基于綜合集成法的港口物流系統(tǒng)能耗評價研究＊

楊 斌 胡孝通 李 璐

（上海海事大學(xué)物流研究中心 上海 201306）

0 引 言

港口物流系統(tǒng)能耗評價指標體系的構(gòu)建，取決于影響港口能耗的各種因素：港口規(guī)模、港口現(xiàn)代化信息及技術(shù)水平、港口能源效率與結(jié)構(gòu)以及港口政策等.E.Peris－Moralz［1］提出了港口可持續(xù)發(fā)展環(huán)境保護管理指標體系，并結(jié)合系統(tǒng)模型和多標準分析法對未來港口經(jīng)濟發(fā)展的潛在環(huán)境影響進行預(yù)測.Thomas.A.和 Luo［2］通過對紐約、新澤西等地區(qū)的港口考察，從港口可持續(xù)發(fā)展的成本角度闡述了制約港口可持續(xù)發(fā)展的多項因素，并提出了多項對集裝箱港口可持續(xù)發(fā)展的建議.Cupta［3］等認為港口工程的環(huán)境管理計劃（EMP）是十分必要的，應(yīng)在港口的整個建設(shè)和運營階段要進行定期監(jiān)測和評估.Graham J.Treloar［4］等曾經(jīng)對能源節(jié)省的決策方法的可靠性進行研究.周英明等［5］采用灰色系統(tǒng)理論分析法，建立原油集輸系統(tǒng)的灰色系統(tǒng)模型，并進行了優(yōu)化.李琪［6］針對我國港口的情況，從節(jié)能環(huán)保的角度建立了評價指標體系，但對能耗直接關(guān)系的指標略為欠缺.本文采用具有代表性的層次分析法和系統(tǒng)動力學(xué)因果度法對指標體系進行賦權(quán)，再通過綜合集成法將兩種方法所得結(jié)果進行集成，使指標權(quán)重更為客觀、合理.

1 評價方法的設(shè)計思路

主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法都有一定的利弊和適用范圍，權(quán)重的綜合集成即是在主觀判斷的基礎(chǔ)上，對主觀權(quán)數(shù)修正的參考，二者相互結(jié)合、綜合集成才能為科研評價的指標賦權(quán)提供一個更科學(xué)合理的依據(jù).本文提出的基于綜合集成法的港口物流系統(tǒng)能耗評價方法的主要思路如下.

1）識別影響港口物流系統(tǒng)能耗評價的相關(guān)因素，確定影響目標層的各級指標.

2）運用德爾菲法（Delphi）對所得指標體系進行專家打分，構(gòu)造判斷矩陣.

3）根據(jù)綜合集成法對兩種賦權(quán)方法得到的指標權(quán)重進行集成，與層次分析法和因果關(guān)系法得到的權(quán)重進行對比分析.

2 港口物流系統(tǒng)能耗評價指標體系及權(quán)重賦值方法

2.1 港口物流系統(tǒng)能耗評價指標體系

本節(jié)提出港口物流網(wǎng)絡(luò)能耗評價指標體系，針對每個子指標進行系統(tǒng)性的分析，并制定相應(yīng)的專家打分細則，限于篇幅在這里不予給出.得出了包括4個一級指標、12個二級指標在內(nèi)的港口物流網(wǎng)絡(luò)能耗評價指標體系，其基本結(jié)構(gòu)如表1所列.

表1 港口物流能耗評價指標體系

2.2 指標權(quán)重的確定方法

2.2.1 層次分析法

應(yīng)用層次分析法確定權(quán)重的主要步驟如下.

1）計算判斷矩陣A的特征向量W本文指標體系可分為目標層、準則層和指標層，對于每一層次生成的判斷矩陣，計算滿足AW＝λmaxW的特征根和特征向量.其中λmax為A的最大特征根，W為對應(yīng)于λmax的正規(guī)化特征向量，W的分量wi就是對應(yīng)元素的權(quán)重值.

用定義計算矩陣的特征值和特征向量相當困難，本文將判斷矩陣A的n個行向量歸一化后的算術(shù)平均值，近似作為權(quán)重向量，如下式：

2）一致性檢驗 在計算單準則下權(quán)重向量時，必須進行一致性檢驗.首先利用下式計算最大特征值λmax：

式中：w為權(quán)重向量.根據(jù)求出的wi值可求出最大特征值.目標層最大特征值為λmax＝4.079 9.

