基于Fuzzy-組合賦權的地鐵綠色施工評價

孟 瑋，趙金先，孫 斐，蔣克潔

(青島理工大學 管理工程學院，青島 266525)

近年來，我國地鐵建設發展很快，而且地鐵有“綠色交通”之稱，但地鐵作為大型工程項目，在建設過程中任務艱巨、工期長、施工種類多樣，而且消耗大量資源能源，給環境帶來沉重負擔.“綠色施工”的提出起初是針對綠色建筑的，但地鐵的建設量逐漸增大，地鐵又與人們的生活息息相關，是民生工程，故地鐵建設和綠色施工相結合是未來發展的大趨勢，將是未來國家發展建設的重點.經調查研究，很多國家對地鐵綠色施工的評價標準都有一套獨具特色的體系，但我國地鐵綠色施工起步較晚，且受造價高、經濟性不明顯、經驗不足等很多客觀因素的制約，所以還有很大的提升空間.以往有很多學者對全國很多城市的地鐵綠色施工進行過評價，但選取的指標或不注重細節，或不能體現地鐵施工的特點，對評價結果都有影響.所以，對地鐵綠色施工進行科學合理的評價尤為重要.

國內外眾多學者對地鐵的綠色施工進行了大量研究，如王敏[1]從環境污染的角度對青島地鐵深基坑工程進行了系統分析.區間數比較大小可能性公式是一種新方法，付江山等[2]以深圳地鐵某標段為例，采用層次分析法對地鐵工程生態綠色施工進行了評價.李偉[3]認為地鐵綠色施工中的關鍵技術和措施值得深究和分析，因此選擇深圳地鐵9號線為實例，對其進行了評價.許秀娟等[4]是從綠色施工方案的評選角度出發，運用D-S證據理論等方法解決了問題.鮑振華等[5]運用該方法，對地鐵綠色建設進行評價，具有一定指導作用.以上研究在一定程度上對地鐵的綠色施工進行了指導優化，但在評價方法的選擇以及指標體系的確立上仍存在不足，故本文運用文獻查找法，將相關文獻嚴格比對篩選，最終確定從“四節一環保一管理”的角度出發，建立了地鐵綠色施工評價指標體系，并選擇科學準確的組合賦權法，使指標權重更加合理，對青島地鐵4號線的綠色施工情況進行了模糊綜合評價，根據評價結果，提出了有針對性的改進意見.

1 地鐵綠色施工評價指標體系的構建

我國地鐵的綠色施工發展還未有突破性進展，也沒有具有說服力的規范標準等，因此對地鐵綠色施工進行準確評價，評價指標的選取至關重要，本文嚴格遵守評價指標體系的選取原則，參考《綠色施工導則》[6]、《建設工程項目管理規范》(GB/T 50326—2017)等相關標準規范，將“四節一環?！崩砟钬瀼氐轿恼轮?又因施工各個環節緊密相扣，故管理工作也相當重要，所以建立了“四節一環保一管理”的指標體系，真實地反映了各指標之間的關系，該指標體系共包含2級指標，具體如圖1所示.

圖1 地鐵綠色施工評價指標體系

1) 環境保護.主要表現為在施工現場因施工而產生的揚塵、噪聲振動等以及渣土及固體廢棄物等污染的控制和地下施工時對地下設施的保護，具體分為揚塵控制、噪聲與振動控制、地下設施保護、渣土及固體廢棄物的處理4個二級指標.

2) 節材與材料資源利用.地鐵工程所需要的材料多種多樣，所以工程材料的選取和使用直接影響施工期間安全和質量問題；地鐵施工工藝復雜，工序繁瑣，材料的使用也要經過仔細甄選，因此，廢棄物的產生概率大大增加.然而，這些廢棄物多數被直接丟棄和填埋，未二次利用.地鐵施工過程中所使用的材料對地鐵的后續運營維護有著直接影響，因此應科學合理地使用“綠色建材”.故選取地鐵工程材料的選取和利用、地鐵施工垃圾的回收利用和綠色建材的使用這3個指標為二級指標.

