基于物元模型的環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平評價

黃桂林，李紫微

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040，E-mail：1982605087@qq.com）

我國前期經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展是建立在高能耗與一定程度上的環(huán)境污染破壞的基礎(chǔ)之上，據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，近10 年，全國范圍內(nèi)工業(yè)固體廢棄物的總傾倒丟棄量約19409.6 萬t，全國工業(yè)廢水排放量總計約8453.5 萬t，全國工業(yè)廢氣排放量合計6616881 億m3，大量的污染物質(zhì)排放到自然界中，導(dǎo)致環(huán)境破壞嚴(yán)重，環(huán)境修復(fù)問題迫在眉睫。

環(huán)境修復(fù)工程是我國近些年來重點發(fā)展的綠色行業(yè)，當(dāng)前我國在土壤修復(fù)[1，2]、水體污染修復(fù)[3]、礦山修復(fù)[4]、海洋修復(fù)[5]等領(lǐng)域都有顯著發(fā)展。近年來，為了更好地進(jìn)行環(huán)境修復(fù)工作，國內(nèi)外學(xué)者對環(huán)境修復(fù)工程進(jìn)行大量研究，并積累了許多研究成果，主要集中在兩個方面：環(huán)境修復(fù)技術(shù)研究，邱沙等[6]應(yīng)用原地化學(xué)處理技術(shù)修復(fù)鉻污染土壤，李時琛等[7]研究基于生物技術(shù)修復(fù)沿海灘涂石油污染；環(huán)境修復(fù)理念研究，如Beatriz 等[8]研究如何將可持續(xù)修復(fù)的理念應(yīng)用于發(fā)展中國家的環(huán)境修復(fù)，Joseph M.等[9]提出基于植物生物學(xué)促進(jìn)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的理念。

現(xiàn)階段對于環(huán)境修復(fù)工程的施工管理評價研究較少，缺乏成熟的環(huán)境修復(fù)工程施工管理指標(biāo)體系?；诖?，本文從管理的角度出發(fā)，構(gòu)建環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)體系，通過提高環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平，來提高環(huán)境修復(fù)效率，為后續(xù)的相關(guān)研究提供理論支持。針對單一權(quán)重計算方法可能存在的不足之處，選用AHP 法確定主觀權(quán)重，CRITIC 法確定客觀權(quán)重，兩種方法計算得到的結(jié)果復(fù)合加權(quán)確定各指標(biāo)權(quán)重，將兩種方法計算所得結(jié)果運(yùn)用物元模型進(jìn)行分析，最終建立環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平評價的物元模型，將實例運(yùn)用到模型中，對本文所建立模型的合理性、可操性進(jìn)行驗證。

1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

施工管理過程中所需要考慮的因素眾多，傳統(tǒng)的建設(shè)工程施工管理重點包含人、材、機(jī)三大類，研究表明在施工安全管理中，風(fēng)險管理是工程管理的重要環(huán)節(jié)[10]，此外對于環(huán)境修復(fù)工程，有學(xué)者指出，環(huán)境修復(fù)是指需要借助人工或自然力對已破壞或污染的環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)、重建和改建，使其恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能和其他有益功能[11]，結(jié)合Xiaonuo Li 等[12]研究的中國與西方國家污染場地修復(fù)可持續(xù)性指標(biāo)的對比，通過對國內(nèi)外近20 年的相關(guān)文獻(xiàn)整理，總結(jié)出了國內(nèi)外常用于環(huán)境修復(fù)評價的30 項指標(biāo)。本文基于以上研究初步篩選出25 項環(huán)境修復(fù)施工管理指標(biāo)，再邀請1 名高校環(huán)境相關(guān)專業(yè)教授、1名工程管理專業(yè)教授對指標(biāo)進(jìn)行再次精煉，最后歸納構(gòu)建包含人員、風(fēng)險、施工材料與工藝、機(jī)械、環(huán)境5 個維度共計17 項管理指標(biāo)的環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)體系，如表1 所示。

