基于組合賦權的TOPSIS法在清潔生產中/高費方案研選中的應用

鄭海軍 ，李香梅 ，王 瑋，徐彩平

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術研究中心，安徽 馬鞍山 243000）

目前，在清潔生產審核方案的研選中主要采用的是《企業清潔生產審核手冊》中推薦的權重總和計分排序法。由清潔生產審核實踐和分析可知，目前的方法存在人為主觀性較大、未考慮各指標的重要性以及難以對各方案做出綜合定量等問題，給清潔生產審核方案的研選帶來較大的困難。

為了克服當前方案研選中存在的不足，一些專家學者進行了積極的研究: 韓自強等將基于熵權的TOPSIS法應用于“機械加工綠色工藝方案決策”中減小人為賦權的主觀性影響的同時，避免指標權重分配的均衡化；劉啟承將灰色關聯度分析法應用于“水泥行業清潔生產方案研選”中，克服了權重總和計分排序方法的人為主觀偏好影響，同時實現了對一些定性指標的定量或半定量化，最終得到了定量化的評價結論；段然等將多層次灰色綜合評價方法應用于某“電鍍廠方案篩選”中，克服評價過程中人為主觀性過大的問題，同時對各評價方案給出了定量的結論。但由于上述研究都主要側重于用一種較為客觀的評價方法來克服原有方法中人為主觀性偏好性的不足，往往又會造成評價結果與實際不符。因此，在清潔生產評價過程中既要充分發揮行業專家、清潔生產審核人員的作用，又要客觀考慮各評價因子的內在聯系。為此，本文在參考現有清潔生產方案研選指標的基礎上建立了清潔生產方案評價指標體系，運用組合賦權法確定各指標的權重，然后基于TOPSIS 法建立了基于組合賦權的TOPSIS 法的評價模型，并以某火電企業清潔生產方案研選為例，進行了實例分析。

1 基于組合賦權的TOPSIS 法清潔生產方案評價模型的建立

1.1 基于組合賦權的TOPSIS法評價指標體系的建立

在清潔生產方案篩選中涉及到的因素較多，經過對諸多因素分析比較和在參考《企業清潔生產審核手冊》的基礎上，選擇對方案評價影響較大、具有普遍性的經濟因素、環境因素和技術因素作為清潔生產方案評價的準則層。經濟指標選取了年凈現金流量/總投資費用、投資回收期、內部收益率這三個指標作為清潔生產方案經濟評估的指標。由于任何一種清潔生產方案都應該具有顯著的環境效益，環境評估是方案可行性分析的基礎；環境效益選取污染物削減量、方案實施后產生環境效果和對員工工作環境的改善程度。由于各清潔生產方案削減的污染物性質、數量大多不同，無法直接進行比較，因而采用方案污染物的削減比例來代替污染物的絕對削減量，因此，確定將方案污染物削減的比例、方案實施后產生的環境效果以及對員工工作環境的改善程度三個指標作為清潔生產方案環境評估的指標。在技術指標的選取上，主要考查了方案的技術成熟性、實施難易程度、技術先進性三個指標。清潔生產方案評價指標設計見表1。

表1 清潔生產方案評價指標體系

1.2 基于組合賦權的TOPSIS法評價步驟

根據所建立的指標體系，分別運用主觀賦權的層次分析法和客觀賦權的熵值法，并按照離差平方和最大的原則確定組合權重，最后用TOPSIS 法對各清潔生產方案進行排序，從而篩選出最佳可行性方案。

1.2.1 層次分析法確定各指標的主觀權重

層次分析法本質上是一種決策思維方式。利用AHP方法進行權重計算，最終得到各層次因子的權重，結果如表2、表3。

表2 1～9標度的含義

表3 評價隨機一致性指標

1.2.2 熵權法確定各指標的客觀權重

設X（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）為第i個方案的第j個指標的觀測數據，用熵權法確定指標權重的步驟如下：

（1）計算各指標熵值e，為第j個評價指標的熵值，則熵值e的計算過程如下：

（2）計算各指標的權重，設

w

為第j個指標的熵權，則指標的熵權為：

1.2.3 基于離差平方和的最大的組合賦權

假設某個多屬性決策問題，對n個屬性有兩種賦權方法，指標組合權重

W=

[

w

,w

,…w

]，W為兩種賦權方法組合后第j 個指標權重。W為主觀權重W和客觀權重W的線性組合（j=1，2，…，n），即：

其中，

θ

為主觀權重占組合權重的比例；W為第j個指標的層次分析法權重；

θ

為客觀權重占組合權重的比例；W為第j個指標的熵權法權重。

由于加權向量一般都滿足歸一化約束條件，因此可按以下公式進行歸一化處理：

1.2.4 TOPSIS法對各方案進行評價

（1）無量綱化。設

x

為第i個方案第j個指標的值，則可按下列公式進行歸一化：

（3）確定評價對象的理想解和負理想解

根據各指標的屬性，對于效益型指標選取各指標最大值，成本型指標選取最小值，組成方案的理想解，效益型指標選取各指標最小值，成本型指標選取最大值，構成方案的負理想解。

1.2.5 計算各評價對象與理想解的距離

1.2 .6 計算評價對象與理想解的貼近度

設

c

為第

i

個方案與理想解的相對貼近度，則：

根據相對接近度大小排序，

c

越大表明第i 個方案的TOPSIS 評價值越接近最優水平，因此選擇

c

值最大的方案作為最佳可行性方案。

2 實例分析

安徽某火電企業經首輪清潔生產審核共產生清潔生產方案31項（無低費方案25項，中高費方案6項），經初步篩選后剩下待比較的中高費方案5項，分別是方案1：6#機組除塵系統改造；方案2：引風機變頻改造；方案3：5#機#3 高加更換；方案4：5#、6 機凝汽器加裝抑菌除垢系統；方案5：沖灰水回收利用。對各方案相關指標數據經處理后如表4所示。

