内河绿色船舶综合定量评价体系

2021-03-10王志芳肖曙明罗肖锋

中国航海 2021年1期

喻露, 王志芳, 肖曙明, 罗肖锋

(中国船级社武汉规范研究所，武汉 430022)

近年来，随着国际航运业的不断发展，船舶温室气体和污染物排放对海洋环境的影响越来越大。在此背景下，国际防污染公约和各国船舶排放标准相继出台，排放控制限值不断收紧，各地区结合自身发展和市场需求分析发现,只有发展绿色船舶才能满足各项需求。[1]针对绿色船舶的发展，中国船级社(China Classification Society,CCS)制定并颁布了《内河绿色船舶规范》，对提升我国内河船舶的绿色环保水平起到了积极的引导作用。但是,随着绿色生态发展理念的更新、绿色技术的发展，《内河绿色船舶规范》在提高指标技术要求、丰富前瞻技术储备和采用适用性更佳的评判方法等方面需进一步优化。[2]因此，本文依托CCS《内河绿色船舶规范》2019版升级换版研究项目，开展内河绿色船舶综合评价指标体系和方法研究。结合国内外绿色环保新理念、新技术，采用理论分析方法重塑内河绿色生态船舶规范体系，丰富绿色规范内涵，提升其适用性和科学性。

1 内河绿色船舶综合评价指标体系构建

1.1 评价指标体系的建立

随着绿色船舶研究的逐步深入，清洁能源/新能源、混合动力推进和节能附体等绿色技术[3]在船舶上的应用得到了快速发展。为丰富《内河绿色船舶规范》的绿色技术储备，本文在《内河绿色船舶规范》2018版技术指标的基础上，增加清洁能源/新能源、混合动力等相关技术指标要求，并根据所有指标的特点，将全部指标分为能源属性、环境属性和舒适度属性等3类，最终形成内河绿色船舶指标体系见表1。

表1 内河绿色船舶指标体系

1.2 评价指标权重的确定

一般情况下评价体系内评价指标对评价对象并非同等重要，各单方面的因素表现对总体的影响也不相同。因此,确定评价指标的权重对于评价体系的建立而言较为重要。确定权重的方式有很多，主要包括德尔菲专家评议法、专家调查法和层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)等。本文的评价模型和AHP计算模型有共同之处，因此采用AHP结合专家调研法计算因素权重。[4]

1.2.1确定因素集

因素集为各种指标合集，第1层评价指标有n个，得到指标集

U={u1,u2,…,un}

(1)

式(1)中:ui为第1层的第i个指标集，由其m个子目标决定，ui={ui1,ui2,…,uin}。

一般来说，子目标层指标不宜过多，因此对环境属性的子目标指标进行分类整理，得出评价指标递阶层次结构，见图1。

图1 评价指标递阶层次结构

1.2.2单个专家权重的确定

聘请专家组对上述各层指标的相对重要性进行打分。本文评价绿色船舶涉及整个生命周期，故对来自于造船、航运、研究所和院校等相关单位的共15位专家进行调研，客观地开展相关评价工作。采用1～9的标度方法[5],以某位专家打分为例，根据能源属性、环境属性和舒适度属性对绿色船舶的重要程度，得出第1层指标判断矩阵A1为

(2)

根据AHP原理，对式(2)进行归一化处理，并检验其一致性。最终得到该矩阵特征权重向量为

w=(0.228 5,0.712 1,0.059 4)T，λmax=3.102 0,

CR=0.098 1

(3)

满足一致性要求。

同理，根据专家评价打分得到第2层指标模糊评价矩阵B1、B2和B3，第3层模糊评价矩阵C1、C2、C3、C4、C5和C6，第2层、第3层矩阵对应特征权重向量，有

(4)

w=(0.219 6,0.091 6,0.091 6,0.496 4,

0.063 3,0.037 5)T

(5)

(6)

(7)

(8)

w=(0.443 5,0.122 2,0.122 2,0.312 1)T

(9)

(10)

C5={1},w=(1)T

(11)

