基于熵值法的城市道路資源環(huán)境效益評(píng)價(jià)研究

許文貞，方 俊，劉旭堃

(1．武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430070；2．武漢城市建設(shè)集團(tuán)有限公司，武漢 430022)

隨著人口不斷匯入城市，城市化的步伐不斷加快。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2019年統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，常住人口城鎮(zhèn)化率60.60%，戶籍人口城鎮(zhèn)化率44.38%，分別比上一年增加了1.02%和1.01%，城鎮(zhèn)化率逐年遞增。城市人口的不斷增多，對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的要求也在提升，大量城市道路工程在不斷的建設(shè)和改造中，對(duì)資源環(huán)境的影響日益顯著。因此對(duì)城市道路工程資源環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠?yàn)槌鞘械缆饭こ痰沫h(huán)境管理提供依據(jù)，對(duì)城市的可持續(xù)性發(fā)展具有一定意義。

目前有不少學(xué)者對(duì)生態(tài)環(huán)境效益問題進(jìn)行研究，吳鵬、朱軍等采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重并對(duì)喀斯特地區(qū)石漠化綜合治理生態(tài)效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)[1]。濮陽(yáng)雪華、高晨浩等對(duì)北京高爾夫球場(chǎng)內(nèi)外的空氣負(fù)離子、溫濕度以及噪音等環(huán)境影響要素進(jìn)行研究，監(jiān)測(cè)場(chǎng)內(nèi)外的環(huán)境影響因子的變化情況并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。孫鈺、王坤言等采用DEA交叉效率模型對(duì)35個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境效益狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)[3]。殷璐以高速公路為研究對(duì)象，對(duì)比分析了環(huán)境效益的評(píng)價(jià)方法并提出了提高環(huán)境效益的措施[4]。馬睿以綠色住宅小區(qū)為研究對(duì)象，從增益成本效益的角度，構(gòu)建了主成分分析法、熵權(quán)法以及灰色關(guān)聯(lián)分析組合的綠色小區(qū)住宅環(huán)境效益評(píng)價(jià)模型[5]。已有關(guān)于資源環(huán)境效益的研究對(duì)象有球場(chǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施、高速公路、綠色小宅等，但是沒有關(guān)于城市道路工程的資源環(huán)境效益研究。因此，該文在對(duì)城市道路工程資源環(huán)境效益進(jìn)行系統(tǒng)分析后，從環(huán)保設(shè)施、節(jié)能措施、環(huán)保效果及環(huán)保費(fèi)用4個(gè)方面建立一套完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用熵值法確定權(quán)重，并運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，為今后研究城市道路工程資源環(huán)境效益提供參考。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

該文依據(jù)資源環(huán)境效益概念，結(jié)合城市道路工程實(shí)際情況以及相關(guān)文獻(xiàn)的梳理和分類，以科學(xué)性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性、全面性等為原則，盡可能多地反映資源環(huán)境效益情況，最終從環(huán)保設(shè)施、節(jié)能措施、環(huán)保效果及環(huán)保費(fèi)用4個(gè)方面選取了16個(gè)二級(jí)指標(biāo)，構(gòu)建了城市道路工程資源環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 資源環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 熵權(quán)法的構(gòu)建流程

熵權(quán)法確定權(quán)重的步驟如下：

1)數(shù)據(jù)矩陣。現(xiàn)有m個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，n個(gè)評(píng)價(jià)因素，建立的數(shù)據(jù)矩陣如式(1)所示。此研究通過專家對(duì)項(xiàng)目評(píng)價(jià)元素進(jìn)行打分得到等級(jí)評(píng)判結(jié)果，根據(jù)評(píng)判結(jié)果確定數(shù)據(jù)矩陣。

(1)

2)標(biāo)準(zhǔn)化處理。正向指標(biāo)采用式(2)進(jìn)行歸一化處理，逆向指標(biāo)采用式(3)進(jìn)行歸一化處理。

(2)

(3)

