曾小清，賀俊翔，陸 陽，馮棟梁，王奕曾

（1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 201804；2.上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司，上海市 200025）

0 引 言

近年來，隨著我國人民物質(zhì)生活需求逐步被滿足，人們對(duì)精神文化需求同樣不斷提出更高的要求，其中最常被提起的就是對(duì)良好的居住環(huán)境的需求。同時(shí)，黨和國家也將綠色生態(tài)規(guī)劃為我國城市建設(shè)的主要發(fā)展方向，并分別于十八大和十八屆三中全會(huì)提出“推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”和“建設(shè)美麗中國”的構(gòu)想，于十九大報(bào)告強(qiáng)調(diào)“生態(tài)文明、生態(tài)建設(shè)、生態(tài)保護(hù)”，其中“生態(tài)”二字在報(bào)告正文中更是共計(jì)出現(xiàn)42 次。由此可見，生態(tài)文明建設(shè)已經(jīng)發(fā)展成為我國重要的國家發(fā)展戰(zhàn)略。

交通領(lǐng)域的生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程同樣至關(guān)重要。交通運(yùn)輸部[1]在2017 年印發(fā)的《推進(jìn)交通運(yùn)輸生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施方案》中對(duì)交通運(yùn)輸生態(tài)文明建設(shè)的總體要求、目標(biāo)及基本原則進(jìn)行了闡述，并從四個(gè)方向出發(fā)提出并制定了15 項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)和3 項(xiàng)保障措施來推進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)的生態(tài)文明建設(shè)。在交通運(yùn)輸行業(yè)的生態(tài)文明建設(shè)推進(jìn)過程中，生態(tài)道路是其中必不可少的一部分，也是實(shí)現(xiàn)城市道路可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

綜上所述，建立合理生態(tài)道路指標(biāo)體系有重要的意義。一方面符合居民對(duì)美好生活環(huán)境的向往，另一方面填補(bǔ)從業(yè)人員在該領(lǐng)域研究的空白。本文通過征集多位專家的意見，總結(jié)了4 個(gè)大項(xiàng)69 個(gè)小項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)庫，并使用DEMATEL-ISM 模型進(jìn)行選擇，篩選出最符合要求的一系列標(biāo)準(zhǔn)。

1 基本方法

1.1 DEMATEL-IS M 模型的介紹

決策試驗(yàn)和評(píng)估實(shí)驗(yàn)法DEMATEL[2-11]（Decision Making Trial And Evaluation Laboratory）是由日內(nèi)瓦研究中心Battelle 協(xié)會(huì)在1972 年提出的一種面向復(fù)雜系統(tǒng)因素分析的算法，并于世界范圍被廣泛使用。該算法是一種使用圖論與矩陣工具對(duì)系統(tǒng)要素進(jìn)行分析的方法。本文使用這種方法能夠充分利用專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來處理生態(tài)道路生命周期中資源、社會(huì)、環(huán)境等因素組成的復(fù)雜的系統(tǒng)問題，能夠?qū)ι鷳B(tài)道路的相互影響關(guān)系做出科學(xué)性研究。但DEMATEL 算法不能劃分生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)構(gòu)層次，也不能識(shí)別評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的基礎(chǔ)性指標(biāo)，因此需要引入ISM模型彌補(bǔ)上述的不足。

解釋結(jié)構(gòu)模型ISM[12-25]（Interpretative Structural Modeling Method） 是J.N.Warfield 在A.F.Osborne 于1939 年提出的“集體思考（brainstorming）”的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種階層構(gòu)造化的方法。此方法先把作為分析對(duì)象的系統(tǒng)拆分成多個(gè)子系統(tǒng)，然后分析因素與因素間的二元影響關(guān)系，通過布爾邏輯運(yùn)算得出系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，得到簡(jiǎn)潔的層次化結(jié)構(gòu)的有向拓?fù)鋱D。

