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[摘 要]港口选址是涉及多种因素、约束条件、目标要求下的复杂决策过程，这些因素之间在做两两比较时其相对重要程度又具有较大的模糊性、相对性，这给决策带来了难度。本文运用AHP-fuzzy theory，对新建港口选址的方案进行选优。并通过实例验证该方法的适用性，为决策者提供直观、可靠的参考。本文虽然以港口选址为基础，但所提出的方法亦可有效地运用于其他工程的决策、评价和选优上。
[关键词]AHP-fuzzy theory；港口选址；模糊理论；方案选优
中图分类号：U651 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0363-02
一、概述
随着我国海洋强国战略的进一步落实，“一路一带”建设的有序开展，港口作为海陆交通的枢纽，各种交通工具转换的中心，其数量正迅速增加。港口建设不仅投资大、工期长、施工困难，并且对自然、社会、经济都有着较大的影响，因此港口的选址方案合理与否便显得尤为重要。
层次分析法 （AHP） 是由美国著名运筹学家T.L.Saaty在20世纪70年代提出的一种简便、灵活而又实用的系统工程方法[1]。它能将难以定量分析的总目标分解为可精确化、定量化的子目标，并结合专家意见和分析者的客观判断结果，使问题得到有效解决。
模糊理论（Fuzzy Logic）是在美國加州大学伯克利分校电气工程系的L.A.zadeh（扎德）教授于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的[1]。模糊理论是根据模糊集合（fuzzy set）为基础，存在产生模糊现象存在的客观事实，并以处理概念模糊不确定的事物作为研究目标，并通过模糊数学将其量化成计算机可以处理的讯息参数。它通过模拟人类作判断的特征来处理决策目标具有不确定性、信息不全、且难以量化的问题。
二、不同类型港口选址决策主要因素分析
港口选址涉及较多因素，其大致可分为：自然条件、经济条件、城市条件和技术条件四个方面。
1、自然条件包含的子因素有：气象条件、海象条件、地形地质。气象海象中，风力及风向对船舶航行和港区作业都有较大的影响，而海浪海流和潮汐也与码头港池安全有密切联系。此外港口选址还应注意到最基本的陆域地形地质和水域水深条件。广阔的水域，富余的水深，优良的地址是建好港的必要条件。
2、经济条件包含的子因素有：腹地范围、工程造价、经济效益。新建一座港口应结合当地的经济发展状况、区位优势、未来发展趋势从而确定港口腹地范围。因受其地质地形，气象海象的影响，港址方案的不同，工程造价也会有较大差别。港口的建设，应尽量产生较大的经济效益、实现经济总量的扩大、经济腹地的延伸，增强城市的服务功能和聚集辐射能力。
3、城市条件包含的子因素有：基础设施、多式联运联接便利性、环境影响。港口基础设施包括港址所在地区供电供水通讯的能力。港口作为交通的枢纽，其只有与铁路、公路、航线、内河航道、管道线路等便利的联接才能确保港口运营的顺利，增加港口盈利能力。任何工程都必须考虑其对环境的影响，这是区域可持续发展的重要保障。
4、技术条件包含的子因素有：施工方案、施工条件、进度计划。施工方案应结合港址的实际地质地形、气象海象等自然条件，整合工程施工队所拥有的技术设备、技术人员，分析出现的技术难题等要素而做出决策。
三、基于AHP-fuzzy theory的港口选址综合评价步骤方法如下[1]：
步骤一：建立层次结构分析模型
通过对港口选址的信息广泛采集，进行比较、筛选、分析处理，根据系统各层级影响因素建立指标体系层次分析结构模型[2]。层次结构的递阶层次分别为：最高层（目标层），中间层（一级指标，二级指标），最底层（方案层）。根据结构分析模型构建港口选址的层次结构分析模型。如下表1
步骤二：建立评价体系各层次的比较判断矩阵和计算各因素的权重.
