馬 龍

(貴州民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

價(jià)值工程耦合三角模糊數(shù)的環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)

馬 龍

(貴州民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

為了建立和量化合適于環(huán)境工藝決策的評(píng)價(jià)體系，以某啤酒廠排放的污水為研究對(duì)象，通過(guò)價(jià)值工程耦合三角模糊數(shù)，從規(guī)模參數(shù)、單元及設(shè)備、進(jìn)水水質(zhì)和水質(zhì)處理要求角度構(gòu)建評(píng)價(jià)體系。評(píng)價(jià)體系共設(shè)立11個(gè)指標(biāo)，結(jié)合文獻(xiàn)分析方法及價(jià)值工程評(píng)分規(guī)則計(jì)算三角模糊數(shù)得分，再確定各層權(quán)重，最后應(yīng)用價(jià)值工程對(duì)多個(gè)環(huán)境工藝決策方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與優(yōu)選。結(jié)果表明，上流式厭氧污泥床(UASB)/生物接觸氧化/氣浮為處理該啤酒廠污水的最佳環(huán)境工藝。本研究為今后的環(huán)境工藝決策提供了新思路和新方法。

價(jià)值工程 三角模糊數(shù) 環(huán)境工藝決策 評(píng)價(jià)

Abstract: In order to establish and quantify the assessment system for environmental process decision,sewage discharge from a brewery was took as the case. The assessment system which involved the demand of parameters,units and equipment,water quality and processing was established by value engineering coupled triangular fuzzy. There were 11 indicators in the system. The scoring matrices of triangular fuzzy were defined by literature review and scoring rules of value engineering. Then the weight of each layer was determined,and the value engineering was applied for evaluation and selection on environmental process decision. The upper loss anaerobic sludge bed (UASB)/biological contact oxidation/flotation process was scientifically evaluated as the optimal evironment process for brewery sewage treatment. The results provided new ideas and methods for future environment process decision.

Keywords: value engineering； triangular fuzzy； environmental process decision； assessment

隨著我國(guó)環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)方法的不斷發(fā)展，大部分研究者只注重于環(huán)境工藝技術(shù)上的創(chuàng)新及研究，但忽略了環(huán)境工藝決策的成本效益與功能效益的結(jié)合[1]，導(dǎo)致環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)方法處于不完善的階段。因此，將價(jià)值工程應(yīng)用在環(huán)境工藝決策上，能夠有效解決成本效益與功能效益不能有效結(jié)合這個(gè)弊端。目前，價(jià)值工程在各個(gè)工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2]，在環(huán)境工程領(lǐng)域主要應(yīng)用有：環(huán)境工藝設(shè)計(jì)的研究[3-4]、環(huán)境影響評(píng)價(jià)[5]、給水排水管道的設(shè)計(jì)[6]、水廠濾池的選擇[7]、環(huán)境監(jiān)測(cè)及儀器設(shè)備建設(shè)[8-9]及環(huán)境工程招投標(biāo)[10]等各方面。但價(jià)值工程應(yīng)用時(shí)，受到人為主觀評(píng)分等因素的影響，造成評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確及評(píng)價(jià)結(jié)果不合理，最終影響到環(huán)境工藝決策的經(jīng)濟(jì)性與功能性。為了解決以上存在的問(wèn)題，將價(jià)值工程耦合三角模糊數(shù)應(yīng)用在環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)領(lǐng)域中。價(jià)值工程耦合三角模糊數(shù)對(duì)環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：有利于對(duì)環(huán)境工藝的功能效益與成本效益綜合評(píng)價(jià)，可以減少環(huán)境工藝成本的投入；有效減少主觀因素的影響，保證數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性，確保環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)的科學(xué)性與合理性。因此，本研究同時(shí)考慮了成本效益、功能效益及主觀因素影響，在價(jià)值工程和三角模糊數(shù)基礎(chǔ)上，建立環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)體系，直觀判斷環(huán)境工藝水平。

1 研究方法

1.1 價(jià)值工程

價(jià)值工程是一種以價(jià)值為主導(dǎo)的創(chuàng)造性方法。它以工程決策的經(jīng)濟(jì)效益與功能效益為主導(dǎo)目標(biāo)[11]。應(yīng)用價(jià)值工程能降低工程決策的成本，有效評(píng)價(jià)工程決策目標(biāo)的功能效益[12]，提高工程決策實(shí)施的整體效益，也綜合評(píng)價(jià)了工程決策的實(shí)用性。

價(jià)值工程分析包括功能分析與成本分析兩個(gè)主要步驟，功能分析是價(jià)值工程分析的主要對(duì)象，成本分析是價(jià)值工程最需考慮的問(wèn)題[13]。在環(huán)境工藝決策中，環(huán)境工藝功能包括環(huán)境工藝管理能力的建設(shè)、工藝的水質(zhì)要求、設(shè)備機(jī)械管理建設(shè)等方面；環(huán)境成本即是環(huán)境工藝的決策成本。根據(jù)相關(guān)的價(jià)值工程定義[14-16]，環(huán)境工藝決策的價(jià)值系數(shù)可定義依據(jù)式(1)得出。

