《基于anp的建筑废弃物资源化处理厂项目选址优化研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于anp的建筑废弃物资源化处理厂项目选址优化研究（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于 ANP 的建筑废弃物资源化处理厂项目选址优化研究 刘景矿 聂宇萍 庞永师 邓紫桐 广州大学工商管理学院 摘 要： 随着建筑废弃物产生量的日益增多, 迫切需要将其进行资源化综合处理, 而建筑废弃物资源化处理厂项目的选址优化问题是个值得思考的现实问题。以广州番禺区、南沙区为例, 从经济、环境、社会 3 个角度对项目的 5 个备选地址进行评价, 建立起建筑废弃物资源化处理厂项目的选址准则体系, 并应用网络层次分析法, 结合专家打分, 确定准则间的相互影响及相对重要度, 计算求解得到建筑废弃物资源化处理厂项目的备选地址以及各项准则的权重和排序。研究结论可为建筑废弃物资源化处理厂项目的选址提供决策
2、参考。关键词： 建筑废弃物; 资源化处理; 网络层次分析法 (ANP) ; 准则; 收稿日期：2017-10-09基金：国家自然科学基金项目 (71501052) Received： 2017-10-090 引言目前, 我国正处于全面城市化建设阶段, 工业化、城镇化进程日益加快, 建筑业得到快速发展, 在旧城改造、房屋建筑、基础设施兴建的同时也产生了大量的建筑废弃物。以广州市为例, 2016 年广州市建筑废弃物年排放量达到 2600万 m, 大量建筑废弃物运往广州周边各地填埋, 只有少部分作为道路垫层以及建筑材料的生产原料运往废弃物资源化处理厂回收利用, 资源化利用率非常低1。广州市现只有 5
3、 座建筑废弃物消纳场, 总消纳量为 1934 万 m, 可见该市的建筑废弃物处置能力与产生量存在差距。基于此, 广州市政府在进行 2015 年广州市固废处理工作时积极吸取“2015 年 12 月 20 日深圳滑坡事故的教训”, 加快了建筑废弃物消纳场布局规划落地。根据广州市建筑废弃物消纳场布局规划 (20122020 年) 2, 广州市至 2020 年要建消纳场 35 个, 总容量约28 970 万 m;建筑废弃物综合利用厂 7 个, 预计年总处理量约 930 万 m。但是, 由于存在各方面原因的限制, 这些建筑废弃物资源化利用处理厂却迟迟未能落地, 其中最大的原因就是处理厂的选址问题未能得到
4、解决。建筑废弃物在资源化处理厂得到处理和再利用, 必须要经过将建筑废弃物收集、运输到处理厂循环利用的过程以及运输到再生材料市场等环节。城市建筑废弃物资源化处理厂项目的选址往往呈现两个问题3:一是邻避效应;二是考虑选址的投入成本 (经济问题) , 以及社会接受度 (环境和社会问题) 。Zhao 等以重庆市为例, 利用成本效益法分析了建筑废弃物资源化处理厂项目的经济可行性4。Georgios 等利用多准则决策模型对建筑废弃物中转站的选址问题进行了深入探讨5。Khadivi 等综合网络层次分析法 (ANP) 和数据包络分析法 (DEA) , 将定量分析与主观经验相结合, 分析城市固体废弃物处置设施的
5、最佳位置6。Pablo 等从经济、技术、法律、社会和环境的角度, 利用 ANP 模型从西班牙巴伦西亚市区内的若干个候选点中选取城市固体废弃物处理厂的最佳位置7。Constantinos 等根据地区环境状况及城市规划的要求, 筛选得到该区域内中转站选址集合, 建立城市固体废弃物的非线性规划选址优化模型8。杨一帆等从经济、环境和社会的角度探讨了海口市建筑废弃物资源化处置设施的优化选址, 以及建筑废弃物移动式中转站的选址及收集运输线路的优化问题9。城市建筑废弃物资源化处理厂项目的选址是一个极为复杂的决定, 要考虑有冲突的准则和各种可能性。根据国内外学者的研究, 可知建筑废弃物资源化处理厂项目选址问题