3) 節水與水資源保護.在地鐵施工過程中，現場工作面很多情況會面臨缺水狀況，所以，地下工程施工應多采取降水、排水措施，以滿足施工的需要；同時地下水從地層內抽出以供地表使用，經使用后無法歸還給地下水，得不到循環利用，而且會引起大量地下水資源的流失、地下水污染等一系列的問題；在施工現場有大量非傳統水源，如雨水、中水等，應對其進行回收利用，合理化管理.所以將地下水污染控制、地下工程降排水措施、中水、雨水回收利用這3個指標作為二級指標.

4) 節能與能源的利用.地鐵施工項目的能耗非常嚴重，如施工用電、機械設備能耗等，所以能源使用是否得當是衡量地鐵綠色施工的一個重要標準.在此選擇機械、設備與器具的能源消耗、生產節能、生活及辦公節能3個二級指標.

5) 節地與土地資源的保護.地鐵施工現場土地資源有限，主要是臨時用地較多，如何有效利用頗為重要.而且在施工過程中要注意不對土壤造成浪費和流失，也不對區域內土壤造成污染，對植被采取保護和恢復措施，避免發生落石、邊坡塌方等問題；同時盡量保護地表原建筑物、管線等不受影響.故選取土壤與施工用地保護、臨時用地保護、對地表建筑物、管線、路面等影響控制3個二級指標.

6) 地鐵綠色施工管理.地鐵綠色施工管理是地鐵綠色施工的基礎組成部分，主要取決于管理方法、措施、制度等，它能為綠色施工提供執行的標準和良好的監督，也能及時對其進行糾偏改正等，具體表現為地鐵綠色施工組織、地鐵綠色施工實施、地鐵綠色施工規劃、人員安全與健康管理，故選取該4項作為二級指標.

2 基于Fuzzy-組合賦權地鐵綠色施工評價模型

2.1 組合賦權的評價指標權重確定

對評價指標合理賦權是準確評價地鐵綠色施工的前提保障[7].傳統的賦權方法有2種，一種是主觀賦權法，主觀賦權法數據處理簡單，便于計算，但受限于被邀專家的專業水平和個人偏好，有時會出現信息失真、不能滿足一致性檢驗等問題；另一種是客觀賦權法，客觀賦權法在一定程度上可以彌補主觀賦權的缺陷，但評價指標的實際重要性卻模糊不明顯.因此，本文選擇組合賦權的方法，使確定的指標權重更加準確合理.

2.1.1 基于層次分析法的主觀權重的確定

層次分析法是一種主觀賦權評價方法.該方法即建立層次結構，邀請專家進行打分，構成判斷矩陣，最重要環節就是一致性檢驗，檢驗通過該方法才可繼續正常運算(圖2).

圖2 層次分析法流程

設求得的主觀權重為vi，則所有評價指標主觀權重向量為

v=[v1,v2,…,vm]

2.1.2 基于熵值法的客觀權重的確定

熵值法是客觀賦權法，該方法即根據各評價指標內蘊藏的信息量大小的差異來進行賦權，指標內信息量的大小和指標權重的大小成正向趨勢,和熵值成反向趨勢，即熵越小，指標內信息量越大，權重越大.具體步驟如下：

1) 設原始數據矩陣K=(kij)m×n，其中，m，n分別代表評價對象和評價指標的個數.將矩陣歸一化后得到R=(rij)m×n.

若指標越大越好，則

若指標越小越好，則

將R=(rij)m×n進行列向量歸一化，得到F=(fij)m×n.

2) 第j個指標的熵值：

3)第j個指標的差異系數：

gj=1-ej

4)第j個指標的權重：

則所有評價指標的客觀權重：

μ=(μ1,μ2,…,μm)

2.1.3 基于最小二乘法的組合權重確定

假設評價指標的綜合權重為

W=(w1,w2,…,wm)

根據主客觀賦權缺陷，重點改進優化，以此建立如下最小二乘法優化組合賦權模型[7]，即

約束函數為

求解此賦權模型，做拉格朗日函數：

令

式中：λ為隨機數.