表1 環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)體系

（1）人員層面。環(huán)境修復(fù)工程施工技術(shù)復(fù)雜專業(yè)性很強(qiáng)，不規(guī)范的操作可能會對施工人員身體造成嚴(yán)重傷害。晏劍明等[13]通過對技能型工人隊伍的建設(shè)與培育研究，表明人員是環(huán)境修復(fù)工程施工管理的重要環(huán)節(jié)。環(huán)境修復(fù)工程需要學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的技能型的施工人員來參與，相關(guān)管理人員不僅需要掌握基本的施工管理知識，還需要掌握一些與環(huán)境修復(fù)專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)知識。

（2）風(fēng)險層面。依據(jù)《安全生產(chǎn)法》及楊愛斌[14]對施工風(fēng)險管理等研究，表明風(fēng)險管理在環(huán)境修復(fù)工程施工管理中尤為重要。環(huán)境污染的原因情況復(fù)雜，環(huán)境修復(fù)工程實施過程較為困難，產(chǎn)生二次污染可能性較高，且由于不同類型的環(huán)境污染都有其自身的特殊性，環(huán)境修復(fù)工程在實施過程中施工方案需要根據(jù)實際修復(fù)情況進(jìn)行不斷更改，更有甚者需要完全顛覆原來的施工方案。因此，環(huán)境修復(fù)工程的風(fēng)險性較高，修復(fù)結(jié)果很難準(zhǔn)確預(yù)料。

（3）施工材料與工藝層面。環(huán)境修復(fù)方式一般分為化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)、生物修復(fù)3 種類型。在運(yùn)用不同修復(fù)技術(shù)來進(jìn)行修復(fù)環(huán)境的過程中可能會用到多種藥劑與污染物進(jìn)行反應(yīng)來達(dá)到修復(fù)效果。在這個反應(yīng)過程中可能會產(chǎn)生一定量的有害物質(zhì)對人體造成一定程度的傷害，環(huán)境修復(fù)工程開工前必須對施工人員就其特殊的施工工藝進(jìn)行培訓(xùn)，綠色施工材料的使用也會減少對資源的消耗。

（4）機(jī)械層面。夏春明[15]對施工機(jī)械設(shè)備管理的研究表明，合理的施工機(jī)械管理是環(huán)境修復(fù)工程施工管理的關(guān)鍵步驟。環(huán)境修復(fù)過程中可能會產(chǎn)生危害人體健康的物質(zhì)，提高智能化施工的程度，用施工機(jī)器人來代替大部分的人工，以此來減少對施工人員的傷害，對施工機(jī)械設(shè)備的定期維修檢查對于高效施工與節(jié)約經(jīng)濟(jì)十分重要。

（5）環(huán)境層面。環(huán)境修復(fù)工程絕大多數(shù)由政府作為發(fā)包方對已破壞環(huán)境進(jìn)行強(qiáng)制修復(fù)是非盈利性的工程建設(shè)[16]，以求人與自然能夠更加和諧共生。《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》中防治污染與其他公害部分的相關(guān)規(guī)定標(biāo)明了在環(huán)境治理過程中對于周圍環(huán)境的影響管理辦法，因此，環(huán)境修復(fù)工程施工還需重點管理工程的能源節(jié)約、修復(fù)地區(qū)后續(xù)的綠色發(fā)展前景、施工后廢棄物的處理、環(huán)境修復(fù)對大氣顆粒物的影響、廢水的處理。

2 確定指標(biāo)權(quán)重

2.1 AHP 法確定指標(biāo)主觀權(quán)重

利用AHP 法確定主觀權(quán)重，可使復(fù)雜的系統(tǒng)分解，這種方法能夠把人們的思維過程更加數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化，并且把多個目標(biāo)、多種準(zhǔn)則全部量化處理困難的決策問題轉(zhuǎn)化為多個層次的單目標(biāo)問題。

