基于物元模型的環境修復工程施工管理水平評價

黃桂林，李紫微

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040，E-mail：1982605087@qq.com）

我國前期經濟社會的快速發展是建立在高能耗與一定程度上的環境污染破壞的基礎之上，據國家統計局數據顯示，近10 年，全國范圍內工業固體廢棄物的總傾倒丟棄量約19409.6 萬t，全國工業廢水排放量總計約8453.5 萬t，全國工業廢氣排放量合計6616881 億m3，大量的污染物質排放到自然界中，導致環境破壞嚴重，環境修復問題迫在眉睫。

環境修復工程是我國近些年來重點發展的綠色行業，當前我國在土壤修復[1，2]、水體污染修復[3]、礦山修復[4]、海洋修復[5]等領域都有顯著發展。近年來，為了更好地進行環境修復工作，國內外學者對環境修復工程進行大量研究，并積累了許多研究成果，主要集中在兩個方面：環境修復技術研究，邱沙等[6]應用原地化學處理技術修復鉻污染土壤，李時琛等[7]研究基于生物技術修復沿海灘涂石油污染；環境修復理念研究，如Beatriz 等[8]研究如何將可持續修復的理念應用于發展中國家的環境修復，Joseph M.等[9]提出基于植物生物學促進環境與可持續發展的理念。

現階段對于環境修復工程的施工管理評價研究較少，缺乏成熟的環境修復工程施工管理指標體系?；诖?，本文從管理的角度出發，構建環境修復工程施工管理評價指標體系，通過提高環境修復工程施工管理水平，來提高環境修復效率，為后續的相關研究提供理論支持。針對單一權重計算方法可能存在的不足之處，選用AHP 法確定主觀權重，CRITIC 法確定客觀權重，兩種方法計算得到的結果復合加權確定各指標權重，將兩種方法計算所得結果運用物元模型進行分析，最終建立環境修復工程施工管理水平評價的物元模型，將實例運用到模型中，對本文所建立模型的合理性、可操性進行驗證。

1 指標體系的構建

施工管理過程中所需要考慮的因素眾多，傳統的建設工程施工管理重點包含人、材、機三大類，研究表明在施工安全管理中，風險管理是工程管理的重要環節[10]，此外對于環境修復工程，有學者指出，環境修復是指需要借助人工或自然力對已破壞或污染的環境進行恢復、重建和改建，使其恢復生態系統功能和其他有益功能[11]，結合Xiaonuo Li 等[12]研究的中國與西方國家污染場地修復可持續性指標的對比，通過對國內外近20 年的相關文獻整理，總結出了國內外常用于環境修復評價的30 項指標。本文基于以上研究初步篩選出25 項環境修復施工管理指標，再邀請1 名高校環境相關專業教授、1名工程管理專業教授對指標進行再次精煉，最后歸納構建包含人員、風險、施工材料與工藝、機械、環境5 個維度共計17 項管理指標的環境修復工程施工管理評價指標體系，如表1 所示。

表1 環境修復工程施工管理評價指標體系

（1）人員層面。環境修復工程施工技術復雜專業性很強，不規范的操作可能會對施工人員身體造成嚴重傷害。晏劍明等[13]通過對技能型工人隊伍的建設與培育研究，表明人員是環境修復工程施工管理的重要環節。環境修復工程需要學習能力強的技能型的施工人員來參與，相關管理人員不僅需要掌握基本的施工管理知識，還需要掌握一些與環境修復專業相關的基礎知識。

（2）風險層面。依據《安全生產法》及楊愛斌[14]對施工風險管理等研究，表明風險管理在環境修復工程施工管理中尤為重要。環境污染的原因情況復雜，環境修復工程實施過程較為困難，產生二次污染可能性較高，且由于不同類型的環境污染都有其自身的特殊性，環境修復工程在實施過程中施工方案需要根據實際修復情況進行不斷更改，更有甚者需要完全顛覆原來的施工方案。因此，環境修復工程的風險性較高，修復結果很難準確預料。

（3）施工材料與工藝層面。環境修復方式一般分為化學修復、物理修復、生物修復3 種類型。在運用不同修復技術來進行修復環境的過程中可能會用到多種藥劑與污染物進行反應來達到修復效果。在這個反應過程中可能會產生一定量的有害物質對人體造成一定程度的傷害，環境修復工程開工前必須對施工人員就其特殊的施工工藝進行培訓，綠色施工材料的使用也會減少對資源的消耗。

（4）機械層面。夏春明[15]對施工機械設備管理的研究表明，合理的施工機械管理是環境修復工程施工管理的關鍵步驟。環境修復過程中可能會產生危害人體健康的物質，提高智能化施工的程度，用施工機器人來代替大部分的人工，以此來減少對施工人員的傷害，對施工機械設備的定期維修檢查對于高效施工與節約經濟十分重要。