6、其实是一个多准则决策问题。基于此, 本文利用基于 ANP 法分析建筑废弃物资源化处理厂项目的选址问题, 以广州番禺区、南沙区为例, 为处理厂选址合理优化。1 研究方法层次分析法10 (AHP) 与网络层次分析法11 (ANP) 都是由 Satty 提出的。ANP 模型是 AHP 模型的延伸。ANP 将准则集合成一个组, 体现了准则之间相互影响的网络制定过程。在这个网络层次中所有的因素准则都可以建立起它们之间的联系, 组内的准则以及组与组之间的准则都可能存在相互依存和相互反馈的关系, 这为复杂问题的解决提供了一个更为精准的模型。网络层次中一些因素对其他因素的影响可以反映在一个超矩阵中, 里面包括
7、一个二维的准则和准则之间两两成对比较的矩阵, 这些矩阵单独调整了准则的重要性, 因此建立了一个新的整体超矩阵。ANP 模型的建立包括以下几个步骤:第一步, 确定网络层次中的组成、准则以及它们之间的关系;第二步, 建立元素层次之间的成对比较矩阵;第三步, 把相对重要性权重 (特征向量) 放进成对比较矩阵里面变成一个超矩阵 (未加权超矩阵) ;第四步, 建立集群层次之间的成对比较矩阵;第五步, 通过集群层次正确的优先级关系赋予未加权超矩阵各块一定的权重, 以产生随机列 (加权超矩阵) ;第六步, 通过使加权超矩阵不停地迭代, 直到权重收敛和稳定 (极限超矩阵) 。此外, 本文还使用问卷调查法。采取
8、当面发放问卷和网上发放问卷两种方式, 对备选地址辐射半径范围内的居民共发放调查问卷 200份, 收回有效问卷 144 份, 回收率为 72.35%。最后分析问卷, 并对相关被调查者进行回访。2 决策制定的过程和 ANP 模型的建立2.1 决策制定的过程AHP 法的层级结构有助于解决复杂多指标与多层级结构问题, 但其前提条件之一是各决策指标相互独立。根据 Satty 的研究11, 决策制定的过程分为三步:问题分析、综合推理和评价。问题分析阶段使用以下两个决策分析方法:基于AHP 的网络模型, 分析网络中准则之间影响的 ANP 网络模型。综合推理阶段和评价阶段被完全分开, 而数据输入处理模式则取决
9、于决策分析模型。具体过程见图 1。图 1 决策制定过程 下载原图2.2 问题分析阶段首先, 找出解决问题的关键之处。在决策制定过程的开始阶段, 决策者确定好问题分析的主要目标以及关键分析过程。其次, 根据收集到的数据资料, 结合专业的知识判断挑选出 5 个备选地址。最后, 建立评价备选方案的准则, 并且将它们集合成集群, 以便在 ANP 分析阶段使用。2.2.1 挑选出潜在的选址本文以广州市为例, 根据广州市建筑废弃物消纳场布局规划 (20122020 年) , 挑选出拟建于广州番禺区、南沙区的建筑废弃物资源化处理厂项目的 5 个备选地址9。5 个备选地址被分别标注 A, B, C, D, E
10、:A 大石会江 (N225955.0, E1131725.8) , B 沙湾西坑尾 (N225347.4, E113196.7) , C 东涌三沙 (N225339.50, E1132919.30) , D 榄核八沙 (N225031, E1131820) , E 大岗装备基地 (N224531.5, E1132755.0) 。见图 2。图 2 备选地址在广州番禺区、南沙区的位置分布图 下载原图2.2.2 确立决策制定的准则准则的确立是建立在专业知识与工程项目的经验上, 往往反映出一些人文主义观点。不同的学者提出的准则不同, 如技术、经济、环境、社会、每天的操作和管理、自然因素 (水文地质条件
11、、地理地质条件) 以及人为影响因素 (操作的可行性、公共设施、乡村和土地使用) 、运输费用、有害的影响半径范围、交通的便利程度、能源消耗、公共设施 (设施完备程度、到最近居民区的距离) 等。结合前人的研究3-9, 本文经过系统分析, 构建了经济效益、环境和社会效益评价指标以评价不同选址地的优劣程度, 最后确定了 10 个准则, 见表 1。2.3 数据综合处理阶段在这个阶段, 决策准则被赋予合适的权重;每一个备选地点都会被每个准则赋予一定的价值, 目的是为了找出研究分析的最优选址。有了这个目标, 本文应用了两个决策分析模型 (AHP 和 ANP) :一个是层次模型, 另一个是基于网络的模型。下面