DEMATEL 和ISM 都是適用于關(guān)鍵和復(fù)雜情況下的分析和決策，將兩者結(jié)合可以更加科學(xué)地做出決策，相互補(bǔ)充對(duì)方的不足。DEMATEL 用于確定因素間的相互作用關(guān)系，并有助于ISM 將各個(gè)因素間的因果組織架構(gòu)可視化的呈現(xiàn)。ISM 則用于將復(fù)雜的評(píng)價(jià)對(duì)象系統(tǒng)拆分為多個(gè)簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)。

1.2 DEMATEL-IS M 理論步驟

在這一小節(jié)中，DEMATEL-ISM 方法的詳細(xì)理論步驟將被按照順序依次展示。

（1）建立初始直接影響矩陣A。本文邀請(qǐng)了14名專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)生態(tài)道路評(píng)價(jià)統(tǒng)一模塊的m 個(gè)指標(biāo)間的相互影響關(guān)系進(jìn)行了打分（0～4 分制，0 分代表無影響，1 分代表弱的影響，2 分代表一般影響，3 分代表強(qiáng)的影響，4 分代表很強(qiáng)的影響），共回收了14 份有效數(shù)據(jù)，并將所有指標(biāo)的集合設(shè)為G。為使回收數(shù)據(jù)更加科學(xué)合理，將14 份數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均計(jì)算，最終得到了生態(tài)道路評(píng)價(jià)的初始直接影響矩陣A=[aij]m×m，其中aij代表指標(biāo)i 對(duì)指標(biāo)j 的影響程度。

（2）計(jì)算規(guī)范化直接影響矩陣N。首先將初始直接影響矩陣A 規(guī)范化，分別計(jì)算初始直接影響矩陣的各行和與各列和，對(duì)比找出最大值并將該值記為，然后將初始直接影響矩陣A 除以這個(gè)最大值之后得到的矩陣即為規(guī)范化直接影響矩陣N，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

（3）計(jì)算綜合影響矩陣T。規(guī)范化直接影響矩陣N 表示了各標(biāo)價(jià)指標(biāo)之間的直接影響關(guān)系，但在實(shí)際問題中還需要考慮相互之間的間接影響與相互影響關(guān)系。綜合影響矩陣表示各因素對(duì)系統(tǒng)最終綜合影響水平，其計(jì)算公式如下：

式中：I 為單位矩陣。

（4）確定中心度和原因度。首先分別計(jì)算矩陣T各行ri和以及各列和ci，其中ri為對(duì)應(yīng)指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)的直接影響與間接影響的總和，即為影響度；ci為對(duì)應(yīng)指標(biāo)i 受其他指標(biāo)影響程度的總和，即為被影響度。故中心度ei和fi原因度的計(jì)算公式如下：

其中，中心度ei越大，說明該指標(biāo)在指標(biāo)體系中處于越重要的位置及其所起到的作用也就越大；當(dāng)原因度fi大于0 時(shí)，說明該指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)影響力大于受到的影響，故稱為原因指標(biāo)。當(dāng)原因度fi小于0 時(shí)，說明該指標(biāo)對(duì)其他指標(biāo)影響力小于受到的影響，故稱為結(jié)果指標(biāo)。

（5）計(jì)算整體影響矩陣H。整體影響矩陣的計(jì)算公式如下：

式中：I 為單位矩陣。

（6）建立可達(dá)矩陣D?？蛇_(dá)矩陣D 的建立與閾值λ 的大小有關(guān)，而閾值λ 可通過計(jì)算綜合影響矩陣T所有元素的平均值來得到。當(dāng)整體影響矩陣H 中的元素hij大于閾值時(shí)，則將相應(yīng)的dij判定為1，反之判定為0，故可達(dá)矩陣中的0 和1 可理解為是否可到達(dá)的關(guān)系，其計(jì)算公式如下：

