蔣春林 劉家新

武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢430063

基于模糊層次分析方法的船舶綠色度評(píng)估體系研究

蔣春林 劉家新

武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢430063

根據(jù)綠色船舶的特點(diǎn)，提出船舶綠色度的模糊層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并用該評(píng)價(jià)方法對(duì)實(shí)船的綠色度進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，從而為綠色船舶的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)提供可行的方法和工具。

綠色度 隸屬度 模糊層次分析

21世紀(jì)是一個(gè)發(fā)展與環(huán)保的新世紀(jì)，日益繁榮的世界經(jīng)濟(jì)推動(dòng)航運(yùn)業(yè)飛速發(fā)展。船舶的增加、航區(qū)的擴(kuò)大、航線的密集，在促進(jìn)生產(chǎn)力的增長(zhǎng)的同時(shí)，也必然會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。綠色船舶的研制已引起了世界上所有航運(yùn)大國(guó)的關(guān)注。為了保護(hù)海洋與大氣環(huán)境，世界商船逐步向綠色船舶過渡已成為一個(gè)迫在眉睫的課題。而綠色船舶作為綠色產(chǎn)品中的一種，不同于其它小機(jī)電產(chǎn)品，一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)產(chǎn)品，怎樣來衡量船舶的綠色程度并給出定量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，這對(duì)指導(dǎo)船舶的綠色設(shè)計(jì)、引導(dǎo)綠色船舶的蓬勃發(fā)展、提高我國(guó)船舶產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義，因此對(duì)船舶設(shè)計(jì)早期的綠色性能評(píng)估是十分必要的。

1 模糊層次分析方法流程

船舶對(duì)資源、能源和環(huán)境的友好程度，稱之為船舶的“綠色度”。由于船舶的綠色性能涉及的項(xiàng)目較多，因此對(duì)船舶綠色度的評(píng)價(jià)也就成為一項(xiàng)復(fù)雜的工作，為了將多層次多因素的復(fù)雜問題用科學(xué)的計(jì)量方法進(jìn)行量化處理，首先應(yīng)建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。船舶綠色度評(píng)價(jià)內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)科學(xué)、合理、全面?；谀：龑哟畏治龇椒ǖ拇熬G色度評(píng)估體系就是在對(duì)船舶的環(huán)境性能進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立待評(píng)對(duì)象的遞階層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性，利用模糊數(shù)學(xué)原理，以精確的數(shù)學(xué)語言描述定性或不確定因素，對(duì)其綠色程度進(jìn)行評(píng)價(jià)［1-2］。

1．1 構(gòu)造評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)所屬類型，可將其劃分為不同的層次，形成了船舶綠色度評(píng)價(jià)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型。船舶綠色度的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型是一個(gè)完全獨(dú)立的層次結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是上一級(jí)指標(biāo)都是獨(dú)立的，與下一級(jí)指標(biāo)完全不同。

1．2 確定各指標(biāo)的相對(duì)重要度

建立遞階層次結(jié)構(gòu)后，上、下層之間的元素隸屬關(guān)系就確定了。假設(shè)以上一層次的元素A做為準(zhǔn)則層，對(duì)下一層次的元素B1、B2，…，Bn有支配關(guān)系，對(duì)于A層來說，首先要確定同層元素和哪個(gè)更重要，重要多少，一般用相對(duì)重要度表示，可建立模糊一致判斷矩形陣R。其中：rij表示元素Bi和Bj相對(duì)于元素A進(jìn)行比較時(shí)，元素Bi和元素Bj具有模糊關(guān)系“…比…重要的多”的程度，為了使任意兩個(gè)方案關(guān)于某準(zhǔn)則的相對(duì)重要程度得到定量描述［3］，在得到模糊一致判斷矩形陣R后，可求得B1、B2，…，Bn關(guān)于A的相對(duì)重要度，即各層之間的相對(duì)重要度，即相對(duì)權(quán)重

