地铁建设对城市环境的影响研究——基于网络层次分析法的灰色模糊综合评价

刘继才，罗 剑，杨晨辰

（西南交通大学 经济管理学院，四川成都 610031）

一、引言

近年来，随着我国城市化步伐的加快，城市面积不断增大，城市人口急剧增长，城市居民出行更加频繁，许多城市不同程度地出现了交通堵塞状况，特大城市的交通堵塞情况尤为严重。然而，随着经济的不断发展，人们的生活节奏越来越快，对便捷、快速、安全的交通出行方式的需求越来越强烈。发展城市公共交通成为解决这一问题的最佳方法，其中地铁更是受到许多城市的青睐。

地铁在节约资源，改善城市交通、方便居民出行，推动城市经济发展等方面发挥了巨大的作用。然而，地铁项目的建设也会给城市生态和社会环境带来不良影响。特别是我国地铁建设发展迅速，所造成的环境问题更加严重，面临的环境保护任务更加迫切。环境是影响城市发展的主要因素之一，对地铁建设过程中所造成的环境问题进行研究可以明确开发建设者的环保责任，减少建设过程中的环境问题;为地铁工程项目的设计者提出环保建议和要求，为环境管理者提供对地铁项目实施有效管理的科学根据〔1〕。

许多国内外学者对地铁建设过程中造成的城市环境问题进行了研究。Kumar提出要通过适当合理的规划最大限度地减少地铁施工给城市环境带来的负面影响，特别是降低人口稠密区的悬浮颗粒物（SPM）和噪声污染〔2〕。Ghotbi等通过对公众意见的调查，分析了地铁站点间的噪声污染情况〔3〕。Ocak分析了地铁建设过程中造成的交通堵塞、噪音和振动、建筑垃圾、建筑物破坏等问题，并提出了相应的解决方法〔4〕。

张建文和张潞全面阐述了地铁建设对城市生态环境的影响：一方面，他们分析了施工期产生的振动、噪声、空气污染和水土流失等问题对城市生态环境造成的负面影响;另一方面，他们论述了地铁运营期间给城市生态环境带来的诸如促进经济发展、缓解地面交通、改善环境质量等正面影响〔5〕。江家骅等探讨了城市轨道交通规划环境影响评价指标体系，构建了生态环境、声和振动以及电磁环境、资源利用、社会经济4个维度的指标〔6〕。佟玲等运用模糊综合评价方法分析了城市轨道交通建设对城市的影响。他们从房价、轨道交通的其他经济要素、建设期环境影响、运营期环境影响、社会效益5个方面进行评价，将问题进行量化，得出了可度量的结果〔7〕。

通过分析国内外研究成果发现，已有的研究成果都具体分析了地铁建设对城市环境某一方面（如噪声、振动、地下水等）的影响，或将其自然生态环境影响和人文社会环境影响分开来论述，它们构建的地铁建设对城市环境影响的评价体系忽略了对城市居民日常生活产生的直接影响。本文将研究地铁建设时期对城市环境的综合影响，在已有研究成果上建立一套新的地铁建设对城市环境影响的指标体系，该指标体系不仅包括地铁建设过程中造成的各种自然和社会环境问题，还将突出地铁建设过程中对城市居民日常生活造成的直接影响;通过问卷调查，分析地铁施工建设对各指标因素造成的影响程度。基于指标间具有一定的关联性，本文运用网络层次分析法（Analytic Network Process）确定各个指标因素的权重。考虑到研究问题的模糊性与灰色性，本文将采用灰色模糊评价方法（Greyfuzzy Comprehensive Evaluation）对整个指标体系进行评价，从而确定地铁建设对城市环境影响的程度。

二、地铁建设对城市环境的影响指标体系

地铁建设是一项浩大的市政建设工程，由于工程规模大、建设周期长、投资巨大并且建设地点多在人口稠密的繁华城市中心商业区、市民居住区以及车流量较大的交通要道，工程施工期间将对城市环境造成一定的不良影响，给城市居民的学习、生活和工作带来一定不便〔8〕。地铁建设对城市环境造成的影响是多方面、多层次的。陈爱侠等分析了地铁建设过程中产生的噪声和振动、地下水污染、土地资源破坏、大气污染和建筑垃圾堆放等问题〔8〕。张建文和张潞通过调查发现地铁建设施工会占用城市道路，造成交通堵塞，并严重影响市容市貌〔5〕。谭宗平论述了地铁建设过程中的拆迁、商铺营业、破坏建筑物以及占用绿地等现象〔9〕。冀幼平和张海燕强调地铁建设应该着重保护文化古迹和自然人文景观，在线路设计阶段就应充分考虑地下管线的影响〔10〕。侯爱敏和翟青研究了地铁建设阶段和运营阶段对周边房价的影响〔11〕。通过对以上研究成果的整理和归纳，本文将地铁建设对城市环境的影响分为城市生态环境影响、城市行居环境影响和城市文化景观环境影响三类。