12、是对每一个决策分析模型的概括。表 1 层次分析模型的结构 下载原表 2.3.1 层次分析模型在这个模型中问题的主要目标被放置在层次的最高点:位于广州市南部, 覆盖范围主要为南沙区、番禺区的建筑废弃物资源化处理厂项目的选址。在层次底端呈现的是 5 个备选地点, 中间层则把准则分为了两个层次 (表 1) 。这个层次建立后, 处理的过程分为 3 个步骤: (1) 准则权重; (2) 每一个备选地点在各个准则下的价值; (3) 结果和发现。最开始的两个步骤是基于不同层次和层级标准的两两比较矩阵。为了使决策者在每一个矩阵中都表达出他们的判断, 设计两份问卷。一份调查问卷设计如下:给予一个更高级别的准则和
13、两个低层次的准则, 判断哪一个准则比较重要以及根据 Satty 的 19 标度确定是哪一个程度。另一份调查问卷用来评价不同准则下备选地点的优劣顺序, 包括以下问题:给予一个确定的准则去比较两个备选点, 判断哪一个备选点更加符合准则的要求以及达到 Satty19 标度的哪一个程度。随着判断矩阵的构造, 就可以求出最大特征值所对应的特征向量, 然后归一化处理。事实上所有判断矩阵的一致性比率都小于 0.1。2.3.2 网络模型这个决策问题通过一个包含 4 个集群的简单网络被建立起来, 包括 3 组准则和1 个备选地址集群12。具体过程如下:(1) 网络的确定。这个阶段要求决策制定者通过使用前一个阶段
14、收集回来的数据对问题进行一个深入的分析和了解。网络模型建设的步骤为: (1) 基本要素的确立; (2) 集群的确立; (3) 确立网络之间的相互影响。所有集群中的准则都不超过 4 个。在 ANP 模型中, 数字型数据可以用图表去呈现, 因此可以在网络结构中表达出准则之间的相互影响。这个步骤对以后 ANP 模型的应用至关重要, 因为如果把这些真实的复杂数据转化成 ANP 模型, 决策者必须根据他们的专业知识和经验精准地判断出某一个准则对其他准则的影响程度。如果决策者不能清楚地分辨出其中的一个影响, 决策者将不会考虑此因素, 那么一些有价值的信息就会被错过。基于以上原因, 决策者会被询问每一个准则
15、对其他准则产生的影响。假设所有的备选地点都使这些准则受到了影响, 反之亦然。因为本文有 10 个准则, 意味着有 100 个问题是“你是否认为准则 Ci对 Cj产生了影响”这种类型。为了提高决策时的效率, 分析时设计了调查问卷。随着调查问卷的收集, 决策制定模型被建立起来。图 3 表示的是集群之间的关系。(2) 准则和集群权重的确定。该阶段包括了 ANP 模型的所有步骤:首先, 分配排列出相关准则的权重, 目的是建立未加权超矩阵;其次, 分析每一个准则根据其他准则对其产生的影响程度大小;最后, 为了得到正确的特征向量, 计算每个集群中对应的成对比较矩阵。计算步骤如下:假设集群 Ck中部分或者所
16、有要素 (准则或备选点) e ik都影响了集群 Cj中的要素 eij (环境组中的三个准则都对社会组中的务农人口数准则产生影响) 。为了分清 Ck中哪个准则 (这其中有很多不同类型的影响) 对 Cj中的要素 eij产生更大的影响, 建立一个关于 Ck中要素的两两成对比较矩阵。为了填充矩阵中的每一个部分, 有 n (n-1) 2 个问题 (这里的 n 指的是集群 Ck中对要素 eij产生影响的准则个数) 需要回答。这个步骤一直在每一个对 Cj中的要素 eij产生影响的那个集群中不断重复。根据此方法, 对于未加权超矩阵中 eij所在的每一列, 可以清楚地知道对应每一个集群的方块都对该因素产生了影响, 而且可以根据特征向量知道每一个集群之间对 eij要素的相关性。由于在案例研究中不同集群的不同要素都对某一个要素产生影响, 因此未加权矩阵是由一个个随机列组成的。根据 Satty 的研究每一个集群对每
