模糊評價方法在風(fēng)險規(guī)劃環(huán)評方案篩選中的應(yīng)用＊

董璟琦 楊曉華 楊海真 錢靈艷

（1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，水環(huán)境模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100875；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 上海 200092)

1 前言

規(guī)劃環(huán)境影響評價 （Environmental Planning Assessment，EPA)是指在規(guī)劃編制階段，對規(guī)劃實(shí)施可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行分析、預(yù)測和評價，并提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對策和措施的過程［1］。目前用于綜合評價的方法不少［2，3］，但很少用于規(guī)劃環(huán)評。鑒于規(guī)劃環(huán)評不僅具有較大的模糊性，還包括一個必要的步驟，即要求評價者通過一定的方法設(shè)立若干替代方案進(jìn)行定性分析和篩選，具有較多不確定性。由于我國規(guī)劃環(huán)評開展較晚，尚處于起步階段，因此應(yīng)用于規(guī)劃環(huán)評的決策分析方法目前還處于探索階段。

本文以廣西沿海石油化工產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評為例，提出了將基于加權(quán)廣義距離的模糊評價模型（Fuzzy Assessment Model，F(xiàn)AM)引入方案篩選過程的決策分析。模糊評價方法是一種基于模糊集理論的半定量數(shù)學(xué)方法［4］，目前對于環(huán)境質(zhì)量分級和變化具有模糊性和連續(xù)性的環(huán)境質(zhì)量評價而言，具有廣泛的應(yīng)用［5，6］。對于模糊性和不確定性都很強(qiáng)的規(guī)劃環(huán)評而言，本文建立了基于加權(quán)廣義距離的模糊評價模型；確定了用于規(guī)劃環(huán)評方案篩選的評價指標(biāo)、評價標(biāo)準(zhǔn)及評價矩陣；并用層次分析法計算出評價指標(biāo)各自的權(quán)重，并利用該模型和方法用于廣西沿海石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評的多個替代方案的篩選。

2 模糊評價模型的建立

通常，環(huán)境質(zhì)量評價中的模糊評價模型是對單個評價目標(biāo)進(jìn)行多因素多指標(biāo)的評價［7］，由于各個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值之間具有模糊性和連續(xù)性，利用模糊評價方法不僅可以較好地將這兩種特性反映出來，也可以求出一個明確的數(shù)值作為評判。而作為一種以篩選出較優(yōu)方案為目標(biāo)的決策分析方法，模糊評價模型需通過引入加權(quán)廣義距離，計算出代表每種方案優(yōu)劣程度的隸屬度，并為之排序，最終確定較優(yōu)方案［8］。本文的模糊評價模型由相對隸屬度矩陣、指標(biāo)權(quán)重、加權(quán)廣義距離、隸屬度等以下4個部分構(gòu)成。

2.1 相對隸屬度矩陣的構(gòu)建

首先構(gòu)建由n個待選方案和m個評價指標(biāo)構(gòu)成的n×m評價矩陣：

隨后對評價矩陣進(jìn)行規(guī)格化處理，形成相對隸屬度矩陣，對于效益型指標(biāo) （即指標(biāo)值越大越優(yōu))而言：

對于成本型指標(biāo) （即指標(biāo)值越小越優(yōu))而言：

其中，Xij為第i個待選方案第j項(xiàng)指標(biāo)的屬性值；rij為第i個待選方案第j項(xiàng)指標(biāo)的相對隸屬度；∨、∧分別為取大、取小運(yùn)算符；∨i、∧i分別表示待選方案i＝1，2，3…n對指標(biāo)j取大、取小。

由上式可得相對隸屬度矩陣：

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

（1)由專家對各指標(biāo)兩兩比較的重要程度進(jìn)行估計，并構(gòu)造判斷矩陣：

其中，fij為判斷矩陣的比率標(biāo)度，其數(shù)字含義如表1。

（2)權(quán)重計算［9］。將判斷矩陣的各列作歸一化處理：

表1 判斷矩陣的比率標(biāo)度及含義

所得ωi＝ （ω1，ω2，ω3，…，ωn即為n個指標(biāo)的權(quán)重，且滿足。

（3)計算隨機(jī)一致性比率進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

式中n為評價指標(biāo)的個數(shù)，從而求出最大特征值λmax。

查表2得相應(yīng)階數(shù)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，由：

計算隨機(jī)一致性比率CR，當(dāng)CR＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣基本符合隨機(jī)一致性指標(biāo)；當(dāng)CR≥0.1時，則不符合隨機(jī)一致性指標(biāo)，需調(diào)整使CR＜0.1。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表

