羅德江，吳昊，何蘇，李俊波，浦華，王月奇

（1.成都理工大學(xué)數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點實驗室，四川 成都 610059；2.成都理工大學(xué)數(shù)理學(xué)院，四川 成都 610059；3.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

我國綠色礦山建設(shè)開展以來，取得了可喜的成績，但國家級綠色礦山試點單位占比偏低[3]。為了全面推進綠色礦山建設(shè)進程，2018年1月完成了綠色礦山建設(shè)規(guī)范（報批稿），2018年10月礦業(yè)九大行業(yè)《國家綠色礦山建設(shè)規(guī)劃》已由自然資源部發(fā)布正式實行。綠色礦山建設(shè)規(guī)范主要從礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用等六個方面做出了相應(yīng)要求。在這些具體的要求中，既有定量的指標，其指標值為精確值，如礦區(qū)綠化率、廢物處置率等，也有定性指標，其指標值為語言變量，如管理規(guī)范、企業(yè)核心價值觀、辦礦理念等。在我國不斷加強綠色礦山建設(shè)實踐的過程中，部分企業(yè)取得了很好的效果[1-6]，但如何對企業(yè)的綠色礦山建設(shè)成效進行科學(xué)評估，以最大程度激發(fā)企業(yè)積極性，促使綠色礦山建設(shè)可持續(xù)和長效化，是今后的重要工作之一。

1 概 述

目前，許多學(xué)者依據(jù)不同的理論，從不同的視角出發(fā)，研究了綠色礦山的評價體系及其評價方法。

評價指標體系設(shè)計是否科學(xué)合理，對綠色礦山建設(shè)評價結(jié)果的客觀性與準確性會產(chǎn)生直接的影響[7]。宋學(xué)峰等根據(jù)《國家綠色礦山基本條件》從管理、企業(yè)文化和技術(shù)等三個方面，構(gòu)建了包括依法辦礦、規(guī)范管理、社區(qū)和諧與企業(yè)文化、綜合利用、技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能減排、環(huán)境保護和土地復(fù)墾等8個指標的評價體系[8]；汪文生等針對能源礦產(chǎn)中的煤炭這一礦種，選取了研發(fā)投入、安全生產(chǎn)累計投入、節(jié)能減排投入作為模型的投入指標，以煤炭生產(chǎn)能力、百萬噸死亡率和綠化覆蓋率作為產(chǎn)出指標，對8家煤炭企業(yè)綠色礦山建設(shè)效率開展了評價[9]；靖培星等從基本條件、規(guī)范管理、資源利用、節(jié)能減排、技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)境保護、土地復(fù)墾、企業(yè)文化與社區(qū)和諧等6個方面出發(fā)，構(gòu)建了包含40個指標的評價體系，將綠色礦山建設(shè)水平分為“高”、“較高”、“中”和“低”4個等級[10]；宋海彬等[11]針對煤炭企業(yè)，從財務(wù)、客戶、內(nèi)部業(yè)務(wù)流程和創(chuàng)新能力等4個方面，選取了25個指標，形成了一個較全面和科學(xué)的反映企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力的指標體系；閆志剛等[12]通過對礦山建設(shè)中的污染源分析，從礦山生產(chǎn)、節(jié)能與環(huán)保和管理與安全等3個方面，構(gòu)建了一個三級指標體系，將綠色礦山建設(shè)分為“優(yōu)秀”、“良好”和“合格”等級；張文龍等[13]認為綠色礦山評價指標的構(gòu)建應(yīng)考慮資源開發(fā)與利用的全過程，從資源勘探、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、礦山閉坑到恢復(fù)土地使用功能等不同的階段，選取能反映綠色礦山建設(shè)水平的一系列指標，并給出了指標量化與權(quán)重計算的建議；黃敬軍等[14]構(gòu)建了鹽礦綠色礦山評價指標；張敬明等[15]提出了構(gòu)建綠色礦山評價指標的原則和框架，并從社會經(jīng)濟、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效益、科技資源投入和環(huán)境效益等4個方面構(gòu)建了評價指標體系。從已有的研究成果分析，構(gòu)建的評價指標因評價對象和評價出發(fā)點不同，構(gòu)建的指標也不盡相同，但一般都考慮了礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、科技創(chuàng)新和礦山環(huán)境等方面；其次是指標值的提取，針對評價指標中的定性指標大多采用專家評分法獲得，具有一定的主觀性。

