基于Fuzzy-组合赋权的地铁绿色施工评价

孟 玮，赵金先，孙 斐，蒋克洁

(青岛理工大学 管理工程学院，青岛 266525)

近年来，我国地铁建设发展很快，而且地铁有“绿色交通”之称，但地铁作为大型工程项目，在建设过程中任务艰巨、工期长、施工种类多样，而且消耗大量资源能源，给环境带来沉重负担.“绿色施工”的提出起初是针对绿色建筑的，但地铁的建设量逐渐增大，地铁又与人们的生活息息相关，是民生工程，故地铁建设和绿色施工相结合是未来发展的大趋势，将是未来国家发展建设的重点.经调查研究，很多国家对地铁绿色施工的评价标准都有一套独具特色的体系，但我国地铁绿色施工起步较晚，且受造价高、经济性不明显、经验不足等很多客观因素的制约，所以还有很大的提升空间.以往有很多学者对全国很多城市的地铁绿色施工进行过评价，但选取的指标或不注重细节，或不能体现地铁施工的特点，对评价结果都有影响.所以，对地铁绿色施工进行科学合理的评价尤为重要.

国内外众多学者对地铁的绿色施工进行了大量研究，如王敏[1]从环境污染的角度对青岛地铁深基坑工程进行了系统分析.区间数比较大小可能性公式是一种新方法，付江山等[2]以深圳地铁某标段为例，采用层次分析法对地铁工程生态绿色施工进行了评价.李伟[3]认为地铁绿色施工中的关键技术和措施值得深究和分析，因此选择深圳地铁9号线为实例，对其进行了评价.许秀娟等[4]是从绿色施工方案的评选角度出发，运用D-S证据理论等方法解决了问题.鲍振华等[5]运用该方法，对地铁绿色建设进行评价，具有一定指导作用.以上研究在一定程度上对地铁的绿色施工进行了指导优化，但在评价方法的选择以及指标体系的确立上仍存在不足，故本文运用文献查找法，将相关文献严格比对筛选，最终确定从“四节一环保一管理”的角度出发，建立了地铁绿色施工评价指标体系，并选择科学准确的组合赋权法，使指标权重更加合理，对青岛地铁4号线的绿色施工情况进行了模糊综合评价，根据评价结果，提出了有针对性的改进意见.

1 地铁绿色施工评价指标体系的构建

我国地铁的绿色施工发展还未有突破性进展，也没有具有说服力的规范标准等，因此对地铁绿色施工进行准确评价，评价指标的选取至关重要，本文严格遵守评价指标体系的选取原则，参考《绿色施工导则》[6]、《建设工程项目管理规范》(GB/T 50326—2017)等相关标准规范，将“四节一环保”理念贯彻到文章中.又因施工各个环节紧密相扣，故管理工作也相当重要，所以建立了“四节一环保一管理”的指标体系，真实地反映了各指标之间的关系，该指标体系共包含2级指标，具体如图1所示.

图1 地铁绿色施工评价指标体系

1) 环境保护.主要表现为在施工现场因施工而产生的扬尘、噪声振动等以及渣土及固体废弃物等污染的控制和地下施工时对地下设施的保护，具体分为扬尘控制、噪声与振动控制、地下设施保护、渣土及固体废弃物的处理4个二级指标.

2) 节材与材料资源利用.地铁工程所需要的材料多种多样，所以工程材料的选取和使用直接影响施工期间安全和质量问题；地铁施工工艺复杂，工序繁琐，材料的使用也要经过仔细甄选，因此，废弃物的产生概率大大增加.然而，这些废弃物多数被直接丢弃和填埋，未二次利用.地铁施工过程中所使用的材料对地铁的后续运营维护有着直接影响，因此应科学合理地使用“绿色建材”.故选取地铁工程材料的选取和利用、地铁施工垃圾的回收利用和绿色建材的使用这3个指标为二级指标.

3) 节水与水资源保护.在地铁施工过程中，现场工作面很多情况会面临缺水状况，所以，地下工程施工应多采取降水、排水措施，以满足施工的需要；同时地下水从地层内抽出以供地表使用，经使用后无法归还给地下水，得不到循环利用，而且会引起大量地下水资源的流失、地下水污染等一系列的问题；在施工现场有大量非传统水源，如雨水、中水等，应对其进行回收利用，合理化管理.所以将地下水污染控制、地下工程降排水措施、中水、雨水回收利用这3个指标作为二级指标.

4) 节能与能源的利用.地铁施工项目的能耗非常严重，如施工用电、机械设备能耗等，所以能源使用是否得当是衡量地铁绿色施工的一个重要标准.在此选择机械、设备与器具的能源消耗、生产节能、生活及办公节能3个二级指标.

5) 节地与土地资源的保护.地铁施工现场土地资源有限，主要是临时用地较多，如何有效利用颇为重要.而且在施工过程中要注意不对土壤造成浪费和流失，也不对区域内土壤造成污染，对植被采取保护和恢复措施，避免发生落石、边坡塌方等问题；同时尽量保护地表原建筑物、管线等不受影响.故选取土壤与施工用地保护、临时用地保护、对地表建筑物、管线、路面等影响控制3个二级指标.

