基于物元模型的环境修复工程施工管理水平评价

黄桂林，李紫微

（东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040，E-mail：1982605087@qq.com）

我国前期经济社会的快速发展是建立在高能耗与一定程度上的环境污染破坏的基础之上，据国家统计局数据显示，近10 年，全国范围内工业固体废弃物的总倾倒丢弃量约19409.6 万t，全国工业废水排放量总计约8453.5 万t，全国工业废气排放量合计6616881 亿m3，大量的污染物质排放到自然界中，导致环境破坏严重，环境修复问题迫在眉睫。

环境修复工程是我国近些年来重点发展的绿色行业，当前我国在土壤修复[1，2]、水体污染修复[3]、矿山修复[4]、海洋修复[5]等领域都有显著发展。近年来，为了更好地进行环境修复工作，国内外学者对环境修复工程进行大量研究，并积累了许多研究成果，主要集中在两个方面：环境修复技术研究，邱沙等[6]应用原地化学处理技术修复铬污染土壤，李时琛等[7]研究基于生物技术修复沿海滩涂石油污染；环境修复理念研究，如Beatriz 等[8]研究如何将可持续修复的理念应用于发展中国家的环境修复，Joseph M.等[9]提出基于植物生物学促进环境与可持续发展的理念。

现阶段对于环境修复工程的施工管理评价研究较少，缺乏成熟的环境修复工程施工管理指标体系。基于此，本文从管理的角度出发，构建环境修复工程施工管理评价指标体系，通过提高环境修复工程施工管理水平，来提高环境修复效率，为后续的相关研究提供理论支持。针对单一权重计算方法可能存在的不足之处，选用AHP 法确定主观权重，CRITIC 法确定客观权重，两种方法计算得到的结果复合加权确定各指标权重，将两种方法计算所得结果运用物元模型进行分析，最终建立环境修复工程施工管理水平评价的物元模型，将实例运用到模型中，对本文所建立模型的合理性、可操性进行验证。

1 指标体系的构建

施工管理过程中所需要考虑的因素众多，传统的建设工程施工管理重点包含人、材、机三大类，研究表明在施工安全管理中，风险管理是工程管理的重要环节[10]，此外对于环境修复工程，有学者指出，环境修复是指需要借助人工或自然力对已破坏或污染的环境进行恢复、重建和改建，使其恢复生态系统功能和其他有益功能[11]，结合Xiaonuo Li 等[12]研究的中国与西方国家污染场地修复可持续性指标的对比，通过对国内外近20 年的相关文献整理，总结出了国内外常用于环境修复评价的30 项指标。本文基于以上研究初步筛选出25 项环境修复施工管理指标，再邀请1 名高校环境相关专业教授、1名工程管理专业教授对指标进行再次精炼，最后归纳构建包含人员、风险、施工材料与工艺、机械、环境5 个维度共计17 项管理指标的环境修复工程施工管理评价指标体系，如表1 所示。

表1 环境修复工程施工管理评价指标体系

（1）人员层面。环境修复工程施工技术复杂专业性很强，不规范的操作可能会对施工人员身体造成严重伤害。晏剑明等[13]通过对技能型工人队伍的建设与培育研究，表明人员是环境修复工程施工管理的重要环节。环境修复工程需要学习能力强的技能型的施工人员来参与，相关管理人员不仅需要掌握基本的施工管理知识，还需要掌握一些与环境修复专业相关的基础知识。

（2）风险层面。依据《安全生产法》及杨爱斌[14]对施工风险管理等研究，表明风险管理在环境修复工程施工管理中尤为重要。环境污染的原因情况复杂，环境修复工程实施过程较为困难，产生二次污染可能性较高，且由于不同类型的环境污染都有其自身的特殊性，环境修复工程在实施过程中施工方案需要根据实际修复情况进行不断更改，更有甚者需要完全颠覆原来的施工方案。因此，环境修复工程的风险性较高，修复结果很难准确预料。

（3）施工材料与工艺层面。环境修复方式一般分为化学修复、物理修复、生物修复3 种类型。在运用不同修复技术来进行修复环境的过程中可能会用到多种药剂与污染物进行反应来达到修复效果。在这个反应过程中可能会产生一定量的有害物质对人体造成一定程度的伤害，环境修复工程开工前必须对施工人员就其特殊的施工工艺进行培训，绿色施工材料的使用也会减少对资源的消耗。

（4）机械层面。夏春明[15]对施工机械设备管理的研究表明，合理的施工机械管理是环境修复工程施工管理的关键步骤。环境修复过程中可能会产生危害人体健康的物质，提高智能化施工的程度，用施工机器人来代替大部分的人工，以此来减少对施工人员的伤害，对施工机械设备的定期维修检查对于高效施工与节约经济十分重要。

