基于Fuzzy-組合賦權(quán)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(xué) 管理工程學(xué)院，青島 266525)

近年來，我國地鐵建設(shè)發(fā)展很快，而且地鐵有“綠色交通”之稱，但地鐵作為大型工程項(xiàng)目，在建設(shè)過程中任務(wù)艱巨、工期長、施工種類多樣，而且消耗大量資源能源，給環(huán)境帶來沉重負(fù)擔(dān).“綠色施工”的提出起初是針對綠色建筑的，但地鐵的建設(shè)量逐漸增大，地鐵又與人們的生活息息相關(guān)，是民生工程，故地鐵建設(shè)和綠色施工相結(jié)合是未來發(fā)展的大趨勢，將是未來國家發(fā)展建設(shè)的重點(diǎn).經(jīng)調(diào)查研究，很多國家對地鐵綠色施工的評價標(biāo)準(zhǔn)都有一套獨(dú)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(jīng)濟(jì)性不明顯、經(jīng)驗(yàn)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(xué)者對全國很多城市的地鐵綠色施工進(jìn)行過評價，但選取的指標(biāo)或不注重細(xì)節(jié)，或不能體現(xiàn)地鐵施工的特點(diǎn)，對評價結(jié)果都有影響.所以，對地鐵綠色施工進(jìn)行科學(xué)合理的評價尤為重要.

國內(nèi)外眾多學(xué)者對地鐵的綠色施工進(jìn)行了大量研究，如王敏[1]從環(huán)境污染的角度對青島地鐵深基坑工程進(jìn)行了系統(tǒng)分析.區(qū)間數(shù)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(biāo)段為例，采用層次分析法對地鐵工程生態(tài)綠色施工進(jìn)行了評價.李偉[3]認(rèn)為地鐵綠色施工中的關(guān)鍵技術(shù)和措施值得深究和分析，因此選擇深圳地鐵9號線為實(shí)例，對其進(jìn)行了評價.許秀娟等[4]是從綠色施工方案的評選角度出發(fā)，運(yùn)用D-S證據(jù)理論等方法解決了問題.鮑振華等[5]運(yùn)用該方法，對地鐵綠色建設(shè)進(jìn)行評價，具有一定指導(dǎo)作用.以上研究在一定程度上對地鐵的綠色施工進(jìn)行了指導(dǎo)優(yōu)化，但在評價方法的選擇以及指標(biāo)體系的確立上仍存在不足，故本文運(yùn)用文獻(xiàn)查找法，將相關(guān)文獻(xiàn)嚴(yán)格比對篩選，最終確定從“四節(jié)一環(huán)保一管理”的角度出發(fā)，建立了地鐵綠色施工評價指標(biāo)體系，并選擇科學(xué)準(zhǔn)確的組合賦權(quán)法，使指標(biāo)權(quán)重更加合理，對青島地鐵4號線的綠色施工情況進(jìn)行了模糊綜合評價，根據(jù)評價結(jié)果，提出了有針對性的改進(jìn)意見.

1 地鐵綠色施工評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

我國地鐵的綠色施工發(fā)展還未有突破性進(jìn)展，也沒有具有說服力的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等，因此對地鐵綠色施工進(jìn)行準(zhǔn)確評價，評價指標(biāo)的選取至關(guān)重要，本文嚴(yán)格遵守評價指標(biāo)體系的選取原則，參考《綠色施工導(dǎo)則》[6]、《建設(shè)工程項(xiàng)目管理規(guī)范》(GB/T 50326—2017)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將“四節(jié)一環(huán)保”理念貫徹到文章中.又因施工各個環(huán)節(jié)緊密相扣，故管理工作也相當(dāng)重要，所以建立了“四節(jié)一環(huán)保一管理”的指標(biāo)體系，真實(shí)地反映了各指標(biāo)之間的關(guān)系，該指標(biāo)體系共包含2級指標(biāo)，具體如圖1所示.

