基于云理论的煤炭建设项目可持续发展评价

董思思 彭晓英

摘 要：为正确评价可持续发展思想下的煤炭建设项目，结合对其产生影响的经济因子、社会因子、资源因子以及环境因子，文章对煤炭建设项目可持续发展情况进行系统分析。首先以可持续发展为目标建立了煤炭建设项目评价指标体系，针对传统评价方法中模糊指标精确化、随机指标缺省化、指标权重主观化等现象，利用云理论处理模糊性与随机性指标的优势，提出了基于云理论的评价标准和评价模型。以典型煤炭建设项目为评价对象，规划可持续发展等级，为可持续发展思想下的煤炭建设项目可持续发展判定提供理论依据。

关键词：煤炭建设项目 云理论 可持续发展 评价

中图分类号：F407.9  文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2015）11-021-03

一、引言

近年来，粗放型的煤炭开采引发的严重矿难灾害、资源浪费和环境破坏现象越来越多地引起国内外学术界和理论界的重视。伴随着我国经济发展的突飞猛进，既要满足国家发展对能源的需要，又要实现能源开采与环境保护的协调发展，煤炭建设项目的可持续发展必然将受到充分的重视。传统的煤炭开采常常伴随着一系列环境问题，如煤矿瓦斯事故、井下突水事故、地表沉陷、滑坡、农田及建筑设施的损坏、煤矸石占用良田且造成环境污染等等。

可持续发展思想下的煤炭建设项目是使煤炭开采对矿区环境的扰动量小于区域环境容量、资源开发利用最优化和生态环境影响最小化为原则，由一个或多个相互联系的以煤炭资源开发为主体的工程，建成后在经济上可以独立经营、实行统一核算，行政上有独立的企业组织形式，实行统一管理的建设工程总体？譹？訛。煤炭建设项目具有程序复杂、工程量大、投资类别多、受重多不确定性因素影响严重等特点，具体表现为煤炭资源的开发与保护、环境治理与污染控制、安全生产与社会稳定等等。因此，在煤炭建设项目论证及实施的各个阶段，不但要兼顾当代和后代的利益，更要正确处理好经济因素、社会因素、资源因素以及环境因素之间的相互联系？譺？訛。目前煤炭建设评价主要依据是《建设项目经济评价方法与参数》？譻？訛？譼？訛？譽？訛，这一指导性文件体现了我国市场经济体制对建设项目经济评价的新要，反映了我国经济体制与投资、金融和财税改革的新情况。但是，对可持续发展的评价主旨没有明确规定。因此，建立基于可持续发展条件下的煤炭建设评价方法、理论体系对我国煤炭开发战略及经济社会发展具有重要现实意义。

最近几年国内外很多学者针对区域、资源、行业的可持续发展体系建立和评价方法上进行了研究，但缺少综合考虑经济因素、社会因素、环境因素以及资源因素等系统性进行可持续发展的煤炭建设项目评价体系。大部分研究方法局限于隶属函数、神经网络、模糊综合、集对分析等方法？譾？訛？譿？訛，这些方法其最大的问题是忽略或部分忽略不确定性因素中随机性的存在，导致在定性指标定量化、模糊指标精确化过程中信息缺失及主观因素的主导作用。为解决上述问题，笔者提出基于云理论的煤炭建设项目可持续发展评价方法，它可以把煤炭建设项目可持续发展概念中所涉及的模糊性和随机性的定性描述与定量分析综合在一起，实现定性语言值和定量数值之间转换。降低传统评价方法中对主观评价因素的依据，更加客观地反映指标的分布特征？讀？訛。

二、评价指标体系及权重的确定

1.评价指标与评价标准。可持续发展条件下的煤炭建设项目评价指标体系是评价煤炭建设项目方案是否可持续发展的重要依据，其指标体系呈现多指标性和多层次性，涉及经济、社会、资源、环境等多方面复杂因素。因此必须建立一个可以表达煤炭建设项目可持续发展的指标体系和评价标准，便于对煤炭建设项目方案的可持续发展性的时空比较和未来趋势的监测预警。为了客观地对煤炭建设项目可持续发展进行评价，笔者从系统论的角度分析煤炭建设项目可持续发展要素构成，根据评价指标选择的系统性、全面性、科学性和可评性等原则，从经济、社会、资源、环境4个方面建立了评价指标体系（表1），确保客观地反映其评价因素的构成及其内在联系。？讀？訛

根据建立的煤炭建设项目可持续发展综合评价指标体系，通过参阅相关统计资料，结合我国煤炭建设项目的实际情况，参照《煤炭建设项目经济评价方法与参数》？譽？訛，经过实地调研和咨询相关专家意见，确定的评价等级标准见表2。按照煤炭建设项目方案的可持续发展性，将煤炭建设项目方案分为四个等级，分别是可持续发展（甲级）、基本可持续发展（乙级），弱可持续发展（丙级），不可持续发展（丁级）。

2.权重的确定。在煤炭建设项目可持续发展评价中，指标权重的获取是核心。传统确定指标权重的方法主要有：熵权法、层次分析法、Delphi法等。这些方法大多依赖于主观因素的评价，相比之下，熵权法给出的指标权重则能有效地弥补这个缺陷。尤其是在评价煤炭建设项目方案指标相同时，属于同类指标值相同的情况，此时的商权为零，评价时可剔除，这样大大简化计算过程并具有更高的可信度。？讀？訛

