地鐵建設對城市環境的影響研究——基于網絡層次分析法的灰色模糊綜合評價

劉繼才，羅 劍，楊晨辰

（西南交通大學 經濟管理學院，四川成都 610031）

一、引言

近年來，隨著我國城市化步伐的加快，城市面積不斷增大，城市人口急劇增長，城市居民出行更加頻繁，許多城市不同程度地出現了交通堵塞狀況，特大城市的交通堵塞情況尤為嚴重。然而，隨著經濟的不斷發展，人們的生活節奏越來越快，對便捷、快速、安全的交通出行方式的需求越來越強烈。發展城市公共交通成為解決這一問題的最佳方法，其中地鐵更是受到許多城市的青睞。

地鐵在節約資源，改善城市交通、方便居民出行，推動城市經濟發展等方面發揮了巨大的作用。然而，地鐵項目的建設也會給城市生態和社會環境帶來不良影響。特別是我國地鐵建設發展迅速，所造成的環境問題更加嚴重，面臨的環境保護任務更加迫切。環境是影響城市發展的主要因素之一，對地鐵建設過程中所造成的環境問題進行研究可以明確開發建設者的環保責任，減少建設過程中的環境問題;為地鐵工程項目的設計者提出環保建議和要求，為環境管理者提供對地鐵項目實施有效管理的科學根據〔1〕。

許多國內外學者對地鐵建設過程中造成的城市環境問題進行了研究。Kumar提出要通過適當合理的規劃最大限度地減少地鐵施工給城市環境帶來的負面影響，特別是降低人口稠密區的懸浮顆粒物（SPM）和噪聲污染〔2〕。Ghotbi等通過對公眾意見的調查，分析了地鐵站點間的噪聲污染情況〔3〕。Ocak分析了地鐵建設過程中造成的交通堵塞、噪音和振動、建筑垃圾、建筑物破壞等問題，并提出了相應的解決方法〔4〕。

張建文和張潞全面闡述了地鐵建設對城市生態環境的影響：一方面，他們分析了施工期產生的振動、噪聲、空氣污染和水土流失等問題對城市生態環境造成的負面影響;另一方面，他們論述了地鐵運營期間給城市生態環境帶來的諸如促進經濟發展、緩解地面交通、改善環境質量等正面影響〔5〕。江家驊等探討了城市軌道交通規劃環境影響評價指標體系，構建了生態環境、聲和振動以及電磁環境、資源利用、社會經濟4個維度的指標〔6〕。佟玲等運用模糊綜合評價方法分析了城市軌道交通建設對城市的影響。他們從房價、軌道交通的其他經濟要素、建設期環境影響、運營期環境影響、社會效益5個方面進行評價，將問題進行量化，得出了可度量的結果〔7〕。

通過分析國內外研究成果發現，已有的研究成果都具體分析了地鐵建設對城市環境某一方面（如噪聲、振動、地下水等）的影響，或將其自然生態環境影響和人文社會環境影響分開來論述，它們構建的地鐵建設對城市環境影響的評價體系忽略了對城市居民日常生活產生的直接影響。本文將研究地鐵建設時期對城市環境的綜合影響，在已有研究成果上建立一套新的地鐵建設對城市環境影響的指標體系，該指標體系不僅包括地鐵建設過程中造成的各種自然和社會環境問題，還將突出地鐵建設過程中對城市居民日常生活造成的直接影響;通過問卷調查，分析地鐵施工建設對各指標因素造成的影響程度。基于指標間具有一定的關聯性，本文運用網絡層次分析法（Analytic Network Process）確定各個指標因素的權重。考慮到研究問題的模糊性與灰色性，本文將采用灰色模糊評價方法（Greyfuzzy Comprehensive Evaluation）對整個指標體系進行評價，從而確定地鐵建設對城市環境影響的程度。

二、地鐵建設對城市環境的影響指標體系

地鐵建設是一項浩大的市政建設工程，由于工程規模大、建設周期長、投資巨大并且建設地點多在人口稠密的繁華城市中心商業區、市民居住區以及車流量較大的交通要道，工程施工期間將對城市環境造成一定的不良影響，給城市居民的學習、生活和工作帶來一定不便〔8〕。地鐵建設對城市環境造成的影響是多方面、多層次的。陳愛俠等分析了地鐵建設過程中產生的噪聲和振動、地下水污染、土地資源破壞、大氣污染和建筑垃圾堆放等問題〔8〕。張建文和張潞通過調查發現地鐵建設施工會占用城市道路，造成交通堵塞，并嚴重影響市容市貌〔5〕。譚宗平論述了地鐵建設過程中的拆遷、商鋪營業、破壞建筑物以及占用綠地等現象〔9〕。冀幼平和張海燕強調地鐵建設應該著重保護文化古跡和自然人文景觀，在線路設計階段就應充分考慮地下管線的影響〔10〕。侯愛敏和翟青研究了地鐵建設階段和運營階段對周邊房價的影響〔11〕。通過對以上研究成果的整理和歸納，本文將地鐵建設對城市環境的影響分為城市生態環境影響、城市行居環境影響和城市文化景觀環境影響三類。