（7）進(jìn)行區(qū)域分解。R（gi）為可達(dá)矩陣D 中第行為1 對(duì)應(yīng)的指標(biāo)關(guān)系，即為指標(biāo)gi所能到達(dá)的其他指標(biāo)；A（gi）為可達(dá)矩陣中第i 列為1 對(duì)應(yīng)的指標(biāo)關(guān)系，即為可以到達(dá)指標(biāo)gi的其他指標(biāo)。設(shè)T（gi）=｛gi∈G｜R（gi）∩A（gi）=A（gi）｝，其中T（gi）是最始發(fā)出層的指標(biāo)集。

假設(shè)存在gk，gt∈T（gi）。當(dāng)R（gk）∩R（gt）=φ 時(shí)，說明存在兩個(gè)互相無法到達(dá)的區(qū)域，并且這兩個(gè)區(qū)域分別從指標(biāo)gk，gt出發(fā)；當(dāng)R（gk）∩R（gt）≠φ 時(shí)，說明這整個(gè)區(qū)域都是可以相互到達(dá)的。

（8）進(jìn)行層級(jí)分解。與區(qū)域分解類似，令S（gi）=｛gt∈G｜R（gi）∩A（gi）=R（gi）｝，則S（gi）為最終接受層的指標(biāo)集。找出S（gi）后，從原指標(biāo)集G1中去掉S1中的指標(biāo)，構(gòu)成新的指標(biāo)集G2，即G2=G1-S1。重復(fù)以上步驟，直到找不到新的S（gi），至此結(jié)束。

（9）進(jìn)行指標(biāo)篩選。首先，互相無法到達(dá)的區(qū)域內(nèi)指標(biāo)需要單獨(dú)選取。指標(biāo)來自不同區(qū)域說明指標(biāo)類型互相不包含，相互之間差異性較大，每個(gè)區(qū)域指標(biāo)需要選擇一個(gè)以上的指標(biāo)。

第二步，選擇來自最始發(fā)出層的指標(biāo)。因?yàn)橥ㄟ^最始發(fā)出層的指標(biāo)可以推理出（到達(dá)）其他指標(biāo)，其具有代表性。而且最始發(fā)出層中任意兩個(gè)指標(biāo)之間沒有影響關(guān)系。

第三步，選擇部分最終到達(dá)層指標(biāo)。最始發(fā)出層指標(biāo)不可以完全代替最終到達(dá)層指標(biāo)，最終到達(dá)層指標(biāo)是整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的精髓的提煉，相比與最始發(fā)出層指標(biāo)，其所包含的信息經(jīng)過了進(jìn)一步的拓展。最后，根據(jù)專家意見對(duì)上述步驟篩選出的指標(biāo)進(jìn)行改動(dòng)。經(jīng)過DEMETAL-ISM 模型以及上述三條原則的篩選可以獲得大部分合理的指標(biāo)，但生態(tài)道路本身具有特殊性，所以應(yīng)在篩選完成前詢問專家意見，根據(jù)意見對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充與調(diào)整。

2 算例分析

2.1 生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)庫的建立

通過采用文獻(xiàn)研究法，利用國內(nèi)外較為權(quán)威的文獻(xiàn)檢索工具收集相關(guān)文獻(xiàn)45 篇，并對(duì)文獻(xiàn)中提出的指標(biāo)進(jìn)行整理與歸納形成較為龐大的指標(biāo)庫[26-45]。在采用系統(tǒng)分析法詳盡分析生態(tài)道路本身系統(tǒng)層次特點(diǎn)的同時(shí)結(jié)合生態(tài)道路的定義與目標(biāo)、生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的目標(biāo)與范圍，將生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)庫內(nèi)的指標(biāo)分為5 大類共計(jì)113 個(gè)指標(biāo)：資源節(jié)約類、生態(tài)環(huán)保類、品質(zhì)建設(shè)類、智慧管理類、服務(wù)人文類。使用調(diào)研研究法以及頻度分析法等方法對(duì)上文搭建的生態(tài)道路指標(biāo)庫內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行初步篩選，同時(shí)注意整理評(píng)價(jià)內(nèi)容相近的指標(biāo)，選取重要指標(biāo)、合并評(píng)價(jià)內(nèi)容相近的指標(biāo)、剔除不重要的指標(biāo)，最后余下69 個(gè)指標(biāo)（見表1）。