由于港口选址评价中各个因素程度不同，采用九标度法[4]，如表2：
通过两两矩阵元素的比较构造各层次的判断矩阵，在由运算可得到一级指标权重和二级指标的各个权重
步骤三：一致性检验
使用AHP法判断矩阵的一致性检验非常重要，用于判断矩阵是否满足关系。
为了检验矩阵的一致性，需要计算他的一致性指标CI，根据计算公式[4]：
（为判断矩阵中的最大特征向量，n为矩阵阶数） （1）
由一致性指标表[3]（表3），得到平均随机一致性指标RI。CI、RI称为判断矩阵的随机一致性比例。记为CR，根据计算公式：
CR=CI/RI≤0.10 （2）
表示符合一致性，否则需对判断矩阵进行调整。
步骤四：层次总排序，方案优选[4]
最后将所有指标对方案层进行总排序，先对各项因属进行等级评定确定评价集V=（差，较差，一般，好，很好），在通过专家评级方法，对二级每块指标
进行评价，评估统计出各项指标的模糊选择，模糊矩阵为R，在按照建立的Fuzzy模型计算评价矩阵。
对于Ⅱ级的评价体系：
（3）
对于Ⅰ级的评价体系：
·Si （4）
S是评价结果的向量，它反映了该方案总体上对评价语系V中各个模糊子集的隶属程度。最终依据最大隶属度原则，根据权重最大的确立此港口的评价等级。
四、古雷港港口选址分析
漳州古雷港区是福建重点发展的港口，古雷港区某液体化工码头有若干个备选方案，我们需要从中选出最优方案。文章以古雷港为南二港口为例，分析其综合选址因素，为漳州古雷港发展前景和能力预测与决策提供理论支撑。
（1）根据《古雷港区泊位通航安全影响论证报告》、《厦门港古雷航道总平面布置图》、《中国国际工程咨询公司关于古雷液体化工码头工可评估报告》以及对古雷港区的实地调研数据分析，由系统各个阶层之间的关系，建立如下五组判断矩阵。 关于港口选址的因素条件两两比较矩阵
关于“自然条件”的两两比较矩阵
关于“经济条件”的两两比较矩阵
关于“城市条件”的两两比较矩阵
关于“技术条件”的两两比较矩阵
（2）一致性检验
根据公式（1）（2）可进行一致性检验
通过检验一致性可知，结果符合标准
（3）上述通过AHP方法获得评价指标的权重，并且各项指标均通过了一致性检验，接下来通过专家打分法获取评价集数据，对专家的评估模糊结果，依据公式（3）（4），从而建立Fuzzy模型进行计算。数据见表4
运用公式（3）对各项指标进行模糊计算，获得综合模糊评价。例如对于自然条件：
同理可以计算出：
接著运用公式（4）对Ⅰ级指标的模糊计算结果：
（4）根据最大隶属度原则判断出结果
依据最大隶属度原则，选择综合权重最大的0.3301，据此推断古雷港综合竞争力“较好”，并根据上诉分析得出该港址的“自然条件”与“经济条件”较好，而“城市条件”与“技术条件”相对较弱，为此可通过加强基础设施建设，加大政府投资发展力度，实施政策优惠，项目建设引进更为专业的工程施工管理团队等措施加以改进。
根据中国国际工程咨询公司的“关于漳州港古雷港区南2#液体化工码头项目（申请报告）的核准评估报告”，古雷港区掩护条件良好；悬移质含沙量低，港池、航道回淤量少；地质地层简单，无不良地质现象；港区拥有良好的深水岸线资源；港区建设可促进漳州石化产业发展、完善福建省石化产业布局，同时为保证进出港船舶安全运行，应抓紧解决古雷作业区本项目港池以北一定范围内的水产养殖设施的搬迁问题等。这与综合评价结果拟合较好，证明该方法较为准确地评估了工程方案的可行性、整体竞争力，同时也可借此分析方案存在的缺陷，并加以优化。
五、结论
虽然还有部分工程风险因素未能被量化评估，但通过算例可以证明，其最终结果仍能比较客观地反应工程实际。此为AHP-fuzzy theory层次分析法的一大优点，将目标分解为多个目标或准则，再通过两两因素比较，确定较为准确的相对重要性权数，并通过一致性检验，以辨识评判结果的逻辑合理性。最终运用模糊计算获得综合模糊评价。除此之外，此方法还具有科学、简便、工作量小、消耗人力物力较少等优点，因此，其不仅适用于港址选择，若将评价指标做一变化，同样适用于其他大型工程的选优决策。
但对于权重的确定，目前大多由专家凭经验给出，存在人为主观性较大的缺点，可能导致评判结果的出入，为此可在专家评估环节中，多邀请经验更为丰富的专业人员进行评价，扩大样本空间，收集更为准确的工程因素分析数据，利于工程评价，方案选优。
对于AHP-fuzzy theory层次分析法今后可在工程适用范围和如何减小人为主观性方面继续研究。
参考文献
[1]张琳，黄黎平，叶芬芳.基于模糊层次分析法的港口选址评价[J].中国水运，2006（09）：29-31.