1．對城市生態環境的影響

城市生態環境是指影響城市居民生存和發展的各種自然因素，是水資源、土地資源、氣候資源和生物資源質量與數量的總稱。地鐵工程建設規模大、建設周期長，將不可避免的對城市生態環境產生影響，其影響主要體現在五個方面：空氣影響、地下水影響、建筑垃圾影響、土體地質影響、城市綠化的破壞。

2．對城市行居環境影響

城市行居環境是城市居民工作學習、社會交往和生活休息的空間場所。地鐵建設在影響城市生態環境的同時，更會對城市居民的衣、食、住、行產生影響，打擾市民正常的學習工作和生活休息。地鐵建設對城市行居環境的影響主要包括：拆遷影響、沿線房價影響、沿線商鋪營業影響、地下市政管線破壞、振動和噪聲影響、建筑物結構破壞、道路占用。

3．對城市文化景觀環境的影響

城市文化景觀環境影響主要體現在兩個方面：城市景觀影響和歷史文化遺產破壞。城市景觀是指由街道、廣場、建筑物、園林綠化等形成的外觀及氣氛;文化遺產指是從歷史、藝術或科學的角度看，具有普遍價值的建筑物、雕刻、繪畫、遺物等文物。

根據以上分析，可以構建如表1所示的地鐵建設對城市環境影響的指標體系。

表1 地鐵建設對城市環境影響的指標體系

三、問卷調查與數據分析

本文以成都市居民為對象，調查了成都地鐵建設過程中對城市環境的影響情況。結合前文構建的指標體系，問卷以14個三級指標設問，采用五級層次（非常嚴重、較嚴重、一般、較輕、非常輕）選項。本次調查共發放問卷281份，收回有效問卷240份，問卷有效回收率為85．4%。

（一）問卷的信度和效度分析

運用SPSS 17．0對問卷進行信度和效度分析。信度分析結果中，總量表Cronbach's Alpha系數為0．791，分量表的 Cronbach's Alpha 系數范圍為0．764～0．805。國內外學者認為，在檢驗量表信度時，Cronbach's Alpha系數標準為：0．6 ～0．65（最好不要）;0．65 ～0．7（最小可接受值）;0．7 ～0．8（相當好）;0．8 ～0．9（非常好）〔12〕。由此可知，問卷具有較好的信度。文章采用因子分析法進行效度分析，分析結果中的 KMO系數為0．758，其p值為0．000（小于0．01），達到顯著水平;提取出5個公共因子，其累積解釋總方差達到 67．296%（大于0．6）;各指標項旋轉載荷范圍為 0．521 ～ 0．877，且多數超過了0．6，故可判斷問卷具有較好的結構效度。

（二）指標選項的頻率統計

調查問卷各題項直接反映了地鐵建設對城市環境影響指標體系中的第三級指標。對各個題項的選項結果進行頻率統計，構造后續模糊評價的評判矩陣（統計結果見表2）。

表2的數據顯示：各環境影響指標中，調查者選擇影響程度一般與較嚴重的比例遠高于其他選項。

表2 調查問卷題項頻率統計 （%）

四、基于ANP指標權重的確定

目前，眾多學者采用AHP（層次分析法）確定指標權重。但AHP方法本身有一定的局限性，它假設各個指標都是相對獨立的，忽視了指標之間的相互關聯。1996年，T．L．Saaty教授在AHP方法的基礎上提出了ANP（網絡層次分析法），用于解決非獨立遞階層次結構的決策問題。

現實中，大部分實際問題和決策問題的元素之間都存在一定的關聯，具有內部依賴性和外部依賴性。此時，AHP方法顯然已不適用這類問題，采用ANP方法更為有效。ANP方法將系統因素分為控制層和網絡層兩大部分。控制層類似于一個遞階層次結構，包括目標層和準則層，準則層是相互獨立的，并只受目標層的影響。網絡層由若干個元素集構成，彼此互不獨立，互不隸屬，形成相互關聯的網絡結構〔12〕。圖1即為本文構建的基于ANP的地鐵建設對城市環境的影響評價模型。

本文根據1～9標度法原理，設計了一份專家權重調查問卷，并邀請了10位相關專家對各個指標的重要性進行了評分。根據評分結果，運用ANP理論，借助Super Decision軟件構建了如圖1所示的ANP結構模型，并通過軟件中提供的兩兩指標間判斷矩陣打分界面計算出各個指標權重結果（見表3）。

