基于組合賦權(quán)的TOPSIS法在清潔生產(chǎn)中/高費方案研選中的應(yīng)用

鄭海軍 ，李香梅 ，王 瑋，徐彩平

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心，安徽 馬鞍山 243000）

目前，在清潔生產(chǎn)審核方案的研選中主要采用的是《企業(yè)清潔生產(chǎn)審核手冊》中推薦的權(quán)重總和計分排序法。由清潔生產(chǎn)審核實踐和分析可知，目前的方法存在人為主觀性較大、未考慮各指標的重要性以及難以對各方案做出綜合定量等問題，給清潔生產(chǎn)審核方案的研選帶來較大的困難。

為了克服當前方案研選中存在的不足，一些專家學(xué)者進行了積極的研究: 韓自強等將基于熵權(quán)的TOPSIS法應(yīng)用于“機械加工綠色工藝方案決策”中減小人為賦權(quán)的主觀性影響的同時，避免指標權(quán)重分配的均衡化；劉啟承將灰色關(guān)聯(lián)度分析法應(yīng)用于“水泥行業(yè)清潔生產(chǎn)方案研選”中，克服了權(quán)重總和計分排序方法的人為主觀偏好影響，同時實現(xiàn)了對一些定性指標的定量或半定量化，最終得到了定量化的評價結(jié)論；段然等將多層次灰色綜合評價方法應(yīng)用于某“電鍍廠方案篩選”中，克服評價過程中人為主觀性過大的問題，同時對各評價方案給出了定量的結(jié)論。但由于上述研究都主要側(cè)重于用一種較為客觀的評價方法來克服原有方法中人為主觀性偏好性的不足，往往又會造成評價結(jié)果與實際不符。因此，在清潔生產(chǎn)評價過程中既要充分發(fā)揮行業(yè)專家、清潔生產(chǎn)審核人員的作用，又要客觀考慮各評價因子的內(nèi)在聯(lián)系。為此，本文在參考現(xiàn)有清潔生產(chǎn)方案研選指標的基礎(chǔ)上建立了清潔生產(chǎn)方案評價指標體系，運用組合賦權(quán)法確定各指標的權(quán)重，然后基于TOPSIS 法建立了基于組合賦權(quán)的TOPSIS 法的評價模型，并以某火電企業(yè)清潔生產(chǎn)方案研選為例，進行了實例分析。

1 基于組合賦權(quán)的TOPSIS 法清潔生產(chǎn)方案評價模型的建立

1.1 基于組合賦權(quán)的TOPSIS法評價指標體系的建立

在清潔生產(chǎn)方案篩選中涉及到的因素較多，經(jīng)過對諸多因素分析比較和在參考《企業(yè)清潔生產(chǎn)審核手冊》的基礎(chǔ)上，選擇對方案評價影響較大、具有普遍性的經(jīng)濟因素、環(huán)境因素和技術(shù)因素作為清潔生產(chǎn)方案評價的準則層。經(jīng)濟指標選取了年凈現(xiàn)金流量/總投資費用、投資回收期、內(nèi)部收益率這三個指標作為清潔生產(chǎn)方案經(jīng)濟評估的指標。由于任何一種清潔生產(chǎn)方案都應(yīng)該具有顯著的環(huán)境效益，環(huán)境評估是方案可行性分析的基礎(chǔ)；環(huán)境效益選取污染物削減量、方案實施后產(chǎn)生環(huán)境效果和對員工工作環(huán)境的改善程度。由于各清潔生產(chǎn)方案削減的污染物性質(zhì)、數(shù)量大多不同，無法直接進行比較，因而采用方案污染物的削減比例來代替污染物的絕對削減量，因此，確定將方案污染物削減的比例、方案實施后產(chǎn)生的環(huán)境效果以及對員工工作環(huán)境的改善程度三個指標作為清潔生產(chǎn)方案環(huán)境評估的指標。在技術(shù)指標的選取上，主要考查了方案的技術(shù)成熟性、實施難易程度、技術(shù)先進性三個指標。清潔生產(chǎn)方案評價指標設(shè)計見表1。

表1 清潔生產(chǎn)方案評價指標體系

1.2 基于組合賦權(quán)的TOPSIS法評價步驟

根據(jù)所建立的指標體系，分別運用主觀賦權(quán)的層次分析法和客觀賦權(quán)的熵值法，并按照離差平方和最大的原則確定組合權(quán)重，最后用TOPSIS 法對各清潔生產(chǎn)方案進行排序，從而篩選出最佳可行性方案。