C6={1},w=(1)T

(12)

每层矩阵得到的特征向量是该组指标对其上一层中某元素的权重向量。为得到最终各元素最底层中各指标对绿色船舶的排序权重，需进行总的排序，总的排序需自上而下对单准则下的权重进行合成。下层指标权重总的排序为上次矩阵权重与下层矩阵权重之积。因此，根据上述每层特征向量计算各指标总权重，结果见表2和表3。

表2 第2层指标权重总排序

表3 第3层指标权重总排序

1.2.3专家权重的集结

按照1.2.2节的方法处理完15位专家的评价打分并得到不同专家指标权重结果之后，还需集结各专家打分意见，更客观地得到各要素权重值。集结各专家意见可通过几何或者算术方法实现，设为群中n位成员关于指标i的不同判断。对于集结排序，无论是采用算术均值法还是几何均值法集结隔天排序，都是可行的。[6]本文采用算术均值法集结专家意见。假定来自于造船、航运、研究所和院校等单位的相关专家个体权重相等，算术均值法集结式为

(13)

最终得到各要素权重值，并按百分制对应其分值(见表4)。

表4 绿色船舶各指标权重分

1.3 评价体系分值的确定

《内河绿色船舶规范》将绿色船舶分为绿色船舶-1、绿色船舶-2和绿色船舶-3等3个等级，其中部分评价指标(如船舶能效设计指数、振动和噪声等)也具有3个等级。这类指标不同级别的标准不同，取得的分值也应不同。因此，要定量评价某船的绿色等级，必须确定各等级指标和绿色船舶的分值。

1.3.1附加分指标分值的确定

固态粉尘污染控制、散装有毒液体物质污染控制等指标只适用于某一类船型。对此,考虑到当前内河船舶的整体发展水平和清洁能源岸基设施的完善性等因素，将新能源/清洁能源应用等设为附加分项。

表5 附加分指标分值分

1.3.2其他指标分值的确定

考虑到规范法规的延续性，《内河绿色船舶规范》2018版和之前版本中达到绿色船舶-1等级的船舶所得分值应不低于基于本文评价体系所得内河绿色船舶-1的分值。《内河绿色船舶规范》2018版中“绿色船舶-1”强制绿色指标要素见表6。这些指标按权重取得总分值为54.2分，为便于操作，最终取“绿色船舶-1”评价分值为50.0分，每项指标分值按照50.0分/54.2分进行修正，得到新“绿色船舶-1”指标分值见表6。

表6 内河绿色船舶-1各指标分值

根据评语等分原则，最终确定：绿色船舶-1、绿色船舶-2和绿色船舶-3的评份分值分别为50分、70分和90分。

1.3.3分等级指标分值的确定

船舶能效设计指数、制冷剂、灭火剂、振动和噪声等5项指标在《内河绿色船舶规范》中要求分为3个级别，每项各级别指标的分值应确保：

(1)符合等级等分原则；

(2)去掉附加分项，最高等级分值与其余分值之和为100分。这5项指标等级分值见表7。

表7 内河绿色船舶指标等级分值分

1.4 内河绿色船舶综合评价指标体系

通过上述定量评价绿色船舶指标体系，确定各类内河绿色船舶定量评价指标体系见表8。

2 应用实例

以一艘申请内河绿色船舶附加标志的集装箱船为例进行分析，该船的基本尺度为：垂线间长=132.8 m；船宽=22.8 m；吃水=6 m。该船满足《内河绿色船舶规范》2018版绿色指标等级要求，并按全新综合评价体系获得指标分值(见表9)。

由表9可知:若按《内河绿色船舶规范》2018版技术要求，由于该版本采用的确定性规范标准的船舶能效设计指数、制冷剂和灭火剂等指标只满足“绿色船舶-1”等级的技术要求，只能获得绿色船舶-1等级附加标志；若按全新综合评价方法，最终所有指标总分数值为74.16分，满足“绿色船舶-2”等级分值的要求。结果表明,全新综合指标评价方法对于船舶设计单位而言更为合理和灵活。