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基于TOPSIS模型的海绵小区绩效评价模型构建与应用
作者: 发布时间:2021-05-28

0引言

海绵城市是实现城镇化和生态环境协调发展的重要途径,更是生态文明建设的重要组成部分[1]。海绵城市即城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市主张采用低影响开发技术和设施[2]。随着经济社会的发展和城镇化进程不断加速,建设低影响开发的海绵城市、实现城市与环境资源的协调发展,已经成为当前我国城市建设的重要内容[3]。依托建筑与小区、绿地与广场、道路、城市水系等多种基础设施,实现“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”[4]。海绵城市建设是一项复杂的系统工程,但其产出和影响是通过一项项具体的海绵设施建设及运行发挥作用为基础的[5]。海绵城市作为一种生态型的建设开发理念,无论是从海绵城市建设还是后续运营维护管理角度,都应有序推进海绵城市建设,确保海绵城市建设成效,因此海绵城市建设效果评价显得尤为重要[6]。目前国内开展了大量的理论研究和工程实践[7-8],取得了富有成效的生态效益、社会效益,但是对于海绵城市绩效评价的量化评价相对较少。本文采用TOPSIS模型分析方法,构建绩效评价指标体系,对海绵小区的建设、管理进行定量评价,以期为海绵城市建设和管理提供技术支撑。

1研究方法

1.1建立评价指标体系

本文参考《海绵城市建设绩效评价与考核办法》、《海绵城市建设评价标准》(GBT51345-2018)等标准规范,借鉴了国内学者的研究成果[3,5,9-10],同时考虑指标的客观性、科学性和可操作性,从控制指标、措施效果、运行维护、公众参与等4个维度,筛选出20个评价指标构建了评价体系(表1)。

1.2确定指标权重

采用层次分析法(AHP)确定各层指标权重。AHP法是一种能将复杂模糊的问题采用定性与定量分析相结合进行多准则决策的分析方法,可根据决策目标将复杂问题条理化、层次化后,由高到低构建目标层、准则层和指标层的组合全排列的评价指标体系[11],再按1~9标度法原理对各评价指标赋值,进而确定各指标的权重。该方法已应用于多种评价模型,本文不再赘述计算过程。

经计算,海绵小区绩效评价模型的一致性比例为0.0385,小于0.1,表示判断矩阵的一致性可以接受。

图片1.png

表1  海绵小区绩效评价指标体系与指标权重汇总表

目标层准则层指标层指标权重计算说明评价范围指标属性

海绵小区绩效评价控制指标

(0.2164)C1绿地率0.0211绿地率=绿地面积/用地面积×100%12%≤C1≤30%

C2透水铺装率0.0628透水铺装率=透水铺装面积/硬化地面总面积×100%70%≤C2≤100%

C3下凹式绿地率0.0192下凹式绿地率=下凹式绿地面积/绿地总面积×100%50%≤C3≤100%

C4硬化地面控制率0.0151硬化地面控制率=不透水材料硬化地面面积/外环境总面积的百分比×100%,其中:不透水硬化地面主要包括硬化不透水的沥青、混凝土路面、停车场、广场等,外环境总面积指项目区内除建筑设施占地以外的区域面积山区0%<C4<25%;平原区0%<C4<30%

C5绿化屋面率0.0088绿化屋面率=绿化屋面面积/屋面总面积×100%0%≤C5≤100%

C6雨水积蓄池有效容积比0.0894雨水积蓄池有效容积比=有效容积/应配建容积×100%,每千平方米硬化面积配建调蓄容积不小于30立方米的雨水调蓄设施0%≤C6≤100%

措施效果

(0.5791)C7年径流总量控制率0.0581年径流总量控制率=(1-径流系数)×100%新开发区域85%≤C7≤100%;其他区域70%≤C7≤100%

C8年SS总量控制率0.0235年SS总量去除率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率新建小区70%≤C7≤100%;改扩建小区40%≤C7≤100%

C9外排雨水流量径流系数0.1492外排雨水流量径流系数=外排雨水流量/径流总量已建城区0≤C9≤0.5;新开发区0≤C9≤0.4

C10内涝防治0.1709内涝防治能力达到《室外排水设计规范》(GB 50014)与《城镇内涝防治防治技术规范》(GB 51222)要求。根据实际效果评分0~10分0≤C10≤10

