沈 聰，邱 鋌，曲 波，李 旻，趙學(xué)鵬，張大偉，趙由才，陳 彧

(1.上海環(huán)境物流有限公司，上海 200063； 2.上海環(huán)境物流有限公司一分公司，上海 200231；3.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污染控制與資源化研究國家重點實驗室和上海污染控制與生態(tài)安全研究院，上海 200092)

1 前 言

城市生活垃圾收運過程是城市生活垃圾收運處置全流程中一個重要的環(huán)節(jié)。收運過程通常包括收集、運輸和轉(zhuǎn)運三個部分。通常垃圾運輸過程中存在著許多二次污染現(xiàn)象，例如惡臭飄散、垃圾拋灑、滲濾液溢流等，嚴重影響道路、河流的環(huán)境安全，破壞周邊市容市貌，也給城市居民帶來諸多不適。在我國環(huán)衛(wèi)收運標準及評估研究體系尚不完善的情況下，發(fā)展完善收運系統(tǒng)后評估優(yōu)化方法是城市環(huán)境衛(wèi)生管理發(fā)展提升的必要環(huán)節(jié)[1]。生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)是一種先進、環(huán)保的生活垃圾轉(zhuǎn)運方式[2]。上海市率先采用生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)取代原有的散裝垃圾水陸聯(lián)運方式，對該系統(tǒng)進行評估模型的建立，對垃圾轉(zhuǎn)運行業(yè)發(fā)展有著積極意義。

2 方法概述

2.1 模糊層次分析法基本原理及特點

集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的綜合后評估可以視作為對若干層次、若干不同指標的綜合評價，適應(yīng)使用模糊層次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process， FAHP)。模糊層次分析法是美國著名運籌學(xué)家T.·L.·Saaty提出的一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，其本質(zhì)為結(jié)合模糊綜合評價的一種改進層次分析法[3]。傳統(tǒng)層次分析法將總決策目標分解為目標、準則、方案等不同層次，在此基礎(chǔ)之上進行定性和定量分析的決策方法，在電力分配、應(yīng)急研究、石油價格預(yù)測等問題上運用廣泛[4]。該方法的具體流程是通過對評價目標進行逐層分解，細化指標，在對相關(guān)指標進行評判得分，并乘以相應(yīng)權(quán)數(shù)后得出最終結(jié)論。指標權(quán)重的確認一般使用專家經(jīng)驗法，為了避免主觀干擾，設(shè)定一致性檢驗環(huán)節(jié)。模糊綜合評價法使用廣泛，可從總體上對被評價主體的優(yōu)秀程度做出判斷。其原理是將復(fù)雜對象分解為多個要素，把這些要素構(gòu)成的集合叫做因素集U。通過具體情況分析，構(gòu)建要素的評估級別，將這些評估級別構(gòu)成一個集合叫做評語集V，確定每個級別本身的隸屬度[5]，通過加權(quán)計算最終得到數(shù)量化的評估結(jié)果。

模糊層次分析法結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點，該以層次的視角對多個評價目標進行解析[6]。特點為:①對復(fù)雜對象進行分層評估時，得到的數(shù)據(jù)可循環(huán)利用;②該評估方法給予評估主體的信息量較為全面;③該方法既能對數(shù)量化的數(shù)據(jù)進行評估也能對個體的主觀意識進行評估，因此具有良好的普適性。綜合以上優(yōu)點，采用模糊層次分析法進行對生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的后評估。

2.2 模糊綜合分析法步驟

運用模糊綜合分析法進行生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，可以通過構(gòu)建層次化指標體系、權(quán)重分析計算、評價標準確定、指標分解分析、模糊綜合計算幾個步驟來實現(xiàn)[7](見圖1)。

圖1 模糊綜合分析法步驟Fig.1 Steps of fuzzy analytic hierarchy process (FAHP)