綠色礦山評價方法涉及到多屬性，綜合評價方法得到了廣泛的認可與應(yīng)用[16]。汪文生等從投入與產(chǎn)出的角度，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）對煤炭企業(yè)綠色礦山建設(shè)資源進行了評價；靖培星等針對指標值為直覺模糊集的形式，提出模糊熵和變權(quán)理論確定評價指標的權(quán)重，采用灰色聚類模型對井工煤礦綠色礦山建設(shè)進行評價，為綠色礦山評價引入了新的方法；黃敬軍等針對指標中既有定量指標也有定性指標這一特點，運用層次分析法確定各指標的權(quán)重，采用多級模糊模式識別模型開展鹽礦綠色礦山建設(shè)評價，并根據(jù)評價結(jié)果分為優(yōu)、良、中、差4個級別；宋學(xué)峰等通過模糊數(shù)學(xué)綜合評價方法對湖南新田鎢礦綠色礦山建設(shè)水平進行了評價。綠色礦山評價是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到資源條件、技術(shù)、環(huán)境和管理等多種類型的變量，由于部分指標具有模糊特征，評價者往往不能給出各指標值的精確數(shù)；其次，當評價者確定某一指標屬于一個集合的隸屬度時，往往是猶豫或不確定的。如對某一綠色礦山建設(shè)水平的指標“企業(yè)管理”，一部分評價者給出0.8，另一部分給出0.9，且不能彼此說服。以上兩方面的原因造成了不同的評價者對同一綠色礦山建設(shè)水平的評價結(jié)果不一致，且很難對不同的評價結(jié)果做出取舍。將猶豫模糊集理論引入到綠色礦山建設(shè)水平評價中，該指標“企業(yè)管理”可表示為一個猶豫模糊數(shù){0.8，0.9}或{0.9，0.8}。表明該指標的隸屬度不是0.8或0.9，也不是在區(qū)間0.8到0.9內(nèi)變動，而是表明該指標兩種可能的值。針對綠色礦山評價這種實際情況，本文將猶豫模糊多屬性決策方法引入到綠色礦山建設(shè)水平的評價中，并對中國攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦綠色礦山建設(shè)水平開展評價。

2 指標評價

2.1 評價指標體系

綠色礦山指標體系構(gòu)建是開展綠色礦山建設(shè)評價的主要工作之一。本文以自然資源部出臺的相關(guān)文件、規(guī)劃和規(guī)范為基礎(chǔ)，綜合國內(nèi)學(xué)者的工作成果，從技術(shù)經(jīng)濟、企業(yè)管理和礦山環(huán)境等三個方面構(gòu)建評價指標體系。

(1)礦區(qū)環(huán)境

要求礦區(qū)開發(fā)規(guī)劃和功能分區(qū)合理，全面實現(xiàn)礦區(qū)綠化，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物全部進行處置，礦山生產(chǎn)和運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)管理規(guī)范有序。

(2)資源開發(fā)方式

礦山應(yīng)根據(jù)自身的資源賦存狀況和生態(tài)環(huán)境特征，因地制宜選擇采礦和選礦工藝；要積極開展技術(shù)創(chuàng)新，改進技術(shù)工藝；企業(yè)的資源開發(fā)利用方式應(yīng)與區(qū)域內(nèi)的環(huán)境保護、資源保護以及城鄉(xiāng)建設(shè)相協(xié)調(diào)；應(yīng)最大限度的減少對自然環(huán)境的破壞，對已破壞的環(huán)境應(yīng)及時治理恢復(fù)。

