綠色施工條件下鐵路棄渣場(chǎng)的綜合效益分析

鄭雨茜, 鮑學(xué)英

(蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)

鐵路工程常有棄渣量大、渣堆松散等特點(diǎn)，鐵路棄渣場(chǎng)暴露的工作面是水土流失的主要發(fā)生源，如若棄渣場(chǎng)的布設(shè)和施工不當(dāng)，極易誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等自然災(zāi)害，造成項(xiàng)目區(qū)和下游生態(tài)環(huán)境的損壞，破壞自然和諧、危害人體安全及健康，而且不利于項(xiàng)目的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)循環(huán)。因此，做好棄渣場(chǎng)的水土保持是利項(xiàng)目之根本。

前人對(duì)鐵道棄渣場(chǎng)的研究有棄渣場(chǎng)的選址布設(shè)、運(yùn)輸規(guī)劃、水土保持、效益比選等。石楊子[1]，朱艷玲[2]認(rèn)為棄渣場(chǎng)應(yīng)減少農(nóng)田耕地的占用，選址應(yīng)避開生態(tài)敏感區(qū)；王明慧等[3]認(rèn)為棄渣場(chǎng)應(yīng)注重防護(hù)工程，避免自然災(zāi)害的發(fā)生；還有大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為棄渣場(chǎng)的主要選址應(yīng)考慮山溝和山腳，且回填棄渣場(chǎng)一舉多得，是優(yōu)選措施[4]?？偨Y(jié)前人研究可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)者們雖然認(rèn)為棄渣場(chǎng)是水土保持的根本，但并沒有對(duì)棄渣場(chǎng)的綠色施工進(jìn)行系統(tǒng)的研究。基于文獻(xiàn)綜述，本文認(rèn)為節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境是棄渣場(chǎng)研究的大勢(shì)所趨，也是工程單位在棄渣場(chǎng)施工時(shí)的效益目標(biāo)。

綜上所述，本文擬在綠色施工理念下，基于傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的MPI模型，引入施工帶來的非期望產(chǎn)出，建立鐵路棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型，應(yīng)用DEA-SOLVER PRO軟件和極差最大化組合賦權(quán)法進(jìn)行求解，并對(duì)各個(gè)研究對(duì)象的綜合效益率進(jìn)行一一分析[5-13]，以期為研究“四節(jié)一環(huán)保”應(yīng)用于鐵道棄渣場(chǎng)施工帶來的水土保持及長(zhǎng)遠(yuǎn)效益提供依據(jù)。

1 棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型

1.1 棄渣場(chǎng)施工Malmquist概念模型

為便于后文敘述，首先給出文中所用到的一些術(shù)語縮寫及意義(表1)。

參考經(jīng)濟(jì)學(xué)的傳統(tǒng)Malmquist模型，本文基于綠色施工理念，從資源效應(yīng)角度出發(fā)，同時(shí)考慮環(huán)境負(fù)產(chǎn)出要素和動(dòng)態(tài)要素，建立“資源效率—環(huán)境效率—經(jīng)濟(jì)效率”三位一體的動(dòng)態(tài)棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型(QMPI)，其概念模型如圖1 所示。

模型基于棄渣場(chǎng)工程的施工投入、產(chǎn)出要素之間的影響，及要素本身的跨期動(dòng)態(tài)效應(yīng)，即可得出鐵路棄渣場(chǎng)施工的全要素生產(chǎn)率(QTFP)，即是考慮了環(huán)境、安全、資源、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的棄渣場(chǎng)施工綜合效益率。

表1 術(shù)語縮寫及意義

注：表中(Q)MPI表達(dá)了2個(gè)意思：QMPI表示棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型；MPI表示Malmquist模型；其他術(shù)語表達(dá)的意思類推。

圖1 棄渣場(chǎng)施工Malmquist概念模型

宏觀上講，QMPI是從可持續(xù)發(fā)展角度進(jìn)行棄渣場(chǎng)施工的綜合效益評(píng)析，不僅考慮資效動(dòng)態(tài)要素的跨期效應(yīng)，還考慮環(huán)境負(fù)產(chǎn)出的影響。此外，整個(gè)評(píng)估過程基于無導(dǎo)向非徑向的SBM模型，即允許各種要素同時(shí)且非比例變化[14]。

