價(jià)與技術(shù)推廣的代價(jià)相比花費(fèi)巨大，得不償失。這4個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的量化評(píng)價(jià)準(zhǔn)則為適用(1～0.75)、較為適用(0.75～0.50)、較難適用(0.50～0.25)和不適用(0.25～0)。

1.3.3 定性指標(biāo)的定量轉(zhuǎn)化

在寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)中既有定性指標(biāo)又有定量指標(biāo)，定性指標(biāo)通過(guò)專家打分獲得，將專家打分的定性指標(biāo)分為“優(yōu)、良、中、差”4個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)分值分別為1～0.75、0.75～0.50、0.50～0.25和0.25～0。

1.3.4 定量指標(biāo)的歸一化處理

為了統(tǒng)一不同量綱的指標(biāo)，對(duì)定量指標(biāo)采取如式(10)所示的無(wú)量綱化處理：

(10)

1.3.5 構(gòu)造關(guān)聯(lián)函數(shù)

在運(yùn)用可拓評(píng)價(jià)時(shí)，需要構(gòu)造關(guān)聯(lián)函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)事物關(guān)于某一量值的符合程度，即關(guān)聯(lián)度。在物元分析中，將一個(gè)點(diǎn)x0到區(qū)間x=[a,b]的距離定義為

(11)

以式(11)為基礎(chǔ)構(gòu)造寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)函數(shù)，如式(12)所示：

(12)

式(12)中：j=1,2,3,4為適用技術(shù)的4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，i=1,2,…，21為適用技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)；xi為評(píng)價(jià)物元對(duì)于第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值；xji為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的第j類經(jīng)典域〈aji,bji〉；xpi為節(jié)域，取(0，1)；|xij|=|aji-bji|為經(jīng)典域的距離。

1.3.6 綜合評(píng)價(jià)

確定關(guān)聯(lián)函數(shù)后，用式(13)計(jì)算各待評(píng)價(jià)物元對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

(13)

式(13)中：Kj(p)為待評(píng)價(jià)物元P對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度；wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的權(quán)重；kj(xi)為評(píng)價(jià)指標(biāo)i對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)函數(shù)值。通過(guò)式(13)計(jì)算出來(lái)的關(guān)聯(lián)度中，如果Kj=maxKj(P)，則認(rèn)為待評(píng)物元屬于第j級(jí)，以此來(lái)確定寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)。

2 案例分析

目前在寧夏農(nóng)村生活污水處理設(shè)施建設(shè)中采用的技術(shù)主要為分散式和集中式兩大類[20-22]，分散式技術(shù)中以地埋一體化污水處理技術(shù)在寧夏地區(qū)的應(yīng)用最為廣泛。以寧夏吳忠市利通區(qū)某村污水處理技術(shù)選擇為例，采用上述適用技術(shù)評(píng)價(jià)模型對(duì)該村采用分散式地埋一體化污水處理技術(shù)的適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，邀請(qǐng)10位對(duì)該村情況較為熟悉的專家進(jìn)行打分，根據(jù)專家打分的結(jié)果得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值如表1、表2所示。

由表2可知，該村采用分散式地埋一體化污水處理技術(shù)的適用性對(duì)于經(jīng)典域R3(較難適用)的關(guān)聯(lián)度最大，表明分散式地埋一體化污水處理技術(shù)較難適用于在該村推廣。一級(jí)指標(biāo)中經(jīng)濟(jì)適用性和技術(shù)適用性對(duì)應(yīng)的級(jí)別均為較難適用，表明造成該技術(shù)推廣困難的主要原因是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)層面的適用性不佳。評(píng)價(jià)結(jié)果與該村實(shí)際情況一致，該村距離城鎮(zhèn)管網(wǎng)較近，采用分散式污水處理技術(shù)的投資成本和使用成本均較高，并且處理的效果不佳，異味問(wèn)題始終沒(méi)有得到徹底解決。因此該村不太適合應(yīng)用分散式污水處理技術(shù)，可以考慮采用集中管網(wǎng)式污水處理技術(shù)，并對(duì)技術(shù)的適用性進(jìn)行進(jìn)一步論證。

表1 各二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值

3 結(jié)論

在對(duì)寧夏農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行大量實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對(duì)寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中存在的技術(shù)應(yīng)用“水土不服”問(wèn)題，研究適合村級(jí)單位進(jìn)行建設(shè)技術(shù)初選的適用技術(shù)評(píng)價(jià)方法。

得出以下主要結(jié)論。

(1)基于農(nóng)村基層建設(shè)者的角度，通過(guò)文獻(xiàn)查閱、實(shí)地調(diào)研和專家函詢等方式選取21個(gè)指標(biāo)構(gòu)建寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用結(jié)構(gòu)熵權(quán)-物元可拓分析建立寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)模型。

(2)以寧夏吳忠市利通區(qū)某村污水處理技術(shù)選擇為例進(jìn)行案例分析，評(píng)價(jià)該村采用分散式地埋一體化污水處理技術(shù)的適用性。結(jié)果表明在當(dāng)?shù)貜V泛推廣的分散式地埋一體化污水處理技術(shù)很難適用于該村，評(píng)價(jià)結(jié)果與該村實(shí)際情況吻合，表明評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)模型真實(shí)可靠，可以為寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)選擇提供科學(xué)依據(jù)，有效避免盲目建設(shè)。同時(shí)證明了在寧夏農(nóng)村地區(qū)，因地制宜、因村制宜，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)適用技術(shù)評(píng)價(jià)的必要性。

(3)研究結(jié)果為寧夏村級(jí)單位建設(shè)技術(shù)選擇提供了簡(jiǎn)單合理、切實(shí)可行的評(píng)價(jià)方法，為村級(jí)單位的決策提供了客觀依據(jù)，為村莊建設(shè)規(guī)劃的編制提供基本方法和參考意見(jiàn)，解決了制約寧夏農(nóng)村建設(shè)工作推進(jìn)的實(shí)際問(wèn)題，有利于提高寧夏農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的質(zhì)量和水平，具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。