1.2.1 層次分析法確定各指標的主觀權(quán)重

層次分析法本質(zhì)上是一種決策思維方式。利用AHP方法進行權(quán)重計算，最終得到各層次因子的權(quán)重，結(jié)果如表2、表3。

表2 1～9標度的含義

表3 評價隨機一致性指標

1.2.2 熵權(quán)法確定各指標的客觀權(quán)重

設(shè)X（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）為第i個方案的第j個指標的觀測數(shù)據(jù)，用熵權(quán)法確定指標權(quán)重的步驟如下：

（1）計算各指標熵值e，為第j個評價指標的熵值，則熵值e的計算過程如下：

（2）計算各指標的權(quán)重，設(shè)

w

為第j個指標的熵權(quán)，則指標的熵權(quán)為：

1.2.3 基于離差平方和的最大的組合賦權(quán)

假設(shè)某個多屬性決策問題，對n個屬性有兩種賦權(quán)方法，指標組合權(quán)重

W=

[

w

,w

,…w

]，W為兩種賦權(quán)方法組合后第j 個指標權(quán)重。W為主觀權(quán)重W和客觀權(quán)重W的線性組合（j=1，2，…，n），即：

其中，

θ

為主觀權(quán)重占組合權(quán)重的比例；W為第j個指標的層次分析法權(quán)重；

θ

為客觀權(quán)重占組合權(quán)重的比例；W為第j個指標的熵權(quán)法權(quán)重。

由于加權(quán)向量一般都滿足歸一化約束條件，因此可按以下公式進行歸一化處理：

1.2.4 TOPSIS法對各方案進行評價

（1）無量綱化。設(shè)

x

為第i個方案第j個指標的值，則可按下列公式進行歸一化：

（3）確定評價對象的理想解和負理想解

根據(jù)各指標的屬性，對于效益型指標選取各指標最大值，成本型指標選取最小值，組成方案的理想解，效益型指標選取各指標最小值，成本型指標選取最大值，構(gòu)成方案的負理想解。

1.2.5 計算各評價對象與理想解的距離

1.2 .6 計算評價對象與理想解的貼近度

設(shè)

c

為第

i

個方案與理想解的相對貼近度，則：

根據(jù)相對接近度大小排序，

c

越大表明第i 個方案的TOPSIS 評價值越接近最優(yōu)水平，因此選擇

c

值最大的方案作為最佳可行性方案。

2 實例分析

安徽某火電企業(yè)經(jīng)首輪清潔生產(chǎn)審核共產(chǎn)生清潔生產(chǎn)方案31項（無低費方案25項，中高費方案6項），經(jīng)初步篩選后剩下待比較的中高費方案5項，分別是方案1：6#機組除塵系統(tǒng)改造；方案2：引風(fēng)機變頻改造；方案3：5#機#3 高加更換；方案4：5#、6 機凝汽器加裝抑菌除垢系統(tǒng)；方案5：沖灰水回收利用。對各方案相關(guān)指標數(shù)據(jù)經(jīng)處理后如表4所示。

表4 各備選方案技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)

2.1 計算過程

2.1.1 計算各指標相對方案綜合評價目標的權(quán)重值

各指標相對方案綜合評價目標的權(quán)重值，W按下列公式計算：

經(jīng)計算，可得到綜合評價各指標的權(quán)重值W。

2.1.2 熵權(quán)法求各指標的客觀權(quán)重

將表4 中的數(shù)據(jù)代入式（3）～（5）中，得到各指標的客觀權(quán)重：

2.1.3 基于離差平方和的最大組合賦權(quán)

經(jīng)歸一化后可得到各指標的組合賦權(quán)值。

2.1.4 TOPSIS法對各方案進行評價

（1）標準化數(shù)據(jù)加權(quán)