式中：D為m×m對角矩陣；e,W,B均為m×1向量.

e=[1,1,…,1]T

W=[w1,w2,…,wm]T

解上列矩陣方程可得：

2.2 地鐵綠色施工模糊綜合評價

模糊綜合評價在評價工作中得到了廣泛的應用[8].該方法運算順序為首先確定模糊子集，接著確定期望評價對象的因子域、評價等級和被評價對象的隸屬度，最后得到總向量值，并根據評價等級判定最終結果.該方法以數理統計的基本原理為指導，對定性結果進行量化，是一種實用性強、可信度高、可靠性強的綜合評價方法.

2.2.1 確定評價對象的因素域

若評價對象有m個評價指標，U表示因素集合，則構建的評價對象因素域U={U1,U2,…,Um}.

本文建立的地鐵綠色施工評價指標體系有6個一級指標，故可以確定的對象集合為：U={U1,U2,U3,…,U6}.又因為每個一級指標下有不同數量的二級指標，所以構建的二級指標的對象集合為：U={U11,U12,…,U1n}.由此確定的因素域為

U={U1,U2,…,Um}={(U11,U12,…,U1n),(U21,U22,…,U2n),…,(Um1,Um2,…,Umn)}

2.2.2 確定評語等級

本文中將最終評價結果分為5個評語等級分別是差、較差、中等、較好、好，可以視為Z=(Z1,Z2,Z3,Z4,Z5).

2.2.3 隸屬度的確定

模型的因素域和評語等級確定好之后，用數字的大小來表示指標的重要程度直觀清楚，因此建立模糊關系矩陣R，確定等級模糊子集的隸屬度(R/Ui)，進而得到模糊關系矩陣：

其中，矩陣R中第i行第j列元素rij，表示某個被評事物從因素Ui來看對Zj等級模糊子集的隸屬度.

2.2.4 確定評價因素的權向量

確定評價因素的權向量：A=[a1,a2,…,am]，ai是因素Ui對模糊子集的隸屬度.并對權向量歸一化處理.即

2.2.5 模糊綜合評價結果總向量

根據評價因子的權向量和評價對象之間的關系矩陣，得到模糊綜合評價結果的總向量B，即

根據最大隸屬度原則，在向量B中最大的數對應的評語等級即為地鐵綠色施工的評價等級.

3 實例分析

選取青島地鐵4號線為例進行分析.地鐵4號線線路全長約30.938 km，共設25座車站，全部為地下線路，故隧道開挖、深基坑工程居多，因此建造需消耗大量能源資源，且該線路隧道穿越嶗山風景區、海濱風景區以及3處文物保護單位，所以地下工程進展難度很大，建設任務十分困難，而且對綠色施工的要求也全面提高.青島地鐵4號線項目部對施工隊伍進行系統綠色施工培訓，整合優化，科學配置資源；在地下開挖站施工區內建有全封閉溫室，配備霧化噴淋系統和三級沉淀；在暗挖車站施工區，修建全封閉式大棚，采用移動式霧槍減少施工期間的灰塵和噪聲；施工現場安裝噪聲、環境污染等監測系統，并有專人負責監測；投入使用噴霧系統；在職工生活區的周圍大面積種植樹木花草，所有進出車輛都要進行輪胎清洗，以確保施工區域的環境衛生.

3.1 評價指標權重的確定

邀請該領域的權威專家學者及參加過青島地鐵4號線建設的人員對綠色施工情況進行評價，按照2.1中相關公式對建立的指標體系分別進行主客觀賦權，得到主觀權重和客觀權重，再利用建立的組合優化賦權模型，得到各評價指標的綜合權重，見表1.