假设待评价的煤炭建设项目有n个备选方案，集合为a={ai}={a1，a2，…，an}，每个评价方案包含m个评价指标，其集合为p={pj}={p1，p2，…，pm}，故A=（aij）n×m为初始煤炭建设项目评价指标矩阵。其中，aij表示煤炭建设项目环评第i个方案相对应的第j项的评价值，则有如下计算过程：上式（3）为煤炭建设项目评价体系的指标熵权，值得说明的是，该熵权除说明煤炭建设项目评价指标的重要程度，也表示每个评价方案指标值确定的条件下，可以用相对差异度表示同类指标的重要程度。当指标的相对差异度接近0时，说明该指标对煤炭建设评价结果影响程度较少，反之亦然。这种方法与传统的主观权重相比，具有更高的可信度。？讀？訛

三、基于云理论的评价过程

1.云概念。云理论是一种将不确定性概念的模糊性和随机性相结合的定性与定量转换模型，该模型能够实现不确定语言描述与定量数值之间的自然转化。？輥？輮？訛它能实现定性向定量的转化，其输入是表示定性概念的数字特征（Ex，En，Ee）和云滴数量N，输出N个云滴定量值及由这些云滴构成的云图。其中：Ex为期望，它代表在数域空间中最能够代表这个定性概念的点;En称为熵，常被用来衡量定性概念的模糊度与概率，反映定性概念的不确定性，通常熵越大概念越宏观;Ee为超熵：超熵是熵的不确定性的度量，即熵的熵，反映了数域空间中代表该语言值的所有点的不确定度的凝聚性，即云滴的凝聚度。？輥？輯？訛云发生器主要有两种：正向云发生器和逆向云发生器？輥？輰？訛，这里使用正向云发生器算法。

2.云理论评价过程。假设设评价指标Ij对应的等级为Cl，则云理论评价的过程如下：

（1）根据公式（2）计算熵权向量。

（2）指标Ij对应的等级cl用云模型表示，其云特征值为（Exjl，Enjl，Hejl），其中最能代表指标Ij对应等级cl的是该等级中间值，即：

Exjl=z1jl-z2jl2

其中：z1jl和z2jl分别为指标Ij对应评价等级Cl的临界值。

临界值作为一个等级到一个等级的过渡，应当是一个模糊边界，同时属于上下两个等级，并且对两等级的隶属度相等？讀？訛，故有

超熵Hejl的确定可以根据Enjl的大小经过经验和反复实验得到，超熵越大，则云图中的云层越厚，反之亦然。

（3）根据已获取的云数字特征值和实际指标数据，利用X-条件云发生器？輥？輱？訛，某指标数据xo隶属于某云的隶属程度为：

其中En是以En为期望，He为标准差的正态随机数。

由公式（6）可以得到隶属度矩阵：

U=u11 u12 … u1nu21 u22 … u2n… … … …um1 um2 … umn

（4）将指标权重与隶属度矩阵进行模糊变换，得到评语集C上的模糊子集：

R=W？茚U

结果R=（r1，r2…rk）中每个元素rl表示待评价对象隶属于等级cl的程度，选择隶属较大的等级作为煤炭建设项目方案评价结论。？讀？訛

四、实证研究

根据以上建立的煤炭建设项目评价指标体系和评价指标标准，以某煤炭建设项目在可行性研究阶段进行评价的实际数据为例（表3），应从经济、社会、资源、环境四个评价的基础上进行可持续发展评价，过程如下：

1.价指标等级标准。根据2.1中煤炭建设项目评价目标与方案优化模型及表3中评价指标值，确定各指标评价等级标准，见表4。若计算出的等级为甲级，则说明该备选方案可持续发展，乙级为为基本可持续发展，丙级为弱可持续发展，丁级为不可持续发展。

利用正向云发生器，建立每个指标对应的云图。根据上述云理论算法步骤1，以经济指标为例，投资内部收益率I1对应的各个等级的数字特征分别是：第一个等级（27.5000 2.1231 0.1000），第二个等级（22.5000 2.1231 0.1000），第三个等级（17.0000 2.5478 0.1000），第四个等级（12.0000 1.6985 0.1000）。其他指标算法同上，指标I1对应的4个等级云图，详见图1。

2.评价指标等级权重。根据第4.3.2节利用熵权法求权重的思想，结合Matlab程序编程求解，得出以上指标的权重为：

W=（0.0207， 0.00050， 0.0012， 0.0010， 0.0137， 0.0994， 0.2098， 0.1235， 0， 0， 0， 0， 0.0006， 0， 0.0006， 0.0972， 0.0322， 0.3363， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0.0022， 0.0466， 0.0145， 0， 0， 0， 0， 0， 0.0001， 0）

其中，权重为零的指标对整个煤炭建设项目方案的评价没有产生影响。

3.评价结果。综合表3所有评价指标，运用X-条件云及公式（7）计算出各方案指标的隶属度矩阵U：

根据公式（8），得到每个煤炭建设项目方案评价等级的隶属度关系矩阵（表5）。

表5的评价等级结果表明，方案1和方案3均隶属于第4等级，即可持续发展水平，第2方案为不可持续发展。根据最大隶属度原则，第3方案的隶属度0.4630大于第1方案隶属度0.4287，所以方案3更符合可持续发展要求，应选方案3作为最优方案。

五、结语

在可持续发展理念下，须将影响煤炭建设项目评价的各方面因素综合考虑，建立包含经济平稳发展、社会资源合理开发及利用、生态环境保护与治理等综合评价体系。基于云模型的煤炭建设项目可持续发展评价，是对传统财务评价的补充与发展，对煤炭设计部门可行性研究具有重要的理论意义和应用价值。

[基金项目：黑龙江省教育厅人文社会科学项目（12542214）;国家科技支撑计划项目（2012BAH66F01）]