AHP 法確定指標(biāo)客觀權(quán)重的步驟如下：

（1）構(gòu)造判斷矩陣。根據(jù)本文構(gòu)建的環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)體系的特點，選擇1~5 標(biāo)度法對指標(biāo)賦值。

（2）求近似權(quán)重。將判斷矩陣中的n個列向量進(jìn)行歸一化處理，求出近似權(quán)重，即：

（3）一致性檢驗。

當(dāng)CR<0.1 時，認(rèn)為該判斷矩陣的一致性可以接受，則ωmax所對應(yīng)的特征向量可以作為指標(biāo)權(quán)重向量。

2.2 CRITIC 法確定指標(biāo)客觀權(quán)重

利用CRITIC 法計算客觀權(quán)重，使得專家評價能充分考慮問題的復(fù)雜性與主觀性，也能反映出環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)之間的相對重要性，是較好的客觀賦權(quán)法，具體步驟如下：

（1）假設(shè)待打分的管理評價指標(biāo)層面?zhèn)€數(shù)為m個，相關(guān)管理指標(biāo)二級指標(biāo)個數(shù)為n個，建立決策矩陣O=(opq)m×n，其中opq表示專家們對第p個關(guān)鍵因素層面的第q個管理評價指標(biāo)二級指標(biāo)的平均得分。

（2）對比強(qiáng)度。利用標(biāo)準(zhǔn)差表示同一個管理重點二級指標(biāo)在內(nèi)取值的差異波動情況。

式中，υq為標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差越大，指標(biāo)評價強(qiáng)度越強(qiáng)；μ表示n個指標(biāo)的平均值。

（3）指標(biāo)沖突性。利用相關(guān)系數(shù)來表示。

式中，Rq表示第q項指標(biāo)與其余各項指標(biāo)間的沖突性；Cov(q,i)表示第q項指標(biāo)與第i項指標(biāo)間的協(xié)方差。

（4）信息量。

式中，Zq表示第q項指標(biāo)的信息量值。

（5）客觀權(quán)重。第q個指標(biāo)的權(quán)重Wq為：

式中，Wq表示第q項指標(biāo)的客觀權(quán)重。

2.3 AHP-CRITIC 組合賦權(quán)

本文將AHP 與CRITIC 法計算所得權(quán)重1:1 加權(quán)計算，使得最終所得指標(biāo)綜合權(quán)重更為科學(xué)合理。

3 基于物元模型的施工管理水平評價

物元模型可以將復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成為具體的模型，適用于多指標(biāo)的評價研究，環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平評價是對多種管理指標(biāo)進(jìn)行綜合指標(biāo)評價，屬于多目標(biāo)評價的范疇，因此可以利用物元模型，對每個層面的施工管理評價指標(biāo)的管理水平進(jìn)行評價，進(jìn)而確定環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平的評價等級。

3.1 評價等級的確定

依據(jù)已有的研究及專家建議，對環(huán)境修復(fù)工程施工管理各層面的指標(biāo)管理水平量化分級，采用十分制對評價等級進(jìn)行劃分，依次為優(yōu)秀（9，10]、良好（8，9]、一般（7，8]、差[0，7]4 個等級。已經(jīng)構(gòu)建的環(huán)境修復(fù)工程施工管理指標(biāo)可以分為定性與定量兩種，關(guān)于定量指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)本文主要從兩個方面制定：一是依據(jù)我國目前存在的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與法律法規(guī)，包括《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《建設(shè)工程施工現(xiàn)場管理規(guī)定》《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等；二是指標(biāo)目前沒有明確依據(jù)，參考相關(guān)學(xué)者研究[17，18]，如表2 所示。

表2 定量指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

3.2 物元及物元矩陣

物元可拓模型包括等待評價的事物W，事物W所對應(yīng)的特征R的量值為U，有序三元組Q=(W，R，U）被作為描述事物的基本元，其中W簡稱為物元。環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平的物元矩陣可表示為：