1．对城市生态环境的影响

城市生态环境是指影响城市居民生存和发展的各种自然因素，是水资源、土地资源、气候资源和生物资源质量与数量的总称。地铁工程建设规模大、建设周期长，将不可避免的对城市生态环境产生影响，其影响主要体现在五个方面：空气影响、地下水影响、建筑垃圾影响、土体地质影响、城市绿化的破坏。

2．对城市行居环境影响

城市行居环境是城市居民工作学习、社会交往和生活休息的空间场所。地铁建设在影响城市生态环境的同时，更会对城市居民的衣、食、住、行产生影响，打扰市民正常的学习工作和生活休息。地铁建设对城市行居环境的影响主要包括：拆迁影响、沿线房价影响、沿线商铺营业影响、地下市政管线破坏、振动和噪声影响、建筑物结构破坏、道路占用。

3．对城市文化景观环境的影响

城市文化景观环境影响主要体现在两个方面：城市景观影响和历史文化遗产破坏。城市景观是指由街道、广场、建筑物、园林绿化等形成的外观及气氛;文化遗产指是从历史、艺术或科学的角度看，具有普遍价值的建筑物、雕刻、绘画、遗物等文物。

根据以上分析，可以构建如表1所示的地铁建设对城市环境影响的指标体系。

表1 地铁建设对城市环境影响的指标体系

三、问卷调查与数据分析

本文以成都市居民为对象，调查了成都地铁建设过程中对城市环境的影响情况。结合前文构建的指标体系，问卷以14个三级指标设问，采用五级层次（非常严重、较严重、一般、较轻、非常轻）选项。本次调查共发放问卷281份，收回有效问卷240份，问卷有效回收率为85．4%。

（一）问卷的信度和效度分析

运用SPSS 17．0对问卷进行信度和效度分析。信度分析结果中，总量表Cronbach's Alpha系数为0．791，分量表的 Cronbach's Alpha 系数范围为0．764～0．805。国内外学者认为，在检验量表信度时，Cronbach's Alpha系数标准为：0．6 ～0．65（最好不要）;0．65 ～0．7（最小可接受值）;0．7 ～0．8（相当好）;0．8 ～0．9（非常好）〔12〕。由此可知，问卷具有较好的信度。文章采用因子分析法进行效度分析，分析结果中的 KMO系数为0．758，其p值为0．000（小于0．01），达到显著水平;提取出5个公共因子，其累积解释总方差达到 67．296%（大于0．6）;各指标项旋转载荷范围为 0．521 ～ 0．877，且多数超过了0．6，故可判断问卷具有较好的结构效度。

（二）指标选项的频率统计

调查问卷各题项直接反映了地铁建设对城市环境影响指标体系中的第三级指标。对各个题项的选项结果进行频率统计，构造后续模糊评价的评判矩阵（统计结果见表2）。

表2的数据显示：各环境影响指标中，调查者选择影响程度一般与较严重的比例远高于其他选项。

表2 调查问卷题项频率统计 （%）

四、基于ANP指标权重的确定

目前，众多学者采用AHP（层次分析法）确定指标权重。但AHP方法本身有一定的局限性，它假设各个指标都是相对独立的，忽视了指标之间的相互关联。1996年，T．L．Saaty教授在AHP方法的基础上提出了ANP（网络层次分析法），用于解决非独立递阶层次结构的决策问题。

现实中，大部分实际问题和决策问题的元素之间都存在一定的关联，具有内部依赖性和外部依赖性。此时，AHP方法显然已不适用这类问题，采用ANP方法更为有效。ANP方法将系统因素分为控制层和网络层两大部分。控制层类似于一个递阶层次结构，包括目标层和准则层，准则层是相互独立的，并只受目标层的影响。网络层由若干个元素集构成，彼此互不独立，互不隶属，形成相互关联的网络结构〔12〕。图1即为本文构建的基于ANP的地铁建设对城市环境的影响评价模型。

本文根据1～9标度法原理，设计了一份专家权重调查问卷，并邀请了10位相关专家对各个指标的重要性进行了评分。根据评分结果，运用ANP理论，借助Super Decision软件构建了如图1所示的ANP结构模型，并通过软件中提供的两两指标间判断矩阵打分界面计算出各个指标权重结果（见表3）。

