基于组合赋权的TOPSIS法在清洁生产中/高费方案研选中的应用

郑海军 ，李香梅 ，王 玮，徐彩平

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.国家金属矿山固体废物处理与处置工程技术研究中心，安徽 马鞍山 243000）

目前，在清洁生产审核方案的研选中主要采用的是《企业清洁生产审核手册》中推荐的权重总和计分排序法。由清洁生产审核实践和分析可知，目前的方法存在人为主观性较大、未考虑各指标的重要性以及难以对各方案做出综合定量等问题，给清洁生产审核方案的研选带来较大的困难。

为了克服当前方案研选中存在的不足，一些专家学者进行了积极的研究: 韩自强等将基于熵权的TOPSIS法应用于“机械加工绿色工艺方案决策”中减小人为赋权的主观性影响的同时，避免指标权重分配的均衡化；刘启承将灰色关联度分析法应用于“水泥行业清洁生产方案研选”中，克服了权重总和计分排序方法的人为主观偏好影响，同时实现了对一些定性指标的定量或半定量化，最终得到了定量化的评价结论；段然等将多层次灰色综合评价方法应用于某“电镀厂方案筛选”中，克服评价过程中人为主观性过大的问题，同时对各评价方案给出了定量的结论。但由于上述研究都主要侧重于用一种较为客观的评价方法来克服原有方法中人为主观性偏好性的不足，往往又会造成评价结果与实际不符。因此，在清洁生产评价过程中既要充分发挥行业专家、清洁生产审核人员的作用，又要客观考虑各评价因子的内在联系。为此，本文在参考现有清洁生产方案研选指标的基础上建立了清洁生产方案评价指标体系，运用组合赋权法确定各指标的权重，然后基于TOPSIS 法建立了基于组合赋权的TOPSIS 法的评价模型，并以某火电企业清洁生产方案研选为例，进行了实例分析。

1 基于组合赋权的TOPSIS 法清洁生产方案评价模型的建立

1.1 基于组合赋权的TOPSIS法评价指标体系的建立

在清洁生产方案筛选中涉及到的因素较多，经过对诸多因素分析比较和在参考《企业清洁生产审核手册》的基础上，选择对方案评价影响较大、具有普遍性的经济因素、环境因素和技术因素作为清洁生产方案评价的准则层。经济指标选取了年净现金流量/总投资费用、投资回收期、内部收益率这三个指标作为清洁生产方案经济评估的指标。由于任何一种清洁生产方案都应该具有显著的环境效益，环境评估是方案可行性分析的基础；环境效益选取污染物削减量、方案实施后产生环境效果和对员工工作环境的改善程度。由于各清洁生产方案削减的污染物性质、数量大多不同，无法直接进行比较，因而采用方案污染物的削减比例来代替污染物的绝对削减量，因此，确定将方案污染物削减的比例、方案实施后产生的环境效果以及对员工工作环境的改善程度三个指标作为清洁生产方案环境评估的指标。在技术指标的选取上，主要考查了方案的技术成熟性、实施难易程度、技术先进性三个指标。清洁生产方案评价指标设计见表1。

表1 清洁生产方案评价指标体系

1.2 基于组合赋权的TOPSIS法评价步骤

根据所建立的指标体系，分别运用主观赋权的层次分析法和客观赋权的熵值法，并按照离差平方和最大的原则确定组合权重，最后用TOPSIS 法对各清洁生产方案进行排序，从而筛选出最佳可行性方案。

1.2.1 层次分析法确定各指标的主观权重

层次分析法本质上是一种决策思维方式。利用AHP方法进行权重计算，最终得到各层次因子的权重，结果如表2、表3。

表2 1～9标度的含义

表3 评价随机一致性指标

1.2.2 熵权法确定各指标的客观权重

设X（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）为第i个方案的第j个指标的观测数据，用熵权法确定指标权重的步骤如下：