(3)資源綜合利用

礦山應(yīng)不斷的提高資源綜合利用水平，保護不可再生的礦產(chǎn)資源。要加強共伴生資源的勘查與開發(fā)利用，在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟條件下可利用的應(yīng)全部利用；科學(xué)利用礦山的固體廢棄物和廢水等，提高企業(yè)效益，保護環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。

(4)節(jié)能減排

礦山應(yīng)采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新材料，控制并減少單位產(chǎn)品能耗，減少固體廢棄物、廢水和廢氣等“三廢”的排放。

(5)科技創(chuàng)新與數(shù)字化礦山

企業(yè)作為創(chuàng)新的主體，應(yīng)建立科技研發(fā)隊伍，對企業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)開展技術(shù)攻關(guān)，不斷改進企業(yè)的工藝技術(shù)與設(shè)備水平；采用計算機和智能控制等技術(shù)建設(shè)智能礦山和生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，提高礦山生產(chǎn)的自動化水平，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程集中管控和信息聯(lián)動。

(6)企業(yè)管理與企業(yè)形象

礦山應(yīng)建立完善的資源管理、生態(tài)環(huán)境保護、安全生產(chǎn)等規(guī)章制度與工作機制；具有以人為本、創(chuàng)新學(xué)習(xí)、綠色發(fā)展的企業(yè)核心價值觀，具有符合企業(yè)特點和推進實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標的企業(yè)文化；構(gòu)建礦山與地方共建、利益共享和共同發(fā)展的理念，提高礦區(qū)人民生活質(zhì)量。

2.2 評價方法

在復(fù)雜系統(tǒng)的評價中，因涉及到管理、技術(shù)、環(huán)境和資源等各種類型的屬性，往往存在著模糊不確定性。如何解決復(fù)雜系統(tǒng)評價或決策的不確定性，一直是一個廣泛關(guān)注的焦點。扎德[17]于1965年提出的模糊集理論是解決此類評價問題的一類有效方法。自模糊集理念提出以來，相繼出現(xiàn)了直覺模糊集、區(qū)間型模糊集和猶豫模糊集等許多拓展形式。目前在眾多學(xué)者的關(guān)注與研究之下，猶豫模糊集相關(guān)理論得到了不斷的完善，且深入到各個學(xué)科，應(yīng)用于決策分析和聚類分析等領(lǐng)域。

在眾多的多屬性決策方法中，TOPSIS是一種應(yīng)用廣泛的多屬性決策方法。TOPSIS的基本思想是通過計算待評價方案與理想方案之間的距離來進行方案排序，以確定最佳方案。在這一方法中，屬性值為精確值，而大量的決策問題屬性值存在語言變量與區(qū)間值的情形。解決這一矛盾有效方法是模糊集及其拓展形式，并產(chǎn)生了模糊TOPSIS、猶豫模糊TOPSIS。本文提出將猶豫模糊TOPSIS應(yīng)用于綠色礦山建設(shè)水平評價，并進行實證分析。

考慮一個多屬性決策問題：A={A1， A2…，Am}為方案集，Ai為待評價的礦山，為指標集。X={X1，X2…，Xn}第i個待評價礦山Ai關(guān)于X的一個猶豫模糊集為：

其中表示第i個礦山Ai在第j個屬性xi下可能的隸屬度，該隸屬度可由一個猶豫模糊元素hij來表示，則猶豫模糊決策矩陣H可表示為：

2.2.1 權(quán)值的確定

評價指標權(quán)重的估計在多屬性決策中扮演了重要的角色。在綠色礦山綜合評價中，指標權(quán)值對評價結(jié)果有著重要的影響，因此合理確定各指標權(quán)值是綠色礦山評價的關(guān)鍵問題之一。主觀賦權(quán)法充分利用了專家知識，較好的體現(xiàn)了決策者的意向，但評價結(jié)果具有較大的主觀性；客觀賦權(quán)法則較好的克服了主觀性，具有較強的數(shù)學(xué)理論依據(jù)，但沒有利用專家的知識。針對由數(shù)值信息表示的多屬性決策問題，最大偏差法對具有較大偏差的指標賦予較大的權(quán)重，對具有較小偏差的指標賦予較小的權(quán)重[18]。在猶豫模糊環(huán)境下，各評價指標的權(quán)重可歸結(jié)為一個優(yōu)化問題：

