龍瀛
（北京市城市規劃設計研究院，北京 100045）

　　摘要:城市排水工程規劃對人民生活和社會發展具有重大而深遠的影響，其方案選擇決策存在著因素復雜、影響難以量化、目標不可公度、偏好難以集結等困難，筆者在分析城市排水工程規劃涉及的內容的基礎上，研究了城市排水工程規劃項目決策的特點，針對不同層次、不同類型的城市排水工程規劃問題推薦了不同的決策分析方法。在北京市污水處理廠合理布局規劃項目中，采用多階段交互方法改進的多目標決策理論進行方案的選優，將書面調查法和頭腦風暴法相結合，建立并逐步完善方案評比的指標體系，對所擬定的布局方案進行決策分析。
　　關鍵詞:決策方法；排水系統規劃；多目標決策；北京市；污水處理廠

Decision-making methodology of municipal drainage engineering planning

Long Ying
(Beijing Municipal Institute of Planning and Design, Beijing 100045, China)

　　Abstract: Municipal drainage planning plays an important role for the society, and it is hard to select the planning scenarios for complex influencing factors. Based on the analysis of municipal drainage system planning, features of its decision-making are studied. Various decision-making methods are introduced according to different level planning. In the project of Beijing WWTPs reasonable layout planning, multi-objective decision-making theory, revised with multi-phases and interactive characters, is employed on scenarios selection.
　　Key words:Decision-making methodology; Drainage system planning;Multi-objective decision-making; Beijing city; WWTP

1. 前言

　　城市排水工程規劃是一個涉及面較廣的研究課題，而規劃方案的選擇，往往直接影響到污水處理廠、排水管道和污水提升泵站等構筑物和設備的投資、運行及養護的經濟性，以及城市環境保護、污水和污泥資源利用、占地等諸多方面的因素，對環境質量和人民生活有重大和長遠的影響。這類問題的方案選優，往往是對一個復雜系統進行決策的過程，方案選擇應建立在全面分析、科學判斷的基礎上。這種問題具有綜合性的特點，往往涉及的不僅是經濟問題，還包括環境、技術、社會影響等諸多因素，需要綜合考慮，有時還必須在不同目標間作權衡。
　　但是由于理論和方法上的缺陷，在工程實踐的過程中暴露出一些問題，如環境和社會影響問題、工程設計問題、維護管理問題等等，產生這些問題的原因既有客觀困難：城市排水工程規劃的復雜性、環境問題的復雜性，又有主觀問題：決策過程不規范、決策手段落后、對決策分析過程缺乏重視、理論與實踐脫節。為了解決上述存在的部分問題，筆者總結了與城市排水工程規劃有關的決策問題，歸納了對應于不同決策層次適用的決策方法，提出一種多階段交互的多屬性決策方法，并在北京市污水處理廠布局規劃項目得以成功應用。