1．3 計(jì)算綜合重要度

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從總目標(biāo)到子目標(biāo)、子目標(biāo)到指標(biāo)的順序，設(shè)總目標(biāo)含有A1，A2，…，At，t個(gè)子目標(biāo)（或者指標(biāo)），首先對(duì)這t個(gè)指標(biāo)建立相對(duì)重要度判斷矩陣，計(jì)算相對(duì)權(quán)重a＝（a1，a2，…，at），對(duì)于某一子目標(biāo)Ai，含有B1、B2，…，Bn共n個(gè)指標(biāo)，對(duì)這n個(gè)指標(biāo)建立相對(duì)重要度判斷矩陣，計(jì)算相對(duì)權(quán)重b＝（b1，b2，…，bn）。則對(duì)于指標(biāo)Bj的綜合權(quán)重Lj為［5］

這樣逐層計(jì)算，最終形成一個(gè)綜合權(quán)重W

1．4 確定隸屬度

隸屬度是用來反映某對(duì)象具有某個(gè)模糊性質(zhì)或?qū)儆谀硞€(gè)模糊概念的程度。隸屬度函數(shù)可以是任意形狀的曲線，取什么形狀取決于是否簡(jiǎn)單、方便、快速、有效，惟一的約束條件是隸屬度函數(shù)的值域?yàn)椋?，1］。建立隸屬函數(shù)的方法有很多，目前多采用指派法。指派法，就是根據(jù)問題的性質(zhì)套用現(xiàn)成的某些形式的模糊分布，然后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)確定分布中所含的參數(shù)。這個(gè)方法給出的隸屬函數(shù)是近似的，在實(shí)踐中通過學(xué)習(xí)，加以修改，使之逐步完善。根據(jù)每一指標(biāo)的環(huán)境特性，從已有的標(biāo)準(zhǔn)模糊分布中選擇適當(dāng)?shù)哪：植?，然后根?jù)經(jīng)驗(yàn)指定或根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出隸屬函數(shù)中有關(guān)參數(shù)，最后確定出該評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)［6］。

1．5 綜合評(píng)價(jià)

在求出了每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度UA（xi），并計(jì)算出各指標(biāo)的綜合重要度Wi后，就可以進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。綜合評(píng)價(jià)可以使受多因素影響的事物和現(xiàn)象達(dá)到整體最優(yōu)。本文采用線性加權(quán)法，該方法主要考慮的是各評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)中所處的地位或所起的作用不盡相同，方案的綜合評(píng)價(jià)值是該方案各指標(biāo)單項(xiàng)價(jià)值的線性加權(quán)和，即

將待評(píng)船舶的綜合評(píng)價(jià)值T待評(píng)與參照船舶的綜合評(píng)價(jià)值T參照進(jìn)行比較，即可確定待評(píng)船舶是否符合綠色船舶的要求。

2 評(píng)價(jià)方法應(yīng)用實(shí)例

以京杭運(yùn)河100 t級(jí)小型散貨船為例，應(yīng)用上述評(píng)價(jià)方法來對(duì)船舶的綠色度進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。

2．1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及層次結(jié)構(gòu)

通過對(duì)京杭運(yùn)河小型散貨船的調(diào)研，確定船舶綠色度的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和遞階層次結(jié)構(gòu)，見表1。

2．2 計(jì)算各評(píng)價(jià)目標(biāo)的權(quán)重

根據(jù)下層指標(biāo)對(duì)上層評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的影響重要度，計(jì)算各級(jí)指標(biāo)的相對(duì)重要度，見表2。

2．3 計(jì)算綜合重要度

根據(jù)步驟2．2的計(jì)算結(jié)果可以求得船舶的總體綜合重要度，見表2。

表1 京杭運(yùn)河100 t級(jí)小型散貨船綠色度評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)

表2 京杭運(yùn)河100 t級(jí)小型散貨船評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合重要度

2．4 確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度

首先要確定各指標(biāo)的隸屬函數(shù)，采用邏輯推理指派法，根據(jù)京杭運(yùn)河100 t級(jí)小型散貨船各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)資料和交通部開發(fā)的京杭運(yùn)河100 t級(jí)標(biāo)準(zhǔn)貨船相比較，來確定各指標(biāo)的隸屬度。

