基于灰色關聯(lián)分析和層次分析法的生活垃圾轉運站建設評價研究

楊 禹，陳海濱，李 茜，龍思杰

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430074；2.華中科技大學環(huán)境科學與工程學院，湖北 武漢 430074）

目前對生活垃圾轉運系統(tǒng)的研究，多集中在轉運站選址［1］、轉運站建設的經(jīng)濟效益［2-3］、轉運站設備工藝選擇［4-5］、轉運站建設的環(huán)境效益［6-7］等方面，而對轉運站建設水平的評價研究則很少見諸文獻報道。建標117—2009生活垃圾轉運站工程項目建設標準對各類規(guī)模轉運站的工程建設作了一定的限定，CJJ/T 156—2010生活垃圾轉運站評價標準比較籠統(tǒng)和主觀地給出了轉運站工程建設評價的方法，但實際中若對不同類型的轉運站展開較為客觀公正的綜合比較評價，其方法仍有待進一步挖掘和完善。在轉運站建設評價的影響因素中，由于系統(tǒng)內(nèi)外擾動的存在，因素之間的相互作用關系不完全明晰，導致建設水平的高低并不按照某一特定規(guī)律或者函數(shù)變化，無法用特定的數(shù)學關系式來表達，具有與灰色系統(tǒng)的不確定性及模糊性特性形成的相互耦合的特征。灰色關聯(lián)分析可根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素間關聯(lián)程度，該法對樣本數(shù)量要求不高，且對數(shù)據(jù)無規(guī)律同樣適用，但在計算各數(shù)據(jù)序關聯(lián)度時該法使用的是同一組權重，難以體現(xiàn)評價的最優(yōu)性和公正性［8］。據(jù)此本研究提出一種基于層次分析法（AHP）的灰色關聯(lián)分析法來對生活垃圾轉運站建設水平進行評價，能夠為實際中轉運站建設評價提供有效的參考。1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究樣本與數(shù)據(jù)

以浙江、江蘇、遼寧、上海、廣西等地5個生活垃圾轉運站為主要研究樣本，具體數(shù)據(jù)以課題組2011—2013年實地調(diào)研數(shù)據(jù)為準。

1.2 評價指標體系

參照建標117—2009生活垃圾轉運站工程項目建設標準及CJJ/T47—2016生活垃圾轉運站技術規(guī)范，同時根據(jù)實際調(diào)研所得主要數(shù)據(jù)，選取項目用地面積、轉運站主體設施建筑面積（以下簡稱主體面積）、配套設施建筑面積（配套面積，未包括道路和停車場）、生產(chǎn)管理與生活服務設施建筑面積（綜合管理面積）、投資估算（未包括收集車購置費、征地費等）、勞動定員等指標作為6個評價指標。

1.3 研究方法

通過綜合運用灰色關聯(lián)分析和層次分析法（AHP） 建立生活垃圾轉運站建設水平評價模型展開研究，其中利用灰色關聯(lián)分析將各評價指標的原始數(shù)據(jù)轉化為灰色關聯(lián)系數(shù)，其次通過AHP法確定各評價指標的權重，最后計算評價對象的加權灰色關聯(lián)度來展開對生活垃圾轉運站建設水平的具體評價。

1.3.1 灰色關聯(lián)原理與方法

灰色系統(tǒng)理論由華中理工大學鄧聚龍教授于1982年正式提出［9］。該理論中的灰色關聯(lián)分析法可定量分析多個因素之間的相互關聯(lián)的程度。該法所需原始數(shù)據(jù)少、原理簡單、運算方便且易于挖掘數(shù)據(jù)規(guī)律，在處理“貧信息”問題時尤為有效。灰色關聯(lián)分析的本質(zhì)是數(shù)據(jù)序列曲線間的幾何形狀的分析比較，其幾何形狀越相似，則發(fā)展態(tài)勢也就越接近，關聯(lián)程度也越大［10］?；疑P聯(lián)分析的基本步驟如下。

1）確定比較數(shù)據(jù)序和參考數(shù)據(jù)序。

設有原始比較數(shù)據(jù)序：

另有原始參考數(shù)據(jù)列x0，參考數(shù)據(jù)序可從原始數(shù)據(jù)序中選取，也可單獨設定。

2） 數(shù)據(jù)無量綱化。

數(shù)列原始數(shù)據(jù)無量綱化處理方法通常有中心化處理、極差化處理、極大化處理、極小化處理、均值化處理和初值化處理［11］。

3） 計算關聯(lián)系數(shù)。

對于一個參考數(shù)據(jù)列x0，有若干個比較數(shù)據(jù)列x1，x2，…，xn的情況，可用如下表達式來表達各比較曲線與參考曲線在各點的接近程度：

i=1，2，…，m；j=1，2，…，n，

其中：ξi（k）為j點xi與參考曲線x0的相對差值，稱為xi對x0在j點處的關聯(lián)系數(shù)。ζ是分辨系數(shù)，取值范圍為[0，1]，一般取值ζ=0.5。