2.3 加權(quán)廣義距離的構(gòu)建

加權(quán)廣義距離可以代表方案i距離最優(yōu)和最劣方案的距離，從而起到衡量方案優(yōu)劣程度的作用。由于最優(yōu)方案的隸屬度為1，方案i對最優(yōu)方案的距離可用如下加權(quán)廣義距離公式表達(dá)：

其中，p為廣義距離參數(shù)，p＝2時為歐氏距離，可用來表示方案之間的差異［10］，在此選p＝2。

設(shè)方案i對最優(yōu)方案的相對隸屬度為ui，則其對最劣方案的隸屬度為1－ui，因此可以將隸屬度定義為權(quán)重，得到以隸屬度為權(quán)重的加權(quán)廣義歐氏距離：

1.4 隸屬度的建立

為了求出方案i對最優(yōu)方案的隸屬度ui，可以利用最小二乘法構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：

其中D2（1－ri)為方案i距離最劣方案的加權(quán)廣義距離，即：

最后對n個方案的隸屬度進(jìn)行排序，隸屬度越大表示該方案越優(yōu)，從而達(dá)到對替代方案進(jìn)行篩選的目的。

3 實(shí)例分析——廣西石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評情景方案篩選

3.1 廣西石油化工產(chǎn)業(yè)概況

廣西壯族自治區(qū)目前設(shè)立欽州、北海、南寧、柳州、百色、河池六個城市為石化產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展城市，根據(jù)已有的《廣西沿海石油化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》)，共計劃分兩期在這六個城市發(fā)展原油加工、乙烯產(chǎn)業(yè)鏈、氯堿工業(yè)等44個項(xiàng)目。其中欽州為主要發(fā)展城市。針對《規(guī)劃》的環(huán)評主要目的是評價該規(guī)劃對于當(dāng)?shù)丨h(huán)境資源的影響并預(yù)測分析，在此基礎(chǔ)上提出若干可供決策者選擇的環(huán)境友好型替代方案。

在6個重點(diǎn)城市中，目前已確定各自的重點(diǎn)石化產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

3.2 替代方案介紹

在已形成的所有替代方案中選取三套作為本文即將篩選評價的對象，具體項(xiàng)目分布情況如表3所示。

表3 三套方案石化項(xiàng)目布局表＊

三套方案均依據(jù)各個城市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征、環(huán)境資源限制和石化產(chǎn)品特性構(gòu)建而來，但側(cè)重點(diǎn)不盡相同。欽州市主要發(fā)展原油及其副產(chǎn)品，北海主要發(fā)展樹脂工業(yè)，南寧具有氯堿工業(yè)園區(qū)，柳州重點(diǎn)發(fā)展汽車配件，而白色與河池則是醋酸工業(yè)的發(fā)展基地。方案3布局較集中，方案1、2布局較分散。本文根據(jù)一定的評價指標(biāo)對3套方案進(jìn)行比較篩選，最終確定最優(yōu)方案。

3.3 對替代方案進(jìn)行模糊評價

3.3.1 評價指標(biāo)的確定

通過專家討論確定本次評價的指標(biāo)為政策指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、產(chǎn)業(yè)特征、社會經(jīng)濟(jì)影響和產(chǎn)品風(fēng)險，分別涵蓋了每個方案的政治環(huán)境經(jīng)濟(jì)各個方面。根據(jù)上文所述的權(quán)重確定方法，專家對該5項(xiàng)指標(biāo)兩兩比較的重要程度矩陣如表4所示。

表4 權(quán)重判斷矩陣

3.3.2 指標(biāo)權(quán)重的計算

根據(jù)式（6)－（8)，由表4可得指標(biāo)權(quán)重向量為ω ＝ （0.083，0.257，0.13，0.032，0.497)T；根據(jù)式（9)－（10)可得最大特征值λmax＝5.24，計算一致性指標(biāo)CI＝0.06，隨即一致性比率CR＝0.05＜0.1，故所得權(quán)重符合隨即一致性指標(biāo)。

