基于AHP－Fuzzy 的循環經濟技術綜合評價方法研究

董 亮 李會泉 陳 波 關 雪 張 懿

(1．中國科學院過程工程研究所循環經濟技術中心，北京100190;2．中國科學院研究生院，北京100049)

基于AHP－Fuzzy 的循環經濟技術綜合評價方法研究

董 亮1，2李會泉1，2陳 波1關 雪1張 懿1

(1．中國科學院過程工程研究所循環經濟技術中心，北京100190;2．中國科學院研究生院，北京100049)

國家將制定重點領域循環經濟技術清單，引導和發展循環經濟。在此背景下，本文針對循環經濟技術的篩選，開展了綜合評價方法的實證研究，結果顯示該技術屬于一級循環經濟技術，并在資源節約與廢棄物減排方面具有顯著效益，表明本文構建的綜合評價方法實現了對備選循環經濟技術的綜合評價、分級和排序，可以為企業、國家選擇循環經濟技術提供參考。

循環經濟技術;AHP－Fuzzy;二次資源利用;延伸效益;全過程節水技術

無論是循環經濟技術的選擇還是清單制定，其科學基礎均是技術綜合評價，研究建立適合我國國情的循環經濟技術綜合評價方法，對于普及先進適用的循環經濟技術，進而構建具有我國特色的循環經濟技術體系具有重大推動作用。

1 國內外循環經濟技術評價的研究進展

歐美發達國家自20世紀90年代開始開展針對環境技術、清潔生產技術、可持續技術等與循環經濟相關技術的評價研究，目前已形成較為成熟的評價方法與評價體系。為了表征上述技術相比于傳統技術在整個系統生命周期上帶來的資源環境效益，國外一些學者依托發達國家相對完善的生命周期數據庫和技術信息數據庫，應用生命周期評價方法和生態效率方法開展對這類技術的系統評價，通過計算技術實施對生產全生命周期上的綜合效益或生態效率的影響來確定技術的優劣。在國內，傅澤強等探討了生態工業技術的概念與特征，并提出了鏈接性等核心評價指標。王明旭等根據生命周期的概念給出了可持續技術的定義，并進一步設計了包括經濟效益、資源與能源消耗、環境影響與二次利用效率等核心評價指標。此外，在具體清單編制方面，一些國家部委陸續發布了一些清單。

總體來說，因為我國尚無完善的生命周期數據庫，導致我國無法有效應用生命周期評價方法來定量化確定循環經濟技術的綜合效益。國內目前開展的循環經濟技術評價研究多針對技術的概念與指標進行探討，技術清單制定在方法上主要依賴于專家判斷，相關技術難以進行量化評估，能夠反映并定量化計算循環經濟技術延伸效益等特征效益的指標體系與評價模型尚不成熟。

2 循環經濟技術綜合評價方法

2．1 綜合評價指標體系構建

基于對循環經濟技術內涵和特征的剖析設計核心評價指標，并通過專家咨詢予以調整，最終構建包括目標層和指標層的遞階層次結構的循環經濟技術評價指標體系(見表1)。指標體系中重點指標特點、釋義及計算方法如下:

(1)資源消耗指標:實際評價過程中需針對特定行業生產特點設定該行業的典型資源消耗指標。

(2)環境影響指標:與資源消耗指標類似，實際評價過程中需針對特定行業選取其特征污染物。

(3)二次資源利用指標:促進二次資源利用是循環經濟技術的一個重要特征，二次資源利用指標的計算如公式(1):

式中，C為二次資源利用指標;MRI為第i種循環利用或回收利用物質的量(包括原料、廢棄物和產品);P為產品量。

(4)經濟效益指標:其中“成本”、“直接效益”意義較為明確，“延伸效益”表征循環經濟技術對生產過程生命周期產生的綜合效益。延伸效益的核算思路為對技術實施的效果進行環境經濟的費用－效益分析。

(5)技術性能指標:其中技術成熟度、技術先進性為定性指標，需采用專家打分法計算其指標值，專家打分的分值范圍一般為0－100分。

2．2 綜合評價模型

本文結合層次分析法與模糊數學(AHP－Fuzzy)構建綜合評價模型，從兩個維度設計綜合評價結果并實現定量化結果輸出:①技術分級:表征技術所處水平。本文將候選循環經濟技術分為三級，分別代表國際先進水平，國內先進水平，以及國內一般水平。②技術綜合評價值:即技術的循環經濟效率指數(CEI)，可以比較同一級別的循環經濟技術之間的相對優劣，進而進行排序。