3.3 確定經(jīng)典域、節(jié)域及待評價物元的構(gòu)建

（1）經(jīng)典域。令A(yù)j表示為事物的第j個等級(j=1，2，…，i)，Rj表示為Aj的第j個特征，Uj1，Uj2，…，Uji為Aj對應(yīng)特征Rj的取值范圍，這個范圍即為經(jīng)典域。其中，Uji的取值范圍區(qū)間為cji到dji，可以將其記為Uji=(cji，dji)，(i=1，2，…，h)，并且有：

（2）節(jié)域。令A(yù)a來代表所有的評價等級，ka1，ka2，…，kan記為Yy關(guān)于R1，R2，…，Rn的取值范圍，這就是節(jié)域，可以將其記為kai=(cai，dai)，(i=1，2，…，n)，且有：

（3）待評價物元。令Q為評價的對象，Uj為Q關(guān)于Rj（j=1，2，…，n）的量值，待評價物元可以表示為：

3.4 關(guān)聯(lián)函數(shù)、關(guān)聯(lián)度

（1）關(guān)聯(lián)函數(shù)值的計算。

（2）關(guān)聯(lián)度。令ωj表示特征Rj的權(quán)重，待評對象W關(guān)于等級i的關(guān)聯(lián)度為：

通過計算當(dāng)Ki′= max{K i(A)}，（i=1，2，…，s），則可以認(rèn)為A屬于第i′等級。

4 實例應(yīng)用

結(jié)合已經(jīng)建立的環(huán)境修復(fù)工程施工管理指標(biāo)體系，本文以天津港火災(zāi)爆炸事故剩余污染土原地修復(fù)項目為研究對象進(jìn)行分析評價，該項目采用原地過硫酸鈉氧化處理技術(shù)將事故現(xiàn)場剩余18 萬t剩余污染土利用土壤淋洗法進(jìn)行原位修復(fù)。由于前文所構(gòu)建的環(huán)境修復(fù)工程施工管理指標(biāo)體系中的各個指標(biāo)在其重要程度上有著明顯的差異，故先確定各指標(biāo)權(quán)重，再利用物元模型來進(jìn)行評價。

4.1 管理指標(biāo)權(quán)重確定

4.1.1 主觀權(quán)重的確定

計算各管理指標(biāo)主觀權(quán)重具體步驟如下：

（1）依據(jù)雙數(shù)評委規(guī)則具有可以減少打分偏差、提高準(zhǔn)確性、增強(qiáng)公信力等方面的優(yōu)勢，邀請高校環(huán)境相關(guān)專業(yè)教授2 人，工程管理專業(yè)教授2人，項目施工管理人員4 人，對環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)進(jìn)行重要性評價。

（2）將8 位專家對指標(biāo)的重要性打分取平均值。

（3）利用層次分析法中式（1）~式（3）計算主觀權(quán)重，最后得到各指標(biāo)的主觀權(quán)。

以專家對各一級指標(biāo)重要性判斷為例：

對H進(jìn)行歸一化處理得到權(quán)重向量：

4.1.2 客觀權(quán)重的確定

請專家組針對各指標(biāo)的重要性進(jìn)行打分，采用5 分制來進(jìn)行打分，以人員層面二級指標(biāo)為例，專家打分后整理得到的原始評價矩陣，如表3 所示。

表3 二級指標(biāo)評價矩陣

利用CRITIC 法中式（4）~式（7）式計算客觀權(quán)重確定每個二級指標(biāo)的權(quán)重，最終得到的各指標(biāo)客觀權(quán)重。

4.1.3 組合組合賦權(quán)計算組合權(quán)重

將AHP 與CRITIC 法計算所得的主觀權(quán)重與客觀權(quán)重1:1 加權(quán)計算，最終得到各二級指標(biāo)的組合權(quán)重，如表4 所示。