（5）环境层面。环境修复工程绝大多数由政府作为发包方对已破坏环境进行强制修复是非盈利性的工程建设[16]，以求人与自然能够更加和谐共生。《中华人民共和国环境保护法》中防治污染与其他公害部分的相关规定标明了在环境治理过程中对于周围环境的影响管理办法，因此，环境修复工程施工还需重点管理工程的能源节约、修复地区后续的绿色发展前景、施工后废弃物的处理、环境修复对大气颗粒物的影响、废水的处理。

2 确定指标权重

2.1 AHP 法确定指标主观权重

利用AHP 法确定主观权重，可使复杂的系统分解，这种方法能够把人们的思维过程更加数学化、系统化，并且把多个目标、多种准则全部量化处理困难的决策问题转化为多个层次的单目标问题。

AHP 法确定指标客观权重的步骤如下：

（1）构造判断矩阵。根据本文构建的环境修复工程施工管理评价指标体系的特点，选择1~5 标度法对指标赋值。

（2）求近似权重。将判断矩阵中的n个列向量进行归一化处理，求出近似权重，即：

（3）一致性检验。

当CR<0.1 时，认为该判断矩阵的一致性可以接受，则ωmax所对应的特征向量可以作为指标权重向量。

2.2 CRITIC 法确定指标客观权重

利用CRITIC 法计算客观权重，使得专家评价能充分考虑问题的复杂性与主观性，也能反映出环境修复工程施工管理评价指标之间的相对重要性，是较好的客观赋权法，具体步骤如下：

（1）假设待打分的管理评价指标层面个数为m个，相关管理指标二级指标个数为n个，建立决策矩阵O=(opq)m×n，其中opq表示专家们对第p个关键因素层面的第q个管理评价指标二级指标的平均得分。

（2）对比强度。利用标准差表示同一个管理重点二级指标在内取值的差异波动情况。

式中，υq为标准差，标准差越大，指标评价强度越强；μ表示n个指标的平均值。

（3）指标冲突性。利用相关系数来表示。

式中，Rq表示第q项指标与其余各项指标间的冲突性；Cov(q,i)表示第q项指标与第i项指标间的协方差。

（4）信息量。

式中，Zq表示第q项指标的信息量值。

（5）客观权重。第q个指标的权重Wq为：

式中，Wq表示第q项指标的客观权重。

2.3 AHP-CRITIC 组合赋权

本文将AHP 与CRITIC 法计算所得权重1:1 加权计算，使得最终所得指标综合权重更为科学合理。

3 基于物元模型的施工管理水平评价

物元模型可以将复杂的问题转化成为具体的模型，适用于多指标的评价研究，环境修复工程施工管理水平评价是对多种管理指标进行综合指标评价，属于多目标评价的范畴，因此可以利用物元模型，对每个层面的施工管理评价指标的管理水平进行评价，进而确定环境修复工程施工管理水平的评价等级。

3.1 评价等级的确定

依据已有的研究及专家建议，对环境修复工程施工管理各层面的指标管理水平量化分级，采用十分制对评价等级进行划分，依次为优秀（9，10]、良好（8，9]、一般（7，8]、差[0，7]4 个等级。已经构建的环境修复工程施工管理指标可以分为定性与定量两种，关于定量指标评价标准本文主要从两个方面制定：一是依据我国目前存在的相关标准与法律法规，包括《中华人民共和国环境保护法》《建设工程施工现场管理规定》《环境空气质量标准》等；二是指标目前没有明确依据，参考相关学者研究[17，18]，如表2 所示。

表2 定量指标评价标准

3.2 物元及物元矩阵

物元可拓模型包括等待评价的事物W，事物W所对应的特征R的量值为U，有序三元组Q=(W，R，U）被作为描述事物的基本元，其中W简称为物元。环境修复工程施工管理水平的物元矩阵可表示为：

3.3 确定经典域、节域及待评价物元的构建

（1）经典域。令Aj表示为事物的第j个等级(j=1，2，…，i)，Rj表示为Aj的第j个特征，Uj1，Uj2，…，Uji为Aj对应特征Rj的取值范围，这个范围即为经典域。其中，Uji的取值范围区间为cji到dji，可以将其记为Uji=(cji，dji)，(i=1，2，…，h)，并且有：

（2）节域。令Aa来代表所有的评价等级，ka1，ka2，…，kan记为Yy关于R1，R2，…，Rn的取值范围，这就是节域，可以将其记为kai=(cai，dai)，(i=1，2，…，n)，且有：