其中，i=1,2,…，n;j=1,2,…，m。

3)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)等級(jí)占該指標(biāo)的比重。

(4)

4)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值。

(5)

5)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)差異系數(shù)。

gj=1-ej

(6)

6)計(jì)算熵權(quán)重

(7)

7)最終得到熵權(quán)的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量為

M=(m1,m2,…，mn)

(8)

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建流程

模糊綜合評(píng)價(jià)法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些難以定量的因素定量化，對(duì)多層次的復(fù)雜問題進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。具體的評(píng)價(jià)步驟如下：

1)建立評(píng)價(jià)因素論域

U={u1,u2,…,un}

(9)

式中，U為綜合評(píng)價(jià)中各評(píng)價(jià)因素的集合。

2)建立評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域

V={v1,v2,…，vm}

(10)

式中，V為評(píng)價(jià)等級(jí)集合，即評(píng)價(jià)對(duì)象的變化區(qū)間。

3)構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣

(11)

式中，R為單因素評(píng)價(jià)結(jié)果；rij為被評(píng)價(jià)對(duì)象的某一單因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)間的模糊評(píng)價(jià)等級(jí)論域的隸屬度。

4)確定評(píng)價(jià)因素的模糊權(quán)重向量。根據(jù)評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素不同，體現(xiàn)為不同的賦權(quán)值，即熵值法所求的指標(biāo)權(quán)重向量

(12)

5)改進(jìn)模糊綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)上述步驟確定的模糊關(guān)系矩陣及指標(biāo)權(quán)重向量，即評(píng)價(jià)結(jié)果為

B=MR

(13)

6)項(xiàng)目評(píng)價(jià)分值計(jì)算。計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象最終得分

D=BC

(14)

3 案例分析

H市道路工程為城市主干路，項(xiàng)目全長(zhǎng)5 640 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為50 km/h，規(guī)劃紅線寬50 m。項(xiàng)目的主要建設(shè)內(nèi)容包括但不限于：道路、橋梁、交通、給排水、照明、電信、綠化等工程。建設(shè)總投資為99 392.55萬元，項(xiàng)目于2016年9月開始建設(shè)，項(xiàng)目運(yùn)作模式為BOT模式，建設(shè)期2年，合作期限10年。

邀請(qǐng)10位專家對(duì)其進(jìn)行打分，根據(jù)專家評(píng)判情況進(jìn)行匯總，評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 專家評(píng)分匯總

表3 資源環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重表

根據(jù)表3計(jì)算單層評(píng)判結(jié)果向量，由式(13)計(jì)算得

綜合評(píng)判矩陣為

最終得到項(xiàng)目的評(píng)價(jià)分值為

D=82.03

通過模糊熵值法對(duì)H市道路工程資源環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到該項(xiàng)目的綜合得分為82.03，表明H市道路工程的資源效益較好。具體表現(xiàn)為環(huán)保設(shè)施方面，污水處理設(shè)施以及固體廢棄物處理設(shè)施布置的合理有效；節(jié)能措施方面，節(jié)能光源燈具和節(jié)能材料的大量使用減少了能源的消耗；環(huán)保效果方面，該項(xiàng)目的大氣排放符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，水環(huán)境質(zhì)量較好，以及項(xiàng)目在建設(shè)過程中很好地采納了公眾的意見；環(huán)保費(fèi)用方面，環(huán)境保護(hù)工程投資資金以及環(huán)境保護(hù)工程運(yùn)行費(fèi)用使用合理等。

4 結(jié) 語(yǔ)

城市道路工程的建設(shè)和改造對(duì)資源環(huán)境產(chǎn)生的影響日益顯著，該文從環(huán)保設(shè)施、節(jié)能措施、環(huán)保效果以及環(huán)保費(fèi)用4個(gè)方面構(gòu)建資源環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，完善了該類項(xiàng)目的環(huán)境效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用熵值法和模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)H市道路工程的資源環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出了影響城市道路環(huán)境效益的影響因素，為提高城市道路工程的環(huán)境管理質(zhì)量提供了依據(jù)。