4） 計算關聯(lián)度。

為了從整體上表述比較序列對于參考序列的關聯(lián)程度，定義灰色關聯(lián)度如下：

值得注意的是該關聯(lián)度計算公式是依據(jù)關聯(lián)系數(shù)的算數(shù)平均值來展開計算。但在實際中，通常各個因素對目標的影響大小不一致，需納入權重指標wi。權重的確定方法有層次分析法、Delphi法、變異系數(shù)法、熵權法等。

當各因素權重一致時，公式（6）簡化為公式（5）。5

）根據(jù)各參評比較序列的關聯(lián)度的大小確定先后優(yōu)劣順序。

1.3.2 層次分析法

層次分析法（AHP）應用較為廣泛，具體可參照參考文獻，此處不再贅述其原理步驟。AHP法是通過分析復雜問題所包含的因素及其相互關系，將問題分解為不同層次的不同要素，在每層次可按一定規(guī)則對該層次的元素逐對比較，建立判斷矩陣。本研究中AHP主要用于確定各指標的權重，具體來說是通過計算判斷矩陣最大特征值及對應的正交化特征向量，得出參評指標相對于轉運站建設的權重［12］。

2 基于灰色關聯(lián)分析與AHP法的生活垃圾轉運站建設評價

2.1 計算步驟

2.1.1 評價指標的選擇

評價指標根據(jù)1.2所確定的指標來選取，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 5個樣本生活垃圾轉運站實際建設數(shù)據(jù)

2.1.2 無量綱處理實測原始數(shù)據(jù)

由于所用參考數(shù)據(jù)列為不同級別中的不同參考值，這些參考值相互之間并無優(yōu)劣之分，因此，采用初值化來對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化。具體步驟如下。

1） 用內(nèi)插法求出各項指標的參考數(shù)據(jù)列，由于不同規(guī)模對應不同的參考值，因此參考數(shù)據(jù)序與參評轉運站規(guī)模數(shù)（k）相同：

2）進行初值化處理，使得不同等級下的數(shù)據(jù)列之間具有可比性，即：

3）對所得數(shù)據(jù)矩陣規(guī)范化，得新的比較數(shù)據(jù)列：

4）確定參考數(shù)據(jù)列x0。參考數(shù)據(jù)列的選取可依據(jù)每列最大值或最小值從比較數(shù)據(jù)列中選取，也可根據(jù)一組固定值來確定。由于本研究考慮的是原始數(shù)據(jù)列對與之對應的標準數(shù)據(jù)列的偏離程度大小，由以上無量綱化處理過程可得知，理想情況下，原始的比較數(shù)據(jù)列將完全符合標準數(shù)據(jù)列，此時偏離度為0，因而本研究的參考數(shù)據(jù)列定為：x0= （0，0，…，0）

2.1.3 計算級差

依據(jù)公式（2）、（3）、（4），新的參評比較數(shù)據(jù)序及參考序列，可得級差數(shù)據(jù)，且

4.796 7。

2.1.4 計算關聯(lián)系數(shù)

依據(jù)式（1），可計算出各轉運站的關聯(lián)系數(shù)，結果如表2所示。

表2 各轉運站評價指標的關聯(lián)系數(shù)

2.1.5 計算關聯(lián)度

由于轉運站建設的各項指標對整體建設水平的影響不同，即各指標權重各不相同，因此，需要確定各指標的相互權重。權重的確定根據(jù)層次分析法來進行。首先，對建設水平的綜合評價主要考慮建設水平的高低，故評價的目標層為建設水平（A），指標層為前面確定的6個評價指標（C）。其次，根據(jù)層次結構模型，構造判斷矩陣A-C如表3所示。為了迅速、準確地得到比選結果，提高方案決策的效率，擬借用MATLAB 7.0對判斷矩陣加以處理。程序運行得出唯一實特征根6，所對應特征向量經(jīng)歸一化后為[0.165 3 0.198 5 0.148 9 0.173 6 0.141 1 0.172 6]，6個分量即為6個指標相對于目標層的權重。經(jīng)檢驗判斷CR=0＜0.1，說明該矩陣滿足一致性。

表3 判斷矩陣A—C

根據(jù)以上計算結果，結合各指標權重，可計算各轉運站的加權關聯(lián)度，結果如表4所示，作為各轉運站建設水平的綜合評價值。

表4 各轉運站的關聯(lián)度

2.2 結果與討論

由于所選用的標準數(shù)據(jù)序列是行業(yè)標準規(guī)范中的規(guī)定值，關聯(lián)度越大，說明該轉運站的建設越符合規(guī)范，其建設水平也越標準。按照加權關聯(lián)度從大到小排序，可知 γ（3）＞γ（1）＞γ（2）＞γ（5）＞γ（4），即建設水平：崇安區(qū)生活垃圾轉運站＞長興縣畫溪生活垃圾中轉站＞金壇市生活垃圾集中轉運站＞南寧轉運站＞大連梭魚灣轉運站。