從表3可以看出，三類城市環境的重要程度依次為：城市行居環境、城市生態環境、城市文化景觀環境。

圖1 地鐵建設對城市環境影響的ANP結構模型

表3 各級指標相對于上一級指標的權重

五、地鐵建設對城市環境影響的灰色模糊評價

地鐵建設對城市環境影響的因子眾多，涉及面廣，是一個多變量、多因素、多層次的等級系統。其指標體系由定性指標構成，其評價結果只能依靠人的主觀意識，邊界模糊，難以確定。同時，被調查者和專家的個人偏好和知識結構不盡相同，因而導致所收集的數據具有一定的不完全性與不確定性。地鐵建設對城市環境影響的問題中既存在模糊性，又具有灰色性。這就要求在評價過程中既要考慮問題的模糊性，又要考慮其灰色性?；诖耍疚慕柚疑：C合評判方法來評價地鐵建設對城市環境的綜合影響程度。

灰色模糊綜合評價則結合了灰色關聯與模糊數學理論，是一種在已知信息不充分的條件下，評價具有模糊因素的事物或現象的方法〔13〕。

（一）地鐵建設對城市環境影響的灰色模糊綜合評價模型

評價指標的信息具有一定的不確定性，常用描述性語言來對應一定的灰度范圍，灰度值?。?，1］中的任一值或任一范圍表示信息量的多少。以往眾多學者按信息量的多少將信息分成：{很充分，比較充分，一般，比較貧乏，非常貧乏}，其相對應的灰度范圍為{0 ～0．2，0．2 ～0．4，0．4 ～0．6，0．6 ～0．8，0．8～1}。本文將采用這一分類標準。

1．構建因素集

因素集是由影響評價對象的m個因素組成的集合，由U表示，同時還得綜合各個因素的灰度Y。顯然，由前文的指標體系可知，本文中的因素集為二層集：

第一層因素：

第二層因素：

2．構建評價集

建立每一個因素所處狀態的n種決斷的集合，即評價集

本文建立含5個等級的評價集，V={非常嚴重，較嚴重，一般，較輕，非常輕}。

3．構建權重集

前文已經基于ANP的方法計算了各個指標的權重qi，但權重集可以看成評價對象與因素集之間的灰色模糊關系。結合權重qi與其對應的灰度ri，構成權重集

4．構建因素評判矩陣及灰色模糊合成

首先，進行單因素灰色模糊評價。單獨從一個最底層因素出發進行評價，從而確定評價對象對評價集合V的隸屬程度，此過程叫做單因灰色素模糊評價。單因素模糊評價是綜合評價的關鍵，本文是通過統計調查法來確定底層指標的隸屬度λ，再進行單因素評價。

其中，λij表示第i個因素的屬于第j個等級的可 …能性，是相應指標信息的灰度。其中i=1，2，，m;j=1，2，…，n。引進決策集，使得

5．評價結果處理

上述得到的評判結果向量包含兩部分，前一部分是對環境指標的模糊評價，后一部分是對信息完全程度的描述。本文定義一個行向量β=（β1，β2，…，βn），并使得 βj=bj+（1 －yj），j=1，2，3，…，n。βj體現了隸屬度越大越好，灰度越小越好的原則，以βj的最大值作為最優評判結果〔14〕。

（二）地鐵建設對城市環境影響的灰色模糊計算

根據指標體系，城市生態環境包括五個相關指標：空氣影響、地下水影響、建筑垃圾影響、土體影響、城市綠化破壞。本文指標權重根據專家打分計算得出，故可認為這部分信息很充分，本文假設所有指標的灰度值都為0．1。對于城市生態環境，該5個指標構成的權重集為

分析以往研究中環境評價指標選取的情況，某項指標被選用的次數越多，可認為該指標的信息越充分。綜合上文的統計分析結果，可構建城市生態環境的評判矩陣為：

處理結果為：

根據最大隸屬度原則，可以判斷，地鐵建設過程中對城市生態環境的影響程度一般。

同理，城市行居環境影響灰色模糊評價結果β2以及城市文化景觀環境影響評價結果β3分別為：

根據最大隸屬度原則，地鐵建設對城市行居環境有較嚴重影響，對城市文化景觀環境影響一般。

六、結論

基于ANP方法確定指標權重，充分考慮了指標間的相互關聯，使權重計算結果更加科學。運用灰色模糊綜合評價法分析地鐵建設對城市環境的影響，既解決了問題的模糊性，又兼顧了信息的不完全性，使評判結果更加客觀可信。評價結果表明，地鐵建設對城市行居環境有著較為嚴重的影響。此外，由文中的權重計算結果可知，三類城市環境的重要性依次為：城市行居環境、城市生態環境、城市文化景觀環境。這說明地鐵建設期間，建設者更應該考慮到項目對城市居民衣、食、住、行等日常生活帶來的影響，并采取相應措施降低項目對城市環境造成的負面影響，為地鐵建設創造一個和諧有利的環境。

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