考虑全生命周期的绿色港口评价

徐国庆,张安西,马建文,张泽阳

(山东交通学院航海学院, 山东威海 264200)

0 引言

绿色港口是指在环境影响和经济利益之间获得良好平衡的可持续发展港口[1]。在当前世界环境严重污染、资源大量消耗的背景下，加快绿色港口建设迫在眉睫。在《交通运输节能环保“十三五”发展规划》中明确提出了交通运输行业节能减排的硬性要求，打造绿色港口已成为全球港口的共识[2-5]。目前，国内外已有一些针对绿色港口评价的研究。文献[6]在对传统港口运作系统分析的基础上，构建了生态港物流运作系统评价指标体系。文献[7]基于传统的AHP-模糊综合评价法，建立了绿色港口评价综合评价模型，但单一AHP具有较大的主观性，评价结果易出现超模糊现象。文献[8]提出基于驱动力、压力、状态、影响、响应模型的指标体系，建立5层共22个指标，对港口运营现状进行了绿色评价。由上述文献可知，当前研究集中在港口运营阶段，缺乏对规划、建设阶段的考虑。本文在已有研究的基础上，将港口与全生命周期理论相结合，同时针对影响绿色港口指标因素和评价等级概念模糊性特点，将AHP-熵值法和改进模糊综合评价法相结合构建绿色港口评价模型，以期为将来绿色港口建设发展提供指导。

1 绿色港口评价指标体系

全生命周期作为生物学概念，泛指事物出生、成长、成熟、衰老、死亡的过程[9]。随着科技发展，全生命周期理论也被引入了其他学科，绿色港口作为一个综合的建筑系统，其生命周期表现为选址规划、施工建设、运营维护3个阶段[10-12]。在此基础上，根据绿色港口定义，在每个阶段设立资源节约、环境友好、运行高效、以人为本4个目标层，并参考《深入推进绿色港口建设行动方案(2018—2022年)》，使用一系列指标来表征各目标状况[13]。运用Delphi法进行指标初选后，所得各阶段指标初选表见表1～3。

表1 港口规划阶段指标初选

表2港口建设阶段指标初选

目标层港口建设阶段资源节约 施工能源节约、施工材料消耗环境友好 施工污染状况、绿色设计占比、生态景观建设、施工垃圾处理运行高效 港区规划、科学施工方案以人为本 基础设施完善度、施工人员健康

表3 港口运营阶段指标初选

在指标初选体系的基础上咨询相关专家，对初选指标进行优化，最终建立了绿色港口评价指标体系，如表4所示。

表4 绿色港口评价指标体系

2 综合评价模型

图1 绿色港口评价流程

绿色港口评价涉及全生命周期时，其评价指标复杂繁琐，其中部分指标可以进行定量计算、精准度量，但许多指标无法进行统计，只能采用定量分析方法进行定性评价[14]。因此，本文采用主观赋权法——AHP与客观赋权法——熵值法相结合的方式，以增强指标权重的准确性，同时为克服传统模糊评价中低分辨率的问题，运用改进后的模糊综合评价法进行最终评价，提高了评价结果的科学性。绿色港口评价流程见图1。

2.1 主观赋权法

2.1.1 判断矩阵的一致性检验

设评价指标个数为n(1≤i≤n)，参评专家人数为m(1≤j≤m)。如表5所示采用1-9标度法，根据相关专家对准则层与指标层因素的两两重要程度的量化结果，构建判断矩阵。以该矩阵构建齐次线性方程组，求得其对应元素的相对重要性的排序权值[15]，记其中最大值为λ，则一致性指标

表5 标度表

IC=(λ-n)/(n-1)，

(1)

一致性比率

RC=IC/IR，

(2)

式中：IR为同阶平均随机一致性指标。

若RC<0.1，则通过一致性检验，数据有效；反之则调整矩阵，重新计算。

2.1.2 计算指标权重

对通过一致性检验的矩阵，运用Matlab计算其权重值u，结合均值法计算最终指标权重

(3)

2.2 客观赋权法

2.2.1 原始矩阵的归一化处理

针对港口现状，邀请相关工作人员进行评价，建立原始数据矩阵

式中:qij为对应指标的评价值。

由于存在着正、负向指标，其数值所代表的含义不同[16],因此为保持矩阵总体一致性，需要进行异质指标同质化处理，对于不同指标采用不同的方法，归一化后的数据仍记为qij。

对正向指标：

(4)

对负向指标：

(5)

2.2.2 评价指标的熵

熵是对指标离散程度的衡量[17]，对归一化后的数据进行熵值计算。第i个指标的熵

(6)

2.2.3 计算指标权重

熵权是对系统内指标重要程度的衡量[18]。第i个指标的权重

(7)

2.3 主客观组合赋权

组合赋权就是结合AHP与熵值法共同赋权，以避免单一因素的影响，最大限度的减少信息损失。第i个指标的主客观组合权重

(8)

2.4 改进模糊综合评价法

2.4.1 建立绿色港口评价集

2013年发布的《绿色港口等级评价标准》中，将绿色港口等级设为三星级、四星级、五星级[19-20]。但结合当下港口的建设现状，原有标准已不能准确的描述各个港口的绿色化水平。因此本文对该指标进行了完善，采用10标度共分为5个等级，见表6。