模型假設(shè)共T期n個(gè)決策單元(DMU)，每個(gè)DMU由X個(gè)投入要素生產(chǎn)得出Y個(gè)產(chǎn)出要素，其中EXt為資源投入要素，CY為非期望產(chǎn)出要素，Z為動(dòng)態(tài)要素(即第t期的產(chǎn)出作為第t+1期的投入)。

基于棄渣場(chǎng)施工Malmquist概念模型，本文利用距離函數(shù)的思想對(duì)QMPI進(jìn)行分解[15]，分解效率指數(shù)之間的關(guān)系如圖2。

1.2 棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型及模型分解

(1) QMPI模型分解效率指數(shù)。

本文利用距離函數(shù)對(duì)第t期到第t+1期的棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型定義如式(1)。

圖2 棄渣場(chǎng)施工Malmquist概念模型分解

(1)

式中：x——投入要素，y——產(chǎn)出要素，z——?jiǎng)討B(tài)要素。Xe——資效投入要素，yc——環(huán)境負(fù)產(chǎn)出要素。式(1)中a部分表示QMPI的資效技術(shù)效率改變指數(shù)(ECTEC)，b部分表示動(dòng)態(tài)技術(shù)進(jìn)步指數(shù)(DTPC)。再由距離函數(shù)可對(duì)其進(jìn)行式(2—3)的分解。

(2)

DTPC =〔DTPt+1×DTPt〕1/2

(3)

從概念模型的角度，結(jié)合前人的研究，式(2)表示：ECTEC可以分解為環(huán)境和資效的獨(dú)立影響；式(3)表示：DTPC是跨期動(dòng)態(tài)技術(shù)效應(yīng)指數(shù)的幾何平均值。由此可以得到QMPI分解效率指數(shù)如式(4)：

(4)

(5)

s.t.

(∑θ=1θ≥0； ?t=1,2,…,T；

(6)

(7)

BTFp=REC·EEC·SEC·PTC·DPC·TPC

=(EEt+1/EEt)(CEt+1/CEt)(SEt+1/SEt)

(PTt+1/PTt)·DPC·TPC

(8)

式中：TPC——投入、產(chǎn)出要素質(zhì)量的進(jìn)步(倒退)； DPC——?jiǎng)討B(tài)要素帶來的跨期影響。均可通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得出。

2 各要素變量權(quán)重求解

2.1 要素變量選取

查閱路線工程棄渣場(chǎng)施工方案(主要有地基處理，支擋防護(hù)，排水，渣土堆放四大塊)和相關(guān)研究文獻(xiàn)，基于綠色施工“四節(jié)一環(huán)?！钡氖┕だ砟睿紫冗x出與棄渣場(chǎng)施工相關(guān)的103個(gè)變量指標(biāo)，再從施工單位、蘭州鐵路局、科研單位邀請(qǐng)11位高級(jí)職稱及以上的該領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，并在篩選出的23個(gè)指標(biāo)中，針對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比較困難的指標(biāo)按照棄渣場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)施工情況，結(jié)合專家打分表進(jìn)行估值打分。

參照組接受常規(guī)營養(yǎng)支持治療,研究組患者則接受個(gè)體化營養(yǎng)支持治療,具體內(nèi)容為:首先由主治醫(yī)生和營養(yǎng)醫(yī)師根據(jù)患者的身體情況,制定出適合患者的營養(yǎng)治療方案,營養(yǎng)支持治療主要分為腸內(nèi)和場(chǎng)外,本院使用營養(yǎng)液對(duì)患者進(jìn)行腸內(nèi)、腸外營養(yǎng)支持,根據(jù)患者的實(shí)際情況,控制營養(yǎng)液的輸入量[2]。

此外，考慮到本文建立的鐵路棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型中涉及動(dòng)態(tài)要素的投入，據(jù)相關(guān)研究顯示，動(dòng)態(tài)要素一般要求為固定資產(chǎn)，考慮棄渣場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，本文選取在棄渣場(chǎng)施工中涉及到的施工機(jī)械和臨時(shí)便道作為動(dòng)態(tài)要素來擴(kuò)充整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(詳見表2)。

表2 QMPI相關(guān)要素變量指標(biāo)體系

2.2 極差最大化組合賦權(quán)法

(1) 4種單一賦權(quán)法對(duì)指標(biāo)賦權(quán)。本文將采用表3中的4種單一賦權(quán)方法進(jìn)行各變量指標(biāo)權(quán)重的求解。

表3 4種單一賦權(quán)法步驟

(2) 極差最大化法確定權(quán)重向量。

①求第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)得分：

(9)