表4 指標(biāo)權(quán)重

4.2 確定經(jīng)典域、節(jié)域、待評價物元

4.2.1 確定經(jīng)典域與節(jié)域

（1）定量指標(biāo)。本文中的定量指標(biāo)經(jīng)典域與節(jié)域的整理，如表5 所示。

表5 定量指標(biāo)的經(jīng)典域與節(jié)域

（2）定性指標(biāo)。依據(jù)前文劃分的各等級標(biāo)準(zhǔn)，可以得到各定性指標(biāo)的經(jīng)典域與節(jié)域，如表6 所示。

表6 定性指標(biāo)的經(jīng)典域與節(jié)域

4.2.2 待評價物元的確定

根據(jù)相關(guān)的項目資料與政策法規(guī)，并且咨詢該項目負(fù)責(zé)人，來確定各定量指標(biāo)的評價值；針對定性指標(biāo)，邀請2 位環(huán)境相關(guān)專業(yè)教授、3 位工程管理專業(yè)教授、2 位項目經(jīng)理來對定性指標(biāo)進(jìn)行打分，采用1~10 分制，將7 位專家的打分結(jié)果計算得分取平均值，來確定定性指標(biāo)的評價值。最終得到的全部指標(biāo)評價值，如表7 所示。

表7 指標(biāo)評價值

4.3 計算關(guān)聯(lián)度

通過式（11）和式（12）并結(jié)合待評物元相關(guān)數(shù)據(jù)計算各二級指標(biāo)關(guān)于各個評價等級的關(guān)聯(lián)度，如表8 所示。

表8 該環(huán)境修復(fù)施工管理水平評價二級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

依據(jù)式（12）結(jié)合表4 與表8 中的數(shù)據(jù)，計算可得該環(huán)境修復(fù)工程在各個評價等級的關(guān)聯(lián)度，如表9 所示。根據(jù)物元模型的最大隸屬度原則，該環(huán)境修復(fù)工程的施工管理水平評價等級為良好，與實際情況相符。物元模型將環(huán)境修復(fù)工程施工管理研究中的實際問題轉(zhuǎn)化成為形式化的數(shù)學(xué)模型和描述該問題解決過程的模型，使得環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平評價中遇到的矛盾能夠有效解決，因此本文所建立的關(guān)于環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平評價模型具有科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

表9 評價項目評價等級關(guān)聯(lián)度

5 結(jié)語

本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)分析，采用AHP-CRITIC組合賦權(quán)法計算指標(biāo)權(quán)重，以此為基礎(chǔ)建立環(huán)境修復(fù)工程施工管理水平評價物元模型。并結(jié)合已完成實際工程進(jìn)行評價分析，得出如下研究結(jié)果：基于相關(guān)文獻(xiàn)研究，本文構(gòu)建包含人員、風(fēng)險、施工材料工藝、機(jī)械、環(huán)境5 個維度共計17 項指標(biāo)的環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)體系；為避免單一權(quán)重計算方法存在的缺陷，本文采用AHP-CRITIC 組合賦權(quán)法計算指標(biāo)權(quán)重，基于物元理論，構(gòu)建基于AHP-CRITIC 組合賦權(quán)的物元模型。計算擬評價對象在等級下的關(guān)聯(lián)度，確定環(huán)境修復(fù)工程的最終評價等級。通過對天津港火災(zāi)爆炸事故剩余污染土原地修復(fù)項目進(jìn)行評價分析，得到結(jié)果與實際情況相符，證明本文建立的模型具有合理性。本文基于已有研究，考慮環(huán)境修復(fù)施工管理多維度的影響，構(gòu)建的環(huán)境修復(fù)工程施工管理評價指標(biāo)體系，能夠為后續(xù)環(huán)境修復(fù)工程的施工管理提供一定的借鑒價值，確保環(huán)境修復(fù)的順利實施，促進(jìn)環(huán)境修復(fù)施工管理的不斷優(yōu)化。