表6 绿色港口评价量化区间

2.4.2 构建单因素模糊矩阵

根据专家评价，确定指标在评价集中对各评语的隶属度，记为rij。由此构建单因素模糊矩阵

2.4.3 模糊评价

由表4可知，绿色港口评价体系是一个复杂的系统，具有不同的层次。为研究方便，分别对每一阶段指标进行单独评价。则指标层模糊综合评价矩阵

(9)

对指标层指标进行综合评价后，依次排列即为准则层模糊综合评价矩阵

(10)

2.4.4 量化处理

传统模糊评价法求得准则层模糊向量后，参照隶属度最大原则即可得出结果。但该方法利用信息不充分且分辨率较差，在实际应用中还需要建立比较参数，确定评价等级集的等级加权向量使分散的元素可以量化[21-22]。为改善此状况，增设一个标准向量

h=(h1h2…hn)，

(11)

则模糊综合评价结果

(12)

对照量化值E与各评价集对应区间，即可得出最终评价结果。

3 实例分析

3.1 威海港简介

威海港位于威海湾南岸，距市中心16 km，港区最大水深16.5 m，码头岸线总长725 m，陆域面积46.8万m2，水域面积115万m2，是我国北方重要的海上门户之一。港区东临电厂，并有疏港铁路，现有18个生产泊位，其中6个为5万t级以上泊位、2个为10万t级泊位，是我国北方重要港口之一[23-25]。

3.2 组合赋权

3.2.1 基于AHP的指标权重

按照表4中所列的层次结构模型，把港口划分为规划、建设、运营三个阶段，共26个指标。邀请18名业内专家按照1-9标度法给出准则层与指标层内各因素的相对重要性程度，构建判断矩阵。代入式(1)(2)中，对通过一致性检验的矩阵，运用Matlab软件计算其权重值，最后将结果代入式(3)中，即为基于AHP的指标权重，见表7。

表7 指标权重计算结果

3.2.2 基于熵值法的指标权重

对16位港口相关人员进行调研，分别对3层26个指标进行打分。根据打分结果，建立原始矩阵Q。经式(4)(5)归一化处理后，利用式(6)，可得规划、建设、运营三阶段熵向量：eA=(0.464 7 0.449 2 0.598 7 0.395 9 0.306 5 0.262 4 0.517 0 0.504 6)，eB=(0.382 6 0.423 2 0.513 7 0.541 9 0.362 9 0.450 0 0.489 3 0.445 4)，eC=(0.448 8 0.419 4 0.453 8 0.478 9 0.403 1 0.410 2 0.217 3 0.310 8 0.247 7 0.430 8)。代入式(7)中，即得到基于熵值法的指标权重，见表7。

3.2.3 组合权重

把两种方法所得指标权重带入式(8)，即可得到主客观组合权重，见表7。

3.3 模糊综合评价

由表7可知各阶段因素的权重向量。准则层：W=(0.203 1 0.474 3 0.325 5)；指标层：WA=(0.128 1 0.095 7 0.175 5 0.152 9 0.123 1 0.102 2 0.128 8 0.099 3),WB=(0.165 1 0.147 1 0.134 8 0.063 5 0.111 5 0.131 5 0.128 8 0.117 5),WC=(0.109 6 0.170 2 0.088 9 0.114 6 0.078 7 0.050 3 0.099 7 0.101 3 0.109 1 0.077 1)。

针对威海港绿色评价指标，邀请10名港工专家进行评判。根据评判结果，计算得出选址阶段的单因素模糊矩阵

建设阶段的单因素模糊矩阵

运营阶段的单因素模糊矩阵

根据式(9)(10)，可得出准则层的模糊综合评价矩阵

D1=WARA=(0.084 8 0.049 3 0.257 4 0.343 8 0.266 4),

D2=WBRB=(0.111 5 0.141 4 0.275 9 0.159 2 0.311 8),

D3=WCRC=(0.079 2 0.145 5 0.251 8 0.217 1 0.306 2),

即

由式(11)可知标准向量h= (1 3 5 7 9)，带入式(12)求得

E=6.020。

参照港口评价量化区间，可知威海港的绿色评价为“四星级”。符合绿色港口建设发展要求，但E处于“四星级”区间底部，说明该港口还未真正实现环境影响和经济利益的平衡，在未来仍需进一步发展。

4 结语

绿色港口建设是大势所趋。本文依托全生命周期理论构建了包含3个准则层，26个指标层的绿色港口评价指标体系，建立了科学的绿色港口评价模型，从而为港口提供了一种有效的评估方法，帮助港口部门进行科学化决策，以推动我国绿色港口的建设和发展。

未来的工作重点可放在两处，一是对绿色港口评价指标体系的优化，本文中指标是根据当下建设状况制定，但随着绿色港口探索和实践的进步，指标体系需要不断优化更新。二是文中评价阶段采用了改进模糊综合评价法，虽然有效提高了结果的分辨率，但计算过程较为复杂。在未来可考虑结合绿色港口大数据，运用深度学习算法建立模型来解决该问题。