（5）環境層面。環境修復工程絕大多數由政府作為發包方對已破壞環境進行強制修復是非盈利性的工程建設[16]，以求人與自然能夠更加和諧共生?！吨腥A人民共和國環境保護法》中防治污染與其他公害部分的相關規定標明了在環境治理過程中對于周圍環境的影響管理辦法，因此，環境修復工程施工還需重點管理工程的能源節約、修復地區后續的綠色發展前景、施工后廢棄物的處理、環境修復對大氣顆粒物的影響、廢水的處理。

2 確定指標權重

2.1 AHP 法確定指標主觀權重

利用AHP 法確定主觀權重，可使復雜的系統分解，這種方法能夠把人們的思維過程更加數學化、系統化，并且把多個目標、多種準則全部量化處理困難的決策問題轉化為多個層次的單目標問題。

AHP 法確定指標客觀權重的步驟如下：

（1）構造判斷矩陣。根據本文構建的環境修復工程施工管理評價指標體系的特點，選擇1~5 標度法對指標賦值。

（2）求近似權重。將判斷矩陣中的n個列向量進行歸一化處理，求出近似權重，即：

（3）一致性檢驗。

當CR<0.1 時，認為該判斷矩陣的一致性可以接受，則ωmax所對應的特征向量可以作為指標權重向量。

2.2 CRITIC 法確定指標客觀權重

利用CRITIC 法計算客觀權重，使得專家評價能充分考慮問題的復雜性與主觀性，也能反映出環境修復工程施工管理評價指標之間的相對重要性，是較好的客觀賦權法，具體步驟如下：

（1）假設待打分的管理評價指標層面個數為m個，相關管理指標二級指標個數為n個，建立決策矩陣O=(opq)m×n，其中opq表示專家們對第p個關鍵因素層面的第q個管理評價指標二級指標的平均得分。

（2）對比強度。利用標準差表示同一個管理重點二級指標在內取值的差異波動情況。

式中，υq為標準差，標準差越大，指標評價強度越強；μ表示n個指標的平均值。

（3）指標沖突性。利用相關系數來表示。

式中，Rq表示第q項指標與其余各項指標間的沖突性；Cov(q,i)表示第q項指標與第i項指標間的協方差。

（4）信息量。

式中，Zq表示第q項指標的信息量值。

（5）客觀權重。第q個指標的權重Wq為：

式中，Wq表示第q項指標的客觀權重。

2.3 AHP-CRITIC 組合賦權

本文將AHP 與CRITIC 法計算所得權重1:1 加權計算，使得最終所得指標綜合權重更為科學合理。

3 基于物元模型的施工管理水平評價

物元模型可以將復雜的問題轉化成為具體的模型，適用于多指標的評價研究，環境修復工程施工管理水平評價是對多種管理指標進行綜合指標評價，屬于多目標評價的范疇，因此可以利用物元模型，對每個層面的施工管理評價指標的管理水平進行評價，進而確定環境修復工程施工管理水平的評價等級。

3.1 評價等級的確定

依據已有的研究及專家建議，對環境修復工程施工管理各層面的指標管理水平量化分級，采用十分制對評價等級進行劃分，依次為優秀（9，10]、良好（8，9]、一般（7，8]、差[0，7]4 個等級。已經構建的環境修復工程施工管理指標可以分為定性與定量兩種，關于定量指標評價標準本文主要從兩個方面制定：一是依據我國目前存在的相關標準與法律法規，包括《中華人民共和國環境保護法》《建設工程施工現場管理規定》《環境空氣質量標準》等；二是指標目前沒有明確依據，參考相關學者研究[17，18]，如表2 所示。

表2 定量指標評價標準

3.2 物元及物元矩陣

物元可拓模型包括等待評價的事物W，事物W所對應的特征R的量值為U，有序三元組Q=(W，R，U）被作為描述事物的基本元，其中W簡稱為物元。環境修復工程施工管理水平的物元矩陣可表示為：

3.3 確定經典域、節域及待評價物元的構建

（1）經典域。令Aj表示為事物的第j個等級(j=1，2，…，i)，Rj表示為Aj的第j個特征，Uj1，Uj2，…，Uji為Aj對應特征Rj的取值范圍，這個范圍即為經典域。其中，Uji的取值范圍區間為cji到dji，可以將其記為Uji=(cji，dji)，(i=1，2，…，h)，并且有：

（2）節域。令Aa來代表所有的評價等級，ka1，ka2，…，kan記為Yy關于R1，R2，…，Rn的取值范圍，這就是節域，可以將其記為kai=(cai，dai)，(i=1，2，…，n)，且有：

