價值工程耦合三角模糊數的環境工藝決策評價

馬 龍

(貴州民族大學化學與環境科學學院，貴州 貴陽 550025)

價值工程耦合三角模糊數的環境工藝決策評價

馬 龍

(貴州民族大學化學與環境科學學院，貴州 貴陽 550025)

為了建立和量化合適于環境工藝決策的評價體系，以某啤酒廠排放的污水為研究對象，通過價值工程耦合三角模糊數，從規模參數、單元及設備、進水水質和水質處理要求角度構建評價體系。評價體系共設立11個指標，結合文獻分析方法及價值工程評分規則計算三角模糊數得分，再確定各層權重，最后應用價值工程對多個環境工藝決策方案進行評價與優選。結果表明，上流式厭氧污泥床(UASB)/生物接觸氧化/氣浮為處理該啤酒廠污水的最佳環境工藝。本研究為今后的環境工藝決策提供了新思路和新方法。

價值工程 三角模糊數 環境工藝決策 評價

Abstract: In order to establish and quantify the assessment system for environmental process decision,sewage discharge from a brewery was took as the case. The assessment system which involved the demand of parameters,units and equipment,water quality and processing was established by value engineering coupled triangular fuzzy. There were 11 indicators in the system. The scoring matrices of triangular fuzzy were defined by literature review and scoring rules of value engineering. Then the weight of each layer was determined,and the value engineering was applied for evaluation and selection on environmental process decision. The upper loss anaerobic sludge bed (UASB)/biological contact oxidation/flotation process was scientifically evaluated as the optimal evironment process for brewery sewage treatment. The results provided new ideas and methods for future environment process decision.

Keywords: value engineering； triangular fuzzy； environmental process decision； assessment

隨著我國環境工藝決策評價方法的不斷發展，大部分研究者只注重于環境工藝技術上的創新及研究，但忽略了環境工藝決策的成本效益與功能效益的結合[1]，導致環境工藝決策評價方法處于不完善的階段。因此，將價值工程應用在環境工藝決策上，能夠有效解決成本效益與功能效益不能有效結合這個弊端。目前，價值工程在各個工程領域有著廣泛的應用[2]，在環境工程領域主要應用有：環境工藝設計的研究[3-4]、環境影響評價[5]、給水排水管道的設計[6]、水廠濾池的選擇[7]、環境監測及儀器設備建設[8-9]及環境工程招投標[10]等各方面。但價值工程應用時，受到人為主觀評分等因素的影響，造成評價數據不準確及評價結果不合理，最終影響到環境工藝決策的經濟性與功能性。為了解決以上存在的問題，將價值工程耦合三角模糊數應用在環境工藝決策評價領域中。價值工程耦合三角模糊數對環境工藝決策評價的優勢體現為：有利于對環境工藝的功能效益與成本效益綜合評價，可以減少環境工藝成本的投入；有效減少主觀因素的影響，保證數據的嚴謹性，確保環境工藝決策評價的科學性與合理性。因此，本研究同時考慮了成本效益、功能效益及主觀因素影響，在價值工程和三角模糊數基礎上，建立環境工藝決策評價體系，直觀判斷環境工藝水平。

1 研究方法

1.1 價值工程

價值工程是一種以價值為主導的創造性方法。它以工程決策的經濟效益與功能效益為主導目標[11]。應用價值工程能降低工程決策的成本，有效評價工程決策目標的功能效益[12]，提高工程決策實施的整體效益，也綜合評價了工程決策的實用性。

價值工程分析包括功能分析與成本分析兩個主要步驟，功能分析是價值工程分析的主要對象，成本分析是價值工程最需考慮的問題[13]。在環境工藝決策中，環境工藝功能包括環境工藝管理能力的建設、工藝的水質要求、設備機械管理建設等方面；環境成本即是環境工藝的決策成本。根據相關的價值工程定義[14-16]，環境工藝決策的價值系數可定義依據式(1)得出。

V=F/C

(1)

式中：V為環境工藝決策的價值系數；F為環境工藝決策的功能系數；C為環境工藝決策的成本系數。

1.2 三角模糊數

1.2.1 三角模糊數的相關運算

設實數域R上存在一個三角模糊數，在[0,1]區間上定義一個隸屬函數(x)，如式(2)[17-18]所示：

(2)

式中：x為隸屬函數的自變量；={a，b，c}，a、b、c均為實數,a與c為的下界與上界，b為的中值。

令c-a=δ，δ越小表示模糊程度越低，δ越大表示模糊程度越高，δ=0表示非模糊。

1+2={a1+a2，b1+b2，c1+c2}

(3)

1×2={a1×a2，b1×b2，c1×c2}

(4)

1.2.2 三角模糊數可能性程度值

令U={u1，u2，…，un}是一組目標集(u1、u2、…、un均為目標變量，共計n個變量)，O={1,2，…，m}是一組對象集(1、2、…，m均為對象變量，共計m個變量)，第i個對象滿足第j個目標的程度為取1、2、…、m；j取1、2、…、n)，其運算方法參照三角模糊數。據此可定義第i個對象滿足目標集的模糊綜合程度值(Ei)：

(5)

分別以E1與E2衡量1與2的重要性，E2≥E1的可能性程度值(φ(E2≥E1))依據式(6)計算。

(6)

S(i)=min(φ(Ei≥Ek))(k取1、2、…、m，但k≠i)

(7)

式中：min()為取最小值算法。

1.3 研究方法的構建

環境工藝評價模型主要應用三角模糊層次分析法對環境工藝的功能進行評價，從而得到準確的環境功能指標權重，然后構建新的環境工藝決策方案。對新的環境工藝決策分別求出成本系數與功能系數，再計算出價值系數，從而選擇合理的環境工藝決策方案。環境工藝決策評價模型的流程圖如圖1所示。

