基于層次分析法的全壽命周期低碳公路評價指標體系研究

徐冠軍，柴 麗，額吉樂

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設工程質(zhì)量監(jiān)測鑒定站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050；2.生態(tài)安全屏障區(qū)交通網(wǎng)設施管控及循環(huán)修復技術交通運輸行業(yè)重點實驗室；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)道路結(jié)構與材料重點實驗室）

1 引言

低碳環(huán)保、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當前世界關注的熱點。近年來，我國高度重視低碳減排，國家將生態(tài)環(huán)境建設納入國家總體布局統(tǒng)籌推動，把低碳綠色發(fā)展理念貫穿到社會發(fā)展的全過程。公路項目屬于大型基礎設施建設，在項目建設施工與后期運營過程中，難以避免對沿線生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。如何有效降低資源消耗，提高產(chǎn)品效能，實現(xiàn)節(jié)能減排，是未來低碳環(huán)保公路基礎設施建設關注的問題。尤其在碳達峰碳中和的大環(huán)境下，交通運輸行業(yè)探索低碳綠色的發(fā)展之路已經(jīng)成為大勢所趨。周偉[1]在深入分析我國交通發(fā)展面臨節(jié)能減碳新要求、新形勢的基礎上，提出了低碳交通運輸體系的新理念，論述了其主要發(fā)展途徑與方式，并依據(jù)環(huán)境條件和內(nèi)在需求的情景分析，探討了科技創(chuàng)新對建設低碳公路運輸體系的重要作用。王晉[2]從公路規(guī)劃設計、建設施工和運營養(yǎng)護等方面入手，構建了綠色低碳公路評價指標體系，并采用層次分析法確定指標權重，通過多級模糊綜合評價法判斷公路綠色低碳等級，并以工程實例對所選取的指標進行了驗證。孟祥濤[3]將傳統(tǒng)瀝青路面的施工工藝流程與低碳、節(jié)能發(fā)展理念進行綜合分析，并利用SWOT分析法對環(huán)保瀝青的發(fā)展態(tài)勢進行界定，提出了環(huán)保瀝青材料在不同內(nèi)外部環(huán)境下發(fā)展的應對舉措。

本文從綠色低碳公路的可持續(xù)發(fā)展理念出發(fā)，對全壽命周期低碳公路評價指標體系進行研究，根據(jù)低碳綠色公路指標體系構建原則，結(jié)合層次分析法[4]對經(jīng)烏高速公路進行模糊綜合評價，以期為低碳綠色公路的相關研究提供參考。

2 全壽命周期低碳公路內(nèi)涵

全壽命周期[5]綠色低碳公路就是把低碳環(huán)保思想貫穿于項目建設過程的始終，在項目的規(guī)劃設計、建設施工、管理養(yǎng)護等階段都要以節(jié)能減排、綠色低碳為根本原則，使得公路建設項目與沿線生態(tài)環(huán)境達到和諧統(tǒng)一[6]（圖1）。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城市化的不斷深入，國內(nèi)公路項目建設的規(guī)模也在與日俱增，如果依然采用以往的粗放式建設方法，即使能夠完成項目的建設，但所帶來的資源消耗和生態(tài)環(huán)境破壞都可能無法恢復[7]。同時，這種建設理念與現(xiàn)如今國家所倡導的低碳發(fā)展理念背道而馳。因此，綠色低碳公路受到越來越多的關注，也得到更多建設部門的重視。

圖1 與環(huán)境協(xié)調(diào)的綠色生態(tài)高速公路

3 綠色低碳公路指標體系的構建

3.1 指標選取

根據(jù)低碳公路指標體系的構建要求及基本原則，采用道路工程理論、可持續(xù)發(fā)展理論和系統(tǒng)理論來進行指標的選擇，從公路生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，結(jié)合沿線環(huán)境影響因素及評價實踐，對項目規(guī)劃設計、建設施工、管理養(yǎng)護等階段的環(huán)境保護措施以及新工藝新技術的采用進行系統(tǒng)總結(jié)，構建了一個涵蓋生態(tài)保護、綠色低碳、節(jié)能減排及品質(zhì)建設等多方面的綜合評價指標體系。由于綠色低碳公路評價涉及的指標眾多，因此在實際應用中要結(jié)合工程項目的實際情況、區(qū)域特點，考慮主要影響因素忽略次要影響因素，根據(jù)體系構建原則，選取與項目區(qū)域?qū)嶋H情況相匹配的評價指標。

3.2 評價指標的量化

由于定量指標的計算方法與單位各不相同，因而會有量綱的差別，為了使指標具有統(tǒng)一性，需對定量指標進行無量綱化處理。綠色低碳公路評價定量指標分為成本型指標和效益型指標兩種。對于定性指標，為能夠得到直觀的結(jié)果，應將其量化。本文針對定性指標采用評價等級隸屬度的方法來進行確定，根據(jù)指標隸屬的等級標準得出指標的具體分值。

3.3 評價指標體系的構建

公路建設項目具有系統(tǒng)性和復雜性的特點，構建綠色低碳公路指標評價體系時，要以系統(tǒng)性、科學性、普遍性和可操作性為基本原則[8]，同時綜合考慮公路項目在規(guī)劃設計、建設施工、管理養(yǎng)護等全壽命周期內(nèi)各指標的影響因素，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研及工程資料進行構建[9]。