（3）待評價物元。令Q為評價的對象，Uj為Q關于Rj（j=1，2，…，n）的量值，待評價物元可以表示為：

3.4 關聯函數、關聯度

（1）關聯函數值的計算。

（2）關聯度。令ωj表示特征Rj的權重，待評對象W關于等級i的關聯度為：

通過計算當Ki′= max{K i(A)}，（i=1，2，…，s），則可以認為A屬于第i′等級。

4 實例應用

結合已經建立的環境修復工程施工管理指標體系，本文以天津港火災爆炸事故剩余污染土原地修復項目為研究對象進行分析評價，該項目采用原地過硫酸鈉氧化處理技術將事故現場剩余18 萬t剩余污染土利用土壤淋洗法進行原位修復。由于前文所構建的環境修復工程施工管理指標體系中的各個指標在其重要程度上有著明顯的差異，故先確定各指標權重，再利用物元模型來進行評價。

4.1 管理指標權重確定

4.1.1 主觀權重的確定

計算各管理指標主觀權重具體步驟如下：

（1）依據雙數評委規則具有可以減少打分偏差、提高準確性、增強公信力等方面的優勢，邀請高校環境相關專業教授2 人，工程管理專業教授2人，項目施工管理人員4 人，對環境修復工程施工管理評價指標進行重要性評價。

（2）將8 位專家對指標的重要性打分取平均值。

（3）利用層次分析法中式（1）~式（3）計算主觀權重，最后得到各指標的主觀權。

以專家對各一級指標重要性判斷為例：

對H進行歸一化處理得到權重向量：

4.1.2 客觀權重的確定

請專家組針對各指標的重要性進行打分，采用5 分制來進行打分，以人員層面二級指標為例，專家打分后整理得到的原始評價矩陣，如表3 所示。

表3 二級指標評價矩陣

利用CRITIC 法中式（4）~式（7）式計算客觀權重確定每個二級指標的權重，最終得到的各指標客觀權重。

4.1.3 組合組合賦權計算組合權重

將AHP 與CRITIC 法計算所得的主觀權重與客觀權重1:1 加權計算，最終得到各二級指標的組合權重，如表4 所示。

表4 指標權重

4.2 確定經典域、節域、待評價物元

4.2.1 確定經典域與節域

（1）定量指標。本文中的定量指標經典域與節域的整理，如表5 所示。

表5 定量指標的經典域與節域

（2）定性指標。依據前文劃分的各等級標準，可以得到各定性指標的經典域與節域，如表6 所示。

表6 定性指標的經典域與節域

4.2.2 待評價物元的確定

根據相關的項目資料與政策法規，并且咨詢該項目負責人，來確定各定量指標的評價值；針對定性指標，邀請2 位環境相關專業教授、3 位工程管理專業教授、2 位項目經理來對定性指標進行打分，采用1~10 分制，將7 位專家的打分結果計算得分取平均值，來確定定性指標的評價值。最終得到的全部指標評價值，如表7 所示。

表7 指標評價值

4.3 計算關聯度

通過式（11）和式（12）并結合待評物元相關數據計算各二級指標關于各個評價等級的關聯度，如表8 所示。

表8 該環境修復施工管理水平評價二級指標關聯度

依據式（12）結合表4 與表8 中的數據，計算可得該環境修復工程在各個評價等級的關聯度，如表9 所示。根據物元模型的最大隸屬度原則，該環境修復工程的施工管理水平評價等級為良好，與實際情況相符。物元模型將環境修復工程施工管理研究中的實際問題轉化成為形式化的數學模型和描述該問題解決過程的模型，使得環境修復工程施工管理水平評價中遇到的矛盾能夠有效解決，因此本文所建立的關于環境修復工程施工管理水平評價模型具有科學性與準確性。

表9 評價項目評價等級關聯度

5 結語

本文結合國內外相關文獻分析，采用AHP-CRITIC組合賦權法計算指標權重，以此為基礎建立環境修復工程施工管理水平評價物元模型。并結合已完成實際工程進行評價分析，得出如下研究結果：基于相關文獻研究，本文構建包含人員、風險、施工材料工藝、機械、環境5 個維度共計17 項指標的環境修復工程施工管理評價指標體系；為避免單一權重計算方法存在的缺陷，本文采用AHP-CRITIC 組合賦權法計算指標權重，基于物元理論，構建基于AHP-CRITIC 組合賦權的物元模型。計算擬評價對象在等級下的關聯度，確定環境修復工程的最終評價等級。通過對天津港火災爆炸事故剩余污染土原地修復項目進行評價分析，得到結果與實際情況相符，證明本文建立的模型具有合理性。本文基于已有研究，考慮環境修復施工管理多維度的影響，構建的環境修復工程施工管理評價指標體系，能夠為后續環境修復工程的施工管理提供一定的借鑒價值，確保環境修復的順利實施，促進環境修復施工管理的不斷優化。