根據(jù)本研究所建立的評價模型所得評價結果與實際情況保持一致。然而，對比參照數(shù)列，建設水平最標準的3號轉運站仍與標準具有一定的差距。這一方面說明現(xiàn)實中許多轉運站仍未按照標準規(guī)范來建設，造成轉運站建設多項指標不合標準；從另一方面來說，大量轉運站建設超標或未達標，一定程度上暗示著這兩項標準，尤其是規(guī)定具體建設標準的《生活垃圾轉運站工程項目建設標準》有待修改或完善。以下將從建設評價中的具體指標展開詳細討論。

表5顯示了5個參評轉運站各項建設指標與標準值的偏離程度。為便于觀察，表中數(shù)據(jù)均已超出標準的百分數(shù)來表示。從表中可以明顯看出，在各項建設指標中，項目用地面積的標準偏離度最小，均值為26.14%，且相比其他指標，該項指標絕大部分顯示未達標，也就是說參評的大部分轉運站實際項目用地面積小于所規(guī)定對應規(guī)模的標準項目用地面積。這是由于隨著近些年城鎮(zhèn)化的快速推進和城市人口的加劇增長，城市土地資源這一非可再生資源急劇減少，其價格也相應成倍上漲［13］。城市土地資源的稀缺造成了轉運站項目用地面積的普遍減少，這一點，在大型城市中體現(xiàn)尤為明顯，如轉運站3號和4號，分處上海和大連，其項目用地面積與標準規(guī)定值相差最遠。實際上，不僅大小城市用地水平不一致，城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)其差距更為明顯。對于主建面積、配套設施建設面積及生產(chǎn)管理與生活服務面積，除4號出現(xiàn)正值外，其余全部超標，其中生產(chǎn)管理與生活服務面積超標最為嚴重，平均超標達232.94%，這可能是由于參評的5個轉運站均為新建轉運站，對轉運站生產(chǎn)管理與生活服務要求較高，部分轉運站綜合服務樓為多層建筑，建設面積容易超標等原因造成的，同時也在一定程度上反映了標準規(guī)范中取值偏小的問題。

從投資估算一欄中可以看出，5個轉運站投資全部超標。這可能是由于現(xiàn)今與標準制定之時物價上漲，人工費增加等原因造成的?！渡罾D運站工程項目建設標準》中規(guī)定的投資估算指標均按照2007年北京市工料及費率標準計算得出，2007年至今已過10 a，標準中經(jīng)濟指標也需作相應的調(diào)整。此外，勞動定員也普遍超標，這是由于許多轉運站在勞動定員時，按照專人專崗而定，造成人員數(shù)量過多而工作量不足。在實際生產(chǎn)中，由于轉運站工作尤其是轉運操作工作的非連續(xù)性，一人往往可在不同時段分處不同崗位，如部分管理人員垃圾轉運高峰期兼職轉運操作等。轉運站管理者在進行勞動定員時可據(jù)此對人員數(shù)量做一定調(diào)整。

表5 各轉運站與標準值的偏離程度 %

3 結論與展望

1）轉運站建設影響因素具有灰色系統(tǒng)理論的典型非線性特征，無法用某一特定的函數(shù)關系或規(guī)律來表達。應用灰色關聯(lián)理論建立的基于AHP的灰色關聯(lián)評價模型可以將相對獨立的各項數(shù)據(jù)轉化為以關聯(lián)度大小表示的評價結果，其結果便于比較分析，可有效地對涉及多指標的轉運站建設進行綜合評價，評價結果較為合理和公正。

2） 從多年實施的結果來看，建標117—2009生活垃圾轉運站工程項目建設標準對有效指導轉運站建設、核準轉運站項目意義重大，但從時代的角度來看，該標準部分地方也有待進一步修改和完善。如在建筑面積分配、城鄉(xiāng)用地差異等方面，可引入合適的系數(shù)，進一步提高標準的實際指導作用和適用范圍。

3）轉運站的建設需綜合考慮各方面的因素，不僅應包括轉運站本身的建筑、綠化等，還應考慮轉運站的選址，以最大化減少日常運行對周邊環(huán)境所造成的影響。受數(shù)據(jù)制約，本研究對轉運站建設的評價還欠全面，部分較為重要的建設設計評價指標，如轉運站的服務半徑、與相鄰建筑間隔、綠化隔離帶寬度等未能納入所列評價指標中。在今后的研究中，還應綜合考慮，全面評價已有生活垃圾轉運站的建設水平，進一步指導和規(guī)范轉運站的建設。

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