例如，油污水直接排入水體后，其中所含的油份不但降低了水生物資源的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其中的毒性物質(zhì)會(huì)在生物體內(nèi)積累，造成大面積生物中毒死亡，破壞生態(tài)平衡，并最終通過食物進(jìn)入人體，影響人類的健康。因此，MARPOL73／78修正案規(guī)定船舶油污水中的含油量應(yīng)小于15 mg／L。油污水中的含油量越少越好，含量越高，對(duì)水體的危害就越大，即該指標(biāo)值越小越好。因此，可以認(rèn)為油污水中含油量為標(biāo)準(zhǔn)排放量的船舶在該指標(biāo)上的綠色度為一般，即隸屬度為0．5；當(dāng)含油量超過50 mg／L時(shí)，該指標(biāo)的隸屬度為0；當(dāng)含油量小于10 mg／L時(shí)，可認(rèn)為該指標(biāo)的隸屬度為1。

可以根據(jù)其相應(yīng)的描述，規(guī)定相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，使得指標(biāo)的定性表示轉(zhuǎn)化為定量描述。對(duì)某一指標(biāo)描述可分為七個(gè)等級(jí)：很好、好、較好、中、較差、差、很差，那么可以規(guī)定相應(yīng)等級(jí)的隸屬度函數(shù)為1．0、0．9、0．7、0．5、0．3、0．1、0。也就是說，指標(biāo)的最劣值和最優(yōu)值分別為0和1．0。

同理可得其它各指標(biāo)的隸屬函數(shù)，在此不一一列舉，各指標(biāo)的隸屬度見表3。

表3 京杭運(yùn)河100 t級(jí)小型散貨船各指標(biāo)隸屬度計(jì)算

2．5 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)綜合重要度（表2）和隸屬度（表3）的數(shù)據(jù)，使用線性加權(quán)法計(jì)算出待評(píng)船舶和參照船舶的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，得

此時(shí)，可以很明顯地看出待評(píng)船舶和參照船舶的優(yōu)劣，待評(píng)船舶的各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合起來要比參照船舶差。根據(jù)調(diào)查，京杭運(yùn)河小型船舶對(duì)周圍環(huán)境的污染確實(shí)較為嚴(yán)重，船舶綠色程度較低，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際污染情況非常吻合。

3 結(jié)束語

通過上述的應(yīng)用舉例可以看出，模糊層次分析方法能夠較客觀的對(duì)船舶綠色度進(jìn)行評(píng)價(jià)，但在評(píng)價(jià)過程中，有些評(píng)價(jià)指標(biāo)指數(shù)的選取還要取決于評(píng)價(jià)者的經(jīng)驗(yàn)，因此可以向?qū)＜叶喾阶稍?，以得到較為客觀的指數(shù)，使得對(duì)船舶綠色度的評(píng)價(jià)更加客觀、完善、準(zhǔn)確。

［1］徐昌文．模糊數(shù)學(xué)在船舶工程中的應(yīng)用［M］．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1992：148-153．

［2］龔昌奇．船舶艙室布置方案的模糊綜合評(píng)價(jià)［J］．中國(guó)造船，2000：22-26．

［3］蔡 薇．綠色船舶機(jī)理、指標(biāo)體系、綠色度及船舶大氣污染算法研究［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2004．

［4］劉志鋒．綠色產(chǎn)品綜合評(píng)價(jià)及模糊物元分析方法研究［D］．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2003：60-62．

［5］王躍進(jìn)，孟憲頤．綠色產(chǎn)品多級(jí)模糊評(píng)價(jià)方法的研究［J］．中國(guó)機(jī)械工程，1016-1019．

［6］劉志峰，許永華．綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)方法研究［J］．中國(guó)機(jī)械工程，968-971．

Assessment system of the ship′s green degree based on fuzzy-AHP

JIANG Chun-lin LIU Jia-xin
School of Transportation Wuhan University of Technology Wuhan 430063

According to the characteristic of green ships，the authors set forth the assessment index system of ship′s green degree based on fuzzy-AHP（analytic hierarchy process），and use this method to estimate the green degree of real ships comprehensively．It supplies the feasible tools for design and assessment of the green ships．

green degree subjection degree fuzzy analytic hierarchy process

U66

A

1671-7953（2007）02-0073-04

2006-07-12

修回日期2006-07-28

蔣春林（1981—），男，碩士生。