層次化指標體系構(gòu)建是根據(jù)評價目的和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選取關(guān)鍵評價因素，分層次建立完成具有代表性的指標體系，并逐層細化評價指標。權(quán)重分析計算是指利用專家經(jīng)驗[8]得到判斷矩陣，對每一層中具體指標下的所有因素進行重要程度兩兩比較，通過判斷矩陣結(jié)合層次分析法的理論知識獲取每個因素的權(quán)重值，并進行一致性檢驗避免權(quán)重的不合理分配。評價標準確定是根據(jù)評價需要確定具體評價中的因素集、評語集及對應(yīng)隸屬度。指標分解分析是結(jié)合系統(tǒng)具體運營情況對基礎(chǔ)層次中的具體指標進行評價。模糊綜合計算是指利用模糊數(shù)學(xué)的思想，計算得到最終綜合評價的數(shù)值和隸屬范圍，在此基礎(chǔ)上可對現(xiàn)有系統(tǒng)進行具體分析。

3 集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)后評估模型的構(gòu)建

3.1 集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)評價指標體系構(gòu)建

為綜合分析生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，可選取壓縮中轉(zhuǎn)、調(diào)度管理、設(shè)備運行、環(huán)境保護和作業(yè)安全5個指標來度量系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，評價指標體系的總體目標為垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)后評估，適用于已建成的集裝化壓縮垃圾水陸聯(lián)運體系。具體指標結(jié)構(gòu)如下。

壓縮中轉(zhuǎn):①壓縮負荷:兩個站點現(xiàn)有壓縮能力是否滿足相應(yīng)原生垃圾壓縮需求;②轉(zhuǎn)運負荷:兩個碼頭現(xiàn)有轉(zhuǎn)運能力是否滿足集裝箱轉(zhuǎn)運任務(wù)需求;③區(qū)域分配:從地理分配、壓縮任務(wù)分配和轉(zhuǎn)運任務(wù)分配3個不同的方面，可分析現(xiàn)有集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)任務(wù)分配的合理性。

調(diào)度管理:①自動化監(jiān)控:集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的機械自動化程度和監(jiān)控范圍;②日常調(diào)度管理:正常及高峰作業(yè)時段基地各種運營，包括設(shè)備修理上報、外集卡及生活垃圾車在基地各種協(xié)調(diào)、船舶運營和老港卸貨等;③突發(fā)情況調(diào)度管理:應(yīng)對例如集裝箱超重、關(guān)鍵設(shè)備故障等突發(fā)情況的調(diào)度管理。

設(shè)備運行:①關(guān)鍵設(shè)備運行:集裝箱、壓縮機、橋吊設(shè)備的使用情況，主要包括設(shè)備使用率、設(shè)備故障率;②車輛運行:集裝箱專用運輸車(內(nèi)集卡、外集卡)以及正面吊等車輛的設(shè)備使用率和故障情況;③船舶運行:360、500、600噸級等不同船型的垃圾集運船使用率及故障情況。

環(huán)境保護:①臭氣控制:設(shè)備、場地、船舶上臭氣污染控制措施、處理情況及效果;②噪音控制:噪音控制措施和控制效果;③污水控制:場內(nèi)污水收集處理情況及滲濾液滴漏情況;④廢棄物控制:灑落廢棄物產(chǎn)生和應(yīng)對情況，拖掛廢棄物產(chǎn)生和應(yīng)對情況;⑤蚊蠅控制:場地及船舶蚊蠅滋生情況。

作業(yè)安全:①場地作業(yè)安全:場地作業(yè)安全制度和安全事故情況;②船運作業(yè)安全:船運作業(yè)安全制度和安全事故情況。

3.2 指標權(quán)重確定

一般根據(jù)專家經(jīng)驗法，對各層指標進行權(quán)重分析。假設(shè)同一目標下有n個因素，可根據(jù)指標間兩兩相互比較，構(gòu)建一個n階矩陣A(見式1)。采用1-9標度對各個因素之間的相對重要性進行賦值，設(shè)定度量表為:

Aij=1，元素i與元素j對上一層次因素的重要性相同;

Aij=3，元素i比元素j略重要;

Aij=5，元素i比元素j重要;

Aij=7，元素i比元素j重要得多;

Aij=9，元素i比元素j的極其重要;

Aij=2n，n=1，2，3，4，元素i與j的重要性介于Aij=2n-1與Aij=2n+1之間。

反之則有，Aji=1/Aij。

Aij=1/3，元素i比元素j不太重要;