6) 地铁绿色施工管理.地铁绿色施工管理是地铁绿色施工的基础组成部分，主要取决于管理方法、措施、制度等，它能为绿色施工提供执行的标准和良好的监督，也能及时对其进行纠偏改正等，具体表现为地铁绿色施工组织、地铁绿色施工实施、地铁绿色施工规划、人员安全与健康管理，故选取该4项作为二级指标.

2 基于Fuzzy-组合赋权地铁绿色施工评价模型

2.1 组合赋权的评价指标权重确定

对评价指标合理赋权是准确评价地铁绿色施工的前提保障[7].传统的赋权方法有2种，一种是主观赋权法，主观赋权法数据处理简单，便于计算，但受限于被邀专家的专业水平和个人偏好，有时会出现信息失真、不能满足一致性检验等问题；另一种是客观赋权法，客观赋权法在一定程度上可以弥补主观赋权的缺陷，但评价指标的实际重要性却模糊不明显.因此，本文选择组合赋权的方法，使确定的指标权重更加准确合理.

2.1.1 基于层次分析法的主观权重的确定

层次分析法是一种主观赋权评价方法.该方法即建立层次结构，邀请专家进行打分，构成判断矩阵，最重要环节就是一致性检验，检验通过该方法才可继续正常运算(图2).

图2 层次分析法流程

设求得的主观权重为vi，则所有评价指标主观权重向量为

v=[v1,v2,…,vm]

2.1.2 基于熵值法的客观权重的确定

熵值法是客观赋权法，该方法即根据各评价指标内蕴藏的信息量大小的差异来进行赋权，指标内信息量的大小和指标权重的大小成正向趋势,和熵值成反向趋势，即熵越小，指标内信息量越大，权重越大.具体步骤如下：

1) 设原始数据矩阵K=(kij)m×n，其中，m，n分别代表评价对象和评价指标的个数.将矩阵归一化后得到R=(rij)m×n.

若指标越大越好，则

若指标越小越好，则

将R=(rij)m×n进行列向量归一化，得到F=(fij)m×n.

2) 第j个指标的熵值：

3)第j个指标的差异系数：

gj=1-ej

4)第j个指标的权重：

则所有评价指标的客观权重：

μ=(μ1,μ2,…,μm)

2.1.3 基于最小二乘法的组合权重确定

假设评价指标的综合权重为

W=(w1,w2,…,wm)

根据主客观赋权缺陷，重点改进优化，以此建立如下最小二乘法优化组合赋权模型[7]，即

约束函数为

求解此赋权模型，做拉格朗日函数：

令

式中：λ为随机数.

式中：D为m×m对角矩阵；e,W,B均为m×1向量.

e=[1,1,…,1]T

W=[w1,w2,…,wm]T

解上列矩阵方程可得：

2.2 地铁绿色施工模糊综合评价

模糊综合评价在评价工作中得到了广泛的应用[8].该方法运算顺序为首先确定模糊子集，接着确定期望评价对象的因子域、评价等级和被评价对象的隶属度，最后得到总向量值，并根据评价等级判定最终结果.该方法以数理统计的基本原理为指导，对定性结果进行量化，是一种实用性强、可信度高、可靠性强的综合评价方法.

2.2.1 确定评价对象的因素域

若评价对象有m个评价指标，U表示因素集合，则构建的评价对象因素域U={U1,U2,…,Um}.

本文建立的地铁绿色施工评价指标体系有6个一级指标，故可以确定的对象集合为：U={U1,U2,U3,…,U6}.又因为每个一级指标下有不同数量的二级指标，所以构建的二级指标的对象集合为：U={U11,U12,…,U1n}.由此确定的因素域为

U={U1,U2,…,Um}={(U11,U12,…,U1n),(U21,U22,…,U2n),…,(Um1,Um2,…,Umn)}

2.2.2 确定评语等级

本文中将最终评价结果分为5个评语等级分别是差、较差、中等、较好、好，可以视为Z=(Z1,Z2,Z3,Z4,Z5).

2.2.3 隶属度的确定

模型的因素域和评语等级确定好之后，用数字的大小来表示指标的重要程度直观清楚，因此建立模糊关系矩阵R，确定等级模糊子集的隶属度(R/Ui)，进而得到模糊关系矩阵：

其中，矩阵R中第i行第j列元素rij，表示某个被评事物从因素Ui来看对Zj等级模糊子集的隶属度.

2.2.4 确定评价因素的权向量

确定评价因素的权向量：A=[a1,a2,…,am]，ai是因素Ui对模糊子集的隶属度.并对权向量归一化处理.即

2.2.5 模糊综合评价结果总向量

根据评价因子的权向量和评价对象之间的关系矩阵，得到模糊综合评价结果的总向量B，即

根据最大隶属度原则，在向量B中最大的数对应的评语等级即为地铁绿色施工的评价等级.

