基于灰色關聯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.華中科技大學環境科學與工程學院，湖北 武漢 430074）

目前對生活垃圾轉運系統的研究，多集中在轉運站選址［1］、轉運站建設的經濟效益［2-3］、轉運站設備工藝選擇［4-5］、轉運站建設的環境效益［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，由于系統內外擾動的存在，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律或者函數變化，無法用特定的數學關系式來表達，具有與灰色系統的不確定性及模糊性特性形成的相互耦合的特征。灰色關聯分析可根據各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素間關聯程度，該法對樣本數量要求不高，且對數據無規律同樣適用，但在計算各數據序關聯度時該法使用的是同一組權重，難以體現評價的最優性和公正性［8］。據此本研究提出一種基于層次分析法（AHP）的灰色關聯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 數據與方法

1.1 研究樣本與數據

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，具體數據以課題組2011—2013年實地調研數據為準。

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范，同時根據實際調研所得主要數據，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，其中利用灰色關聯分析將各評價指標的原始數據轉化為灰色關聯系數，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 灰色關聯原理與方法

灰色系統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分析法可定量分析多個因素之間的相互關聯的程度。該法所需原始數據少、原理簡單、運算方便且易于挖掘數據規律，在處理“貧信息”問題時尤為有效。灰色關聯分析的本質是數據序列曲線間的幾何形狀的分析比較，其幾何形狀越相似，則發展態勢也就越接近，關聯程度也越大［10］。灰色關聯分析的基本步驟如下。

1）確定比較數據序和參考數據序。

設有原始比較數據序：

另有原始參考數據列x0，參考數據序可從原始數據序中選取，也可單獨設定。

2） 數據無量綱化。

數列原始數據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） 計算關聯系數。

對于一個參考數據列x0，有若干個比較數據列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點處的關聯系數。ζ是分辨系數，取值范圍為[0，1]，一般取值ζ=0.5。

4） 計算關聯度。

為了從整體上表述比較序列對于參考序列的關聯程度，定義灰色關聯度如下：

值得注意的是該關聯度計算公式是依據關聯系數的算數平均值來展開計算。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

）根據各參評比較序列的關聯度的大小確定先后優劣順序。

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1.2所確定的指標來選取，具體數據如表1所示。

表1 5個樣本生活垃圾轉運站實際建設數據

2.1.2 無量綱處理實測原始數據

由于所用參考數據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劣之分，因此，采用初值化來對原始數據進行無量綱化。具體步驟如下。

1） 用內插法求出各項指標的參考數據列，由于不同規模對應不同的參考值，因此參考數據序與參評轉運站規模數（k）相同：

2）進行初值化處理，使得不同等級下的數據列之間具有可比性，即：

3）對所得數據矩陣規范化，得新的比較數據列：

4）確定參考數據列x0。參考數據列的選取可依據每列最大值或最小值從比較數據列中選取，也可根據一組固定值來確定。由于本研究考慮的是原始數據列對與之對應的標準數據列的偏離程度大小，由以上無量綱化處理過程可得知，理想情況下，原始的比較數據列將完全符合標準數據列，此時偏離度為0，因而本研究的參考數據列定為：x0= （0，0，…，0）

2.1.3 計算級差

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

4.796 7。

2.1.4 計算關聯系數

依據式（1），可計算出各轉運站的關聯系數，結果如表2所示。

表2 各轉運站評價指標的關聯系數

2.1.5 計算關聯度

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 各轉運站的關聯度

2.2 結果與討論

由于所選用的標準數據序列是行業標準規范中的規定值，關聯度越大，說明該轉運站的建設越符合規范，其建設水平也越標準。按照加權關聯度從大到小排序，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。這一方面說明現實中許多轉運站仍未按照標準規范來建設，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，表中數據均已超出標準的百分數來表示。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定對應規模的標準項目用地面積。這是由于隨著近些年城鎮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，城市與鄉鎮其差距更為明顯。對于主建面積、配套設施建設面積及生產管理與生活服務面積，除4號出現正值外，其余全部超標，其中生產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。這可能是由于現今與標準制定之時物價上漲，人工費增加等原因造成的。《生活垃圾轉運站工程項目建設標準》中規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，標準中經濟指標也需作相應的調整。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，造成人員數量過多而工作量不足。在實際生產中，由于轉運站工作尤其是轉運操作工作的非連續性，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此對人員數量做一定調整。

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理論的典型非線性特征，無法用某一特定的函數關系或規律來表達。應用灰色關聯理論建立的基于AHP的灰色關聯評價模型可以將相對獨立的各項數據轉化為以關聯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、城鄉用地差異等方面，可引入合適的系數，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境所造成的影響。受數據制約，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，進一步指導和規范轉運站的建設。

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