V=F/C

(1)

式中：V為環(huán)境工藝決策的價(jià)值系數(shù)；F為環(huán)境工藝決策的功能系數(shù)；C為環(huán)境工藝決策的成本系數(shù)。

1.2 三角模糊數(shù)

1.2.1 三角模糊數(shù)的相關(guān)運(yùn)算

設(shè)實(shí)數(shù)域R上存在一個(gè)三角模糊數(shù)，在[0,1]區(qū)間上定義一個(gè)隸屬函數(shù)(x)，如式(2)[17-18]所示：

(2)

式中：x為隸屬函數(shù)的自變量；={a，b，c}，a、b、c均為實(shí)數(shù),a與c為的下界與上界，b為的中值。

令c-a=δ，δ越小表示模糊程度越低，δ越大表示模糊程度越高，δ=0表示非模糊。

1+2={a1+a2，b1+b2，c1+c2}

(3)

1×2={a1×a2，b1×b2，c1×c2}

(4)

1.2.2 三角模糊數(shù)可能性程度值

令U={u1，u2，…，un}是一組目標(biāo)集(u1、u2、…、un均為目標(biāo)變量，共計(jì)n個(gè)變量)，O={1,2，…，m}是一組對(duì)象集(1、2、…，m均為對(duì)象變量，共計(jì)m個(gè)變量)，第i個(gè)對(duì)象滿足第j個(gè)目標(biāo)的程度為取1、2、…、m；j取1、2、…、n)，其運(yùn)算方法參照三角模糊數(shù)。據(jù)此可定義第i個(gè)對(duì)象滿足目標(biāo)集的模糊綜合程度值(Ei)：

(5)

分別以E1與E2衡量1與2的重要性，E2≥E1的可能性程度值(φ(E2≥E1))依據(jù)式(6)計(jì)算。

(6)

S(i)=min(φ(Ei≥Ek))(k取1、2、…、m，但k≠i)

(7)

式中：min()為取最小值算法。

1.3 研究方法的構(gòu)建

環(huán)境工藝評(píng)價(jià)模型主要應(yīng)用三角模糊層次分析法對(duì)環(huán)境工藝的功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而得到準(zhǔn)確的環(huán)境功能指標(biāo)權(quán)重，然后構(gòu)建新的環(huán)境工藝決策方案。對(duì)新的環(huán)境工藝決策分別求出成本系數(shù)與功能系數(shù)，再計(jì)算出價(jià)值系數(shù)，從而選擇合理的環(huán)境工藝決策方案。環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)模型的流程圖如圖1所示。

2 評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用

2.1 三角模糊層次評(píng)價(jià)

三角模糊層次分析法主要針對(duì)一些不確定因素的決策評(píng)價(jià)，將三角模糊數(shù)與層次分析法應(yīng)用到實(shí)例評(píng)價(jià)中，能夠得出較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)指數(shù)，從而減少主觀評(píng)價(jià)的影響，降低權(quán)重系數(shù)的模糊度[19-20]。目前，已有學(xué)者將三角模糊數(shù)耦合層次分析法對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，研究結(jié)果表明三角模糊數(shù)耦合層次分析法能提高評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性、合理性和適用性[21]。此外，三角模糊數(shù)還能應(yīng)用于土壤中重金屬化學(xué)形態(tài)的污染綜合評(píng)價(jià)[22]及小型污水處理工藝的選擇[23]。將三角模糊數(shù)與層次分析法結(jié)合，應(yīng)用到環(huán)境工藝功能評(píng)價(jià)體系中，能夠科學(xué)地確定環(huán)境功能權(quán)重。

圖1 環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)流程圖Fig.1 Evaluation process of environmental process decision

2.2 環(huán)境工藝決策功能評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

環(huán)境工藝功能的評(píng)價(jià)是通過(guò)層次分析法的相關(guān)定義建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層[24]，再確定環(huán)境工藝的功能指標(biāo)，如表1所示。

表1 環(huán)境工藝功能評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)

2.3 環(huán)境工藝功能權(quán)重分析

基于文獻(xiàn)分析方法，采用1～9層次標(biāo)度法對(duì)環(huán)境工藝功能的準(zhǔn)則層相對(duì)重要程度進(jìn)行三角模糊數(shù)評(píng)分。通過(guò)對(duì)各準(zhǔn)則之間重要性兩兩比較，再構(gòu)造出準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的三角模糊數(shù)評(píng)價(jià)矩陣，按照式(3)至式(5)計(jì)算每個(gè)準(zhǔn)則與其他準(zhǔn)則相比較的綜合程度值，根據(jù)式(6)求出可能性程度值，再根據(jù)式(7)計(jì)算得出：S(1)=0.469；S(2)=0.732；