表4 各備選方案技術、環境、經濟指標數據

2.1 計算過程

2.1.1 計算各指標相對方案綜合評價目標的權重值

各指標相對方案綜合評價目標的權重值，W按下列公式計算：

經計算，可得到綜合評價各指標的權重值W。

2.1.2 熵權法求各指標的客觀權重

將表4 中的數據代入式（3）～（5）中，得到各指標的客觀權重：

2.1.3 基于離差平方和的最大組合賦權

經歸一化后可得到各指標的組合賦權值。

2.1.4 TOPSIS法對各方案進行評價

（1）標準化數據加權

將表4中的數據代入式（6）中，進行無量綱化，計算結果代入式（7）中得到加權后數據，列入表5中。

（2）求理想解

（3）計算各方案與理想解的距離

根據各指標的屬性，按照正向指標選最大值作為理想解，負向指標選最小值作為理想解，確定各指標的理想解和負理想解，列入表5中。

將表5中的數據代入式（8）～（10）中，得到各方案與理想解的“垂面”距離及最終各方案綜合排名結果，列入表6中。

表5 各備選方案指標標準化數據、權重及理想解

從表6的評價結果可以看出，方案5與理想解的距離

d

最大，因此，方案5（沖灰水回收利用）為企業本輪清潔生產審核最佳可行性方案，應予以優先實施。在經濟及其他條件允許的情況下依次應實施的方案為：方案4（5#、6機凝汽器加裝抑菌除垢系統）、方案1（6#機組除塵系統改造）、方案3（5#機#3高加更換）、方案2（引風機變頻改造）。

表6 各方案與理想解的距離di 及最終各方案綜合排名

2.2 結果分析

從技術評估結果上看，各方案技術評價結果都比較接近，都能較好地滿足方案實施的條件，不存在技術實施比較困難的項目，因而各方案在技術上都是可行的。

從環境效益評估角度看：方案5（沖灰水回收利用）每年可以回收50%以上的灰水，同時減少了廢水排放；方案1（6#機組除塵系統改造）可以提高除塵系統的除塵效率，每年可減少粉塵排放量212 t，同時改造實施后還能減少企業的引風機變頻改造能耗，相應的也會減少一定量煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放；方案2、3、4通過引風機變頻改造、5#機#3高加更換、5#、6機凝汽器加裝抑菌除垢系統減少企業電耗，相應的也能減少一定廢棄物的排放。從環境效益看，方案5 削減的污染物最多，產生的環境效益也最好；方案1 也能產生比較好的環境效益；方案2、3、4 環境效益比較接近，都能產生一定的環境效益。

從經濟效益評估角度看：方案4 的經濟效益最好，方案3、2其次，方案5、1稍差，但各方案的投資回收期均小于定額投資回收期，且凈現值均大于零，因而各方案在經濟上都是可行的。

從綜合評價結果看：方案5 為最優方案，方案4 其次，方案1、3再次，方案2排名最后。從技術、經濟角度看方案5 較方案4 要差一些，但是方案5 在環境效益上要明顯高于方案4 和其他幾個方案，同時各方案在技術、經濟上評估上都是可行的。在技術評估可行的基礎上，既突出強調各方案的環境效益，又充分考慮各方案的經濟效益，體現了清潔生產審核“節能、降耗、減污、增效”的思想，因此基于組合賦權的TOPSIS法的評價模型確定方案5 要優于方案4是科學合理的；從環境效益看方案 4 較方案 1、2、3 要差一些，但是方案 4 的經濟效益要遠大于方案1、2、3，綜合環境和經濟效益確定方案4要優于方案1、2、3，體現了基于組合賦權的TOPSIS法的評價模型在方案篩選中的綜合性，也體現了清潔生產“增效”的思想；雖然方案2、3在經濟上要優于方案1，但是方案1在環境效益上明顯優于2、3兩個方案。在技術可行的基礎上，綜合考慮方案的環境和經濟效益，確定方案1優于方案2和3也是比較合理的。

3 結論

清潔生產方案的研選涉及到經濟、技術、環境等諸多方面的因素，在清潔生產方案的評價中必須綜合考慮各因素的影響以及各影響因素的權重。將基于組合賦權的TOPSIS 法用于清潔生產方案的研制中，既充分發揮行業專家、清潔生產審核人員的作用，又要客觀考慮各評價因子的內在聯系，使評價結果更加科學和合理，為清潔生產方案研選提供了一種更為合理的方法。