表1 初步篩選后的生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

上述通過初篩得到的含有69 項(xiàng)指標(biāo)的生態(tài)道路評(píng)價(jià)體系雖內(nèi)容較為豐富，但因指標(biāo)過多，評(píng)價(jià)工作會(huì)較為繁瑣，有違可操作性原則，故引入DEMATEL-ISM 數(shù)理模型對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的指標(biāo)篩選工作。

2.2 計(jì)算實(shí)例

初步搭建的生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)體系涵蓋69 項(xiàng)指標(biāo)，較好地滿足了全面性的原則，但也因?yàn)橹笜?biāo)數(shù)量大而影響指標(biāo)體系在實(shí)際工作中的實(shí)用性，因此必須對(duì)69 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行篩選，并確保篩選后的指標(biāo)獨(dú)立性強(qiáng)，內(nèi)涵豐富。

本章將以指標(biāo)數(shù)量為15 的“生態(tài)環(huán)?！弊鳛樗憷?，使用DEMATEL-ISM 模型進(jìn)行指標(biāo)篩選工作。

首先邀請(qǐng)專家按照德菲爾法的要求對(duì)生態(tài)環(huán)保分類下的15 項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)間影響力的大小進(jìn)行打分，將問卷調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行整理得到初始直接影響矩陣A（見表2）。

表2 初始直接影響矩陣A

利用式（1）以及初始直接影響矩陣A 建立規(guī)范化直接影響矩陣N（見表3）。

表3 規(guī)范化直接影響矩陣N

基于式（2）、式（3）以及規(guī)范化直接影響矩陣N建立綜合影響矩陣T（見表4）。

表4 綜合影響矩陣T

利利用綜合影響矩陣算出其各行和以及各列和，隨后利用式（4）、式（5）計(jì)算中心度和原因度，可以繪制各指標(biāo)的中心度和原因度分布圖（見圖1）。再利用式（6）建立整體影響矩陣（見表5）。

表5 整體影響矩陣

圖1 生態(tài)環(huán)保初篩指標(biāo)中心度和原因度分布圖

利用整體影響矩陣H 和式（7）算出可達(dá)矩陣（見表6），閾值λ 由計(jì)算綜合影響矩陣T 所有元素的均值得到。

表6 可達(dá)矩陣D

根據(jù)區(qū)域劃分原則，得到生態(tài)環(huán)保指標(biāo)可達(dá)到與可接受分布表（見表7）。易得不存在互不連通區(qū)域。

表7 生態(tài)環(huán)保指標(biāo)可達(dá)到與可接受分布表

4 結(jié) 論

在前文的基礎(chǔ)上，同理對(duì)其他四個(gè)方面的指標(biāo)也通過上述步驟進(jìn)行篩選，選出最具有代表性的指標(biāo)，最終結(jié)果整理如下（見表8），作為生態(tài)道路綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)成。

表8 生態(tài)道路綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

5 結(jié) 語

本文基于調(diào)研研究法收集國內(nèi)外與生態(tài)道路評(píng)價(jià)相關(guān)的文獻(xiàn)資料并形成生態(tài)道路評(píng)價(jià)指標(biāo)庫，將指標(biāo)庫內(nèi)指標(biāo)的評(píng)價(jià)內(nèi)容拆解并結(jié)合頻度分析法初步篩選指標(biāo)形成生態(tài)道路評(píng)級(jí)體系的雛形。利用DEMATEL-ISM 模型分析經(jīng)過初篩的生態(tài)道路評(píng)級(jí)體系中各指標(biāo)間的相互影響關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步篩選指標(biāo)，形成包含五大類、36項(xiàng)具體指標(biāo)的生態(tài)道路綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。