王營茹，陸 陽

武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北 武漢430074

0 引 言

銅冶煉行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性行業(yè)，特別是我國正處于工業(yè)化階段，對銅的需求保持高速增長，銅冶煉行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位將不斷提高.銅冶煉行業(yè)歷來是重污染行業(yè)，冶煉企業(yè)一般裝備水平較低，生產(chǎn)工藝落后，原料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品產(chǎn)出率均較低.直觀的表現(xiàn)就是消耗高、損耗大、廢棄物多[1].清潔生產(chǎn)是以綜合預(yù)防為目的，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一項重要措施.研究一套系統(tǒng)的、具有科學(xué)性、激勵性、符合我國先進(jìn)環(huán)境管理水平的簡單易行的銅冶煉行業(yè)的清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系，可指導(dǎo)銅冶煉生產(chǎn)企業(yè)推行清潔生產(chǎn)，對推動我國銅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實意義.在構(gòu)建指標(biāo)體系中，清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)的權(quán)重值反映了該指標(biāo)在整個清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系中所占的比重，其確定原則是根據(jù)該項指標(biāo)對銅冶煉生產(chǎn)企業(yè)清潔生產(chǎn)實際效益與水平影響程度的大小，以及實施的難易程度.確定指標(biāo)的權(quán)重值，可以反映該指標(biāo)的重要程度，以及該指標(biāo)對總目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小.在實際清潔生產(chǎn)評價應(yīng)用中，通常根據(jù)企業(yè)清潔生產(chǎn)特征從指標(biāo)體系中選取一些最能反映清潔生產(chǎn)屬性的指標(biāo)，以構(gòu)建清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系[2-3].

1 分析方法

權(quán)重值的確定方法很多，如：專家咨詢法、主成分分析法和層次分析法.本研究采用層次分析法(AHP法)對銅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)各項指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析.

1.1 層次分析法概念

美國運籌學(xué)家A.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的層次分析法(Analytic hierarchy process，簡稱AHP方法)，是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法.它是一種將決策者對復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化的過程.將一個復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為有條理的有序?qū)哟?，一個遞階層次圖能夠直觀地反映系統(tǒng)內(nèi)部因素之間各子系統(tǒng)的分解情況，然后再逐級地進(jìn)行綜合[4].它是將目標(biāo)問題作為一個系統(tǒng)，建立各問題所包含的因素相互獨立又能反映系統(tǒng)整體的層次結(jié)構(gòu)，對各因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，直到最后形成單一的最高層次因素[5].

1.2 層次分析法特點

層次分析法能夠?qū)⒍糠治龊投ㄐ苑治鱿嘟Y(jié)合具有系統(tǒng)性和綜合性，還充分考慮了指標(biāo)的相對重要性.該方法簡潔實用，所需定量數(shù)據(jù)少，準(zhǔn)確度高，結(jié)果容易被決策者了解和掌握.

2 層次分析法步驟

層次分析法適用于確定各個評價指標(biāo)權(quán)重值，具體步驟如下.

2.1 評價指標(biāo)重要性標(biāo)度

假設(shè)事件U有n個因素：u1，u2，…，ui，…，un，其中ui表示因素i的重要性，而ui/uj則表示因素i相對于因素j重要的倍數(shù).這個倍數(shù)用aij表示，則可得到如表1矩陣A.

表1 矩陣A

根據(jù)各指標(biāo)重要標(biāo)度構(gòu)建權(quán)重判斷矩陣.判斷矩陣是表示本層所有因素針對上層某一個因素的相對重要性的比較.判斷矩陣的元素aij用Santy的1～9標(biāo)度方法給出[6]，見表2.

表2 判斷矩陣元素aij的標(biāo)度方法

為表征方便，將各評價指標(biāo)以下列代號來表示：

A為資源與能源消耗指標(biāo).A1：銅精礦耗量；A2：石英石耗量；A3：新水耗量；A4：天然氣耗量；A5：煤耗量；A6：重油耗量；A7：綜合能耗.

B為污染物產(chǎn)生指標(biāo).B1：廢水；B2：廢氣；B3：廢渣.

C為資源綜合利用指標(biāo).C1：粗銅單位產(chǎn)品綜合耗能(拆標(biāo)煤)；C2：粗銅冶煉回收率；C3：單位產(chǎn)品新水耗量.

