基于ANP的城镇化基础设施项目可持续性评价

孟俊娜, 黄　京, 刘炳胜, 王　然

(天津大学管理与经济学部， 天津 300072)



基于ANP的城镇化基础设施项目可持续性评价

孟俊娜, 黄京, 刘炳胜, 王然

(天津大学管理与经济学部， 天津 300072)

提高城镇化基础设施项目可持续性水平是全面提升我国城镇化质量的一个重要方面。文章通过文献总结和专家咨询，建立了城镇化基础设施项目可持续性评价指标体系；运用了网络层次分析方法(ANP)对城镇化基础设施项目可持续性进行综合评价，有效地解决了权重确定时由于因素之间相互关系复杂而不能准确表达关键因素信息的问题。最后通过算例验证了ANP评价模型的有效性，为改善项目可持续性提供具体的反馈信息，同时也为今后的项目实践提供借鉴。

网络层次分析法(ANP)； 城镇化； 基础设施项目； 可持续性评价

目前，中国的城镇化正处于加速时期，到2030年中国的城镇人口将增加3.1亿，城镇化率将达到70%。在促进城镇化进程的诸多因素中，基础设施发展水平是城市化进程的重要推动力之一[1]。然而，中国现阶段城镇化建设出现了很多问题：项目可研阶段，没有充分考虑基础设施项目全生命周期内的需求变化及适应性，规划时期缺乏对项目的前瞻性，易导致“今年建成，明年拆掉，拆了又新建”的不可持续现象[2]；项目建设阶段，投资者更看重短期利益，以破坏自然环境和社会环境为代价[3]，谋取眼前的利益，忽视长远利益[4]；项目建成后，项目维护不到位，营运管理水平低下，从而大大缩短了项目的使用寿命，造成了资源的极大浪费[5]。上述问题都是项目不可持续的具体表现，究其根源是在城镇化基础设施建设与管理程序中未充分考虑项目评价的可持续性维度，以及评价主体在项目评价过程中局限地、割裂地看问题，很少考虑各因素之间的关系，缺乏对项目可持续性的系统思考。为了避免上述城镇化过程中基础设施项目的不可持续现象，改善新建基础设施项目的可持续性，保证我国城镇化进程健康持续快速的发展，需要在全生命周期视角下对城镇基础设施项目可持续性进行全方位的、系统的评价。以便为提高城镇化基础设施项目可持续性提供具体的政策建议。

在基础设施项目评价研究中，Koo等[6]将AHP法应用于基础设施项目可持续性评价中，给难以量化的问题提供了一种较为有效的方法，但只考虑了下级指标对上级指标的支配作用，而没有考虑因素之间的内在关系。Zhang等[7]、符勇等[8]分别基于系统动力学模型、主成分分析法建立了建设项目可持续性评价模型。以上这些模型内部信度良好，但对样本的要求较高，且模型的效度不易控制。王幼松等[9]分别从六个维度运用ISM模型对大型项目可持续性进行了全面的评价，但其将各个因素单独分裂的考虑，没能考虑各个因素之间存在的相互作用和反馈性，导致评价的结果和现实情况存在偏差，对改善基础设施项目可持续性很难提出精准的具有偏好性的决策建议。Saaty教授[10]在常规层次分析法(AHP)的基础上较为系统地提出了ANP的理论与方法。这种方法能够全局地考虑评价系统的各个因素，而且能充分考虑它们之间的相互依存关系。因而ANP方法[11]常被用于评价需要考虑内部相互关系且难以量化的复杂系统[12-13]。基于此，本文应用了ANP方法在全生命周期视角下对城镇化基础设施项目可持续性进行评价，在给定的准则和次准则下设计了1～9标度法，进行两两因素间接优势度的比较，减少主观的不确定性，并运用极限超矩阵将专家的观点进行量化，克服客观复杂的不可测性，使评价结果更具有现实性和客观性。找出影响基础设施可持续性的关键因素以及它们之间的关联程度，为改善新建的基础设施项目可持续性提供可操作化借鉴。