[2]王振，李学工.基于FAHP-模糊层次分析法的港口综合竞争力评价[J].水运工程，2011（02）：81-85.
[3]谢秀栋.基于层次分析法的深基坑施工风险分析[J].山西建筑，2011（28）58-59.
[4]张炳江.层次分析法及其应用案例[M].北京：电子工业出版社，2014.福州大学本科生科研训练计划项目基金资助（项目编号：20325）
[关键词]AHP-fuzzy theory；港口选址；模糊理论；方案选优
中图分类号：U651 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0363-02
一、概述
随着我国海洋强国战略的进一步落实，“一路一带”建设的有序开展，港口作为海陆交通的枢纽，各种交通工具转换的中心，其数量正迅速增加。港口建设不仅投资大、工期长、施工困难，并且对自然、社会、经济都有着较大的影响，因此港口的选址方案合理与否便显得尤为重要。
层次分析法 （AHP） 是由美国著名运筹学家T.L.Saaty在20世纪70年代提出的一种简便、灵活而又实用的系统工程方法[1]。它能将难以定量分析的总目标分解为可精确化、定量化的子目标，并结合专家意见和分析者的客观判断结果，使问题得到有效解决。
模糊理论（Fuzzy Logic）是在美國加州大学伯克利分校电气工程系的L.A.zadeh（扎德）教授于1965年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的[1]。模糊理论是根据模糊集合（fuzzy set）为基础，存在产生模糊现象存在的客观事实，并以处理概念模糊不确定的事物作为研究目标，并通过模糊数学将其量化成计算机可以处理的讯息参数。它通过模拟人类作判断的特征来处理决策目标具有不确定性、信息不全、且难以量化的问题。
二、不同类型港口选址决策主要因素分析
港口选址涉及较多因素，其大致可分为：自然条件、经济条件、城市条件和技术条件四个方面。
1、自然条件包含的子因素有：气象条件、海象条件、地形地质。气象海象中，风力及风向对船舶航行和港区作业都有较大的影响，而海浪海流和潮汐也与码头港池安全有密切联系。此外港口选址还应注意到最基本的陆域地形地质和水域水深条件。广阔的水域，富余的水深，优良的地址是建好港的必要条件。
2、经济条件包含的子因素有：腹地范围、工程造价、经济效益。新建一座港口应结合当地的经济发展状况、区位优势、未来发展趋势从而确定港口腹地范围。因受其地质地形，气象海象的影响，港址方案的不同，工程造价也会有较大差别。港口的建设，应尽量产生较大的经济效益、实现经济总量的扩大、经济腹地的延伸，增强城市的服务功能和聚集辐射能力。
3、城市条件包含的子因素有：基础设施、多式联运联接便利性、环境影响。港口基础设施包括港址所在地区供电供水通讯的能力。港口作为交通的枢纽，其只有与铁路、公路、航线、内河航道、管道线路等便利的联接才能确保港口运营的顺利，增加港口盈利能力。任何工程都必须考虑其对环境的影响，这是区域可持续发展的重要保障。
4、技术条件包含的子因素有：施工方案、施工条件、进度计划。施工方案应结合港址的实际地质地形、气象海象等自然条件，整合工程施工队所拥有的技术设备、技术人员，分析出现的技术难题等要素而做出决策。
三、基于AHP-fuzzy theory的港口选址综合评价步骤方法如下[1]：
步骤一：建立层次结构分析模型
通过对港口选址的信息广泛采集，进行比较、筛选、分析处理，根据系统各层级影响因素建立指标体系层次分析结构模型[2]。层次结构的递阶层次分别为：最高层（目标层），中间层（一级指标，二级指标），最底层（方案层）。根据结构分析模型构建港口选址的层次结构分析模型。如下表1
步骤二：建立评价体系各层次的比较判断矩阵和计算各因素的权重.