2 評價模型的應用

2.1 三角模糊層次評價

三角模糊層次分析法主要針對一些不確定因素的決策評價，將三角模糊數與層次分析法應用到實例評價中，能夠得出較準確的評價指數，從而減少主觀評價的影響，降低權重系數的模糊度[19-20]。目前，已有學者將三角模糊數耦合層次分析法對洪澇風險進行對比分析，研究結果表明三角模糊數耦合層次分析法能提高評價結果的客觀性、合理性和適用性[21]。此外，三角模糊數還能應用于土壤中重金屬化學形態的污染綜合評價[22]及小型污水處理工藝的選擇[23]。將三角模糊數與層次分析法結合，應用到環境工藝功能評價體系中，能夠科學地確定環境功能權重。

圖1 環境工藝決策評價流程圖Fig.1 Evaluation process of environmental process decision

2.2 環境工藝決策功能評價層次結構的構建

環境工藝功能的評價是通過層次分析法的相關定義建立目標層、準則層和指標層[24]，再確定環境工藝的功能指標，如表1所示。

表1 環境工藝功能評價層次結構

2.3 環境工藝功能權重分析

基于文獻分析方法，采用1～9層次標度法對環境工藝功能的準則層相對重要程度進行三角模糊數評分。通過對各準則之間重要性兩兩比較，再構造出準則層相對于目標層的三角模糊數評價矩陣，按照式(3)至式(5)計算每個準則與其他準則相比較的綜合程度值，根據式(6)求出可能性程度值，再根據式(7)計算得出：S(1)=0.469；S(2)=0.732；

S(3)=1.000；S(4)=0.744。將S(1)至S(4)歸一化后得到準則層相對于目標層的權重矩陣(ω)={0.159，0.249，0.340，0.252}。

同理得出指標層相對于準則層的權重矩陣(ω1～ω4分別為指標層相對于F1～F4的權重矩陣)：ω1={0.438，0.473，0.089}；ω2={0.693，0.307}；ω3={0.333，0.333，0.333}；ω4={0.333，0.333，0.333}。

根據準則層相對指標層的權重、指標層相對于準則層的權重，得到指標層相對于目標層的權重，如表2所示。

表2 指標層相對于目標層的權重

2.4 環境工藝決策實例分析

實例具體資料來源于文獻[25]。某啤酒廠污水中，COD為1 000～2 500 mg/L，BOD5為700～1 500 mg/L，SS為300～600 mg/L，pH為5～6，屬于中等濃度可生物降解的有機廢水。該廢水處理工藝包括上流式厭氧污泥床(UASB)/氧化溝、UASB/射流曝氣、UASB/生物接觸氧化/氣浮、周期循環活性污泥法(CASS)、UASB/塔式生物濾池/混凝，以上5種廢水處理工藝可作為環境工藝的典型代表，依次記為T1～T5，具體參數如表3所示。

表3 啤酒生產廢水處理工藝

根據價值工程評分體制及相關要求，采用10分制對以上5種環境工藝的功能指標進行評分，10分制評分標準如表4所示。

表4 10分制評分標準

對10分制構造的三角模糊數得分取平均值，得到指標層的功能評價得分平均值，將平均值乘以指標層對于目標層的權重系數，加權求和，得到功能評價總分，最后將功能評價總分歸一化得到環境工藝功能系數，如表5所示。

表5 環境工藝功能系數計算結果

由表5可以看出環境工藝決策功能系數排名為T4>T3>T5>T2>T1。

環境工藝總投資數據來自于文獻[25]，將各個環境工藝的總投資歸一化，得到工藝成本系數，如表6所示。環境工藝的成本系數排名為：T5>T4>T3>T2>T1。

表6 環境工藝成本系數計算結果

根據式(1)，計算出T1～T5的價值系數，如表7所示。

表7 環境工藝價值系數計算結果

環境工藝的價值系數排名為：T1>T2>T3>T4>T5。T1和T2的價值系數排名靠前，但功能系數排名靠后，說明其工藝功能不能滿足環境工藝決策的相關要求。T3既滿足了成本要求又滿足了功能要求，但T3的進水水質要求有高、低濃度之分，可能增加工藝成本。T4的工藝功能最好，能最大限度滿足相關功能要求，但其投資成本較高。T5的價值系數排名靠后，主要原因可能是環境工藝決策的成本要求較高。綜合考慮，環境工藝決策的最優結果為T3。T1和T2應創新工藝功能；T3和T4主要通過降低成本提高價值系數；T5需同時創新工藝功能與降低成本來提高價值系數。

價值工程在環境工藝決策應用時，能夠通過比較各個環境工藝的功能系數，在滿足工藝功能要求的前提下，最大限度降低工藝成本；但不能只依據價值系數進行判斷，還應結合功能系數和成本系數，才能確定最優環境工藝決策。

3 結 論

考慮成本效益、功能效益及主觀因素的影響，且在價值工程和三角模糊數綜合評判理論的基礎上，建立環境工藝決策評價體系，直觀判斷環境工藝水平。以某啤酒廠污水處理工藝為例，評判出T3為最佳環境工藝。

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Valueengineeringcoupledtriangularfuzzyassessmentofenvironmentalprocessdecision

MALong.

(DepartmentofChemistryandEnvironmentalScience，GuizhouMinzuUniversity，GuiyangGuizhou550025)

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.022

2016-05-06)

作者：馬 龍，男，1990年生，碩士研究生，研究方向為污染控制與資源化利用。