計算一致性指標C.I.＝（λmax－n）／（n－1）和C.R.＝C.I.／R.I..其中：C.I.為一致性檢驗指標；C.R.為相對一致性檢驗指標；R.I.為平均隨機一致性檢驗指標，見表2；n為矩陣的階數(shù).當C.I.＝0時，判斷矩陣具有完全一致性，反之，C.I.越大，則判斷矩陣的一致性就越差.當C.R.＜0.1時，說明判斷矩陣基本合理，求出的權(quán)重恰當.對于準則層C.I.＝（λmax－n）／（n－1）＝0.032 6，而C.R.＝C.I.／R.I.＝0.032 6／0.89＝0.036 2＜0.1，因此判斷矩陣具有滿意的一致性，見表2.

表2 隨機一致性指標RI的數(shù)值

根據(jù)步驟1）和2），對12個專家的問卷做同樣計算并求算數(shù)平均數(shù)，得到準則層B的權(quán)重向量為wi＝（0.071 2，0.552 9，0.103 3，0.272 5）T.同理可以求出指標層相對于準則層的權(quán)重向量，見表3.

3）綜合評價 以上計算較為繁瑣，其他評價指標的計算采取Matlab軟件進行求解.計算各階層判斷矩陣的權(quán)重，對其進行單層次一致性檢驗，再應(yīng)用算術(shù)平均法求其平均值，作為各指標的權(quán)重.將指標層與準則層權(quán)重相乘，即得出所有指標的總權(quán)重排序，如指標C11的總權(quán)重為w1×w11＝0.071 2×0.033 2＝0.045 4.最后通過層次總排序和一致性檢驗，得到滿意的結(jié)果.見表3.

2.2.2 因果度法 利用系統(tǒng)動力學(xué)因果關(guān)系分析方法，決策者結(jié)合主觀信息和客觀信息，判斷指標之間存在的關(guān)系，畫出因果關(guān)系圖，并確定其影響因變量和果變量，通過因果度從內(nèi)部來反映該指標的重要程度，從而確定指標權(quán)重［7］.計算方法與步驟如下.

1）分析評價指標間的因果關(guān)系 評價指標體系本身也是一個系統(tǒng)，應(yīng)以系統(tǒng)的觀點來研究.在確定評價目標后，各指標間的內(nèi)在關(guān)系也隨之確定，運用VENSIM軟件，可以給出因果關(guān)系圖，見圖1.

表3 AHP法組合權(quán)重表

圖1 VENSIM構(gòu)造指標因果關(guān)系圖

2）計算因果度 根據(jù)因果關(guān)系圖，確定一個評價指標Cij，列出該指標的因環(huán)路和果環(huán)路，分析其因變量指標個數(shù)和果變量指標個數(shù)，兩者之和即為其因果度Aij.例如，通過組織合理性指標的因環(huán)路和果環(huán)路圖可發(fā)現(xiàn)，因變量指標個數(shù)為5，果變量指標個數(shù)為5，因此因果度A42＝10.

3）計算指標權(quán)重 根據(jù)Ai1，Ai2，…，Aij，利用下式求出各個評價指標的因果系數(shù)Qij.因果系數(shù)的大小直接反映了各個評價指標影響同層次評價指標的程度.

本文以因果系數(shù)Qij代表指標的權(quán)重，即wij＝Qij，見表3的因果度法權(quán)重列.

2.3 評價指標體系的綜合集成

2.3.1 加法集成法 設(shè)pj，qj分別是基于主觀和客觀賦權(quán)法生成的指標xj的權(quán)重系數(shù)，則稱wj＝k1pj＋k2qj是具有同時體現(xiàn)主客觀信息集成特征的權(quán)重系數(shù).式中，k1，k2為待定常數(shù).這時，被評價對象綜合評價值為確 定k1，k2使取值最大.在滿足條件k1＋k2＝1，k1＞0，k2＞0下，應(yīng)用拉格朗日條件極值原理可得

另外，k1，k2也可根據(jù)評價者的主觀判斷和偏好信息來確定.特別地，為了突出集成法的優(yōu)勢，本文簡化k1與k2的取值，令k1＝k2＝0.5，即給予主客觀賦權(quán)同等的重視程度，如果需要給予主客觀賦權(quán)不同的重視程度，只需調(diào)整k1與k2的取值，但要滿足兩者之和為1.利用下面公式求wj.