將表4中的數(shù)據(jù)代入式（6）中，進行無量綱化，計算結(jié)果代入式（7）中得到加權(quán)后數(shù)據(jù)，列入表5中。

（2）求理想解

（3）計算各方案與理想解的距離

根據(jù)各指標的屬性，按照正向指標選最大值作為理想解，負向指標選最小值作為理想解，確定各指標的理想解和負理想解，列入表5中。

將表5中的數(shù)據(jù)代入式（8）～（10）中，得到各方案與理想解的“垂面”距離及最終各方案綜合排名結(jié)果，列入表6中。

表5 各備選方案指標標準化數(shù)據(jù)、權(quán)重及理想解

從表6的評價結(jié)果可以看出，方案5與理想解的距離

d

最大，因此，方案5（沖灰水回收利用）為企業(yè)本輪清潔生產(chǎn)審核最佳可行性方案，應(yīng)予以優(yōu)先實施。在經(jīng)濟及其他條件允許的情況下依次應(yīng)實施的方案為：方案4（5#、6機凝汽器加裝抑菌除垢系統(tǒng)）、方案1（6#機組除塵系統(tǒng)改造）、方案3（5#機#3高加更換）、方案2（引風(fēng)機變頻改造）。

表6 各方案與理想解的距離di 及最終各方案綜合排名

2.2 結(jié)果分析

從技術(shù)評估結(jié)果上看，各方案技術(shù)評價結(jié)果都比較接近，都能較好地滿足方案實施的條件，不存在技術(shù)實施比較困難的項目，因而各方案在技術(shù)上都是可行的。

從環(huán)境效益評估角度看：方案5（沖灰水回收利用）每年可以回收50%以上的灰水，同時減少了廢水排放；方案1（6#機組除塵系統(tǒng)改造）可以提高除塵系統(tǒng)的除塵效率，每年可減少粉塵排放量212 t，同時改造實施后還能減少企業(yè)的引風(fēng)機變頻改造能耗，相應(yīng)的也會減少一定量煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放；方案2、3、4通過引風(fēng)機變頻改造、5#機#3高加更換、5#、6機凝汽器加裝抑菌除垢系統(tǒng)減少企業(yè)電耗，相應(yīng)的也能減少一定廢棄物的排放。從環(huán)境效益看，方案5 削減的污染物最多，產(chǎn)生的環(huán)境效益也最好；方案1 也能產(chǎn)生比較好的環(huán)境效益；方案2、3、4 環(huán)境效益比較接近，都能產(chǎn)生一定的環(huán)境效益。

從經(jīng)濟效益評估角度看：方案4 的經(jīng)濟效益最好，方案3、2其次，方案5、1稍差，但各方案的投資回收期均小于定額投資回收期，且凈現(xiàn)值均大于零，因而各方案在經(jīng)濟上都是可行的。

從綜合評價結(jié)果看：方案5 為最優(yōu)方案，方案4 其次，方案1、3再次，方案2排名最后。從技術(shù)、經(jīng)濟角度看方案5 較方案4 要差一些，但是方案5 在環(huán)境效益上要明顯高于方案4 和其他幾個方案，同時各方案在技術(shù)、經(jīng)濟上評估上都是可行的。在技術(shù)評估可行的基礎(chǔ)上，既突出強調(diào)各方案的環(huán)境效益，又充分考慮各方案的經(jīng)濟效益，體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)審核“節(jié)能、降耗、減污、增效”的思想，因此基于組合賦權(quán)的TOPSIS法的評價模型確定方案5 要優(yōu)于方案4是科學(xué)合理的；從環(huán)境效益看方案 4 較方案 1、2、3 要差一些，但是方案 4 的經(jīng)濟效益要遠大于方案1、2、3，綜合環(huán)境和經(jīng)濟效益確定方案4要優(yōu)于方案1、2、3，體現(xiàn)了基于組合賦權(quán)的TOPSIS法的評價模型在方案篩選中的綜合性，也體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)“增效”的思想；雖然方案2、3在經(jīng)濟上要優(yōu)于方案1，但是方案1在環(huán)境效益上明顯優(yōu)于2、3兩個方案。在技術(shù)可行的基礎(chǔ)上，綜合考慮方案的環(huán)境和經(jīng)濟效益，確定方案1優(yōu)于方案2和3也是比較合理的。

3 結(jié)論

清潔生產(chǎn)方案的研選涉及到經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境等諸多方面的因素，在清潔生產(chǎn)方案的評價中必須綜合考慮各因素的影響以及各影響因素的權(quán)重。將基于組合賦權(quán)的TOPSIS 法用于清潔生產(chǎn)方案的研制中，既充分發(fā)揮行業(yè)專家、清潔生產(chǎn)審核人員的作用，又要客觀考慮各評價因子的內(nèi)在聯(lián)系，使評價結(jié)果更加科學(xué)和合理，為清潔生產(chǎn)方案研選提供了一種更為合理的方法。