2.城市排水工程規劃的決策分析

2.1 決策層次
　　城市排水工程的規劃方案決策不是孤立的，應結合城市工程規劃問題決策分析的層次考慮。城市排水工程的決策可分為三個層次：戰略決策（第一層次）、戰術決策（第二層次）和技術決策（第三層次），不同層次的決策都有相應的最適合的決策方法。
　　第一層次：戰略決策，這是一種宏觀決策，所要解決的問題是協調城市排水工程規劃與其它城市工程規劃之間的關系。這一層次的決策分析要結合各種與排水有關的外部條件提出規劃策略（如目前的排水工程與給水工程規劃聯系日益緊密，一般先綜合考慮整個城市的給排水工程，再單獨考慮給水工程和排水工程），供更高層次的決策者參考。采用的分析方法為費用效益分析、投入-產出分析、多目標決策分析。
　　第二層次：戰術決策，這是一種中觀決策，它是在戰略決策結果的指導下進行的。其任務是在規劃目標基本確定的條件下，尋求實現這一戰略目標的最合適方案。各種多目標規劃與多屬性決策方法、各目標數學規劃方法（主要是最小費用規劃）、網絡方法等都是這個層次決策分析中常用的技術。
　　第三層次：技術決策，可以看作是一種微觀決策，它是在戰術決策結果指導下進行的。其任務是為實施戰術決策所確定的方案選擇和確定最佳的技術措施。選擇最適用的污水處理流程、最合理的排水干管布置方案、最合適的排水體制等屬于技術決策。各種最優化技術和經驗判斷是技術決策的常用手段。
　　城市排水工程規劃的決策一般是按照上述三個層次自上而下進行的。上一層次的決策為下一層次的決策提供指導信息，下一層次的決策為上一層次的決策方案的實現提供保證。同時，下一層次的決策對上一層次的決策也起到反饋作用，可以根據反饋信息對預先的決策方案作出修改。
2.2 決策的特點及難點
　　城市排水工程規劃設計到各個層次的大量決策問題。對于較高層次的規劃方案選擇問題，這類決策具有如下的特點：
　　（1）需考慮外部影響。經濟外部性是造成決策困難的直接原因，外部環境效益和社會效益以及損失難以定量化、貨幣化，環境資源的價值缺乏公認的衡量標準。
　　（2）層次性。規劃方案的決策是一個序貫的過程，包括了大量不同層次的決策問題。
　　（3）群體決策。城市排水工程規劃決策一般采取群體決策的方式。
　　城市排水工程規劃的決策存在以下主要難點：
　　（1）因素復雜。一個城市排水工程規劃方案涉及到多方面的因素。城市規模越大，涉及的問題就越復雜。城市排水工程規劃方案決策涉及生態環境影響、經濟、社會、風險、技術條件等因素，這些因素彼此關聯又相互制約，形成了復雜的關系，求解困難；
　　（2）目標不可公度。決策中既有定量目標，又有定性目標，即使可以定量的目標其量綱也各不相同，不能用一般的數學方法統一衡量；
　　（3）偏好難以集結。城市排水工程規劃往往與多個管理部門有關，如城市排水公司、水務局、城市規劃設計院、政府部門等，對決策目標有不同的認識，在決策過程中不免會形成決策沖突或矛盾，增加決策的難度。
　　以上難點問題并非城市排水工程規劃決策所獨有，不過在此表現得更為突出。傳統決策分析理論已經提出了通過多目標體系、權重和屬性值的分解-綜合，來判斷方案優劣的思想。但城市排水工程規劃的以上難點，使得識別目標、權重和屬性，以及建立綜合評判模型的工作顯得格外困難。
2.3 規劃方案評選決策的基本方法
　　最小費用決策、環境費用效益分析、風險分析和多目標綜合評價是方案評選決策的主要方法。前三種方法都是將方案簡化為單目標決策問題來處理，需要一定的條件。由于城市排水系統規劃方案決策涉及的因素復雜、難以公度，基于多屬性決策理論的方案評選方法是適用的主要方法。在獲得決策方案后，可以就決策方案開展公眾調查和專家咨詢，識別潛在問題，提出修正措施和方案實施的緩解措施。
2.4 改進的多屬性決策方法
　　傳統的決策理論往往假設決策者擁有充分的信息，對于問題本身和客觀環境限制能夠清楚描述甚至完全數量化，決策者所追求的目標明確，不同方案的屬性值可直接計算。然而在城市排水工程規劃的方案決策中，由于因素復雜，決策者可能對問題本身、客觀條件限制、甚至個人偏好都難以清楚了解，對不同規劃方案的性能更是無法直接作出定量判斷。同時不同決策者的認識也不盡一致。難以直接應用傳統的多屬性決策方法。
　　解決上述問題需要通過多個循序漸進的分析階段，逐步識別方案優劣，同時使不同決策者對方案的認識逐步達到一致，作出較為合理的決策。解決上述問題還有賴于決策者和分析者的不斷交流，發揮決策者縱觀全局的特長和技術專家的專業知識。
　　針對城市排水工程規劃的決策問題，可以考慮采用改進的多屬性決策方法，即多階段交互方法。所謂多階段，是指通過一系列循序漸進的過程，識別目標體系和權重，分析方案的屬性，集結不同決策者的偏好，對較佳方案的認識逐步達到一致。所謂交互，是指通過決策者與分析者、不同決策者之間、以及分析者與其他技術專家和公眾的反復交流，既充分體現決策者的偏好，又集思廣益。
　　第四部分的案例主要采用這種多階段交互改進的多屬性決策理論進行決策，具體細節請參見第四部分――案例分析。

3.案例分析

3.1 案例背景
　　北京市由于近年來水價上漲、工業結構調整、節水和污水回用等因素的影響，受北京市規劃委員會委托，清華大學環境科學與工程系與北京市城市規劃設計研究院合作，在2002年對北京市污水處理廠的合理布局及規模（北京市排水系統規劃的一部分）進行研究，在該項目中，主要采用多階段交互方法改進的多目標決策理論進行規劃方案的選優。本研究的技術路線如圖4-1所示。

圖 4.1 北京市區污水處理廠合理規模研究技術路線圖

Fig 4-1 Framework of Beijing city WWTPs scale study

3.2 指標體系建立
　　本次規劃建立評價指標體系時，采用了下列原則：完整性 可操作性 可分解性 無冗余性 盡量減少目標數量。在建立指標體系時，采用書面調查方式征求專家和管理人員的意見，參考了國內外相關研究中所采用的指標體系，從工程經濟、環境影響、工程技術三個方面建立了如圖4-2所示的指標體系。