2.3.2 乘法集成法pj，qj分別是基于主觀和客觀賦權(quán)法生成的指標xj的權(quán)重系數(shù)，wj為集成后的權(quán)重系數(shù).根據(jù)下式計算權(quán)重.

表4 綜合集成指標權(quán)重表

將表4反映到圖2中，可以直觀的看出各方法的波動情況.

圖2 各種方法所得權(quán)重折線圖

從圖2可以看出，采用各權(quán)重賦值方法后各指標的變動趨勢.可以看到層次分析法的權(quán)重波動劇烈，各指標間差異顯著，從而反映出各專家對于指標的權(quán)重定位是有顯著差異的.針對層次分析法的一些主觀局限性，因果關(guān)系法可以有效的平滑這一劇烈的波動狀態(tài).將整體指標的權(quán)重做一定程度的平衡.

比較兩種綜合集成方法，可以看到對于指標的集成起到了加劇波動的作用，相反對于加法集成法來說，其權(quán)重取值是在整體波動中較為平滑的一種賦值.因此在下面的案例中采用加法集成法進行賦權(quán).

3 上海港能耗評價分析

下面應(yīng)用得到的加法集成法來對上海港2007～2011年的港口物流系統(tǒng)能耗進行評價.首先，根據(jù)指標體系需求，在表5中整理給出了2007～2011年相關(guān)指標數(shù)據(jù).

表5 相關(guān)能耗指標數(shù)據(jù)

對于上述能夠根據(jù)具體數(shù)據(jù)確定的指標，本文根據(jù)指標體系的評分細則及公式對該指標進行打分.而對于無法根據(jù)具體數(shù)據(jù)確定的指標，本文采用12個專家打分的方式確定該指標的得分，然后計算指標權(quán)重的算術(shù)平均值.表6是其中1名專家的打分矩陣及最終的權(quán)重集.

表6 上海港2007～2011年能耗評價

根據(jù)評分細則，可知：能源消費彈性系數(shù)＝能源消耗增量／吞吐量增量，為體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的作用，此指標應(yīng)在符合實際和科學(xué)的基礎(chǔ)上穩(wěn)步降低.電能占總能耗的比重從2008年到2011年逐年增高，反映出上海港近年來實行“油改電”工作的成功之處.2009年以后，上海港集裝箱吞吐量已經(jīng)處于國際領(lǐng)先水平，因此激發(fā)了對橋吊、龍門吊等作業(yè)資源的改進與研發(fā)，以提高港口作業(yè)效率、節(jié)約成本.因此，該指標呈逐年遞增趨勢.

4 結(jié)束語

通過提出的港口物流網(wǎng)絡(luò)能耗評價指標體系，綜合集成了層次分析法和因果度法，避免了單一方法過于主觀或客觀的影響.并應(yīng)用于上海港近5年的能耗評價，結(jié)果符合客觀情況，其評價的詳細標準在未來港口尋找自身弱勢，尋求增長點提供了參考.

［1］PERIS－MORA E，OREJAS J M D，SUBIRATS A，et al.Development of a system of indicators for sustainable port management［J］.Marine Pollution Bulletin，2005（12），50（12）：1649－1660.

［2］GUPTA A K，GUPTA S K，PATIL R S.Environmental management plan for port and harbor projects［J］.Clean Techn Environ Policy，2005，7：133－141.

［3］GRIGALUNAS T A，LUO M，CHANG Y.Comprehensive framework for sustainable container port development for the united states east coast［R］.Dept.of Environmental and Natural Resource Economics，Korea－America Joint Marine Policy Research Center University of Rhode Island Transportation Center，2001.

［4］TRELOAR G J，LOVE E D P，F(xiàn)ANIRAN O O.Improving the reliability of embodied energy methods for project life－cycle decision making［J］.Logistics Information Management，2001（14）：303－318.

［5］周英明，吳國忠，李 棟，等.灰色關(guān)聯(lián)分析法在原油集輸系統(tǒng)能耗評價中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2009（2）：14－15.

［6］李 琪.我國港口節(jié)能減排評介指標體系研究［D］.大連：大連海事大學(xué)，2010.

［7］李 志，何小勇.物流系統(tǒng)評價指標權(quán)重的確定方法［J］.統(tǒng)計與決策，2010（8）：60－61.