表1 基于組合賦權法的各評價指標權重

3.2 模糊綜合評價

根據地鐵施工現場的具體情況，邀請了6名施工、市政、環保等方面的專家對本工程的綠色施工進行了評價.結合6名專家評價結果統計分析結果，確定C1—C6模糊評判矩陣為

由表1可知，各二級指標的綜合權重為

A=(0.3586，0.0832，0.1362，0.1085，0.0445，0.2690)

以及各二級指標下各二級指標的權重為

A1=(0.1034，0.4498，0.0896，0.3572)，A2=(0.3058，0.3226，0.3716)，A3=(0.3078，0.4669，0.2253)，

A4=(0.2763，0.4632，0.2605)，A5=(0.2658，0.3702，0.3640)，A6=(0.0619，0.1717，0.4846，0.1581，0.1238).

將上文確定的權重與模糊評判矩陣進行模糊合成運算，根據公式B=A×R，以C1指標為例進行模糊合成運算，分層次進行綜合評價，詳細計算過程為

同理，即可得出總評價矩陣B：

在上述基礎上，繼續進行二級模糊綜合評估：

W=A×B=(0.2586 0.0832 0.2362 0.1285 0.0845 0.2090)×

根據模糊綜合評價中最大隸屬度原則max(w)=w3=0.3438，該地鐵項目綠色施工評價等級為較好.

3.3 地鐵綠色施工評價分析及改進意見

該地鐵綠色施工總體水平達到較好，對該指標體系下級的指標進行評價可知，該地鐵工程在“四節”指標的評價結果都是較好，而“一環一管”的評價結果是中等.由數據計算可得，造成環境保護C1和綠色施工管理C6的評價結果為中等的主要原因是噪聲與振動控制C12、渣土及固體廢棄物處理C14和人員安全與健康管理C64三方面所占權重較大而實際評價得分較低.根據工程實際情況可知，在施工現場，有土方爆破、打夯、打樁等噪聲，而且經常變換，故很難控制；在地鐵施工現場不能避免產生大量的施工垃圾，像廢渣土、棄土、淤泥以及棄料等，都會給周邊環境帶來很大危害，都應進行相應的處理；在地鐵施工過程中，施工會面臨很多高危作業，像高溫作業、粉塵作業、有毒有害作業等，所以人員的安全與健康管理不容輕視.根據分析，提出改進意見：①噪聲與振動控制C12方面，在施工現場要對噪聲進行實時監控，加大巡視力度；機械器具方面盡可能低振動、低噪聲，制定抗振與隔音措施等.②渣土及固體廢棄物處理C14方面，地鐵施工現場采取填埋，鋪筑等方式提高渣土、固體廢棄物等建筑垃圾的回收利用率，同時，建立垃圾回收治理制度及措施，如：垃圾分類處理、建立密閉垃圾回收站，集中收集處理等.③人員安全與健康管理C64方面，將職工生活區和施工區進行隔離；將醫療保證措施、衛生保證措施、個人衛生保證措施等落實到底；職工生活區設立衛生設施、活動場所等；高危工種的職工應做好應急措施，防止職業病、地方病的發生.

4 結束語

本文通過參考相關文獻以及規范標準，建立了“四節一環保一管理”的地鐵綠色施工評價體系，使評價結果更具科學性，同時對傳統賦權方法進行改進，利用最小二乘法將層次分析法和熵值法求出的主客觀權重進行組合優化，不但保留了各自的優點，彌補了彼此的不足，更保證了評價結果的準確性，使各指標的權重更具有代表性.運用Fuzzy理論中的模糊綜合評價法，構建了地鐵綠色施工綜合評價模型，根據評價結果提出了有針對性的改進意見.由案例的評價結果可知，該地鐵綠色施工項目水平達到了較好，但環境保護、地鐵綠色施工管理2個指標的評價結果是中等，要進一步提高綠色施工水平，應主要針對噪聲與振動控制、渣土及固體廢棄物的處理和人員安全與健康管理三方面進行具體的整改和促進，從而提高整個項目的綠色施工水平.