一、 城镇化基础设施项目可持续性影响因素分析

由于城镇化基础设施项目生命周期长，资金投入大，项目融资方式多样，项目参与方众多且公众参与意愿日益提高，不同类别间项目特征差异大，项目建设需要与城镇的整个基础设施系统相匹配。因此，影响其可持续性的因素众多，目前尚未形成统一的可持续性评价指标体系。通过相关文献浏览[1-15]，现有的基础设施项目可持续性评价指标体系中虽然在考虑因素的多少及侧重点方面有所不同，但基本上都可以划分为两类：项目自身可持续性评价指标和项目与外部环境协调性评价指标[1]。其中项目自身可持续性评价指标按照项目的生命周期又可划分为建设及前期阶段的项目建设性指标、运营及后期阶段的项目运营维护性能和与城镇发展匹配性能评价指标；与外部环境的协调性评价指标按外部环境类型又可划分为对当地社会环境影响评价指标、对当地的自然环境影响评价指标[14-15]。因此，本文按照上述的框架，建立评价指标体系。

通过对相关文献、建筑环保法规和国际上普遍认可的建筑环境评估体系查阅，对其中与基础设施可持续性相关的指标进行收集、调整、归并、细分，最后得到57项。在此基础上采用问卷调查的方法请基础设施项目利益相关者对所选指标的重要性进行1～5分打分，从中选取得分大于平均分的指标并结合专家访谈对其进行部分修正，最终选取了34项指标建立城镇基础设施项目可持续性评价指标体系，见表1。

表1　城镇化基础设施可持续性评价指标体系

续表1

二、 基于ANP的城镇化基础设施项目可持续性评价的过程

1． ANP方法的特点

ANP即网络层次分析法是在 AHP 方法基础上发展而形成的[11]，是Saaty教授[10]于1996年提出的一种适应复杂结构的科学决策方法，它将系统内各元素的关系用类似网络结构的形式表示，而不再是简单的递阶层次结构。ANP方法理论更准确地描述了客观事物之间的联系，充分考虑了指标之间的相互作用和反馈性；应用加权超矩阵和极限超矩阵对数据进行处理，将专家评价结果放大且定量化，是一种更加有效的决策方法。ANP 将系统元素划成两大部分，第一部分称为控制因素层，包括问题目标及决策准则；第二部分为网络层，它是由所有受控制层支配的元素组组成的，其内部是相互影响的网络结构。

2． 基于ANP的城镇化基础设施项目可持续性评价模型的建立

运用ANP方法评价城镇化基础设施项目可持续性可以分为三个步骤。首先，分析城镇化基础设施项目可持续性评价指标体系以构建其ANP网络结构图；其次，根据网络结构图设计调查问卷，利用问卷收集得到原始数据，经过数据处理后获得初始矩阵，在此基础上，运用Super Decision软件构造ANP超矩阵和加权超矩阵，得到因素与因素之间的量化关系；最后，计算极限超矩阵得出ANP最终权重。

第一步：根据城镇化基础设施项目可持续性指标体系构建ANP网络结构图。

由于目标下的准则之间有相互关系，相同准则下的各个因素之间、不同准则下各因素之间都有可能存在相互依存作用，它们之间相互影响、相互反馈。因而，ANP网络结构是由多个子网络组成的，而每个子网络又可以由多个元素组构成，每个元素组由多个元素组成。在咨询专家的基础上，根据城镇化基础设施可持续性评价的指标体系，建立了网络内部具有依存关系的ANP网络图，得到城镇化基础设施项目可持续性ANP网络结构图，见图1。

第二步：根据调查问卷获得的初始矩阵构造ANP超矩阵和加权超矩阵。

在矩阵wij中，列向量为Pi中的各个元素Cin对Pj组元素PjiPj2,…,Pjn的影响程度排序量，若Pj中的元素不受Pi中元素的影响，则wij=0，由此可得超矩阵W。因W为非列归一化向量，则用城镇化基础设施可持续性评价指标Pi对准则Pj(j=1,2,...,4)的重要性进行两两比较，得到加权矩阵A

第三步：计算极限超矩阵得出ANP最终权重。

三、 算例分析

为了对城镇化基础设施项目可持续性进行综合评价，评估基础设施项目各个指标对可持续性的影响程度，邀请了从事城镇化基础设施项目建设和研究十年以上的专家共5人，对指标体系中各个指标分别进行评估。通过发放问卷，专家组对基础设施项目可持续性评价指标相关性的重要程度进行判断。设计的调查问卷分别以控制层和网络层为准则，采用1～9标度的方法对两两因素进行重要性比较，获得原始判断矩阵相关数据。对专家的意见进行了修正统一，专家打分后计算出总体标准差，当标准差小于1时，可认为专家的意见较为统一，否则筛选出意见分歧较大的专家要求重新判断或将其结果忽略，直到达到要求为止。若专家判断值的算术平均值作为群组判断结果，当平均值矩阵不满足一致性时，就需要通过最优传递矩阵算法求判断矩阵的拟优传递矩阵。一致性检验结果合格后又将数据进行分析、归纳、处理，然后应用Super Decision软件采用矩阵方式进行输入，计算出相应的超矩阵和加权超矩阵，其中加权超矩阵如表2(全表见附表)所示；运用极限矩阵计算方法，最后得到极限超矩阵，从而得到最后各指标和各因素之间的权重如表3所示。

