基于熵值法的城市道路资源环境效益评价研究

许文贞，方 俊，刘旭堃

(1．武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉 430070；2．武汉城市建设集团有限公司，武汉 430022)

随着人口不断汇入城市，城市化的步伐不断加快。据国家统计局2019年统计公报显示，常住人口城镇化率60.60%，户籍人口城镇化率44.38%，分别比上一年增加了1.02%和1.01%，城镇化率逐年递增。城市人口的不断增多，对城市基础设施的要求也在提升，大量城市道路工程在不断的建设和改造中，对资源环境的影响日益显著。因此对城市道路工程资源环境效益进行评价，能够为城市道路工程的环境管理提供依据，对城市的可持续性发展具有一定意义。

目前有不少学者对生态环境效益问题进行研究，吴鹏、朱军等采用标准差系数法确定了评价指标的权重并对喀斯特地区石漠化综合治理生态效益进行了评价[1]。濮阳雪华、高晨浩等对北京高尔夫球场内外的空气负离子、温湿度以及噪音等环境影响要素进行研究，监测场内外的环境影响因子的变化情况并对其进行评价[2]。孙钰、王坤言等采用DEA交叉效率模型对35个城市基础设施的环境效益状况进行了评价[3]。殷璐以高速公路为研究对象，对比分析了环境效益的评价方法并提出了提高环境效益的措施[4]。马睿以绿色住宅小区为研究对象，从增益成本效益的角度，构建了主成分分析法、熵权法以及灰色关联分析组合的绿色小区住宅环境效益评价模型[5]。已有关于资源环境效益的研究对象有球场、基础设施、高速公路、绿色小宅等，但是没有关于城市道路工程的资源环境效益研究。因此，该文在对城市道路工程资源环境效益进行系统分析后，从环保设施、节能措施、环保效果及环保费用4个方面建立一套完整的评价指标体系，采用熵值法确定权重，并运用模糊综合评价法对其进行评价，为今后研究城市道路工程资源环境效益提供参考。

1 评价指标体系的建立

该文依据资源环境效益概念，结合城市道路工程实际情况以及相关文献的梳理和分类，以科学性、系统性、独立性、全面性等为原则，尽可能多地反映资源环境效益情况，最终从环保设施、节能措施、环保效果及环保费用4个方面选取了16个二级指标，构建了城市道路工程资源环境效益评价指标体系如表1所示。

表1 资源环境效益评价指标体系

2 评价模型的构建

2.1 熵权法的构建流程

熵权法确定权重的步骤如下：

1)数据矩阵。现有m个评价等级，n个评价因素，建立的数据矩阵如式(1)所示。此研究通过专家对项目评价元素进行打分得到等级评判结果，根据评判结果确定数据矩阵。

(1)

2)标准化处理。正向指标采用式(2)进行归一化处理，逆向指标采用式(3)进行归一化处理。

(2)

(3)

其中，i=1,2,…，n;j=1,2,…，m。

3)计算第j项指标下第i个等级占该指标的比重。

(4)

4)计算第j项指标的熵值。

(5)

5)计算第j项指标差异系数。

gj=1-ej

(6)

6)计算熵权重

(7)

7)最终得到熵权的客观评价指标权重向量为

M=(m1,m2,…，mn)

(8)

2.2 模糊综合评价模型的构建流程

模糊综合评价法是以模糊数学为基础，运用模糊关系合成的原理，将一些难以定量的因素定量化，对多层次的复杂问题进行综合评价。具体的评价步骤如下：

1)建立评价因素论域

U={u1,u2,…,un}

(9)

式中，U为综合评价中各评价因素的集合。

2)建立评语等级论域

V={v1,v2,…，vm}

(10)

式中，V为评价等级集合，即评价对象的变化区间。

3)构建模糊关系矩阵

(11)

式中，R为单因素评价结果；rij为被评价对象的某一单因素对评价结果区间的模糊评价等级论域的隶属度。

4)确定评价因素的模糊权重向量。根据评价因素对评价对象的影响因素不同，体现为不同的赋权值，即熵值法所求的指标权重向量

(12)

5)改进模糊综合评价。根据上述步骤确定的模糊关系矩阵及指标权重向量，即评价结果为

B=MR

(13)

6)项目评价分值计算。计算评价对象最终得分

D=BC

(14)

3 案例分析

H市道路工程为城市主干路，项目全长5 640 m，设计时速为50 km/h，规划红线宽50 m。项目的主要建设内容包括但不限于：道路、桥梁、交通、给排水、照明、电信、绿化等工程。建设总投资为99 392.55万元，项目于2016年9月开始建设，项目运作模式为BOT模式，建设期2年，合作期限10年。

邀请10位专家对其进行打分，根据专家评判情况进行汇总，评价结果如表2所示。

表2 专家评分汇总

表3 资源环境效益评价指标权重表

根据表3计算单层评判结果向量，由式(13)计算得

综合评判矩阵为

最终得到项目的评价分值为

D=82.03

通过模糊熵值法对H市道路工程资源环境效益进行评价，得到该项目的综合得分为82.03，表明H市道路工程的资源效益较好。具体表现为环保设施方面，污水处理设施以及固体废弃物处理设施布置的合理有效；节能措施方面，节能光源灯具和节能材料的大量使用减少了能源的消耗；环保效果方面，该项目的大气排放符合国家标准，空气质量优良，水环境质量较好，以及项目在建设过程中很好地采纳了公众的意见；环保费用方面，环境保护工程投资资金以及环境保护工程运行费用使用合理等。

4 结 语

城市道路工程的建设和改造对资源环境产生的影响日益显著，该文从环保设施、节能措施、环保效果以及环保费用4个方面构建资源环境效益评价指标体系，完善了该类项目的环境效益评价指标体系。采用熵值法和模糊综合评价对H市道路工程的资源环境效益进行评价，找出了影响城市道路环境效益的影响因素，为提高城市道路工程的环境管理质量提供了依据。