Aij=1/5，元素i比元素j不重要;

Aij=1/7，元素i比元素j很不重要;

Aij=1/9，元素i比元素j的極不重要[9]。

(1)

將A矩陣分別對各列和各行進行歸一化處理即可得到由n個指標對應(yīng)權(quán)重組成的n階向量W。再利用數(shù)學(xué)公式進行一致性檢驗。如通過檢驗，則分析、計算得到的權(quán)重可用。一致性檢驗，先通過計算得到矩陣的最大特征值λmax，繼而按照式2和式3計算一致性指標(C.I.)和隨機一致性比率(C.R.)[10]。

(2)

(3)

其中R.I.表示平均隨機一致性指標，可查表得到[11]。通過比較隨機一致性比率與0.1的大小，可得到一致性檢驗結(jié)論。若C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

3.3 實例分析

根據(jù)模糊層次分析法及本文構(gòu)建的集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)評價指標體系，進行上海市市區(qū)生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)后評估。為改變上海市原有的水陸聯(lián)運散裝生活垃圾運輸方式的工藝缺陷，上海市在2008年將市區(qū)生活垃圾內(nèi)河集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)列入上海市三年環(huán)保行動計劃。該系統(tǒng)以市區(qū)的蘊藻浜碼頭、徐浦碼頭和老港碼頭為主要轉(zhuǎn)運基地，建設(shè)環(huán)衛(wèi)碼頭及中轉(zhuǎn)站，符合國際通用集裝箱規(guī)格的20 ft垃圾專用集裝箱，利用360噸級、500噸級、600噸級的大型垃圾集運船，經(jīng)由黃浦江、大治河、老港環(huán)衛(wèi)專用航道將上海市區(qū)內(nèi)的生活垃圾壓縮后進行集裝化裝箱，轉(zhuǎn)運至老港固廢綜合利用基地進行最終處置[12～14]，系統(tǒng)總流程圖見圖2所示。

圖2 上海市生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運總流程圖Fig.2 Flow chart of Shanghai municipal waste containerized transfer system

通過專家經(jīng)驗法可得到各層次因素判斷矩陣，進而計算各因素的權(quán)重。在此工程分析過程中，選取上海環(huán)境物流有限公司技術(shù)專家及固廢領(lǐng)域?qū)＜胰舾擅麑σ患壷笜思懊宽椧患壷笜讼碌亩壷笜死?.2節(jié)中所述的方法進行評價。該過程中，取專家的綜合評價平均值作一致性檢驗，若通過一致性檢驗，則視數(shù)據(jù)有效、可靠，不通過則要求專家重新進行評定。最終所得有效判斷矩陣如公式(4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)所示。

2.3.1 一級指標權(quán)重確定

準則層中共有壓縮中轉(zhuǎn)、調(diào)度管理、設(shè)備運行、環(huán)境保護、作業(yè)安全五個一級指標，現(xiàn)確定這五個指標的相對權(quán)重，構(gòu)建判斷矩陣AI見式4所示。

(4)

對矩陣AI進行歸一化處理可以得到權(quán)重矩陣WI見式(5)。

(5)

C.R.經(jīng)計算為0.050，C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

3.3.2 二級指標權(quán)重確定

首先對一次指標壓縮中轉(zhuǎn)中的壓縮負荷、轉(zhuǎn)運負荷、區(qū)域分配三個二次指標進行判斷矩陣構(gòu)建，構(gòu)建判斷矩陣A1見式(6)所示。

(6)

對矩陣A1進行歸一化處理可以得到權(quán)重矩陣W1見式(7)。

(7)

C.R.經(jīng)計算為0.031，C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

對一次指標調(diào)度管理中的自動化監(jiān)控、日常調(diào)度管理、突發(fā)情況調(diào)度管理三個二次指標進行判斷矩陣構(gòu)建，構(gòu)建的判斷矩陣A2見式(8)所示。

(8)

對矩陣A2進行歸一化處理可以得到權(quán)重矩陣W2見式(9)。

(9)