3 实例分析

选取青岛地铁4号线为例进行分析.地铁4号线线路全长约30.938 km，共设25座车站，全部为地下线路，故隧道开挖、深基坑工程居多，因此建造需消耗大量能源资源，且该线路隧道穿越崂山风景区、海滨风景区以及3处文物保护单位，所以地下工程进展难度很大，建设任务十分困难，而且对绿色施工的要求也全面提高.青岛地铁4号线项目部对施工队伍进行系统绿色施工培训，整合优化，科学配置资源；在地下开挖站施工区内建有全封闭温室，配备雾化喷淋系统和三级沉淀；在暗挖车站施工区，修建全封闭式大棚，采用移动式雾枪减少施工期间的灰尘和噪声；施工现场安装噪声、环境污染等监测系统，并有专人负责监测；投入使用喷雾系统；在职工生活区的周围大面积种植树木花草，所有进出车辆都要进行轮胎清洗，以确保施工区域的环境卫生.

3.1 评价指标权重的确定

邀请该领域的权威专家学者及参加过青岛地铁4号线建设的人员对绿色施工情况进行评价，按照2.1中相关公式对建立的指标体系分别进行主客观赋权，得到主观权重和客观权重，再利用建立的组合优化赋权模型，得到各评价指标的综合权重，见表1.

表1 基于组合赋权法的各评价指标权重

3.2 模糊综合评价

根据地铁施工现场的具体情况，邀请了6名施工、市政、环保等方面的专家对本工程的绿色施工进行了评价.结合6名专家评价结果统计分析结果，确定C1—C6模糊评判矩阵为

由表1可知，各二级指标的综合权重为

A=(0.3586，0.0832，0.1362，0.1085，0.0445，0.2690)

以及各二级指标下各二级指标的权重为

A1=(0.1034，0.4498，0.0896，0.3572)，A2=(0.3058，0.3226，0.3716)，A3=(0.3078，0.4669，0.2253)，

A4=(0.2763，0.4632，0.2605)，A5=(0.2658，0.3702，0.3640)，A6=(0.0619，0.1717，0.4846，0.1581，0.1238).

将上文确定的权重与模糊评判矩阵进行模糊合成运算，根据公式B=A×R，以C1指标为例进行模糊合成运算，分层次进行综合评价，详细计算过程为

同理，即可得出总评价矩阵B：

在上述基础上，继续进行二级模糊综合评估：

W=A×B=(0.2586 0.0832 0.2362 0.1285 0.0845 0.2090)×

根据模糊综合评价中最大隶属度原则max(w)=w3=0.3438，该地铁项目绿色施工评价等级为较好.

3.3 地铁绿色施工评价分析及改进意见

该地铁绿色施工总体水平达到较好，对该指标体系下级的指标进行评价可知，该地铁工程在“四节”指标的评价结果都是较好，而“一环一管”的评价结果是中等.由数据计算可得，造成环境保护C1和绿色施工管理C6的评价结果为中等的主要原因是噪声与振动控制C12、渣土及固体废弃物处理C14和人员安全与健康管理C64三方面所占权重较大而实际评价得分较低.根据工程实际情况可知，在施工现场，有土方爆破、打夯、打桩等噪声，而且经常变换，故很难控制；在地铁施工现场不能避免产生大量的施工垃圾，像废渣土、弃土、淤泥以及弃料等，都会给周边环境带来很大危害，都应进行相应的处理；在地铁施工过程中，施工会面临很多高危作业，像高温作业、粉尘作业、有毒有害作业等，所以人员的安全与健康管理不容轻视.根据分析，提出改进意见：①噪声与振动控制C12方面，在施工现场要对噪声进行实时监控，加大巡视力度；机械器具方面尽可能低振动、低噪声，制定抗振与隔音措施等.②渣土及固体废弃物处理C14方面，地铁施工现场采取填埋，铺筑等方式提高渣土、固体废弃物等建筑垃圾的回收利用率，同时，建立垃圾回收治理制度及措施，如：垃圾分类处理、建立密闭垃圾回收站，集中收集处理等.③人员安全与健康管理C64方面，将职工生活区和施工区进行隔离；将医疗保证措施、卫生保证措施、个人卫生保证措施等落实到底；职工生活区设立卫生设施、活动场所等；高危工种的职工应做好应急措施，防止职业病、地方病的发生.

4 结束语

本文通过参考相关文献以及规范标准，建立了“四节一环保一管理”的地铁绿色施工评价体系，使评价结果更具科学性，同时对传统赋权方法进行改进，利用最小二乘法将层次分析法和熵值法求出的主客观权重进行组合优化，不但保留了各自的优点，弥补了彼此的不足，更保证了评价结果的准确性，使各指标的权重更具有代表性.运用Fuzzy理论中的模糊综合评价法，构建了地铁绿色施工综合评价模型，根据评价结果提出了有针对性的改进意见.由案例的评价结果可知，该地铁绿色施工项目水平达到了较好，但环境保护、地铁绿色施工管理2个指标的评价结果是中等，要进一步提高绿色施工水平，应主要针对噪声与振动控制、渣土及固体废弃物的处理和人员安全与健康管理三方面进行具体的整改和促进，从而提高整个项目的绿色施工水平.