突變理論的高速公路隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)探討

郭勇

摘要：隧道能耗作為高速公路運(yùn)營期能耗的主要環(huán)節(jié)，本文以隧道照明能耗、通風(fēng)能耗、節(jié)能技術(shù)和隧道運(yùn)營管理四個(gè)方面建立了隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用突變級(jí)數(shù)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行耦合運(yùn)算，形成了隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)模型，減少了運(yùn)用其他分析方法得分主觀性，使得評(píng)級(jí)模型更加科學(xué)。

關(guān)鍵詞：突變理論；隧道；節(jié)能；績效評(píng)價(jià)

引言：近年來，我國高速公路建設(shè)突飛猛進(jìn)，截至2012年底全國高速公路通車?yán)锍桃淹黄?.6萬km，高速公路運(yùn)營過程中能源消耗也成為主要關(guān)注問題，其中隧道運(yùn)營能耗是其中主要能耗環(huán)節(jié)，以終南山隧道為例，單洞長18.02km，雙洞共長36.04km，每個(gè)月的照明電費(fèi)就達(dá)100多萬元，耗能巨大已成為隧道運(yùn)營的關(guān)鍵問題，隧道運(yùn)營能耗主要體現(xiàn)在隧道照明和通風(fēng)過程耗電，然而針對(duì)高速公路隧道節(jié)能效果相關(guān)績效評(píng)價(jià)較少，因此，針對(duì)隧道耗能構(gòu)建一套科學(xué)、合理、適用的節(jié)能績效評(píng)價(jià)模型，對(duì)于隧道運(yùn)營單位而言，可以幫助其發(fā)現(xiàn)自身節(jié)能管理中存在的不足，根據(jù)績效評(píng)價(jià)修正目標(biāo)并提出改進(jìn)措施，制定出科學(xué)的節(jié)能管理方案和管理[1]。

1隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

隧道作為高速公路運(yùn)營的主要環(huán)能單元，隧道如果要實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，一方面要通過改造隧道內(nèi)照明和通風(fēng)設(shè)備節(jié)能效率，另一方面可通過系統(tǒng)管理降低隧道運(yùn)營能耗[2]。

1.1指標(biāo)選取原則

（1）科學(xué)性和綜合性原則

評(píng)價(jià)指標(biāo)要能反應(yīng)隧道耗能的特征，表述要準(zhǔn)確清楚，指標(biāo)應(yīng)科學(xué)規(guī)范，保證同一指標(biāo)在不同隧道反應(yīng)的是同一客觀事實(shí)，并具有可驗(yàn)證性，隧道耗能的指標(biāo)繁多，在選擇時(shí)要避免重復(fù)選擇，在保證指標(biāo)體系全面性和系統(tǒng)性的前提下，應(yīng)盡量選取最少的指標(biāo)來最大程度地反映隧道節(jié)能效果，注重指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。

（2）可操作性與可比性原則

可操作性包括指標(biāo)信息獲取的可操作和綜合指標(biāo)值計(jì)算的可操作，指標(biāo)可通過監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)獲得，也可通過相關(guān)計(jì)算獲取；在對(duì)各個(gè)子指標(biāo)進(jìn)行集成構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型時(shí)，應(yīng)充分考慮方法的可操作性，在保證目標(biāo)的前提下，盡量選擇簡單易用的方法。可比性包括同一對(duì)象不同時(shí)期的縱向可比性和不同對(duì)象同一時(shí)期的橫向可比性。橫向比較可以反映隧道在同一高速公路中的節(jié)能水平，找到節(jié)能效果的提升方向；縱向比較可以反映隧道節(jié)能是在改善或是在惡化，確定隧道管理部門在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)投入的環(huán)保資金、出臺(tái)的環(huán)保制度、采取的環(huán)保措施等是否達(dá)到了應(yīng)有的效果。為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的橫向可比性，在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)要充分考慮到不同地區(qū)、不同規(guī)模隧道之間存在的諸多客觀差異，盡量選取相對(duì)定量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的縱向可比性，指標(biāo)選取要充分考慮其統(tǒng)計(jì)的連續(xù)性，盡量選擇長遠(yuǎn)時(shí)間段內(nèi)一直存在的共性指標(biāo)[3]。

（3）成本效益原則

在指標(biāo)的收集和選取過程中要充分考慮成本和效益因素。如果選擇的指標(biāo)量過少，評(píng)價(jià)結(jié)果片面，達(dá)不到績效評(píng)價(jià)的目的；如果選擇的指標(biāo)過多，需要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行信息收集和統(tǒng)計(jì)，評(píng)價(jià)成本過高，會(huì)散失評(píng)價(jià)的積極性，并且，如果評(píng)價(jià)成本甚至高于企業(yè)從節(jié)能減排效果評(píng)價(jià)中獲得的效益，那么評(píng)價(jià)本身也就沒有了意義。

1.2指標(biāo)體系的確定

表1 隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)體系

一級(jí)指標(biāo) 二級(jí)指標(biāo) 三級(jí)指標(biāo) 計(jì)算方法 指標(biāo)說明

隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià) 隧道通風(fēng)能源消耗 通風(fēng)總耗能 以實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)為準(zhǔn) 逆向指標(biāo)，指指標(biāo)值越低越好

單位長度通風(fēng)耗能 隧道通風(fēng)總耗能/隧道總長度 逆向指標(biāo)

通風(fēng)設(shè)備數(shù)量 以實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)為準(zhǔn) 適度指標(biāo)

隧道照明能源消耗 照明總耗能 以實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)為準(zhǔn) 逆向指標(biāo)

單位長度照明耗能 隧道照明總耗能/隧道總長度 逆向指標(biāo)

