基于結構方程和物元分析的ULS適應性綜合評價*

何萍， 周愛蓮

(長沙理工大學 交通運輸工程學院， 湖南 長沙 410114)

隨著現代化城市發展進程的加快，交通擁堵、交通事故、尾氣污染等問題日趨嚴重，利用地下空間進行貨物運輸的地下物流系統(ULS)在滿足日益增長的需求的同時也在不斷減少負面外部影響，在城市貨運領域具有潛在的可持續性和競爭性。目前多從技術參數、網絡規劃、載運工具等角度進行ULS可行性分析和概念設計，Liu Henry等分析了紐約市基于風力艙體管道技術的ULS在技術與經濟上的可行性；Pielage B. J.從載運工具參數、貨物處理、終端布局、控制系統等方面探討了荷蘭OLS-ASH項目的可行性；屈川翔等探討了武漢地下物流系統投資成本、選址布局、施工技術等問題；潘欣維等基于TOPSIS提出了地下物流系統實施方案的可行性綜合評價方法；何煦等建立了基于灰色模糊的城市地下物流系統建設適應性評價模型。現有文獻對ULS建設評價指標體系的構建較少，也很少在分析指標信息特點和評價問題特點的基礎上進行針對性處理。該文結合結構方程模型(SEM)和物元分析判斷ULS在某城市建設的適應程度，根據評價結果對需改進的指標進行調整。

1 適應性評價指標選取及體系構建

1.1 ULS適應性影響因素分析

開展ULS建設適應性評價是對系統與外界環境影響因素的適應性程度判斷，是其投入實際應用的重要基礎。參考相關研究成果，從經濟、技術環境、運輸能力、社會與環境4個層面進行分析。

(1) 經濟條件。ULS建設耗資巨大，且建設周期長，離不開國家政策的支持。城市的經濟適應水平決定其能否承擔ULS建設前期的高額投入，考慮一個項目的成本效益對其建設實施有著非常重要的影響。

(2) 技術環境。城市間建設ULS的能力有所差異，基礎設施完善程度及技術發展水平對系統建設具有重要影響。另外，地下空間的開發對地層地質要求高，建設過程中需不斷監測周圍地層地質條件。ULS建設規模和等級分布不僅要滿足城市近期的貨流量，還需滿足未來的需求。

(3) 運輸能力。隨著經濟的發展，人們對物流效率的期望不斷提高，城市物流體系亟待完善，ULS建設規模和供給水平與需求量能否形成動態平衡將影響其投入實施。ULS主要鋪設智能物流運輸通道，自動化程度高，速度快，能有效提高貨物周轉量，降低貨損率，大幅提升客戶滿意度。此外，與道路交通的銜接程度對系統運行效率也有一定影響。

(4) 社會與環境。ULS一般采用清潔能源，能耗低、污染少，建成后能優化城市整體環境，并在一定程度上節約地面空間，項目對負面外部影響的改善能力越強則其適應性越強。

1.2 評價指標體系初始指標集

根據上述分析，建立圖1所示地下物流適應性評價體系初始指標集。

1.3 基于SEM的指標體系構建

通過量表問卷測試，結合SEM精選初始指標，利用Amos25.0構建測量模型，橢圓形為潛變量，長方形為觀測變量，根據模型修正信息不斷擬合修正，依據路徑系數確定指標權重。

圖1 ULS適應性評價體系初始指標集

1.3.1 調查問卷數據收集及信度、效度檢驗

采用Likert5分量表設計問卷，按指標重要程度賦值5～1，調查對象多為地下物流及交通運輸領域專家。共回收問卷352份，隨機抽取246份，其中有效問卷224份，無效問卷22份，有效回收率為91.06%。

通過SPSS25.0對樣本數據進行信度和效度檢驗，得出4個構面內部一致性系數分別為0.807、0.810、0.791、0.775，總體為0.929，問卷信度較好。KMO值為0.923，且各構面巴特利特球形度檢驗的Sig顯著性概率均為0.000，內在信度較高，適合作因子分析。

1.3.2模型擬合與分析

運用Amos25.0采用最大似然估計進行驗證性因子分析，剔除相關性較大及不顯著指標，不斷擬合修正，最終得出標準化后評價模型(見圖2)。

通過相對匹配測試評價模型擬合的優劣，結果見表1。單個變量系數在0.05水平下均顯著，模型擬合指標各項適配指數都在可接受范圍內，設定的模型能很好地擬合樣本數據。

圖2 ULS適應性評價結構方程模型

表1 ULS適應性評價結構方程模型擬合優度檢驗

1.3.3 確定評價指標權重

根據式(1)對指標進行權重分配:

(1)

得：

w=(wi)=(0.252,0.258,0.231,0.259)T

w1=(w1j)=(0.323,0.368,0.309)T

w2=(w2j)=(0.344,0.374,0.282)T

w3=(w3j)=(0.337,0.356,0.307)T

w4=(w4j)=(0.512,0.488)T

2 基于物元分析的評價模型確定

物元分析是研究物元，探討如何求解不相容問題的一種方法。通過物元分析建立多指標評價模型，可針對復雜問題建立形象化模型，定量化得出評價結果，從而較完整、準確地反映事物的綜合水平。通過物元分析評價ULS建設的適應性，可增強評價體系的靈活性。

2.1 基于模糊集理論的評估值定量化

引入模糊集理論定量化處理專家自然語言評價值(見表2)。同時根據專家工作背景、經驗等因素確定專家權重，記W=(w1,…,wp)T，wk表示第k個專家在評價中所占比重，k=1,2,…,p。

表2 三角模糊數

X′=WX=[(f1,g1,h1),…,(fm,gm,hm)]

(2)

D(xi)=1/5(fi+3gi+hi)

(3)

2.2 建立多指標綜合評價物元模型

以SEM精選后的11個指標為基礎建立全面評價物元模型：

式中：N0為待評價單元；Ui為待評價單元第i項特征(i=1,2,...,m)；Yi為U的量值。

2.3 建立經典域及節域物元矩陣

當Nj為標準事物，第j等級在特征Uj下取值范圍為Yji=(aji,bji)時，經典域物元表示為：

由標準事物Uj加可轉化為標準的事物組成物元N，RN為節域物元，YNi=(aNi,bNi)為節域物元關于Ui所有等級量值范圍。節域物元表示為：

式中：(aji,bji)?(aNi,bNi)；i=1,2,…,m。

2.4 關聯函數及關聯度的計算

(4)

ρ(yi,Yji)=|yi-1/2(aji+bji)|-1/2(bji-aji)

(5)

ρ(yi,YNi)=|yi-1/2(aNi+bNi)|-1/2(bNi-

aNi)

(6)

式中：ρ(yi,Yji)為點yi到經典域區間Yji=(aji,bji)的距離；ρ(yi,YNi)為點yi到經典域區間YNi=(aNi,bNi)的距離。

2.5 計算綜合關聯度并確定評價等級

用關聯函數Kj(N)表示待評價對象符合某等級范圍的隸屬程度。根據最大隸屬度原則Kj=max{Kj(N)}確定待評物元N屬于的等級j。

3 實例分析

以武漢市為研究對象，運用上述綜合評價模型對城市ULS建設的適應性進行評價。

(1) 經典域與節域的確定。基于語言評價與三角模糊數的對應關系，綜合考慮專家經驗、全國平均水平、國家標準取值確定節域矩陣，建立等級為5層的經典域矩陣[見式(7)、式(8)]。

(7)

(8)

式中：指標U11和U12為定量指標(萬億元)；其他指標為定性指標，通過專家打分法獲得。

(2) 待評物元的確定。根據5名專家的工作背景、經驗等設定指標綜合權重向量，wm=(0.167,0.214,0.238,0.190,0.190)T，依據式(2)、式(3)建立待評物元矩陣：

(3) 結果與分析。根據指標權重，按式(4)～(6)計算各評價等級的關聯度，結果見表3。根據關聯度最大隸屬度原則確定武漢市ULS適應性評價等級為4級，與實際情況較相符。其中：經濟適應性為4級，武漢2019年GDP為1.62萬億元，增長7.4%；社會物流總額4萬億元，增長9.7%，物流業廣闊的發展前景成為推進ULS建設的關鍵之一；技術環境為3級，武漢地區地表上覆大量第四系沉積層，地下水資源豐富，地下管道開挖時需特別注意，以減少對周圍環境的影響，排除施工安全隱患。

表3 關聯度計算結果

4 結語

從經濟、技術環境、運輸能力、社會與環境效益層面構建ULS適應性初始評價指標集，采用SEM對指標集進行擬合修正、分配權重，解決各指標間多重共線性問題，提高其客觀性和可靠性。模型評價結果與實際相吻合，該方法合理、有效。還可通過對各特征量值關聯度的分析，揭示待評價對象的利弊面，尋求進一步改進的切入點，為項目后期風險預警提供科學依據。