通過綜合評價模型(見圖1)實現上述目標的具體步驟為:①應用AHP方法確定指標權重;②確定評價標準集實現技術分級;③構造隸屬度函數確定各項指標值以及隸屬級別;④運用線性加權方法合成運算綜合評價值，最終實現備選技術分級和綜合評價值輸出。

2．2．1 確定指標權重

本文應用層次分析法(AHP)確定各一級指標權重，對于二級、三級指標，由于同級指標下的二級、三級指標重要性差異不大，故采用等權重法確定其權重。

應用層次分析法確定指標權重的步驟為:首先根據相對重要性標度(用數字1－9表示兩兩元素相對重要性大小，數字越大，表明相對重要性越大)并結合專家咨詢，構建指標兩兩比較判斷矩陣;然后進行單一準則下相對權重計算，對判斷矩陣進行列和歸一化得到指標權重;最后進行一致性檢驗，如果隨機一致性比率CR＜0．10則通過一致性檢驗，CR計算見公式(2)、(3)。

表1 循環經濟技術綜合評價指標體系框架

圖1 AHP-Fuzzy綜合評價模型

其中，λmax為判斷矩陣的最大特征根，CI為隨即一致性指標;CR為隨機一致性比率，n為矩陣階數，RI為平均隨機一致性指標。本文構建的指標體系中一級指標的判斷矩陣階數為5，對應的RI值為1．12。通過專家咨詢構建指標相對重要性判斷矩陣，最終一級指標權重計算結果為:資源消耗指數、環境影響指數、二次資源利用指數、經濟效益指數以及技術性能指數的權重分別為0．2726、0．2726、0．1974、0．1560 和 0．1040。一致性檢驗結果為 CR=0．0964 ＜0．10，通過一致性檢驗。

2．2．2 確定評價標準集

評價標準集V=(V1，V2，V3)是技術分級與最終評價結果的計算基礎，V1，V2，V3分別代表國際先進、國內先進、國內一般水平，標準集V的制定需以國家或行業循環經濟相關技術標準為依據。已有國家或國際標準的指標，采用標準值，沒有標準的指標，可參考發達國家或地區的現狀值、國家相關政策研究的目標值、行業標準值或通過專家咨詢以及文獻調研等途徑確定。

2．2．3 構造隸屬度函數

模糊數學通過隸屬度函數計算每項技術指標與評價標準集中每個級別的相關性，通過相關性大小可確定該技術指標所屬的級別。本文選取梯形分布函數作為隸屬度函數，即對于正向指標(指標值越大越好)，采用升半梯形分布(公式(4));對于負向指標(指標值越小越好)，采用降半梯形分布(公式(5))。

其中，AVj(ai)為指標ai相對評價等級Vj的隸屬度函數;V1，V2，V3為三個評價等級對應的指標基準值。

2．2．4 集成運算綜合評價值

進行綜合評價時采用“單指標量化－多指標集成”的思想，指標體系中表征循環經濟技術特征的資源消耗指數、環境影響指數、二次資源利用指數、經濟效益指數、技術性能指數采用線性加權法耦合為循環經濟效率指數(CEI)。各項指數由相應的次級指標線性加權耦合得到。利用之前確定的指標權重集及隸屬度集，通過計算可得到模糊綜合評價結果集以及技術的循環經濟效率指數，見公式(6)、(7):

其中，R為模糊綜合評價結果集，ωj，i為第 j類一級指標中的第i個指標的對應權重，C為指標隸屬度矩陣。m為一級指標數量，依據本文指標體系，此處m=5。n為次級指標的數目。根據最大隸屬度原則，評價結果集R中最大值對應的評價級別即為備選技術所隸屬的循環經濟技術級別，由此確定技術分級。

2．2．5 技術綜合排序設計

技術分級與綜合評價值是技術綜合排序的依據，進行排序的原則為:評價的同類技術依據評價結果確定技術級別—＞比較同一級別技術的CEI值—＞確定技術的綜合排序結果，如I－1(一級技術－排名第1)、II－3(二級技術－排名第3)。