（3）待评价物元。令Q为评价的对象，Uj为Q关于Rj（j=1，2，…，n）的量值，待评价物元可以表示为：

3.4 关联函数、关联度

（1）关联函数值的计算。

（2）关联度。令ωj表示特征Rj的权重，待评对象W关于等级i的关联度为：

通过计算当Ki′= max{K i(A)}，（i=1，2，…，s），则可以认为A属于第i′等级。

4 实例应用

结合已经建立的环境修复工程施工管理指标体系，本文以天津港火灾爆炸事故剩余污染土原地修复项目为研究对象进行分析评价，该项目采用原地过硫酸钠氧化处理技术将事故现场剩余18 万t剩余污染土利用土壤淋洗法进行原位修复。由于前文所构建的环境修复工程施工管理指标体系中的各个指标在其重要程度上有着明显的差异，故先确定各指标权重，再利用物元模型来进行评价。

4.1 管理指标权重确定

4.1.1 主观权重的确定

计算各管理指标主观权重具体步骤如下：

（1）依据双数评委规则具有可以减少打分偏差、提高准确性、增强公信力等方面的优势，邀请高校环境相关专业教授2 人，工程管理专业教授2人，项目施工管理人员4 人，对环境修复工程施工管理评价指标进行重要性评价。

（2）将8 位专家对指标的重要性打分取平均值。

（3）利用层次分析法中式（1）~式（3）计算主观权重，最后得到各指标的主观权。

以专家对各一级指标重要性判断为例：

对H进行归一化处理得到权重向量：

4.1.2 客观权重的确定

请专家组针对各指标的重要性进行打分，采用5 分制来进行打分，以人员层面二级指标为例，专家打分后整理得到的原始评价矩阵，如表3 所示。

表3 二级指标评价矩阵

利用CRITIC 法中式（4）~式（7）式计算客观权重确定每个二级指标的权重，最终得到的各指标客观权重。

4.1.3 组合组合赋权计算组合权重

将AHP 与CRITIC 法计算所得的主观权重与客观权重1:1 加权计算，最终得到各二级指标的组合权重，如表4 所示。

表4 指标权重

4.2 确定经典域、节域、待评价物元

4.2.1 确定经典域与节域

（1）定量指标。本文中的定量指标经典域与节域的整理，如表5 所示。

表5 定量指标的经典域与节域

（2）定性指标。依据前文划分的各等级标准，可以得到各定性指标的经典域与节域，如表6 所示。

表6 定性指标的经典域与节域

4.2.2 待评价物元的确定

根据相关的项目资料与政策法规，并且咨询该项目负责人，来确定各定量指标的评价值；针对定性指标，邀请2 位环境相关专业教授、3 位工程管理专业教授、2 位项目经理来对定性指标进行打分，采用1~10 分制，将7 位专家的打分结果计算得分取平均值，来确定定性指标的评价值。最终得到的全部指标评价值，如表7 所示。

表7 指标评价值

4.3 计算关联度

通过式（11）和式（12）并结合待评物元相关数据计算各二级指标关于各个评价等级的关联度，如表8 所示。

表8 该环境修复施工管理水平评价二级指标关联度

依据式（12）结合表4 与表8 中的数据，计算可得该环境修复工程在各个评价等级的关联度，如表9 所示。根据物元模型的最大隶属度原则，该环境修复工程的施工管理水平评价等级为良好，与实际情况相符。物元模型将环境修复工程施工管理研究中的实际问题转化成为形式化的数学模型和描述该问题解决过程的模型，使得环境修复工程施工管理水平评价中遇到的矛盾能够有效解决，因此本文所建立的关于环境修复工程施工管理水平评价模型具有科学性与准确性。

表9 评价项目评价等级关联度

5 结语

本文结合国内外相关文献分析，采用AHP-CRITIC组合赋权法计算指标权重，以此为基础建立环境修复工程施工管理水平评价物元模型。并结合已完成实际工程进行评价分析，得出如下研究结果：基于相关文献研究，本文构建包含人员、风险、施工材料工艺、机械、环境5 个维度共计17 项指标的环境修复工程施工管理评价指标体系；为避免单一权重计算方法存在的缺陷，本文采用AHP-CRITIC 组合赋权法计算指标权重，基于物元理论，构建基于AHP-CRITIC 组合赋权的物元模型。计算拟评价对象在等级下的关联度，确定环境修复工程的最终评价等级。通过对天津港火灾爆炸事故剩余污染土原地修复项目进行评价分析，得到结果与实际情况相符，证明本文建立的模型具有合理性。本文基于已有研究，考虑环境修复施工管理多维度的影响，构建的环境修复工程施工管理评价指标体系，能够为后续环境修复工程的施工管理提供一定的借鉴价值，确保环境修复的顺利实施，促进环境修复施工管理的不断优化。