3.2 指標權重的確定
　　重大工程項目決策的權重識別一般可采用兩種形式：書面調查和訪問調查。書面調查即問卷調查，是一種背對背的調查方式。訪問調查是一種面對面的調查方式，包括個別訪問調查（訪談調查）和會議調查（座談調查）。
　　本次權重調查采用了“背對背”和“面對面”相結合的調查方式。第一次問卷采用“背對背”的調查方式，請專家在對本研究有一定了解的基礎上，對各指標進行打分。第二輪調查仍然采用問卷調查形式，但把第一輪統計的結果及被調查的專家名單反饋給了各位專家。請專家在了解群體意見的基礎上，進行第二次打分。相當于“面對面”調查。采用第二次專家調查的數據，取各指標權重的均值，得到最終權重。各最下層指標的權重為：

表 4.1 　最下層指標權重
Tab 4-1Weight of detailed indexes

最下層指標 權重 1.1.1.1.1管道費用 0.137 1.1.1.1.2污水處理廠費用 0.118 1.1.1.1.3征地費用 0.08 1.1.1.1.4拆遷費用 0.227 1.1.1.2.1污水處理費用 0.096 1.1.1.2.2管道維護費用 0.077 1.1.2.1.1基建費用 0.027 1.1.2.1.2運行費用 0.024 1.1.2.2.1污水資源化經濟效益 0.021 1.2.1.1.1受納水體功能區劃 0.021 1.2.2.1.1居民生活區影響 0.052 1.2.2.2.1景觀影響 0.038 1.3.1.1.1管道系統合理性 0.042 1.3.2.1.1系統安全性 0.039 合 計 1

　　利用統計學公式，得到第一級指標的95%置信度下的置信區間。

　　

　　其中 X為樣本均值，S為樣本標準差，n為樣本個數。t_0.025 為自由度為n-1時的95％ t分布的臨界值。結果如下：

表4-2　 第一級指標95%置信度下的置信區間
Tab 4-2 95% confidence interval of first level indexes

1.1工程經濟目標 μ=0.344±0.039 1.2環境影響目標 μ=0.401±0.040 1.3工程技術目標 μ=0.255±0.024

3.4 指標屬性分析與歸一化
　　然后將各方案歸一化之后的屬性數據輸入CDP軟件，利用專家調查確定的指標權重進行計算，得到各個方案的總價值。
3.5 方案總價值

表 4-3　 各個方案的總價值
Tab 4-3 Final value of each scenario

流域 方案編號 方案名稱 方案描述 總價值 清河
流域 1.1 方案一 清河流域的污水處理系統不處理回龍觀污水 0.72 1.2 方案二 回龍觀污水送入清河污水處理系統 0.69

通惠河
—
涼水河
流域 2.1 方案一 以2002年規劃方案為基礎，在原址建廠 0.58 2.2 方案二 定福莊調入高碑店10萬m³/d,垡頭調入高碑店10.0萬m³/d 0.57 2.3 方案三 從小紅門調入高碑店8萬m³/d 0.59 3.1 方案二 定福莊調入高碑店10萬m³/d,垡頭調入高碑店10萬m³/d 0.7 3.2 方案四 不考慮小紅門向高碑店調水，單獨在鄭王墳建廠 0.71 4.1 方案三 從小紅門調入高碑店8萬m³/d 0.7 4.1 方案五 考慮小紅門調往高碑店8萬m³/d，單獨在鄭王墳建廠 0.71 5.1 方案六 優先考慮滿足吳家村附近地區的回用要求 0.70 5.2 方案七 優先考慮盧溝橋污水處理廠的已建情況 0.71

4.結論

　　本論文對城市排水工程規劃的內容進行分析，并相應對排水工程規劃的不同層次所適用的決策方法進行分析。筆者提出的多階段交互方法改進的多目標決策更適合城市排水工程規劃方案的擇選。北京市污水處理廠合理布局規劃項目采用這種方法進行了污水處理廠規劃方案的選優，被證明較傳統的多目標決策方法具有很大的優勢。這種改進的多目標決策方法，在現實的經濟建設和環境保護中有重要意義，對于解決其它城市工程規劃決策問題（如城市給水工程、電力工程規劃等）以其他領域如環境領域的重大工程決策問題也有參考價值。

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基金項目：北京市計劃委員會項目
作者簡介：龍瀛（1980～ ） 男（漢），吉林四平，北京市城市規劃設計研究院，主要研究方向為城市排水系統規劃、城市生態環境規劃。
通信地址：北京西城區南禮士路60號北京市城市規劃設計研究院規劃研究室　郵編100045
聯系電話：010-68056049　電子信箱：longying02@mails.tsinghua.edu.cn