圖1 地鐵綠色施工評價指標(biāo)體系

1) 環(huán)境保護(hù).主要表現(xiàn)為在施工現(xiàn)場因施工而產(chǎn)生的揚(yáng)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(shè)施的保護(hù)，具體分為揚(yáng)塵控制、噪聲與振動控制、地下設(shè)施保護(hù)、渣土及固體廢棄物的處理4個二級指標(biāo).

2) 節(jié)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(zhì)量問題；地鐵施工工藝復(fù)雜，工序繁瑣，材料的使用也要經(jīng)過仔細(xì)甄選，因此，廢棄物的產(chǎn)生概率大大增加.然而，這些廢棄物多數(shù)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(xù)運(yùn)營維護(hù)有著直接影響，因此應(yīng)科學(xué)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(biāo)為二級指標(biāo).

3) 節(jié)水與水資源保護(hù).在地鐵施工過程中，現(xiàn)場工作面很多情況會面臨缺水狀況，所以，地下工程施工應(yīng)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(nèi)抽出以供地表使用，經(jīng)使用后無法歸還給地下水，得不到循環(huán)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(xiàn)場有大量非傳統(tǒng)水源，如雨水、中水等，應(yīng)對其進(jìn)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(biāo)作為二級指標(biāo).

4) 節(jié)能與能源的利用.地鐵施工項(xiàng)目的能耗非常嚴(yán)重，如施工用電、機(jī)械設(shè)備能耗等，所以能源使用是否得當(dāng)是衡量地鐵綠色施工的一個重要標(biāo)準(zhǔn).在此選擇機(jī)械、設(shè)備與器具的能源消耗、生產(chǎn)節(jié)能、生活及辦公節(jié)能3個二級指標(biāo).

5) 節(jié)地與土地資源的保護(hù).地鐵施工現(xiàn)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(fèi)和流失，也不對區(qū)域內(nèi)土壤造成污染，對植被采取保護(hù)和恢復(fù)措施，避免發(fā)生落石、邊坡塌方等問題；同時盡量保護(hù)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(hù)、臨時用地保護(hù)、對地表建筑物、管線、路面等影響控制3個二級指標(biāo).

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(chǔ)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(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和良好的監(jiān)督，也能及時對其進(jìn)行糾偏改正等，具體表現(xiàn)為地鐵綠色施工組織、地鐵綠色施工實(shí)施、地鐵綠色施工規(guī)劃、人員安全與健康管理，故選取該4項(xiàng)作為二級指標(biāo).

2 基于Fuzzy-組合賦權(quán)地鐵綠色施工評價模型

2.1 組合賦權(quán)的評價指標(biāo)權(quán)重確定

對評價指標(biāo)合理賦權(quán)是準(zhǔn)確評價地鐵綠色施工的前提保障[7].傳統(tǒng)的賦權(quán)方法有2種，一種是主觀賦權(quán)法，主觀賦權(quán)法數(shù)據(jù)處理簡單，便于計算，但受限于被邀專家的專業(yè)水平和個人偏好，有時會出現(xiàn)信息失真、不能滿足一致性檢驗(yàn)等問題；另一種是客觀賦權(quán)法，客觀賦權(quán)法在一定程度上可以彌補(bǔ)主觀賦權(quán)的缺陷，但評價指標(biāo)的實(shí)際重要性卻模糊不明顯.因此，本文選擇組合賦權(quán)的方法，使確定的指標(biāo)權(quán)重更加準(zhǔn)確合理.

2.1.1 基于層次分析法的主觀權(quán)重的確定

層次分析法是一種主觀賦權(quán)評價方法.該方法即建立層次結(jié)構(gòu)，邀請專家進(jìn)行打分，構(gòu)成判斷矩陣，最重要環(huán)節(jié)就是一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過該方法才可繼續(xù)正常運(yùn)算(圖2).