式中：Wj為評價指標的權(quán)重，dij為猶豫模糊元素之間的距離。dij采用模糊歐氏距離：

2.2.2 猶豫模糊理想點的確定

TOPSIS是通過計算待評價方案與理想方案之間的接近程度來確定最佳方案，使用方便靈活，應(yīng)用比較廣泛。在該方法中，確定正理想解與負理想解是關(guān)鍵之一。在猶豫模糊環(huán)境下，可拓展到猶豫正理想解S+與猶豫負理想解S-[32]。

式中： xi為i第 個指標。

2.2.3 基于猶豫模糊的TOPSIS評價方法

在確定完評價指標的權(quán)重和猶豫模糊正理想解和猶豫模糊負理想解后，把TOPSIS決策方法擴展到猶豫模糊集中，對各待評礦山排序，對各綠色礦山建設(shè)水平進行評估。

（1）根據(jù)評價指標集，獲取指標值；根據(jù)樂觀原則或悲觀原則，通過拓展猶豫模糊元素進行標準化處理。

（2）計算各評價指標的權(quán)重。在綠色礦山評價中，礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、創(chuàng)新與數(shù)字化礦山、企業(yè)管理與企業(yè)形象等指標的重要性是不同的，通過求解較優(yōu)化模型（2）來確定各指標的權(quán)重。

（3）根據(jù)式(4)與式(5)確定猶豫模糊正理想解和猶豫模糊負理想解。

（4）計算各礦山到猶豫正理想解與猶豫負理想解的加權(quán)距離。各方案間的距離由Hamming距離、Euclidean距離和、Hausdorff距離等在猶豫模糊環(huán)境下的拓展得到[19],包括猶豫模糊Hamming距離(HNHD)、猶豫模糊Euclidean距離(HNED)、猶豫模糊Hamming-hausdorff距離(HNHH)和混合猶豫模糊Euclidean距離(HHNED)。

（5）計算各方案的相對貼近度。各方案的相對貼近度（Ci）的計算公式為：

式中：di-為各礦山到猶豫負理想解的加權(quán)距離；di+為各礦山到猶豫正理想解的加權(quán)距離。

（6）對各綠色礦山建設(shè)水平進行評估。根據(jù)步驟（5）中計算的相對貼近度，按照Ci的值對方案進行排序，Ci值越小，對應(yīng)的綠色礦山建設(shè)水平越高。

3 研究區(qū)和數(shù)據(jù)來源

3.1 研究區(qū)

攀西地區(qū)位于中國的西南部，包括攀枝花市和涼山彝族自治州。攀西地區(qū)地處橫斷山系,屬青藏高原、云貴高原向四川盆地的過渡帶。攀西地區(qū)曾發(fā)生過多次泛大陸解體、離移、拼接和鑲嵌以及多期多階段構(gòu)造-巖漿-流體活動及變質(zhì)變形作用，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，多旋回巖漿活動強烈，為區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源形成和聚集提供了有利條件。

攀西地區(qū)是我國釩鈦磁鐵礦礦床高度集中分布的成礦帶，該成礦帶南北長約 300 km，東西寬10 ～ 30 km，面積約 6 000 km2，是世界上同類礦床的重要產(chǎn)區(qū)之一。攀西地區(qū)的攀枝花礦區(qū)、紅格礦區(qū)、白馬礦區(qū)和太和礦區(qū)等4 個礦區(qū)構(gòu)成了特大型礦床，礦體厚度達數(shù)十米至200 m 以上，伸數(shù)百米至千余米。攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦探明儲量 93.96 億t，其中釩的儲量以V2O5計為 2348 萬t，鈦資源量為8.7 億 t，約占全國各類鐵礦資源的 1/5，是國內(nèi)著名的三大綜合利用礦產(chǎn)資源之一。