D為產(chǎn)品特征指標(biāo).D1：陰極銅；D2：硫酸；D3：硫酸鎳.

E為生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo).E1：主體冶煉工藝；E2：制酸工藝；E3：生產(chǎn)規(guī)模.

F為環(huán)境管理與勞動安全衛(wèi)生指標(biāo).F1：環(huán)境法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；F2：組織機(jī)構(gòu)；F3：環(huán)境審核；F4：原料用量及質(zhì)量；F5：生產(chǎn)設(shè)備的使用、維護(hù)、檢修管理制度；F6：生產(chǎn)工藝用水、電、氣管理；F7：環(huán)保設(shè)施管理；F8：污染源監(jiān)測系統(tǒng)；F9：相關(guān)方環(huán)境管理.

2.2 確定權(quán)重步驟

2.2.1 構(gòu)建判斷矩陣 依據(jù)層次分析法，一級評價指標(biāo)的重要性標(biāo)度如表3所示.以某冶煉廠2012年的實際生產(chǎn)指標(biāo)計算得出一級評價指標(biāo)的重要性標(biāo)度.

表3 一級評價指標(biāo)的重要性標(biāo)度

相應(yīng)的判斷矩陣A為：

2.2.2 計算重要性排序 根據(jù)判斷矩陣，求出其最大特征根λmax所對應(yīng)的特征向量W，則AW=λmaxW.所求特征向量W經(jīng)歸一化，即為各評價因素的重要性排序，得到的行向量就是權(quán)重向量[7].

2.2.3 判斷矩陣一次性的檢驗 以上得到的權(quán)重向量是否合理，是否滿足傳遞性和一致性，還需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗.檢驗的幾個指標(biāo)如下：

CI=0，有完全的一致性

CI接近于0，有滿意的一致性

CI越大，不一致越嚴(yán)重

CI為衡量 的大小，引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，如表4.

表4 隨機(jī)一次性指標(biāo)RI

2.3 層次分析法的Excel計算示例

在Excel表格B3:G8中輸入表2判斷矩陣的數(shù)據(jù).

a.計算判斷矩陣每行元素的乘積Mi.

在單元格J3中輸入“=B*C*D*E*F*G”，按住填充柄拖動到J8，完成Mi的計算.

c.權(quán)重的計算

在單元格L3中輸入“=K3/$K$10”，按住填充柄拖動到L8，完成各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的計算.

d.判斷矩陣最大特征值λmax的計算.

選中單元格區(qū)域B10:B15，在編輯欄中輸入=“MMULT(B3:G8,L3:L8)”，先按“F2”鍵，再同時按“Ctrl+Shift+Enter”鍵.在單元格C10中，輸入“=B10/L3/6” 按住填充柄拖動到C15.在單元格E10中，輸入“=SUM(C10:C15)”，完成λmax的計算.

e.一致性檢驗.

在單元格E11中，輸入“(E10-6)/(6-1)”，得CI=0.0204.查表，n=6時RI=1.24，CR=CI/RI=0.034/1.24=0.0274<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證[8].(全部計算過程見圖1).則一級指標(biāo)權(quán)重值如表5.

圖1 計算過程

表5 一級指標(biāo)權(quán)重值

2.4 二級指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的研究

a. A資源與能源消耗指標(biāo).采用層次分析法對該一級指標(biāo)下的7個二級指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表6所示.

利用Excel計算權(quán)重，如圖2所示.

表6 二級指標(biāo)A的重要性標(biāo)度

CR=CI/RI=0.044 8/1.32=0.033 9<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標(biāo)相對權(quán)重系數(shù)如表7所示.

表7 二級指標(biāo)A的相對權(quán)重系數(shù)

b.B污染物產(chǎn)生指標(biāo).采用層次分析法對該一級指標(biāo)下的3個二級指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表8所示.

利用Excel計算權(quán)重，如圖3所示.

表8 二級指標(biāo)B的重要性標(biāo)度

圖3 二級指標(biāo)B的計算過程

CR=CI/RI=0.004 6/0.58=0.007 9<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標(biāo)相對權(quán)重系數(shù)如表9所示.