圖2 層次分析法流程

設(shè)求得的主觀權(quán)重為vi，則所有評價指標(biāo)主觀權(quán)重向量為

v=[v1,v2,…,vm]

2.1.2 基于熵值法的客觀權(quán)重的確定

熵值法是客觀賦權(quán)法，該方法即根據(jù)各評價指標(biāo)內(nèi)蘊(yùn)藏的信息量大小的差異來進(jìn)行賦權(quán)，指標(biāo)內(nèi)信息量的大小和指標(biāo)權(quán)重的大小成正向趨勢,和熵值成反向趨勢，即熵越小，指標(biāo)內(nèi)信息量越大，權(quán)重越大.具體步驟如下：

1) 設(shè)原始數(shù)據(jù)矩陣K=(kij)m×n，其中，m，n分別代表評價對象和評價指標(biāo)的個數(shù).將矩陣歸一化后得到R=(rij)m×n.

若指標(biāo)越大越好，則

若指標(biāo)越小越好，則

將R=(rij)m×n進(jìn)行列向量歸一化，得到F=(fij)m×n.

2) 第j個指標(biāo)的熵值：

3)第j個指標(biāo)的差異系數(shù)：

gj=1-ej

4)第j個指標(biāo)的權(quán)重：

則所有評價指標(biāo)的客觀權(quán)重：

μ=(μ1,μ2,…,μm)

2.1.3 基于最小二乘法的組合權(quán)重確定

假設(shè)評價指標(biāo)的綜合權(quán)重為

W=(w1,w2,…,wm)

根據(jù)主客觀賦權(quán)缺陷，重點(diǎn)改進(jìn)優(yōu)化，以此建立如下最小二乘法優(yōu)化組合賦權(quán)模型[7]，即

約束函數(shù)為

求解此賦權(quán)模型，做拉格朗日函數(shù)：

令

式中：λ為隨機(jī)數(shù).

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(yīng)用[8].該方法運(yùn)算順序?yàn)槭紫却_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(jù)評價等級判定最終結(jié)果.該方法以數(shù)理統(tǒng)計的基本原理為指導(dǎo)，對定性結(jié)果進(jìn)行量化，是一種實(shí)用性強(qiáng)、可信度高、可靠性強(qiáng)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(biāo)，U表示因素集合，則構(gòu)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(biāo)體系有6個一級指標(biāo)，故可以確定的對象集合為：U={U1,U2,U3,…,U6}.又因?yàn)槊總€一級指標(biāo)下有不同數(shù)量的二級指標(biāo)，所以構(gòu)建的二級指標(biāo)的對象集合為：U={U11,U12,…,U1n}.由此確定的因素域?yàn)?/p>

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(jié)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(shù)字的大小來表示指標(biāo)的重要程度直觀清楚，因此建立模糊關(guān)系矩陣R，確定等級模糊子集的隸屬度(R/Ui)，進(jìn)而得到模糊關(guān)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(quán)向量

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

2.2.5 模糊綜合評價結(jié)果總向量

根據(jù)評價因子的權(quán)向量和評價對象之間的關(guān)系矩陣，得到模糊綜合評價結(jié)果的總向量B，即

根據(jù)最大隸屬度原則，在向量B中最大的數(shù)對應(yīng)的評語等級即為地鐵綠色施工的評價等級.

3 實(shí)例分析

選取青島地鐵4號線為例進(jìn)行分析.地鐵4號線線路全長約30.938 km，共設(shè)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(fēng)景區(qū)、海濱風(fēng)景區(qū)以及3處文物保護(hù)單位，所以地下工程進(jìn)展難度很大，建設(shè)任務(wù)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(xiàng)目部對施工隊(duì)伍進(jìn)行系統(tǒng)綠色施工培訓(xùn)，整合優(yōu)化，科學(xué)配置資源；在地下開挖站施工區(qū)內(nèi)建有全封閉溫室，配備霧化噴淋系統(tǒng)和三級沉淀；在暗挖車站施工區(qū)，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(xiàn)場安裝噪聲、環(huán)境污染等監(jiān)測系統(tǒng)，并有專人負(fù)責(zé)監(jiān)測；投入使用噴霧系統(tǒng)；在職工生活區(qū)的周圍大面積種植樹木花草，所有進(jìn)出車輛都要進(jìn)行輪胎清洗，以確保施工區(qū)域的環(huán)境衛(wèi)生.

