基于集對分析的城市道路工程可持續性評價

李重陽，方 俊

(武漢理工大學土木工程與建筑學院，武漢 430070)

為了滿足急劇增長的出行需求，我國各大城市正在大規模進行城市道路工程建設。展開城市道路工程可持續性評價研究，可以顯著提升城市道路工程的建設水平和運營品質，進而提高城市道路工程及其周邊區域的可持續發展能力。

目前有不少學者就工程項目可持續性課題展開了一定深度的研究。譚建蓉[1]采用層次分析法評價了農村飲水工程項目的可持續性，但基于層次分析法的權重計算結果受專家主觀意見影響較大。曹吉鳴[2]系統地研究了工程項目可持續管理框架，強調了可持續理念在工程管理領域的重要性。趙越[3]采用層次分析法計算天然氣管道工程項目可持續性評價指標權重，并采用基于灰色關聯分析的模糊綜合評價方法確定評價等級。該方法雖然較好地處理了可持續性評價中的模糊性，但隸屬度計算無法全面準確地刻畫可持續評價復雜性，容易丟失大量有價值的評價信息并導致評價結果錯誤。南智斐[4]綜合運用層次分析法與模糊綜合評價法建立風電工程項目后評價模型。唐斌斌[5]從建設過程、整體目標、社會影響和環境影響四個方面系統地構建了水電開發工程項目的后評價指標體系。目前工程項目可持續評價的研究對象主要有飲水工程、天然氣管道工程、風電工程和水電工程等，但沒有針對城市道路工程的可持續性評價成果。相關研究成果主要采用層次分析法和模糊綜合評價等方法構建評價模型，存在主觀性較強、難以處理可持續評價復雜性等不足。

因此，該文綜合采用文獻調研和專家調查法構建了完整的指標體系，采用C-OWA算子計算各指標權重以實現客觀合理的權重運算，采用集對分析處理可持續評價中的復雜性和不確定性。

1 城市道路工程可持續性評價指標體系的建立

通過對關鍵詞為“基礎設施工程”、“可持續性”和“城市道路”的典型研究成果[2-6]的歸納總結，該文搜集到36個二級指標，并采用專家調查法保留重要性得分高于平均分的20個二級指標，最終構建了完整的評價指標體系，如表1所示。

表1 城市道路工程可持續性評價指標體系

2 城市道路工程可持續性評價模型的構建

2.1 基于C-OWA算子的指標權重計算方法

C-OWA(Combination Ordered Weighted Averaging，組合數有序加權算子)是一種基于組合數改進加權向量的賦權法[7]，其基本步驟如下：

1)評價數據的獲取和重排序。邀請工程項目管理領域的n位專家對m個評價指標的相對重要程度進行打分，得到初始決策數據aij(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)。將第i個指標重要性得分數據集(ai1,ai2,…,aij)重新編號，由大到小排序得到新數列(b1,b2,…,bn)。

(1)

3)歸一化處理。得出第i個指標的相對權重值ωi[7]

(2)

從其賦權過程可以看出，每個指標重要性數據的位置變化都會影響指標權重大小，因此專家主觀意見的極大值和極小值均被調整到了對權重影響程度小的位置上，從而降低了專家極端意見對權重結果的影響。

2.2 基于集對分析的城市道路工程可持續性評價方法

集對分析可以較好地處理城市道路工程可持續評價指標的隨機、模糊和不完整等困難[8]，具體的評價步驟如下：

1)構成集對。將各指標與可持續性等級標準構成一個集對[8]

(3)

其中，ωi為第i個指標的綜合權重;A表示同一度;B表示差異度;D表示對立度;e表示差異度系數;f表示對立度系數;K表示聯系數的元數。

2)計算聯系度。越小越優指標的聯系度為[9]

(4)

其中，s表示指標評價區間的界限;sK-1表示K-1的下限，同時也是K-2的上限。

越大越優指標的聯系度為[9]

