內河綠色船舶綜合定量評價體系

喻 露, 王志芳, 肖曙明, 羅肖鋒

(中國船級社 武漢規范研究所， 武漢 430022)

近年來，隨著國際航運業的不斷發展，船舶溫室氣體和污染物排放對海洋環境的影響越來越大。在此背景下，國際防污染公約和各國船舶排放標準相繼出臺，排放控制限值不斷收緊，各地區結合自身發展和市場需求分析發現,只有發展綠色船舶才能滿足各項需求。[1]針對綠色船舶的發展，中國船級社(China Classification Society,CCS)制定并頒布了《內河綠色船舶規范》，對提升我國內河船舶的綠色環保水平起到了積極的引導作用。但是,隨著綠色生態發展理念的更新、綠色技術的發展，《內河綠色船舶規范》在提高指標技術要求、豐富前瞻技術儲備和采用適用性更佳的評判方法等方面需進一步優化。[2]因此，本文依托CCS《內河綠色船舶規范》2019版升級換版研究項目，開展內河綠色船舶綜合評價指標體系和方法研究。結合國內外綠色環保新理念、新技術，采用理論分析方法重塑內河綠色生態船舶規范體系，豐富綠色規范內涵，提升其適用性和科學性。

1 內河綠色船舶綜合評價指標體系構建

1.1 評價指標體系的建立

隨著綠色船舶研究的逐步深入，清潔能源/新能源、混合動力推進和節能附體等綠色技術[3]在船舶上的應用得到了快速發展。為豐富《內河綠色船舶規范》的綠色技術儲備，本文在《內河綠色船舶規范》2018版技術指標的基礎上，增加清潔能源/新能源、混合動力等相關技術指標要求，并根據所有指標的特點，將全部指標分為能源屬性、環境屬性和舒適度屬性等3類，最終形成內河綠色船舶指標體系見表1。

表1 內河綠色船舶指標體系

1.2 評價指標權重的確定

一般情況下評價體系內評價指標對評價對象并非同等重要，各單方面的因素表現對總體的影響也不相同。因此,確定評價指標的權重對于評價體系的建立而言較為重要。確定權重的方式有很多，主要包括德爾菲專家評議法、專家調查法和層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)等。本文的評價模型和AHP計算模型有共同之處，因此采用AHP結合專家調研法計算因素權重。[4]

1.2.1確定因素集

因素集為各種指標合集，第1層評價指標有n個，得到指標集

U={u1,u2,…,un}

(1)

式(1)中:ui為第1層的第i個指標集，由其m個子目標決定，ui={ui1,ui2,…,uin}。

一般來說，子目標層指標不宜過多，因此對環境屬性的子目標指標進行分類整理，得出評價指標遞階層次結構，見圖1。

圖1 評價指標遞階層次結構

1.2.2單個專家權重的確定

聘請專家組對上述各層指標的相對重要性進行打分。本文評價綠色船舶涉及整個生命周期，故對來自于造船、航運、研究所和院校等相關單位的共15位專家進行調研，客觀地開展相關評價工作。采用1～9的標度方法[5],以某位專家打分為例，根據能源屬性、環境屬性和舒適度屬性對綠色船舶的重要程度，得出第1層指標判斷矩陣A1為

(2)

根據AHP原理，對式(2)進行歸一化處理，并檢驗其一致性。最終得到該矩陣特征權重向量為

w=(0.228 5,0.712 1,0.059 4)T，λmax=3.102 0,

CR=0.098 1

(3)

滿足一致性要求。

同理，根據專家評價打分得到第2層指標模糊評價矩陣B1、B2和B3，第3層模糊評價矩陣C1、C2、C3、C4、C5和C6，第2層、第3層矩陣對應特征權重向量，有

(4)

w=(0.219 6,0.091 6,0.091 6,0.496 4,

0.063 3,0.037 5)T

(5)

(6)

(7)

(8)

w=(0.443 5,0.122 2,0.122 2,0.312 1)T

(9)

(10)

C5={1},w=(1)T

(11)

C6={1},w=(1)T

(12)

每層矩陣得到的特征向量是該組指標對其上一層中某元素的權重向量。為得到最終各元素最底層中各指標對綠色船舶的排序權重，需進行總的排序，總的排序需自上而下對單準則下的權重進行合成。下層指標權重總的排序為上次矩陣權重與下層矩陣權重之積。因此，根據上述每層特征向量計算各指標總權重，結果見表2和表3。