表2　运用ANP获得加权超矩阵(1×10-1)

表3　运用ANP得到各指标归一化后的权重

通过以上两表得到的结果可以看出：

(1) 在城镇化基础设施项目可持续性影响指标中，影响程度最大的是自然环境指标，权重达到 0.336 8。 其中，生态、能源、水等在因素组中的权重较大，分别达到了本因素的0.208 4、0.206 5、0.204 7。而土地和物料等因素的权重较小。从因素组内部看，自然环境能够为人类持续地提供水、能源、物料等，可循环利用的水资源能产生可再生的能源，水、能源、大气等又是可持续生态系统的重要组成部分，因此，所占的权重较大；而基础设施项目所占用的土地、所利用的物料等与其他因素关联相对较少，所占权重较小。这些关系都在加权超矩阵表2中得到了体现，相互关联的因素共同影响了自然环境的可持续性，可持续的自然环境为城镇的长远利益提供了保障。从因素组之间看，基础设施项目自身的建造性能直接对自然环境造成影响，在项目建设和营运过程中需采取对应的环境保护措施；良好的自然环境是社会环境可持续发展的基础。因此，自然环境与其他各因素组都有较为紧密的相互依存关系，所以它所占权重较大。在改善城镇化基础设施项目可持续过程中应更加注重其对自然环境的影响，特别是其中的生态、能源、水三个关键因素。

(2) 较为重要的指标是基础设施项目的营运维护性和适应性，权重达到0.292 9。对基础设施项目进行较好的营运和维护，其结果是能够保证与项目有关的自然环境得到保护，同时也能够使项目本身得到维护，使用寿命的周期变长，从而提高了基础设施的利用效率以及对社会的贡献力；因此项目的营运和维护性对城镇化基础设施项目可持性影响较大。另外，在因素组内部，长期适应城市发展需求因素所占的权重最大，高达0.393 1，在二级指标归一化权重中也是最大的，达到了0.115，从加权超矩阵表2中能够清楚地看出这个因素与土地、水、增加就业机会、长期为经济发展提供便利设施、生态等要素联系较大，分别达到了2.652、2.488、2.192 、2.161 、2.114。城市的长期发展需具有良好的自然环境作为基础，其次，为社会带来就业机会和提供便利的基础设施这两个关联因素能提高基础设施项目的经济和社会效益。因此，改善这一关键因素对提高项目可持续性十分重要。

(3) 社会环境影响对基础设施项目也有重要的影响，长期为经济发展提供便利设施是其中最关键的因素，权重高达0.349 1，在二级指标归一化权重中达到了0.075，从表2中能看出此因素与长期适应城市发展需求、增加就业机会等因素相互影响比较大。基础设施项目的基本功能是为社会长期提供便利的服务设施，给社会创造更多的就业机会，提高人们对城市生活水平的满意度。因此，基础设施是否能长期实现这些功能体现了其可持续性程度的好坏。最后重要的是项目自身的可建造性，项目的自身质量以及项目管理能力能够影响基础设施的使用寿命。

总之，自然环境影响权重最大，其次是项目营运维护性和适应性的影响程度，然后是社会环境的影响，最后是项目自身的建造性。在各个具体影响因素中比较关键的因素有：长期适应城市发展需求、为经济发展提供便利设施、生态、能源、项目管理水平等。

四、 结　语

在城镇化基础设施项目可持续评价过程中，由于影响城镇化基础设施项目可持续性的因素之间存在相互依存关系，专家决策时难以直接准确地描述指标的重要性，本文运用了ANP方法对城镇化基础设施项目可持续性进行评价，有效地克服了因素之间相互关系复杂而不能准确表达关键因素信息的问题。在评价过程中，主要探索体现在以下两个方面：1) 评价结果得到的加权超矩阵(见表2)可以表示出因素之间的相互依赖程度，并将因素之间的相互关系量化，可为改善可持续性影响因素提供具体的反馈信息；2) 极限超矩阵(见表3)可以得到四个一级指标的权重和各个具体因素的归一化权重，给出影响程度的排序，找到了影响基础设施可持续性的关键指标。