表9 二級指標(biāo)B的相對權(quán)重系數(shù)

c. C資源綜合利用指標(biāo).采用層次分析法對該一級指標(biāo)下的3個二級指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表10所示.

利用Excel計算權(quán)重，如圖4所示.

表10 二級指標(biāo)C的重要性標(biāo)度

圖4 二級指標(biāo)C的計算過程

CR=CI/RI=0.042 9/0.58=0.073 9<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標(biāo)相對權(quán)重系數(shù)如表11所示.

表11 二級指標(biāo)C的相對權(quán)重系數(shù)

d. D產(chǎn)品特征指標(biāo)采用層次分析法對該一級指標(biāo)下的3個二級指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表12所示.

利用Excel計算權(quán)重，如圖5.

表12 二級指標(biāo)D的重要性標(biāo)度

圖5 二級指標(biāo)D的計算過程

CR=CI/RI=0.047/0.58=0.081<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標(biāo)相對權(quán)重系數(shù)如表13所示.

表13 二級指標(biāo)D的相對權(quán)重系數(shù)

e. E生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo).

采用層次分析法對該一級指標(biāo)下的3個二級指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表14所示.

表14 二級指標(biāo)E的重要性標(biāo)度

利用Excel計算權(quán)重，如圖6所示.

圖6 二級指標(biāo)E的計算過程

CR=CI/RI=0.026 81/0.58=0.046 22<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標(biāo)相對權(quán)重系數(shù)如表15所示.

表15 二級指標(biāo)E的相對權(quán)重系數(shù)

f. F環(huán)境管理與勞動安全衛(wèi)生指標(biāo)

采用層次分析法對該一級指標(biāo)下的9個二級指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表16所示.

利用Excel計算權(quán)重，如圖7所示.

表16 二級指標(biāo)F的重要性標(biāo)度

圖7 二級指標(biāo)F的計算過程

CR=CI/RI= 0.131 71/1.45= 0.090 83<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標(biāo)相對權(quán)重系數(shù)如表17所示.

2.5 最終確定權(quán)重值

整個指標(biāo)體系由一級指標(biāo)和二級指標(biāo)構(gòu)成，每個一級指標(biāo)又包含若干二級指標(biāo).按照上述方法，已經(jīng)計算了6個一級指標(biāo)的權(quán)重值，并分析了其判斷矩陣的一致性水平.用同樣的方法可以分別計算每個一級指標(biāo)其下屬的二級指標(biāo)的權(quán)重，并分別分析二級指標(biāo)判斷矩陣的一致性水平.

假設(shè)第i個一級指標(biāo)的權(quán)重等于ai，該指標(biāo)下第j個二級指標(biāo)相對于該一級指標(biāo)下的其他二級指標(biāo)的權(quán)重為bj，那么，該二級指標(biāo)的總權(quán)重則等于ai×bj[9].如表18所示.

表17 二級指標(biāo)F的相對權(quán)重系數(shù)

表18 最終確定得到的權(quán)重系數(shù)

為了驗證總權(quán)重計算結(jié)果是否也具有滿意的一致性，需要計算總隨機(jī)一致性指標(biāo)，該指標(biāo)的計算公式為：

其中：ai:第i個一級指標(biāo)的權(quán)重；

CIi:第i個一級指標(biāo)的一致性指標(biāo)值；

RIi:第i個一級指標(biāo)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值.

由計算結(jié)果可知，CR值等于0.040 37，該值小于0.1，因此最終權(quán)重計算的結(jié)果具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

3 結(jié) 語

根據(jù)表18可以看出銅精礦耗量指標(biāo)的最終權(quán)重值相對于其他各項指標(biāo)的最終權(quán)重值是最高的，符合中央“十一五”規(guī)劃目標(biāo)中倡導(dǎo)的“節(jié)能降耗”；同時，廢水與廢氣指標(biāo)的最終權(quán)重值也相對較高，說明該廠圍繞“減污”的目的，改進(jìn)工藝，完善管理，為取得更高清潔生產(chǎn)水平奠定了基礎(chǔ).

致 謝

非常感謝張建華工程師提供的數(shù)據(jù)資料以及在本論文的撰寫過程給予的幫助和指導(dǎo).

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