3 實證分析

3．1 技術案例介紹

以國內某大型鋼鐵聯合企業生產全過程節水工藝為技術案例，應用構建循環經濟綜合評價方法進行技術綜合評價。全過程節水工藝從過程的角度優化企業生產用水系統，促進水循環利用，主要特點包括:①通過工藝過程用水系統的優化和合理的量、質匹配實現了源頭降耗和減污;②用水過程中，根據工藝不同對水質、水量、水溫進行合理分類，減輕了末端治理的壓力;③利用物料換熱回收熱能，依靠水技術進步促進了廢棄物資源化利用;④在用水系統中推行小半徑循環，大幅度降低了用水的循環成本。該項技術的實施有效提高了試點企業的水資源生產力，取得了顯著的經濟效益和資源環境效益。表2列出了技術相關數據。

3．2 綜合評價結果

根據上文的綜合評價模式對技術案例進行綜合評價，其結果如表3所示:

表2 生產全過程節水技術相關數據［a］與指標基準值

表3 全過程節水技術模糊綜合評價結果

模糊綜合評價結果 R=(0．8247，0．1779，0)。根據最大隸屬度原則，全過程節水技術隸屬于一級循環經濟技術，CEI值為0．8247。進一步的，計算各項指數，該技術的資源消耗指數、環境影響指數、二次資源利用指數、經濟效益指數分別為 1．0000、0．9167、0．6350、0．8000，可以看出在資源節約以及污染物減排方面有著良好效益，是典型的減量化技術。

4 結論與建議

(1)本文構建了循環經濟技術綜合評價指標體系;結合層次分析法和模糊數學，設計了綜合評價模式，實現了對技術的綜合評價與分級。

(2)針對某鋼鐵企業全過程節水技術的實證研究結果顯示，該技術屬于一級循環經濟技術，并在資源節約與廢棄物減排方面具有顯著效益。實證分析表明本文的評價指標體系可以表達技術的“循環經濟”特征;綜合評價的結果可反映技術所處的級別與水平，并給出定量化的排序結果。本文的評價指標體系與綜合評價方法為技術篩選以及后續清單的制定提供了科學參考。

(3)由于我國尚未建立循環經濟技術標準體系，清潔生產標準及專家咨詢是本文在實證分析中主要的指標基準值參考。后續研究應盡快建立我國的循環經濟技術標準體系，并著手構建包含循環經濟標準技術清單、技術參數、技術集成服務的循環經濟技術服務平臺，為循環經濟技術綜合評價提供信息基礎。

(編輯:于 杰)

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［4］Fija1 T，An environmental assessment method for cleaner production technologies［J］．Journal of Cleaner Production，2007，(15):914－919．

［5］Phungrassami H．Eco-Efficiency as a decision tool for Cleaner Production:Application for SMEs in Thailand［J］．Environmental Research Journal，2008，2(5):217 －221．

［6］傅澤強，楊明，段寧，喬琦．生態工業技術的概念、特征及比較研究［J］．環境科學研究，2006，19(4):154－158．

［7］王明旭，楊建新．可持續技術的篩選方法與評價指標體系研究［J］．科技進步與對策，2009，26(22):128－131．

A comprehensive assessment methodology based on AHP-Fuzzy for circular economy technologies

DONG Liang1LI Hui-quan1，2CHEN Bo1GUAN Xue1ZHANG Yi1
(1．Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Research center of circular economy technology，Beijing 100190;2．Graduate University，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049)

China would enhance the promotion of circular economy technology and make technology inventory in key fields and industries to guide and promote the development of circular economy all over the nation．Under this background，this paper focuses on establishing a multi－ objective assessment methodology for circular economy technologies．Based on established methodology，we made case study on the whole－process water conservation technology invented by one large iron and steel enterprise in China．Analytical result shows that this technology ranks the first class circular economy technology and has outstanding benefits in resource conservation and waste reduction．Case study proves that the established methodology could realize the quantitative assessment and classification for technologies and provide scientific references and methodologies basis for the selection and promotion of circular economy technologies in China．

Circular economy technologies;AHP－Fuzzy;Second resource utilization;Extended benefit;Whole－process water conservation technology

X192;F062．4

A

1002－2104(2011)03專－0027－04

2010-12-15

董亮，碩士生，主要研究方向為循環經濟技術評價，工業生態系統集成與循環經濟。

李會泉，博士，研究員，主要研究方向為新型催化體系清潔工藝與資源循環利用的應用基礎與工程化、生態工業與循環經濟系統集成等研究。

國家科技支撐計劃資助(編號:2009BAC64B00)。