表2 第2層指標權重總排序

表3 第3層指標權重總排序

1.2.3專家權重的集結

按照1.2.2節的方法處理完15位專家的評價打分并得到不同專家指標權重結果之后，還需集結各專家打分意見，更客觀地得到各要素權重值。集結各專家意見可通過幾何或者算術方法實現，設為群中n位成員關于指標i的不同判斷。對于集結排序，無論是采用算術均值法還是幾何均值法集結隔天排序，都是可行的。[6]本文采用算術均值法集結專家意見。假定來自于造船、航運、研究所和院校等單位的相關專家個體權重相等，算術均值法集結式為

(13)

最終得到各要素權重值，并按百分制對應其分值(見表4)。

表4 綠色船舶各指標權重 分

1.3 評價體系分值的確定

《內河綠色船舶規范》將綠色船舶分為綠色船舶-1、綠色船舶-2和綠色船舶-3等3個等級，其中部分評價指標(如船舶能效設計指數、振動和噪聲等)也具有3個等級。這類指標不同級別的標準不同，取得的分值也應不同。因此，要定量評價某船的綠色等級，必須確定各等級指標和綠色船舶的分值。

1.3.1附加分指標分值的確定

固態粉塵污染控制、散裝有毒液體物質污染控制等指標只適用于某一類船型。對此,考慮到當前內河船舶的整體發展水平和清潔能源岸基設施的完善性等因素，將新能源/清潔能源應用等設為附加分項。

表5 附加分指標分值 分

1.3.2其他指標分值的確定

考慮到規范法規的延續性，《內河綠色船舶規范》2018版和之前版本中達到綠色船舶-1等級的船舶所得分值應不低于基于本文評價體系所得內河綠色船舶-1的分值。《內河綠色船舶規范》2018版中“綠色船舶-1”強制綠色指標要素見表6。這些指標按權重取得總分值為54.2分，為便于操作，最終取“綠色船舶-1”評價分值為50.0分，每項指標分值按照50.0分/54.2分進行修正，得到新“綠色船舶-1”指標分值見表6。

表6 內河綠色船舶-1各指標分值

根據評語等分原則，最終確定：綠色船舶-1、綠色船舶-2和綠色船舶-3的評份分值分別為50分、70分和90分。

1.3.3分等級指標分值的確定

船舶能效設計指數、制冷劑、滅火劑、振動和噪聲等5項指標在《內河綠色船舶規范》中要求分為3個級別，每項各級別指標的分值應確保：

(1)符合等級等分原則；

(2)去掉附加分項，最高等級分值與其余分值之和為100分。這5項指標等級分值見表7。

表7 內河綠色船舶指標等級分值 分

1.4 內河綠色船舶綜合評價指標體系

通過上述定量評價綠色船舶指標體系，確定各類內河綠色船舶定量評價指標體系見表8。

2 應用實例

以一艘申請內河綠色船舶附加標志的集裝箱船為例進行分析，該船的基本尺度為：垂線間長=132.8 m；船寬=22.8 m；吃水=6 m。該船滿足《內河綠色船舶規范》2018版綠色指標等級要求，并按全新綜合評價體系獲得指標分值(見表9)。

由表9可知:若按《內河綠色船舶規范》2018版技術要求，由于該版本采用的確定性規范標準的船舶能效設計指數、制冷劑和滅火劑等指標只滿足“綠色船舶-1”等級的技術要求，只能獲得綠色船舶-1等級附加標志；若按全新綜合評價方法，最終所有指標總分數值為74.16分，滿足“綠色船舶-2”等級分值的要求。結果表明,全新綜合指標評價方法對于船舶設計單位而言更為合理和靈活。

3 結束語

在內河航運發展與綠色生態發展之間的矛盾日益突出、世界環保主題日益凸顯的背景下，本文從船舶生命周期防護的角度出發，結合內河船舶的實際發展水平和特點，構建全新的內河綠色船舶綜合評價指標體系，確定各指標對應的評判準則，運用AHP定量化各指標，保證該指標體系的用戶可操作性和便捷性。

表8 內河綠色船舶綜合評價體系 分

通過全新的評價方法，內河綠色船舶評價方式從以前的“單一指標否定”形式轉變為了綜合指標評價方式，評價方式更為合理和靈活。另外，將清潔能源應用等引導性指標作為附加分項，對引導船舶所有人積極采用清潔能源等綠色技術，提升船舶綠色水平有積極的作用。

表9 某內河集裝箱船綠色指標評價結果 分