3.1 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

邀請?jiān)擃I(lǐng)域的權(quán)威專家學(xué)者及參加過青島地鐵4號線建設(shè)的人員對綠色施工情況進(jìn)行評價，按照2.1中相關(guān)公式對建立的指標(biāo)體系分別進(jìn)行主客觀賦權(quán)，得到主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，再利用建立的組合優(yōu)化賦權(quán)模型，得到各評價指標(biāo)的綜合權(quán)重，見表1.

表1 基于組合賦權(quán)法的各評價指標(biāo)權(quán)重

3.2 模糊綜合評價

根據(jù)地鐵施工現(xiàn)場的具體情況，邀請了6名施工、市政、環(huán)保等方面的專家對本工程的綠色施工進(jìn)行了評價.結(jié)合6名專家評價結(jié)果統(tǒng)計分析結(jié)果，確定C1—C6模糊評判矩陣為

由表1可知，各二級指標(biāo)的綜合權(quán)重為

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

以及各二級指標(biāo)下各二級指標(biāo)的權(quán)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(quán)重與模糊評判矩陣進(jìn)行模糊合成運(yùn)算，根據(jù)公式B=A×R，以C1指標(biāo)為例進(jìn)行模糊合成運(yùn)算，分層次進(jìn)行綜合評價，詳細(xì)計算過程為

同理，即可得出總評價矩陣B：

在上述基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)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(jù)模糊綜合評價中最大隸屬度原則max(w)=w3=0.3438，該地鐵項(xiàng)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(jìn)意見

該地鐵綠色施工總體水平達(dá)到較好，對該指標(biāo)體系下級的指標(biāo)進(jìn)行評價可知，該地鐵工程在“四節(jié)”指標(biāo)的評價結(jié)果都是較好，而“一環(huán)一管”的評價結(jié)果是中等.由數(shù)據(jù)計算可得，造成環(huán)境保護(hù)C1和綠色施工管理C6的評價結(jié)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(quán)重較大而實(shí)際評價得分較低.根據(jù)工程實(shí)際情況可知，在施工現(xiàn)場，有土方爆破、打夯、打樁等噪聲，而且經(jīng)常變換，故很難控制；在地鐵施工現(xiàn)場不能避免產(chǎn)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(huán)境帶來很大危害，都應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的處理；在地鐵施工過程中，施工會面臨很多高危作業(yè)，像高溫作業(yè)、粉塵作業(yè)、有毒有害作業(yè)等，所以人員的安全與健康管理不容輕視.根據(jù)分析，提出改進(jìn)意見：①噪聲與振動控制C12方面，在施工現(xiàn)場要對噪聲進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，加大巡視力度；機(jī)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(xiàn)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(qū)和施工區(qū)進(jìn)行隔離；將醫(yī)療保證措施、衛(wèi)生保證措施、個人衛(wèi)生保證措施等落實(shí)到底；職工生活區(qū)設(shè)立衛(wèi)生設(shè)施、活動場所等；高危工種的職工應(yīng)做好應(yīng)急措施，防止職業(yè)病、地方病的發(fā)生.

4 結(jié)束語

本文通過參考相關(guān)文獻(xiàn)以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，建立了“四節(jié)一環(huán)保一管理”的地鐵綠色施工評價體系，使評價結(jié)果更具科學(xué)性，同時對傳統(tǒng)賦權(quán)方法進(jìn)行改進(jìn)，利用最小二乘法將層次分析法和熵值法求出的主客觀權(quán)重進(jìn)行組合優(yōu)化，不但保留了各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了彼此的不足，更保證了評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，使各指標(biāo)的權(quán)重更具有代表性.運(yùn)用Fuzzy理論中的模糊綜合評價法，構(gòu)建了地鐵綠色施工綜合評價模型，根據(jù)評價結(jié)果提出了有針對性的改進(jìn)意見.由案例的評價結(jié)果可知，該地鐵綠色施工項(xiàng)目水平達(dá)到了較好，但環(huán)境保護(hù)、地鐵綠色施工管理2個指標(biāo)的評價結(jié)果是中等，要進(jìn)一步提高綠色施工水平，應(yīng)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(jìn)行具體的整改和促進(jìn)，從而提高整個項(xiàng)目的綠色施工水平.