（1）计算各指标熵值e，为第j个评价指标的熵值，则熵值e的计算过程如下：

（2）计算各指标的权重，设

w

为第j个指标的熵权，则指标的熵权为：

1.2.3 基于离差平方和的最大的组合赋权

假设某个多属性决策问题，对n个属性有两种赋权方法，指标组合权重

W=

[

w

,w

,…w

]，W为两种赋权方法组合后第j 个指标权重。W为主观权重W和客观权重W的线性组合（j=1，2，…，n），即：

其中，

θ

为主观权重占组合权重的比例；W为第j个指标的层次分析法权重；

θ

为客观权重占组合权重的比例；W为第j个指标的熵权法权重。

由于加权向量一般都满足归一化约束条件，因此可按以下公式进行归一化处理：

1.2.4 TOPSIS法对各方案进行评价

（1）无量纲化。设

x

为第i个方案第j个指标的值，则可按下列公式进行归一化：

（3）确定评价对象的理想解和负理想解

根据各指标的属性，对于效益型指标选取各指标最大值，成本型指标选取最小值，组成方案的理想解，效益型指标选取各指标最小值，成本型指标选取最大值，构成方案的负理想解。

1.2.5 计算各评价对象与理想解的距离

1.2 .6 计算评价对象与理想解的贴近度

设

c

为第

i

个方案与理想解的相对贴近度，则：

根据相对接近度大小排序，

c

越大表明第i 个方案的TOPSIS 评价值越接近最优水平，因此选择

c

值最大的方案作为最佳可行性方案。

2 实例分析

安徽某火电企业经首轮清洁生产审核共产生清洁生产方案31项（无低费方案25项，中高费方案6项），经初步筛选后剩下待比较的中高费方案5项，分别是方案1：6#机组除尘系统改造；方案2：引风机变频改造；方案3：5#机#3 高加更换；方案4：5#、6 机凝汽器加装抑菌除垢系统；方案5：冲灰水回收利用。对各方案相关指标数据经处理后如表4所示。

表4 各备选方案技术、环境、经济指标数据

2.1 计算过程

2.1.1 计算各指标相对方案综合评价目标的权重值

各指标相对方案综合评价目标的权重值，W按下列公式计算：

经计算，可得到综合评价各指标的权重值W。

2.1.2 熵权法求各指标的客观权重

将表4 中的数据代入式（3）～（5）中，得到各指标的客观权重：

2.1.3 基于离差平方和的最大组合赋权

经归一化后可得到各指标的组合赋权值。

2.1.4 TOPSIS法对各方案进行评价

（1）标准化数据加权

将表4中的数据代入式（6）中，进行无量纲化，计算结果代入式（7）中得到加权后数据，列入表5中。

（2）求理想解

（3）计算各方案与理想解的距离

根据各指标的属性，按照正向指标选最大值作为理想解，负向指标选最小值作为理想解，确定各指标的理想解和负理想解，列入表5中。

将表5中的数据代入式（8）～（10）中，得到各方案与理想解的“垂面”距离及最终各方案综合排名结果，列入表6中。

表5 各备选方案指标标准化数据、权重及理想解

从表6的评价结果可以看出，方案5与理想解的距离

d

最大，因此，方案5（冲灰水回收利用）为企业本轮清洁生产审核最佳可行性方案，应予以优先实施。在经济及其他条件允许的情况下依次应实施的方案为：方案4（5#、6机凝汽器加装抑菌除垢系统）、方案1（6#机组除尘系统改造）、方案3（5#机#3高加更换）、方案2（引风机变频改造）。

表6 各方案与理想解的距离di 及最终各方案综合排名

2.2 结果分析

从技术评估结果上看，各方案技术评价结果都比较接近，都能较好地满足方案实施的条件，不存在技术实施比较困难的项目，因而各方案在技术上都是可行的。

从环境效益评估角度看：方案5（冲灰水回收利用）每年可以回收50%以上的灰水，同时减少了废水排放；方案1（6#机组除尘系统改造）可以提高除尘系统的除尘效率，每年可减少粉尘排放量212 t，同时改造实施后还能减少企业的引风机变频改造能耗，相应的也会减少一定量烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放；方案2、3、4通过引风机变频改造、5#机#3高加更换、5#、6机凝汽器加装抑菌除垢系统减少企业电耗，相应的也能减少一定废弃物的排放。从环境效益看，方案5 削减的污染物最多，产生的环境效益也最好；方案1 也能产生比较好的环境效益；方案2、3、4 环境效益比较接近，都能产生一定的环境效益。

从经济效益评估角度看：方案4 的经济效益最好，方案3、2其次，方案5、1稍差，但各方案的投资回收期均小于定额投资回收期，且净现值均大于零，因而各方案在经济上都是可行的。

从综合评价结果看：方案5 为最优方案，方案4 其次，方案1、3再次，方案2排名最后。从技术、经济角度看方案5 较方案4 要差一些，但是方案5 在环境效益上要明显高于方案4 和其他几个方案，同时各方案在技术、经济上评估上都是可行的。在技术评估可行的基础上，既突出强调各方案的环境效益，又充分考虑各方案的经济效益，体现了清洁生产审核“节能、降耗、减污、增效”的思想，因此基于组合赋权的TOPSIS法的评价模型确定方案5 要优于方案4是科学合理的；从环境效益看方案 4 较方案 1、2、3 要差一些，但是方案 4 的经济效益要远大于方案1、2、3，综合环境和经济效益确定方案4要优于方案1、2、3，体现了基于组合赋权的TOPSIS法的评价模型在方案筛选中的综合性，也体现了清洁生产“增效”的思想；虽然方案2、3在经济上要优于方案1，但是方案1在环境效益上明显优于2、3两个方案。在技术可行的基础上，综合考虑方案的环境和经济效益，确定方案1优于方案2和3也是比较合理的。

3 结论

清洁生产方案的研选涉及到经济、技术、环境等诸多方面的因素，在清洁生产方案的评价中必须综合考虑各因素的影响以及各影响因素的权重。将基于组合赋权的TOPSIS 法用于清洁生产方案的研制中，既充分发挥行业专家、清洁生产审核人员的作用，又要客观考虑各评价因子的内在联系，使评价结果更加科学和合理，为清洁生产方案研选提供了一种更为合理的方法。