最后通过算例表明ANP方法得到的权重排序结果与实际分析情况相符，验证了此方法的有效性，也为项目可持续性评价工作提供了一定的借鉴。然而，在进一步研究的过程中，应该注重解决专家组对具体项目指标之间重要性判断时具有一定的犹豫度和偏好的问题，从而更好地解决城镇化基础设施项目可持续性评价问题。

[1]孟俊娜，房宁，刘炳胜，等. 基于直觉模糊集的城镇基础设施项目可持续性评价[J]. 模糊系统与数学,2015,29(1):168-174.

[2]段娟，文余源. 中国城市化进程中基础设施建设和管理的问题与对策探讨[J]. 云南地理环境研究, 2007, 19(1): 80-84.

[3]孙璐. 可持续建筑设计中的寿命周期评价方法[J]. 天津大学学报：社会科学版, 2007, 9(6): 552-554.

[4]乔治. 中国城镇化的现实困境及出路建议[J]. 中国管理信息化, 2013, 16(11): 28-31.

[5]曾国安，尹燕飞. 中国城镇基础设施建设和利用效率的测度与评价[J]. 中南财经政法大学学报, 2012, 55(5): 3-8.

[6]Dae-Hyun Koo, Samuel T. Ariaratnam, and Edward Kavazanjian Jr. development of a sustainability assessment model for underground infrastructure projects [J].CanadianJournalofCivilEngineering, 2009,36(5): 765-776.

[7]Zhang Xiaoling, Wu Yuzhe, Shen Liyin, et al. A prototype system dynamic model for assessing the sustainability of construction projects [J].InternationalJournalofProjectManagement, 2014,32(1):66-76.

[8]符勇，曹吉鸣，程大群,等. 建设项目可持续性管理及其指标评价研究[J]. 工程管理学报,2011,25(2):171-176.

[9]易弘蕾. 大型公共项目可持续性的评价分析研究[D].广州：华南理工大学土木与交通学院， 2014.

[10] Saaty T L.DecisionMakingwithDependenceandFeedback[M].Pittsburgh : RWS Publication, 1996.

[11] 王莲芬.网络分析法(ANP)的理论与算法[J].系统工程理论与实践, 2001, 21(3): 44-50.

[12] 刘睿，余建星，孙宏才，田 平.基于ANP的超级决策软件介绍及其应用[J]. 系统工程理论与实践, 2003,23 (8) : 141-143.

[13] 项勇，张仕廉. 基于灰色聚类：网络分析法的工程项目风险评价[J]. 统计与决策,2012(1):91-93.

[14] 甘琳，申立银. 傅鸿源. 基于可持续发展的基础设施项目评价指标体系的研究[J]. 土木工程学报, 2009, 42(11): 133-136.

[15] 甘晓龙,李世蓉. 基于风险管理的基础设施项目可持续性评价指标构建方法研究[J]. 建筑经济,2013, 365(3): 89-92.

[16] 贺纯纯，王应明. 网络层次分析法研究述评[J]. 科技管理研究,2014, 34(3):204-206.

Evaluation of Sustainability of Urbanization Infrastructure Project Based on ANP

Meng Junna， Huang Jing， Liu Bingsheng， Wang Ran

(College of Management and Economics， Tianjin University， Tianjin 300072， China)

Raising the level of urbanization infrastructure project’s sustainability is an important aspect to improve the quality of urbanization in China. Through literature review and experts consultation, this paper establishes a sustainability evaluation index system for infrastructure project. Because of the complexity of the interaction between the factors and the hardness to give an accurate description of information that hide behind the key factors, it is hard to determine the weight of the key factors. This paper successfully solves the problem by using Analytic Network Process(ANP)when evaluating the sustainability of infrastructures. Finally, a numerical example is introduced to demonstrate the effectiveness of the ANP evaluation model. The method provides concrete feedback information when we improve project sustainability, and it also provides guide for future projects’ practice.

analytic network process; urbanization; infrastructure project; evaluation of sustainability

2016-03-27.

国家自然科学青年基金资助项目(71403181).

孟俊娜(1974—)，女，博士，副教授.

孟俊娜，mengjunna@tju.edu.cn.

F282

A

1008-4339(2016)05-432-07