基于熵值法的城市道路資源環境效益評價研究

許文貞，方 俊，劉旭堃

(1．武漢理工大學土木工程與建筑學院，武漢 430070；2．武漢城市建設集團有限公司，武漢 430022)

隨著人口不斷匯入城市，城市化的步伐不斷加快。據國家統計局2019年統計公報顯示，常住人口城鎮化率60.60%，戶籍人口城鎮化率44.38%，分別比上一年增加了1.02%和1.01%，城鎮化率逐年遞增。城市人口的不斷增多，對城市基礎設施的要求也在提升，大量城市道路工程在不斷的建設和改造中，對資源環境的影響日益顯著。因此對城市道路工程資源環境效益進行評價，能夠為城市道路工程的環境管理提供依據，對城市的可持續性發展具有一定意義。

目前有不少學者對生態環境效益問題進行研究，吳鵬、朱軍等采用標準差系數法確定了評價指標的權重并對喀斯特地區石漠化綜合治理生態效益進行了評價[1]。濮陽雪華、高晨浩等對北京高爾夫球場內外的空氣負離子、溫濕度以及噪音等環境影響要素進行研究，監測場內外的環境影響因子的變化情況并對其進行評價[2]。孫鈺、王坤言等采用DEA交叉效率模型對35個城市基礎設施的環境效益狀況進行了評價[3]。殷璐以高速公路為研究對象，對比分析了環境效益的評價方法并提出了提高環境效益的措施[4]。馬睿以綠色住宅小區為研究對象，從增益成本效益的角度，構建了主成分分析法、熵權法以及灰色關聯分析組合的綠色小區住宅環境效益評價模型[5]。已有關于資源環境效益的研究對象有球場、基礎設施、高速公路、綠色小宅等，但是沒有關于城市道路工程的資源環境效益研究。因此，該文在對城市道路工程資源環境效益進行系統分析后，從環保設施、節能措施、環保效果及環保費用4個方面建立一套完整的評價指標體系，采用熵值法確定權重，并運用模糊綜合評價法對其進行評價，為今后研究城市道路工程資源環境效益提供參考。

1 評價指標體系的建立

該文依據資源環境效益概念，結合城市道路工程實際情況以及相關文獻的梳理和分類，以科學性、系統性、獨立性、全面性等為原則，盡可能多地反映資源環境效益情況，最終從環保設施、節能措施、環保效果及環保費用4個方面選取了16個二級指標，構建了城市道路工程資源環境效益評價指標體系如表1所示。

表1 資源環境效益評價指標體系

2 評價模型的構建

2.1 熵權法的構建流程

熵權法確定權重的步驟如下：

1)數據矩陣。現有m個評價等級，n個評價因素，建立的數據矩陣如式(1)所示。此研究通過專家對項目評價元素進行打分得到等級評判結果，根據評判結果確定數據矩陣。

(1)

2)標準化處理。正向指標采用式(2)進行歸一化處理，逆向指標采用式(3)進行歸一化處理。

(2)

(3)

其中，i=1,2,…，n;j=1,2,…，m。

3)計算第j項指標下第i個等級占該指標的比重。

(4)

4)計算第j項指標的熵值。

(5)

5)計算第j項指標差異系數。

gj=1-ej

(6)

6)計算熵權重

(7)

7)最終得到熵權的客觀評價指標權重向量為

M=(m1,m2,…，mn)

(8)

2.2 模糊綜合評價模型的構建流程

模糊綜合評價法是以模糊數學為基礎，運用模糊關系合成的原理，將一些難以定量的因素定量化，對多層次的復雜問題進行綜合評價。具體的評價步驟如下：

1)建立評價因素論域

U={u1,u2,…,un}

(9)

式中，U為綜合評價中各評價因素的集合。

2)建立評語等級論域

V={v1,v2,…，vm}

(10)

式中，V為評價等級集合，即評價對象的變化區間。

3)構建模糊關系矩陣

(11)

式中，R為單因素評價結果；rij為被評價對象的某一單因素對評價結果區間的模糊評價等級論域的隸屬度。

4)確定評價因素的模糊權重向量。根據評價因素對評價對象的影響因素不同，體現為不同的賦權值，即熵值法所求的指標權重向量

(12)

5)改進模糊綜合評價。根據上述步驟確定的模糊關系矩陣及指標權重向量，即評價結果為

B=MR

(13)

6)項目評價分值計算。計算評價對象最終得分

D=BC

(14)

3 案例分析

H市道路工程為城市主干路，項目全長5 640 m，設計時速為50 km/h，規劃紅線寬50 m。項目的主要建設內容包括但不限于：道路、橋梁、交通、給排水、照明、電信、綠化等工程。建設總投資為99 392.55萬元，項目于2016年9月開始建設，項目運作模式為BOT模式，建設期2年，合作期限10年。

邀請10位專家對其進行打分，根據專家評判情況進行匯總，評價結果如表2所示。

表2 專家評分匯總

表3 資源環境效益評價指標權重表

根據表3計算單層評判結果向量，由式(13)計算得

綜合評判矩陣為

最終得到項目的評價分值為

D=82.03

通過模糊熵值法對H市道路工程資源環境效益進行評價，得到該項目的綜合得分為82.03，表明H市道路工程的資源效益較好。具體表現為環保設施方面，污水處理設施以及固體廢棄物處理設施布置的合理有效；節能措施方面，節能光源燈具和節能材料的大量使用減少了能源的消耗；環保效果方面，該項目的大氣排放符合國家標準，空氣質量優良，水環境質量較好，以及項目在建設過程中很好地采納了公眾的意見；環保費用方面，環境保護工程投資資金以及環境保護工程運行費用使用合理等。

4 結 語

城市道路工程的建設和改造對資源環境產生的影響日益顯著，該文從環保設施、節能措施、環保效果以及環保費用4個方面構建資源環境效益評價指標體系，完善了該類項目的環境效益評價指標體系。采用熵值法和模糊綜合評價對H市道路工程的資源環境效益進行評價，找出了影響城市道路環境效益的影響因素，為提高城市道路工程的環境管理質量提供了依據。