从表3可以看出，三类城市环境的重要程度依次为：城市行居环境、城市生态环境、城市文化景观环境。

图1 地铁建设对城市环境影响的ANP结构模型

表3 各级指标相对于上一级指标的权重

五、地铁建设对城市环境影响的灰色模糊评价

地铁建设对城市环境影响的因子众多，涉及面广，是一个多变量、多因素、多层次的等级系统。其指标体系由定性指标构成，其评价结果只能依靠人的主观意识，边界模糊，难以确定。同时，被调查者和专家的个人偏好和知识结构不尽相同，因而导致所收集的数据具有一定的不完全性与不确定性。地铁建设对城市环境影响的问题中既存在模糊性，又具有灰色性。这就要求在评价过程中既要考虑问题的模糊性，又要考虑其灰色性。基于此，本文借助灰色模糊综合评判方法来评价地铁建设对城市环境的综合影响程度。

灰色模糊综合评价则结合了灰色关联与模糊数学理论，是一种在已知信息不充分的条件下，评价具有模糊因素的事物或现象的方法〔13〕。

（一）地铁建设对城市环境影响的灰色模糊综合评价模型

评价指标的信息具有一定的不确定性，常用描述性语言来对应一定的灰度范围，灰度值取［0，1］中的任一值或任一范围表示信息量的多少。以往众多学者按信息量的多少将信息分成：{很充分，比较充分，一般，比较贫乏，非常贫乏}，其相对应的灰度范围为{0 ～0．2，0．2 ～0．4，0．4 ～0．6，0．6 ～0．8，0．8～1}。本文将采用这一分类标准。

1．构建因素集

因素集是由影响评价对象的m个因素组成的集合，由U表示，同时还得综合各个因素的灰度Y。显然，由前文的指标体系可知，本文中的因素集为二层集：

第一层因素：

第二层因素：

2．构建评价集

建立每一个因素所处状态的n种决断的集合，即评价集

本文建立含5个等级的评价集，V={非常严重，较严重，一般，较轻，非常轻}。

3．构建权重集

前文已经基于ANP的方法计算了各个指标的权重qi，但权重集可以看成评价对象与因素集之间的灰色模糊关系。结合权重qi与其对应的灰度ri，构成权重集

4．构建因素评判矩阵及灰色模糊合成

首先，进行单因素灰色模糊评价。单独从一个最底层因素出发进行评价，从而确定评价对象对评价集合V的隶属程度，此过程叫做单因灰色素模糊评价。单因素模糊评价是综合评价的关键，本文是通过统计调查法来确定底层指标的隶属度λ，再进行单因素评价。

其中，λij表示第i个因素的属于第j个等级的可 …能性，是相应指标信息的灰度。其中i=1，2，，m;j=1，2，…，n。引进决策集，使得

5．评价结果处理

上述得到的评判结果向量包含两部分，前一部分是对环境指标的模糊评价，后一部分是对信息完全程度的描述。本文定义一个行向量β=（β1，β2，…，βn），并使得 βj=bj+（1 －yj），j=1，2，3，…，n。βj体现了隶属度越大越好，灰度越小越好的原则，以βj的最大值作为最优评判结果〔14〕。

（二）地铁建设对城市环境影响的灰色模糊计算

根据指标体系，城市生态环境包括五个相关指标：空气影响、地下水影响、建筑垃圾影响、土体影响、城市绿化破坏。本文指标权重根据专家打分计算得出，故可认为这部分信息很充分，本文假设所有指标的灰度值都为0．1。对于城市生态环境，该5个指标构成的权重集为

分析以往研究中环境评价指标选取的情况，某项指标被选用的次数越多，可认为该指标的信息越充分。综合上文的统计分析结果，可构建城市生态环境的评判矩阵为：

处理结果为：

根据最大隶属度原则，可以判断，地铁建设过程中对城市生态环境的影响程度一般。

同理，城市行居环境影响灰色模糊评价结果β2以及城市文化景观环境影响评价结果β3分别为：

根据最大隶属度原则，地铁建设对城市行居环境有较严重影响，对城市文化景观环境影响一般。

六、结论

基于ANP方法确定指标权重，充分考虑了指标间的相互关联，使权重计算结果更加科学。运用灰色模糊综合评价法分析地铁建设对城市环境的影响，既解决了问题的模糊性，又兼顾了信息的不完全性，使评判结果更加客观可信。评价结果表明，地铁建设对城市行居环境有着较为严重的影响。此外，由文中的权重计算结果可知，三类城市环境的重要性依次为：城市行居环境、城市生态环境、城市文化景观环境。这说明地铁建设期间，建设者更应该考虑到项目对城市居民衣、食、住、行等日常生活带来的影响，并采取相应措施降低项目对城市环境造成的负面影响，为地铁建设创造一个和谐有利的环境。

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