攀西作為我國釩鈦磁鐵礦資源最豐富、最集中的地區(qū)，其釩鈦磁鐵礦資源開發(fā)與綜合利用已取得了顯著成就，特別是最近幾年，開發(fā)勢頭強勁，進入了快速發(fā)展階段，礦山 “三率”和礦產(chǎn)資源綜合利用水平都得到了顯著的提高，已成為我國釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，釩鈦資源開發(fā)利用水平較高、開發(fā)前景最廣闊的地區(qū)。

3.2 數(shù)據(jù)來源與分析

指標礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、創(chuàng)新與數(shù)字化礦山與企業(yè)管理企業(yè)形象的指標值不能直接獲取，而是邀請專家根據(jù)相關(guān)資料給出評估值。專家給出評估值的依據(jù)有冶金行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范、作者作為主要研究人員參與者的地質(zhì)調(diào)查項目《西南典型地區(qū)礦產(chǎn)資源綜合評價與區(qū)劃》、《西南地區(qū)礦產(chǎn)資源綜合區(qū)劃》、《礦產(chǎn)資源環(huán)境承載力評價研究》。收集專家給出的每座礦山關(guān)于每個指標的評估值，可以認為是猶豫模糊元素（表1）。

表1 猶豫模糊評估值矩陣Table 1 Hesitant fuzzy evaluation matrix

4 結(jié)果和討論

4.1 猶豫模糊數(shù)據(jù)的拓展

在表1中，不同猶豫模糊元素中所含值的數(shù)量是不同的。不同類型的決策者往往會采取不同的方式對猶豫模糊元素進行拓展。保守型的決策者可能通過選取最小值到猶豫模糊元素中得到猶豫模糊決策矩陣（表2）；進攻型的決策者可能通過選取最大值到猶豫模糊元素中得到?jīng)Q策矩陣（表3）。如礦山KS04的評價指標X1的兩個可能值{0.9，0.7}，若按照樂觀準則應(yīng)擴展為{0.9，0.9，0.7}，按悲觀準則則擴展為{0.9，0.7，0.7}。

表2 悲觀準則的猶豫模糊評估值矩陣Table 2 Hesitation fuzzy evaluation value matrix of the pessimistic criterion

表3 樂觀準則的猶豫模糊評估值矩陣Table 3 Hesitation fuzzy evaluation value matrix of the optimistic criterion

為了分析兩種拓展方式對評價結(jié)果的影響，只考慮評價指標權(quán)重相等的情況，評價結(jié)果見表4和圖1。

圖1 樂觀準則下等權(quán)與不等權(quán)的評價結(jié)果Fig.1 Evaluation results of equal and unequal rights under optimism criterion

表4 不同準則的等權(quán)評價結(jié)果Table 4 Evaluation results of different criteria

從表4可知，根據(jù)悲觀原則和樂觀原則對猶豫模糊數(shù)據(jù)進行拓展，各礦山評價結(jié)果是一致的。

4.2 權(quán)重對結(jié)果的影響

評價指標權(quán)重對綠色礦山評價結(jié)果有影響。為了討論權(quán)重的影響，采用上節(jié)中的兩種方式對猶豫模糊元素進行擴展（表2、3）。通過求解較優(yōu)化模型（式2），可以得到在不同擴展方式下的各評價指標的權(quán)重（表5）。不同的拓展方式下，評價指標X6的權(quán)值都是全部6個評價指標中最大的。事實上，較優(yōu)化模型2是基于最大偏差法建立的，因評價指標X6的屬性值有較大的偏差，所以被賦予了較大的權(quán)重。

表5 不同準則的各評價指標的權(quán)重Table 5 Weight of each evaluation index for different criteria