單位長度照明燈具數(shù)量 隧道照明燈具總數(shù)/隧道總長度 適度指標(biāo)

節(jié)能技術(shù) LED節(jié)能燈利用率 隧道照明LED燈數(shù)量/隧道總照明燈具數(shù) 正向指標(biāo)

單位長度LED節(jié)能燈數(shù)量 以實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)為準(zhǔn) 正向指標(biāo)

節(jié)能通風(fēng)設(shè)備利用率 隧道節(jié)能通風(fēng)設(shè)備數(shù)/隧道總通風(fēng)設(shè)備數(shù) 正向指標(biāo)

隧道墻面節(jié)能材料利用率 隧道墻面節(jié)能材料面積/隧道墻面總面積 正向指標(biāo)

隧道運(yùn)營節(jié)能管理 建立節(jié)能減排考核體系 按實(shí)際情況賦值，是，賦值1，否則賦值0 定性指標(biāo)

節(jié)能減排知識(shí)宣傳培訓(xùn)

提高隧道運(yùn)營管理集約化

建立獎(jiǎng)懲制度

2隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1突變級(jí)數(shù)法評(píng)價(jià)原理

突變級(jí)數(shù)法是一種對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行多層次矛盾分解，然后利用突變理論與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生突變模糊隸屬函數(shù)，再由歸一公式進(jìn)行綜合量化運(yùn)算，最后歸一為一個(gè)參數(shù)，即求出總的隸屬函數(shù)，從而對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行排序分析的一種綜合評(píng)價(jià)方法。該方法的主要特點(diǎn)是沒有對(duì)指標(biāo)采用權(quán)重，只考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性，從而減少了人為賦予指標(biāo)權(quán)重的主觀性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果造成的影響，其計(jì)算簡易準(zhǔn)確，目前已廣泛運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域。運(yùn)用突變級(jí)數(shù)法進(jìn)行績效評(píng)價(jià)，首先要根據(jù)評(píng)價(jià)目的對(duì)評(píng)價(jià)總指標(biāo)進(jìn)行多層次分解，并對(duì)各指標(biāo)按相對(duì)重要程度進(jìn)行排序，相對(duì)重要的排在前面，建立倒立樹狀目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，然后按照下級(jí)指標(biāo)數(shù)目確定突變?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)體系的突變系統(tǒng)類型，根據(jù)突變系統(tǒng)的分叉方程導(dǎo)出其歸一公式。最后，利用歸一化公式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，各個(gè)子指標(biāo)值可按3種不同的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行耦合：當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)控制變量之間其作用不能互相替代，按“大中取小”原則取值；當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)控制變量之間可以互相彌補(bǔ)其不足，按其均值取用；或是規(guī)定各個(gè)控制變量須達(dá)到某一閾值后互補(bǔ)。初等的突變理論共有7個(gè)基本模型，其中最常用的是：尖點(diǎn)突變系統(tǒng)、燕尾突變系統(tǒng)和蝴蝶突變系統(tǒng)。

2.2隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)模型

根據(jù)上文所構(gòu)建的隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)指標(biāo)體，隧道通風(fēng)能源消耗和隧道照明能源消耗下均有3個(gè)控制變量，按照突變理論，3個(gè)控制變量的集成為燕尾突變系統(tǒng)模型。同理，節(jié)能技術(shù)和隧道運(yùn)營節(jié)能管理的評(píng)價(jià)均為蝴蝶突變系統(tǒng)模型，最后，4個(gè)二級(jí)指標(biāo)向評(píng)價(jià)目標(biāo)的集成為蝴蝶突變系統(tǒng)模型。各個(gè)指標(biāo)之間存在互補(bǔ)關(guān)系，根據(jù)突變級(jí)數(shù)法綜合評(píng)價(jià)法則，各指標(biāo)耦合時(shí)應(yīng)取其均值計(jì)算來綜合值[4-5]。

以X表示隧道節(jié)能績效值，4個(gè)二級(jí)指標(biāo)：隧道通風(fēng)能源消耗、隧道照明能源消耗、節(jié)能技術(shù)和隧道運(yùn)營節(jié)能管理指標(biāo)分別表示為XA、XB、XC、XD，14個(gè)三級(jí)指標(biāo)按表1的順序，依次表示為：XA1、XA2、XA3，XB1、XB2、XB3，XC1、XC2、XC3、XC4，XD1、XD2、XD3、XD4。按照突變級(jí)數(shù)法綜合評(píng)價(jià)互補(bǔ)取均值的原則，最終，隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)突變模型如表2所示。

表2 隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)突變模型

評(píng)價(jià)指標(biāo) 突變系統(tǒng)模型

隧道通風(fēng)能源消耗（ ）

隧道照明能源消耗（ ）

節(jié)能技術(shù)（ ）

隧道運(yùn)營管理（ ）

X

結(jié)論：隧道高速公路建設(shè)的發(fā)展，隧道耗能問題已成為影響高速公路運(yùn)營期節(jié)能的關(guān)鍵問題，對(duì)于隧道節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究已成為熱點(diǎn)，本文以隧道通風(fēng)能源消耗、隧道照明能源消耗、節(jié)能技術(shù)和隧道運(yùn)營管理四個(gè)方面選取了14個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了高速公路隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)體系，定性與定量相結(jié)合，并運(yùn)用突變級(jí)數(shù)法對(duì)各層次指標(biāo)進(jìn)行耦合運(yùn)算，提高了隧道節(jié)能績效評(píng)價(jià)的科學(xué)性，本研究可為高速公路管理部門節(jié)能減排管理提供技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王少飛. 論公路隧道運(yùn)營管理[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2010（S）：45-50.

[2]張生瑞，馬壯林. 高速公路隧道交通環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J]. 長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（2）：77-80.