C.R.經(jīng)計算為0.004，C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

對一次指標設(shè)備運行中的關(guān)鍵設(shè)備運行、車輛運行、船舶運行三個二次指標進行判斷矩陣構(gòu)建，構(gòu)建判斷矩陣A3見式(10)所示。

(10)

對矩陣A進行歸一化處理可以得到權(quán)重矩陣W3。見式(11)

(11)

C.R.經(jīng)計算為0.037，C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

對一次指標環(huán)境保護中的臭氣控制、噪音控制、污水控制、廢棄物控制和蚊蠅控制五個二次指標進行判斷矩陣構(gòu)建，構(gòu)建判斷矩陣A4見式(12)所示。

(12)

對矩陣A4進行歸一化處理可以得到權(quán)重矩陣W4見式(13)。

(13)

C.R.經(jīng)計算為0.045，C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

首先對指標作業(yè)安全中的場地作業(yè)安全、船運作業(yè)安全兩個二次指標進行判斷矩陣構(gòu)建，構(gòu)建判斷矩陣A5見式(14)所示。

(14)

對矩陣A進行歸一化處理可以得到權(quán)重矩陣W5見式(15)。

(15)

C.R.經(jīng)計算為0，C.R.<0.1，則對比矩陣保持一致性，權(quán)重有效、可用。

設(shè)因素集U代表多目標決策的多種因素組成的集合，為指標體系中每個具體目標下所有指標的集合;V為評語集或評判集，表示多種決策目標構(gòu)成的集合。評語等級集V是評價主體對按目標作出的總體評估結(jié)果的集合[15]，將上海市市區(qū)生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)后評估的評價最終結(jié)果分為5個層級:v1=非常好，v2=優(yōu)秀，v3=良好，v4=中等，v5=較差。

將評語等級進行賦值。

v1賦值95分，其最大隸屬度范圍為[90，100];

v2賦值85分，其最大隸屬度范圍為[80，90];

v3賦值75分，其最大隸屬度范圍為[70，80];

v4賦值65分，其最大隸屬度范圍為[60，70];

v5賦值55分，其最大隸屬度范圍為[50，60];

結(jié)合系統(tǒng)實際運行情況，各指標具體評價值及對應(yīng)指標權(quán)重見下表所示。

根據(jù)評價模型中各層次的權(quán)重分布和分析現(xiàn)狀所得的平均評價值，可以求得準則層A中5個因素——壓縮中轉(zhuǎn)、調(diào)度管理、設(shè)備運行、環(huán)境保護、作業(yè)安全的平均評價值分別為83.71、92.36、73.37、77.82、95.00。根據(jù)準則層中各因素的權(quán)重，可以計算得上海市市區(qū)生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的平均評價值為87.10，由確定的評語集可知該結(jié)果隸屬于區(qū)間[80，90]，故模糊評價評語等級為優(yōu)秀水平。

表 指標權(quán)重及平均評價值表Tab. Index weights and average evaluation value of Shanghai municipal waste containerized transfer system

4 結(jié)論與建議

4.1 利用模糊層次分析法對生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進行評估可行、有效。可以綜合不同因素的定性、定量分析，便于得到綜合評價結(jié)論。

4.2 從評價過程分析，集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)較為薄弱的環(huán)節(jié)為設(shè)備運行和環(huán)境保護。其主要原因為現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備運行時間過長，故系統(tǒng)現(xiàn)階段需要進一步提升設(shè)備規(guī)模、及時更新設(shè)備，并對現(xiàn)有因設(shè)備老化造成的環(huán)境問題增設(shè)解決手段。

4.3 根據(jù)本文所建立的評價模型分析，上海市生活垃圾集裝化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)壓縮中轉(zhuǎn)、調(diào)度管理、設(shè)備運行、環(huán)境保護、作業(yè)安全五個基本因素的平均評價值分別為83.71、92.36、73.37、77.82、95.00。系統(tǒng)綜合評價值為87.10，由確定的評語集可知該結(jié)果隸屬于區(qū)間[80，90]，故模糊評價評語等級為優(yōu)秀水平，具有高水平的技術(shù)價值。

致謝：本工作受到上海環(huán)境實業(yè)有限公司和上海污染與生態(tài)安全研究院的資助，特此感謝。