利用計算出的權(quán)重值，采用基于猶豫模糊歐氏距離的猶豫模糊TOPSIS方法，可得各礦山的排序（表6和圖1）。①權(quán)值的影響：樂觀準則下的各評價采用指標等權(quán)值與不等權(quán)值，除KS02與KS06礦山外，其余礦山的排序是一致的。悲觀準則下的各評價指標等權(quán)值與不等權(quán)值，各礦山的排序是一致的（表6）；②拓展方式的影響：從表6的第8列與第9列可以看出，對各評價指標賦予不同的權(quán)值后，各礦山的排序一致的占全部礦山數(shù)的80%，不一致礦山數(shù)為20%。在樂觀準則下，礦山KS02的排名是第5，在悲觀準則下則排名第4。礦山KS06也有類似的情形。從不同角度的分析表明，評價指標的權(quán)值對綠色礦山建設(shè)水平的評價結(jié)果有影響。

表6 不同準則的不等權(quán)評價結(jié)果Table 6 Evaluation results of different distance measures

4.3 猶豫模糊距離對評價結(jié)果的影響

猶豫模糊距離測度是猶豫模糊集理論的一項重要研究內(nèi)容，通過計算距離測度，可以方便的比較不同方案之間的相似性和差異性。為了討論不同的距離測度在評價礦山綠色建設(shè)水平中的影響，分別采用HNHD、HNED、HNHH和HHNED等距離來計算各礦山的貼近度，再根據(jù)貼近度對各綠色礦山建設(shè)水平排序（表7）。

表7 不同距離的評價結(jié)果Table 7 Evaluation results of different distances

從表7的第4列至第9列可以看出，采用HNED、HNHH與HHNED時，根據(jù)悲觀原則與樂觀原則，各礦山評價結(jié)果是一致的；采用HNHD時，在樂觀原則下有KS01、KS02、KS03、KS05與KS105座礦山的評價結(jié)果與后三座礦山距離的評價結(jié)果不一致。在悲觀原則下有KS01、KS02和KS063座礦山的評價結(jié)果與后三座礦山距離的評價結(jié)果不一致。無論是在樂觀準則還是悲觀準則下，采用HNHD時礦山KS01的排名都比較高。

圖2 樂觀準則下各種距離計算結(jié)果Fig.2 Calculations of distances under optimistic principle

圖3 悲觀準則下各種距離計算結(jié)果Fig.3 Calculations of distances under pessimistic principle

5 結(jié) 論

（1）將基于TOPSIS的猶豫模型決策方法用于攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦綠色礦山建設(shè)水平評價。構(gòu)建了包括礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、創(chuàng)新與數(shù)字化礦山與企業(yè)管理企業(yè)形象等指標的TOPSIS評價模型，并對猶豫模糊集的拓展方式、權(quán)重的計算和距離測度等影響評價結(jié)果的三個關(guān)鍵問題進行了分析。

（2）猶豫模糊集的拓展方式。根據(jù)樂觀與悲觀準則對猶豫模糊集進行拓展，對比了不同拓展方式對綠色礦山建設(shè)水平評價結(jié)果的影響。結(jié)果表明，根據(jù)不同原則進行拓展，對各綠色礦山建設(shè)水平評價結(jié)果沒有影響或影響不大。在具體的評價工作中，具體采用兩個準則中的哪一個，可由評價者自由選擇。

（3）權(quán)重值的計算?；跇酚^準則對猶豫模糊集進行拓展，在等權(quán)重與采用優(yōu)化模型計算權(quán)重下，有20%的礦山評價結(jié)果不一致。基于悲觀準則各礦山評價結(jié)果一致?？紤]到技術(shù)工藝的進步和生產(chǎn)者日益對發(fā)展綠色礦業(yè)的重視，采用樂觀準則對猶豫模糊數(shù)據(jù)進行拓展是比較合適的；

（4）距離測度。在對綠色礦山建設(shè)水平進行評價時，采用HNED、HNHH與HHNED距離時是比較合適的。