(5)

3)確定可持續性等級。采用置信度來確定可持續性等級[8,9]

hK=(f1+f2+…+fK)>λ

(6)

3 案例分析

森林大道工程位于武漢市東湖新技術開發區，是連接武漢三環線到武鄂高速的重要道路工程。該項目設計長度為18 391.94 m，包括道路、橋梁、排水、交通、綠化、照明、電力、通訊、給水、征地、拆遷工程及其他配套工程。該項目的投融資運作方式為BT模式，實際竣工日期為2019年9月，實際總投資為50 443.77萬元，目前正處于項目后評價階段。

邀請20名專家(7名來自中信工程設計建設有限公司，8名來自武漢理工大學，5名來自武漢東湖新技術開發區管委會)對該項目指標重要性進行打分，將指標重要性得分代入式(2)中即可得到所有二級指標權重ω，如表2所示。

表2 森林大道工程可持續性評價計算結果

根據表2的計算結果可知，設計可持續性(A11)的權重最大，這表明在設計階段準確合理地預測未來交通量并采取一定措施應對是提升城市道路工程可持續性的關鍵；融資模式(A25)的權重排名第二，項目業主方應在項目規劃階段充分調研、認真研究并慎重選擇BT(Build-Transfer，建設-移交)、BOT(Build-Operate-Transfer，建設-經營-轉讓)、TOT(Transfer-Operate-Transfer，移交-經營-移交)等項目融資管理模式以有效降低項目投資或提高項目效益；運維成本合理性(A22)的權重排名第三，項目業主方應在運營維護階段重點制定控制運維資金使用計劃，提高運維資金使用效率，降低運維成本。

參考前人研究成果[4-6]、行業評價標準和森林大道工程項目管理的實踐需求，該文將可持續性等級分為五個等級，很好(Ⅰ級)、較好(Ⅱ級)、一般(Ⅲ級)、較差(Ⅳ級)和極差(Ⅴ級)，各指標得分用百分制數表示為很好[0,20)、較好[20,40)、一般[40,60)、較差[60,80)、極差[80,100)。邀請參與權重得分的20名專家對該項目的各二級指標進行打分，采用式(3-5)計算各二級指標的加權后聯系數(A、B1、B2、B3和D)，計算結果如表2所示。

通過表2中各二級指標的聯系數計算結果求和，可以得到該項目的五元聯系數計算結果分別為很好(f1=0.294 0)、較好(f2=0.394 7)、一般(f3=0.243 3)、較差(f4=0.091 5)和極差(f5=0.013 6)。當λ為0.6時，該項目的可持續性為較好(Ⅱ)。這表明該項目的可持續性較好，但項目管理單位可以考慮采取進一步措施提高其可持續性。

基于集對分析模型得到的森林大道工程可持續性評價結果與該項目實際情況基本一致。1)自武漢市森林大道項目建設并投入使用以來，該項目的公眾滿意度調查結果良好，項目實施過程中資本金總量由原來的56 261.54萬元減少為50 443.77萬元，累計節約資金5 817.77萬元；2)該項目選用的各項技術符合規范要求，環境保護實施效果滿足相關法律法規要求，有效地降低了能源消耗；3)該項目改善和提高了交通運輸能力，改善了沿線居民的出行條件，提升了沿線土地綜合開發價值。但該項目未能按時完成項目進度目標，值得進一步提高。

4 結 語

城市道路工程建設和運營的可持續性對城市發展具有重要意義，該文采用文獻調研和專家訪談法識別并構建了完整的城市道路工程可持續性評價指標體系，完善了相關研究工作的不足。綜合采用C-OWA算子和集對分析構建了城市道路工程可持續評價的數學模型，對武漢市森林大道項目展開了實證研究，找出了影響該項目可持續發展的關鍵因素，為提高城市道路工程的可持續發展能力提供了依據。