②將4種單一賦權(quán)法求得的綜合評(píng)價(jià)得分進(jìn)行組合形成綜合得分矩陣Z，標(biāo)準(zhǔn)化處理得Z*，并求得其協(xié)方差矩陣H：

H=(Z*)TZ*

(10)

③根據(jù)最大差距拉開評(píng)價(jià)對(duì)象的極差差異原則，得到如下線性規(guī)劃問題：

(11)

由前人研究結(jié)果[9]可知，上述線性規(guī)劃問題即式(11)的最優(yōu)解即為所求的單一賦權(quán)值調(diào)節(jié)向量，記為λ=(λ1,λ2,λ3,λ4)。由此可以得到最終第h個(gè)指標(biāo)的組合權(quán)重θh：

(12)

3 實(shí)例研究

3.1 參數(shù)及數(shù)據(jù)處理

首先進(jìn)行決策單元選取，即棄渣場(chǎng)的選取。本文擬根據(jù)鐵路綠色施工的研究現(xiàn)狀，選取前人已較深入研究的其中3條鐵路線路，并從每條線路中選取能反映線路特色和綠色施工效果的幾個(gè)棄渣場(chǎng)作為研究對(duì)象，由此組成最終的決策單元組合(表4)。

表4 決策單元組合

表5是變量實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行同趨化處理和無量綱化處理后，最后以系數(shù)0～1的相對(duì)效率值的形式來體現(xiàn)。由于篇幅限制，故不給出數(shù)據(jù)處理后的相對(duì)效率值。

表5 各要素變量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

由于鐵路棄渣場(chǎng)的施工主要有地基處理、支擋防護(hù)、排水、渣土堆放這四大塊，因此本文將每個(gè)DMU分為4期，再根據(jù)表2和表4的數(shù)據(jù)，即可得出在本文建立的實(shí)例QMPI中各個(gè)參數(shù)的取值。參數(shù)設(shè)置為：n=10，T=4，r=2，m=11，s=5，p=7。

3.2 要素變量權(quán)重確定

據(jù)極差最大化組合賦權(quán)法確定各個(gè)變量指標(biāo)的權(quán)重?；贚ingo軟件對(duì)線性規(guī)劃問題即式(11)進(jìn)行求解即得到在4種單一賦權(quán)法下的調(diào)節(jié)量為λ=(0.288 3,0.220 6,0.243 9,0.247 2(詳見表6)。

其中，G1法和G2法是主觀賦權(quán)，由邀請(qǐng)的11位專家給出相應(yīng)分值再進(jìn)行計(jì)算即可。均值方差法和離差法是客觀賦權(quán)，根據(jù)處理后的指標(biāo)相對(duì)效率值按公式進(jìn)行計(jì)算即可。這里由于篇幅限制，故不再列出G1法和G2法的專家打分情況。

3.3 結(jié)果與分析

(1) 棄渣場(chǎng)施工效益率整體分析。基于DEA-SOLVER PRO軟件平臺(tái)，根據(jù)公式(5)—(8)可以得到各個(gè)棄渣場(chǎng)施工的QTFP及分解效率情況。本文給出如圖3所示的QTFP，REC，EEC這3個(gè)指數(shù)情況。

表6 變量指標(biāo)的權(quán)重

圖3 QTFP及部分分解效率指數(shù)

由圖3的QTFP數(shù)據(jù)可得，各個(gè)棄渣場(chǎng)施工的綜合效益率降序排序?yàn)椋?，8，6，5，7，9，1，10，3，2。

結(jié)合楊中立等[6]的研究成果可以發(fā)現(xiàn)，青藏鐵路的綠色施工評(píng)價(jià)等級(jí)高于另兩條鐵路，而在該鐵路中選取的棄渣場(chǎng)4，5，6的QTFp值均排在前列；同時(shí)，QTFp值排在末端的棄渣場(chǎng)3，2均選自綠色度等級(jí)較低的大麗鐵路。因此，可以認(rèn)為，綠色施工對(duì)棄渣場(chǎng)施工的綜合效益率有著促進(jìn)作用。