S(3)=1.000；S(4)=0.744。將S(1)至S(4)歸一化后得到準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重矩陣(ω)={0.159，0.249，0.340，0.252}。

同理得出指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重矩陣(ω1～ω4分別為指標(biāo)層相對(duì)于F1～F4的權(quán)重矩陣)：ω1={0.438，0.473，0.089}；ω2={0.693，0.307}；ω3={0.333，0.333，0.333}；ω4={0.333，0.333，0.333}。

根據(jù)準(zhǔn)則層相對(duì)指標(biāo)層的權(quán)重、指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重，得到指標(biāo)層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重，如表2所示。

表2 指標(biāo)層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重

2.4 環(huán)境工藝決策實(shí)例分析

實(shí)例具體資料來(lái)源于文獻(xiàn)[25]。某啤酒廠污水中，COD為1 000～2 500 mg/L，BOD5為700～1 500 mg/L，SS為300～600 mg/L，pH為5～6，屬于中等濃度可生物降解的有機(jī)廢水。該廢水處理工藝包括上流式厭氧污泥床(UASB)/氧化溝、UASB/射流曝氣、UASB/生物接觸氧化/氣浮、周期循環(huán)活性污泥法(CASS)、UASB/塔式生物濾池/混凝，以上5種廢水處理工藝可作為環(huán)境工藝的典型代表，依次記為T1～T5，具體參數(shù)如表3所示。

表3 啤酒生產(chǎn)廢水處理工藝

根據(jù)價(jià)值工程評(píng)分體制及相關(guān)要求，采用10分制對(duì)以上5種環(huán)境工藝的功能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，10分制評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 10分制評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)10分制構(gòu)造的三角模糊數(shù)得分取平均值，得到指標(biāo)層的功能評(píng)價(jià)得分平均值，將平均值乘以指標(biāo)層對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)，加權(quán)求和，得到功能評(píng)價(jià)總分，最后將功能評(píng)價(jià)總分歸一化得到環(huán)境工藝功能系數(shù)，如表5所示。

表5 環(huán)境工藝功能系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表5可以看出環(huán)境工藝決策功能系數(shù)排名為T4>T3>T5>T2>T1。

環(huán)境工藝總投資數(shù)據(jù)來(lái)自于文獻(xiàn)[25]，將各個(gè)環(huán)境工藝的總投資歸一化，得到工藝成本系數(shù)，如表6所示。環(huán)境工藝的成本系數(shù)排名為：T5>T4>T3>T2>T1。

表6 環(huán)境工藝成本系數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)式(1)，計(jì)算出T1～T5的價(jià)值系數(shù)，如表7所示。

表7 環(huán)境工藝價(jià)值系數(shù)計(jì)算結(jié)果

環(huán)境工藝的價(jià)值系數(shù)排名為：T1>T2>T3>T4>T5。T1和T2的價(jià)值系數(shù)排名靠前，但功能系數(shù)排名靠后，說(shuō)明其工藝功能不能滿足環(huán)境工藝決策的相關(guān)要求。T3既滿足了成本要求又滿足了功能要求，但T3的進(jìn)水水質(zhì)要求有高、低濃度之分，可能增加工藝成本。T4的工藝功能最好，能最大限度滿足相關(guān)功能要求，但其投資成本較高。T5的價(jià)值系數(shù)排名靠后，主要原因可能是環(huán)境工藝決策的成本要求較高。綜合考慮，環(huán)境工藝決策的最優(yōu)結(jié)果為T3。T1和T2應(yīng)創(chuàng)新工藝功能；T3和T4主要通過(guò)降低成本提高價(jià)值系數(shù)；T5需同時(shí)創(chuàng)新工藝功能與降低成本來(lái)提高價(jià)值系數(shù)。

價(jià)值工程在環(huán)境工藝決策應(yīng)用時(shí)，能夠通過(guò)比較各個(gè)環(huán)境工藝的功能系數(shù)，在滿足工藝功能要求的前提下，最大限度降低工藝成本；但不能只依據(jù)價(jià)值系數(shù)進(jìn)行判斷，還應(yīng)結(jié)合功能系數(shù)和成本系數(shù)，才能確定最優(yōu)環(huán)境工藝決策。

3 結(jié) 論

考慮成本效益、功能效益及主觀因素的影響，且在價(jià)值工程和三角模糊數(shù)綜合評(píng)判理論的基礎(chǔ)上，建立環(huán)境工藝決策評(píng)價(jià)體系，直觀判斷環(huán)境工藝水平。以某啤酒廠污水處理工藝為例，評(píng)判出T3為最佳環(huán)境工藝。

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Valueengineeringcoupledtriangularfuzzyassessmentofenvironmentalprocessdecision

MALong.

(DepartmentofChemistryandEnvironmentalScience，GuizhouMinzuUniversity，GuiyangGuizhou550025)

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.022

2016-05-06)

作者：馬 龍，男，1990年生，碩士研究生，研究方向?yàn)槲廴究刂婆c資源化利用。