C11路面积水防治0.0583灰色设施、绿色设施合理衔接,滞峰、错峰、削峰作用明显;小时降雨量45mm表面不产生径流。根据实际效果评分0~10分0≤C11≤10

C12径流峰值控制0.0421雨水管渠及内涝防治设计重现期下,新建项目外排径流峰值流量不超过建设前;改扩建项目外排径流峰值流量不超过更新改造前。根据实际效果评分0~10分0≤C12≤10

C13雨水资源利用率0.0770雨水资源利用率=雨水资源利用量/降雨总量。收集并用于道路浇洒、绿地灌溉、空调冷却等市政杂用的雨水总量(不包括汇入景观、水体的雨水量和自然渗透的雨水量,与年均降雨量的比值或雨水利用量替代的自来水比例等0%≤C13≤100%

运行维护

(0.1439)C14管理制度0.0080管理规范,标识明显,各项设施能够正常发挥功能。根据实际效果评分0~10分0≤C14≤10

C15人员保障0.0105岗位设置、人员配置合理,岗位培训、考核和激励措施有效。根据实际效果评分0~10分0≤C15≤10

C16资金保障0.0346资金充足到位,能够保障各项设施的日常运行维护和正常运转。根据实际效果评分0~10分0≤C16≤10

C17设施检修率0.0121设施检修率=检修的设施数量/总设施数量0≤C17≤100%

C18维护频次达标率0.0787维护频次达标率=达到指南要求维护频次的设施数量/总设施数量0≤C17≤100%

公众参与

(0.0606)C19公众参与度0.0152公众在海绵设施维护过程中的参与程度0≤C19≤100%

C20公众满意度0.0454公众对于各项海绵设施功能的正常发挥及运营维护状态的满意程度0≤C20≤100%

1.3TOPSIS模型构建

TOPSIS模型是通过计算评价对象与最优解和最劣解之间的欧式距离,获得评价对象与理想解的贴近度,对评价对象进行相对优劣评价。若评价方案最靠近正理想解同时又远离负理想解为最好,反之为最差。正理想解是一个设想最优解,其各个指标均达到最优;负理想解是设想最劣解,其各项指标均为最差[12]。该方法被广泛用于生态环境领域的绩效评价,比如:生态补偿制度绩效评价[13-14]、生态敏感性评价[15]以及城市防洪体系综合评价[16]等。本文利用TOPSIS模型的算法原理,计算海绵小区绩效评价指标值与理想解的贴近度,并将其定义为海绵小区的绩效评价水平,进而进行相对优劣评价。计算步骤如下:

(1)构建综合评价矩阵

设决策问题有A1,A2,…,Am共m个待选评价方案,每个方案有X1,X2,…,Xn共n个衡量方案性能的评价指标,则综合评价矩阵为Xm×n:


式中xij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)为第i个方案中第j个评价指标赋值。

不同指标具有不同的量纲、数量级等差异,本次采用极值法对原始数据进行标准化处理,得到标准化矩阵Y=[yij]m×n,需要进行标准化处理,

正向指标:                         (3)

负向指标:                      (2)

式中,yij表示标准化后的指标值,xij表示第i个方案中第j个指标的实际值,maxj和minxj分别表示j指标的最大值和最小值.

(2)计算欧氏距离

TOPSIS法决策的关键是计算评价方案与正、负理想解之间的欧氏距离,其计算公式为[11]:

                            (3)

                          (4)

式中Si+、Si-(i=1,2,…,m)分别为评价方案与正、负理想解之间的欧氏距离;yj+、yj-(j=1,2,…,n)分别为正、负理想解所对应元素值;yij为xij经无量纲化处理和权重系数修正后所得值。

(3)综合评价模型

综合评价采用评价方案与正理想解的相对贴近度进行评定,相对贴近度计算公式为:

                            (5)

式中Ti(i=1,2,…,m)为评价方案与正理想解的相对贴近度值。表示该海绵小区的绩效评价水平与最优绩效的贴近程度。贴近度值0≤Ti≤1,当待选评价方案越趋近正理想解时,Ti越大越接近1,海绵小区绩效评价水平越高,反之越低。

1.4障碍度模型

在绩效评价基础上,本文引入了障碍度模型,用于诊断影响海绵小区绩效评价水平的主要障碍因子,有利于针对性的提高海绵小区绩效水平。具体方法是通过引入因子贡献度、指标偏离度和障碍度3个指标进行分析诊断[17]:

                            (6)

                            (7)

式中,Oj为障碍度,表示为单项指标j对海绵小区绩效评价水平的影响程度;Ij为第j项指标的偏离度,表示单项指标与海绵小区绩效评价水平最佳目标之间的差距;yj为第j项指标的标准化极值;wj为第j项指标的权重值。

2实例应用

本文所引用实例位于北京市丰台区王佐镇,项目建设用地面积10.67hm2,建筑面积13.33万m2,建筑密度为22.8%,容积率为0.9,绿地率30%。该项目于2016年1月开工,2019年3月完工。建设过程中,配套建设了下凹绿地、透水铺装、雨水积蓄池等海绵设施;运营期,建立了海绵设施管护制度,并设置了专人专岗进行日常管理。通过设计、施工资料分析,结合实地调查及问卷回访,得到了评价体系所需的基础数据,并进行标准化处理,结果见表2。

表2  实例项目评价结构汇总值

目标层指标值权重实例项目赋值

C1绿地率12%≤C1≤30%0.0211 30%

C2透水铺装率70%≤C2≤100%0.0628 95%

C3下凹式绿地率50%≤C3≤100%0.0192 90%

C4硬化地面控制率山区0%<C4<25%;平原区0%<C4<30%0.0151 10%

C5绿化屋面率0%≤C5≤100%0.0088 30%

C6雨水积蓄池有效容积比0%≤C6≤100%0.0894 100%

C7年径流总量控制率新开发区域85%≤C7≤100%;其他区域70%≤C7≤100%0.0581 90%

C8年SS总量控制率新建小区70%≤C7≤100%;改扩建小区40%≤C7≤100%0.0235 90%

C9外排雨水流量径流系数已建城区0≤C9≤0.5;新开发区0≤C9≤0.40.1492 0.35 

C10内涝防治0≤C10≤100.1709 9.0 

C11路面积水防治0≤C11≤100.0583 9.0 

C12径流峰值控制0≤C12≤100.0421 9.0 

C13雨水资源利用率0%≤C13≤100%0.0770 90%

C14管理制度0≤C14≤100.0080 9.0 

C15人员保障0≤C15≤100.0105 9.0 

C16资金保障0≤C16≤100.0346 9.0 

C17设施检修率0≤C17≤100%0.0121 90%

C18维护频次达标率0≤C17≤100%0.0787 90%

C19公众参与度0≤C19≤100%0.0152 90%

C20公众满意度0≤C20≤100%0.0454 90%

3结果分析

3.1海绵小区绩效评价结果

本次评价赋值过程中,正理想解是指各个指标的最优状态、赋值为1;负理想解则指最差状态,标准化处理后负理想解均为0。经计算,实例项目的综合评价贴近度值Ti为0.73,趋近于正理想解1.0,说明实例项目的海绵建设绩效水平较好。评价模型、分析结果总体能够较好的反映海绵小区建设、管理的真实水平。

3.2障碍因子诊断

为进一步提升海绵小区的建设、管理水平,本文引入了障碍度诊断模型,以期为提升海绵小区绩效评价水平提供决策参考。根据公式(6)~(7)计算得出绩效障碍指标,结果如图1所示。可以看出,在此次的海绵小区绩效评价模型中,外排雨水流量径流系数、内涝防治是影响绩效评价水平的关键指标,也是后续同类项目建设过程中应充分重视的关键问题。


图1  海绵小区绩效评价指标障碍度对比图

4结论与讨论

(1)海绵小区绩效评价属于多因素、多指标的复杂决策问题,本文从控制指标、措施效果、运行维护、公众参与等4个维度,筛选出20个评价指标,采用TOPSIS方法构建了评价模型,并通过实例项目进行了分析验证。

(2)实例项目的综合评价贴近度值为0.73,趋近于正理想解1.0,说明实例项目海绵小区建设、管理的绩效水平较好。通过障碍度计算,可以看出外排雨水流量径流系数、内涝防治是影响绩效评价的关键指标,也是后续同类项目建设过程中应充分重视的关键问题。

(3)本文属于探索性研究,该评价方法简便易行。评价模型、分析结果总体能够较好的反映海绵小区建设、管理的真实水平。但仍需进一步对评价体系、指标权重等相关内容进行系统深入研究,以期对指标的合理性和科学性进行验证或完善和修正。


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