3.3.3 評價標(biāo)準(zhǔn)及評價矩陣的構(gòu)建

通過專家打分確定每一個方案各個指標(biāo)的屬性值。設(shè)定每個指標(biāo)的最高屬性值為1，各個指標(biāo)所需考慮的因素及評價標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

表5 指標(biāo)包含因素及評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上述各指標(biāo)的考慮因素，由專家打分構(gòu)建3×5評價矩陣：

通過該評價矩陣可以看出每套方案5個指標(biāo)的優(yōu)劣等級，結(jié)合各個指標(biāo)的權(quán)重，就可以得出該套方案對應(yīng)的優(yōu)劣等級。

由式（2)－（3)得到相對隸屬度矩陣：

3.3.4 求解各方案的隸屬度

根據(jù)式（17)可以解得三套方案各自隸屬于最優(yōu)方案的隸屬度排序如下：

根據(jù)表5方案分級情況可以看出，方案三為較好，方案一次之（或好)，而方案二為不好。因此，在這三套方案中，方案三為最優(yōu)解。

3.4 計算結(jié)果分析

根據(jù)計算結(jié)果，我們可以看出在這三套方案中，方案三隸屬于最優(yōu)方案的隸屬度最高，也就是我們篩選出的最優(yōu)解。下面分別對這三套方案進(jìn)行定性分析。方案一：該方案是本次評價工作的次優(yōu)解，通過該方案的項(xiàng)目布局和專家對各個指標(biāo)的打分情況可以看出，該方案充分考慮了各個城市和園區(qū)的規(guī)劃及行業(yè)特征，以及每個城市的資源環(huán)境情況，但其產(chǎn)品分布比較分散，考慮到產(chǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險的高權(quán)重值，其風(fēng)險指標(biāo)較低的得分影響了該方案最終的隸屬度排序。因此該方案在方案等級中屬于“好”，但并不是最優(yōu)解。方案二：該方案是本次評價工作三個方案中最差的一個，原因在于除了社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其各項(xiàng)指標(biāo)的得分都比較低，對于政策、環(huán)境和產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的考慮都顯得不夠充分，同時由于其與方案一相似的分散布局，使得其風(fēng)險得分最低。即從各個指標(biāo)因素考慮，該方案都不如其他兩個方案優(yōu)，并且其方案等級處于“不好”，不應(yīng)被采納。方案三：該方案是本次評價工作的最優(yōu)解。從其項(xiàng)目分布情況可以看出它不僅充分考慮了各個城市的規(guī)劃和行業(yè)特征，其產(chǎn)品布局也比較集中，這就大大降低了運(yùn)輸風(fēng)險。而另一方面，集中布局增加了特定城市的環(huán)境壓力，同時也不利于區(qū)間的貧富差距，但是考慮到百色／河池兩個城市在方案布局前的環(huán)境容量和資源承載力都較低，該集中布局可以認(rèn)為是合理布局，且其方案等級為“較好”，建議采納。

4 結(jié)論

本文將基于加權(quán)廣義距離的模糊評價方法引入到規(guī)劃環(huán)評的替代方案篩選過程中，在廣西石化產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)評中進(jìn)行了具體應(yīng)用。主要結(jié)論如下：

（1)建立了基于加權(quán)廣義距離的模糊評價優(yōu)選模型以及規(guī)劃環(huán)評方案篩選的評價指標(biāo)、評價等級和評價矩陣。并且通過層次分析法對政策指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、行業(yè)特征、社會經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)品風(fēng)險等5個評價指標(biāo)計算出各自的權(quán)重。所建模型和方法使得定性方案篩選決策分析更加理性、科學(xué)、客觀和具有可操作性。解決了規(guī)劃環(huán)評的替代方案篩選過程的不確定性問題，具有一定的理論意義。

（2)依據(jù)評價指標(biāo)對布局方案進(jìn)行評價篩選，確定方案三隸屬度u3＝0.69，為“較好”等級，是本次評價的最優(yōu)解。評價結(jié)果與“廣西沿海石油化工產(chǎn)業(yè)規(guī)劃環(huán)境影響評價”項(xiàng)目中多方案比選分析的結(jié)果一致。因此，本研究具有重要的應(yīng)用價值。

（3)本文所研究的多方案篩選方法對于與本項(xiàng)目類似的大區(qū)域行業(yè)規(guī)劃環(huán)評都有一定的適用性和參考性，具有推廣應(yīng)用價值。

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