此外，根據(jù)圖中資效效率改變指數(shù)(REC)和環(huán)效效率改變指數(shù)(EEC)的變化情況：除個(gè)別數(shù)據(jù)外，REC和EEC的整體趨勢(shì)隨QTFP的變化趨勢(shì)一致，這說明，在鐵路棄渣場(chǎng)工程施工中，資源投入利用情況、環(huán)境保護(hù)措施的采取效率與其綜合效益率呈整體正相關(guān)，即驗(yàn)證了綠色施工(四節(jié)一環(huán)保)促進(jìn)棄渣場(chǎng)施工的綜合效益率。

圖3中，棄渣場(chǎng)5的REC和EEC走勢(shì)與QTFP的走勢(shì)不一致，且REC很高但QTFP卻反而降低，這是因?yàn)闂壴鼒?chǎng)5選自青藏鐵路中的格拉段，首先青藏鐵路是凍土的集中地，其次，格拉段是其中各種施工條件都較為艱難復(fù)雜的一個(gè)標(biāo)段，因此其棄渣場(chǎng)施工的考慮因素較其他鐵路而言比較繁雜，同時(shí)其物資的投入相對(duì)而言沒有那么便捷，因此在它的棄渣場(chǎng)施工中，只有提高其綠色組織管理，投入綠色施工技術(shù)，保證并提高資源的利用率才能更好確保施工效益，這也就是為什么棄渣場(chǎng)5中REC很高的原因。但是后天的綠色施工并不能完全改善先天較差的施工條件，這也就是為什么REC很高但QTFP反而降低的原因。

同時(shí)，圖中棄渣場(chǎng)1，2，3，9，10的REC

表7 棄渣場(chǎng)施工投入/產(chǎn)出冗余率

注：① 本表只選取QTFP<1的爆破點(diǎn)； ② 按照冗余率大小進(jìn)行排序，選取部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)； ③ a表示最主要因素，b表示次要因素。

根據(jù)表7可知，①資源投入過多和非期望產(chǎn)出過量是本文部分棄渣場(chǎng)施工效益率低的主要原因。②造成施工效益率低的主要影響因素依此是土地、燃油、水污染、施工用電、勞動(dòng)力。③合理減少資源的投入且提高投入資源的利用率(四節(jié))，同時(shí)減少環(huán)境負(fù)產(chǎn)出(環(huán)保)，做到資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是提高棄渣場(chǎng)施工綜合效益率的有效途徑。

4 結(jié) 論

(1) 參考傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)MPI模型，基于綠色施工理念，引入施工所致的非期望產(chǎn)出要素，考慮資源的投入利用率并結(jié)合動(dòng)態(tài)投入的長(zhǎng)遠(yuǎn)效應(yīng)，建立鐵路棄渣場(chǎng)施工Malmquist模型，可以充分解釋鐵路棄渣場(chǎng)“資源效率—環(huán)境效率—經(jīng)濟(jì)效率”三位一體的動(dòng)態(tài)施工綜合效益。

(2) 參閱線路工程棄渣場(chǎng)施工方案，初選出與其相關(guān)的103個(gè)因子，邀請(qǐng)11位行業(yè)專家根據(jù)本文建立的QMPI模型篩選出25個(gè)主要變量，分別作為投入、產(chǎn)出和動(dòng)態(tài)要素的二級(jí)指標(biāo)。這些指標(biāo)的確定有助于施工單位在棄渣場(chǎng)的施工過程中分清施工主次，合理制定施工方案，確保項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(3) 基于極差最大化組合賦權(quán)法和DEA-SOLVER PRO軟件平臺(tái)進(jìn)行棄渣場(chǎng)施工效益率的測(cè)算。測(cè)算結(jié)果表明，施工綜合效益率與資效效率(REC)和環(huán)效效率(EEC)呈整體正相關(guān)，即綠色施工會(huì)促進(jìn)施工綜合效益率。同時(shí)，提升“四節(jié)”會(huì)促進(jìn)“一環(huán)?！保瑥亩餐饔糜诟叩氖┕ばб?。通過對(duì)投入/產(chǎn)出冗余率的分析，也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。極差最大化組合賦權(quán)法的運(yùn)用，既有效克服了主觀因素的決策失誤，也避免了數(shù)據(jù)偏差而產(chǎn)生的評(píng)判錯(cuò)誤，并保證了評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。

(4) 本文選取的動(dòng)態(tài)要素只考慮了部分固定資產(chǎn)，而在工程項(xiàng)目的實(shí)際施工中，動(dòng)態(tài)投入往往更為繁雜，應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)要素變量進(jìn)行進(jìn)一步的研究?jī)?yōu)化，提高模型的精度。