在項目的規(guī)劃設計階段，本文從社會環(huán)境影響、生態(tài)環(huán)境影響、環(huán)境污染防治及設計合理性等4個方面構建了一級指標，再根據(jù)調(diào)研與整合，共篩選出沿線土地利用、拆遷與安置等11 個二級指標；在建設施工階段，從施工技術管理、資源節(jié)約利用、生態(tài)環(huán)境影響及施工方案選擇等4個方面構建了一級指標，共篩選出標準化施工、新施工工藝的采用、信息化水平等12 個二級指標；在后期運營管理養(yǎng)護階段，從公路運營情況、沿線服務區(qū)及養(yǎng)護管理水平等3個方面構建了一級指標，共篩選出行車安全性、安全設施的維護等9 個二級指標。如圖2所示。

圖2 綠色低碳公路指標評價體系

3.4 綠色低碳公路模糊綜合評價

3.4.1 確定因素集和評語集

3.4.2 指標權重的確定

目前國內(nèi)外對于指標權重的確定方法主要有層次分析法、序關系分析法、熵值法及德爾菲法[10]，根據(jù)這幾種常用方法的適用條件，最終選擇采用層次分析法來確定指標的權重。對遞階層次結(jié)構中各層上的元素分別與相關的上層元素進行比較，建立判斷矩陣，并對指標重要性進行賦值。

3.4.3 建立模糊評價矩陣

3.4.4 模糊綜合評價

4 工程案例分析

本文以丹錫高速公路克什克騰至承德聯(lián)絡線克什克騰（經(jīng)棚）至烏蘭布統(tǒng)（蒙冀界）段（簡稱經(jīng)烏高速）為工程案例進行分析。經(jīng)烏高速被交通運輸部確定為第二批綠色公路建設典型示范工程項目，是內(nèi)蒙古唯一的部級綠色公路典型示范工程，也是新時期內(nèi)蒙古交通運輸行業(yè)探索綠色公路建設的樣本。項目路線全長96.151km，設計速度100 km/h，路基寬度26 m（整體式路基）、2×13m（分離式路基），全線采用雙向四車道高速公路標準進行建設。全線共設置特大橋3052m/2座，大橋3350m/13 座，涵洞98 道，互通立交5 處、分離立交4處，天橋2 座，服務區(qū)2 處，停車區(qū)2 處。經(jīng)烏高速公路在建設過程中采用優(yōu)化平縱面減少路基挖方、統(tǒng)籌臨時用地方案、節(jié)能照明工程、植被保護與表土收集、植被恢復技術、搭建信息化管理平臺等新材料、新工藝、新技術，全方位打造綠色低碳公路示范工程。

4.1 確定因素集和評語集

將評語集等級劃分為：★★★綠色低碳公路、★★綠色低碳公路、★綠色低碳公路、普通公路、粗放型公路5個等級。即評語集=（★★★綠色低碳公路，★★綠色低碳公路，★綠色低碳公路，普通公路，粗放型公路）=（1，2，3，4，5）。

4.2 確定指標權重

根據(jù)賦值原理在綜合考慮各指標的資源節(jié)約利用、生態(tài)環(huán)境影響及考核難度等因素后得到基礎數(shù)據(jù)，再應用層次分析法的計算公式得到各指標的權重。若通過一致性檢驗，即可以接受判斷矩陣求得的權重系數(shù)，通過計算得到綠色低碳公路評價指標權重計算結(jié)果，見表1。

表1 綠色低碳公路評價指標權重

表1 綠色低碳公路評價指標權重（續(xù)表）

4.3 建立評價矩陣

利用綠色低碳公路評價指標隸屬度建立評價矩陣（表2），數(shù)據(jù)處理中，定量指標通過查閱工程資料獲得，定性指標采取專家打分法獲得，將評價指標分為5 個等級。定性指標評價由專家打分得出，專家組由從事公路工程、環(huán)境工程等相關科研工作者和施工管理的工程技術人員組成，共10 位專家。評價矩陣專家打分情況見表3。

表2 綠色低碳公路評價指標隸屬度

表3 專家打分數(shù)據(jù)

B1規(guī)劃設計階段評價矩陣如公式（1）所示。

B2建設施工階段評價矩陣如公式（2）所示。

B3管理養(yǎng)護階段評價矩陣如公式（3）所示。

各階段綠色低碳公路指標權重集矩陣如公式（4）～公式（6）所示。

4.4 模糊綜合評價

根據(jù)建立的評價指標矩陣，得到綜合模糊評價矩陣如公式（7）～公式（9）所示。

根據(jù)最大隸屬度原則，可以得到經(jīng)烏高速公路屬于★★★綠色低碳公路項目。

5 結(jié)語

對全壽命周期的低碳綠色公路評價指標體系進行研究，基于層次分析法對公路的規(guī)劃、設計、施工及運營管理等階段低碳綠色公路指標進行綜合模糊評價，并結(jié)合具體工程案例經(jīng)烏高速公路項目進行分析，結(jié)果表明該項目屬于★★★綠色低碳公路項目，與該項目被交通運輸部確定為第二批綠色公路建設典型示范工程項目相匹配，能夠為類似工程項目提供理論方面的指導。

由于經(jīng)烏高速公路正處于建設施工期，評價指標主要來源于項目建設資料，且專家打分主要依據(jù)項目施工方案，本文僅對綠色低碳公路指標體系構建、綜合模糊評價進行了初步探索，具體效果還需項目通車后做進一步檢驗。