由于港口选址评价中各个因素程度不同，采用九标度法[4]，如表2：
通过两两矩阵元素的比较构造各层次的判断矩阵，在由运算可得到一级指标权重和二级指标的各个权重
步骤三：一致性检验
使用AHP法判断矩阵的一致性检验非常重要，用于判断矩阵是否满足关系。
为了检验矩阵的一致性，需要计算他的一致性指标CI，根据计算公式[4]：
（为判断矩阵中的最大特征向量，n为矩阵阶数） （1）
由一致性指标表[3]（表3），得到平均随机一致性指标RI。CI、RI称为判断矩阵的随机一致性比例。记为CR，根据计算公式：
CR=CI/RI≤0.10 （2）
表示符合一致性，否则需对判断矩阵进行调整。
步骤四：层次总排序，方案优选[4]
最后将所有指标对方案层进行总排序，先对各项因属进行等级评定确定评价集V=（差，较差，一般，好，很好），在通过专家评级方法，对二级每块指标
进行评价，评估统计出各项指标的模糊选择，模糊矩阵为R，在按照建立的Fuzzy模型计算评价矩阵。
对于Ⅱ级的评价体系：
（3）
对于Ⅰ级的评价体系：
·Si （4）
S是评价结果的向量，它反映了该方案总体上对评价语系V中各个模糊子集的隶属程度。最终依据最大隶属度原则，根据权重最大的确立此港口的评价等级。
四、古雷港港口选址分析
漳州古雷港区是福建重点发展的港口，古雷港区某液体化工码头有若干个备选方案，我们需要从中选出最优方案。文章以古雷港为南二港口为例，分析其综合选址因素，为漳州古雷港发展前景和能力预测与决策提供理论支撑。
（1）根据《古雷港区泊位通航安全影响论证报告》、《厦门港古雷航道总平面布置图》、《中国国际工程咨询公司关于古雷液体化工码头工可评估报告》以及对古雷港区的实地调研数据分析，由系统各个阶层之间的关系，建立如下五组判断矩阵。 关于港口选址的因素条件两两比较矩阵
关于“自然条件”的两两比较矩阵
关于“经济条件”的两两比较矩阵
关于“城市条件”的两两比较矩阵
关于“技术条件”的两两比较矩阵
（2）一致性检验
根据公式（1）（2）可进行一致性检验
通过检验一致性可知，结果符合标准
（3）上述通过AHP方法获得评价指标的权重，并且各项指标均通过了一致性检验，接下来通过专家打分法获取评价集数据，对专家的评估模糊结果，依据公式（3）（4），从而建立Fuzzy模型进行计算。数据见表4
运用公式（3）对各项指标进行模糊计算，获得综合模糊评价。例如对于自然条件：
同理可以计算出：
接著运用公式（4）对Ⅰ级指标的模糊计算结果：
（4）根据最大隶属度原则判断出结果
依据最大隶属度原则，选择综合权重最大的0.3301，据此推断古雷港综合竞争力“较好”，并根据上诉分析得出该港址的“自然条件”与“经济条件”较好，而“城市条件”与“技术条件”相对较弱，为此可通过加强基础设施建设，加大政府投资发展力度，实施政策优惠，项目建设引进更为专业的工程施工管理团队等措施加以改进。
根据中国国际工程咨询公司的“关于漳州港古雷港区南2#液体化工码头项目（申请报告）的核准评估报告”，古雷港区掩护条件良好；悬移质含沙量低，港池、航道回淤量少；地质地层简单，无不良地质现象；港区拥有良好的深水岸线资源；港区建设可促进漳州石化产业发展、完善福建省石化产业布局，同时为保证进出港船舶安全运行，应抓紧解决古雷作业区本项目港池以北一定范围内的水产养殖设施的搬迁问题等。这与综合评价结果拟合较好，证明该方法较为准确地评估了工程方案的可行性、整体竞争力，同时也可借此分析方案存在的缺陷，并加以优化。
五、结论
虽然还有部分工程风险因素未能被量化评估，但通过算例可以证明，其最终结果仍能比较客观地反应工程实际。此为AHP-fuzzy theory层次分析法的一大优点，将目标分解为多个目标或准则，再通过两两因素比较，确定较为准确的相对重要性权数，并通过一致性检验，以辨识评判结果的逻辑合理性。最终运用模糊计算获得综合模糊评价。除此之外，此方法还具有科学、简便、工作量小、消耗人力物力较少等优点，因此，其不仅适用于港址选择，若将评价指标做一变化，同样适用于其他大型工程的选优决策。
但对于权重的确定，目前大多由专家凭经验给出，存在人为主观性较大的缺点，可能导致评判结果的出入，为此可在专家评估环节中，多邀请经验更为丰富的专业人员进行评价，扩大样本空间，收集更为准确的工程因素分析数据，利于工程评价，方案选优。
对于AHP-fuzzy theory层次分析法今后可在工程适用范围和如何减小人为主观性方面继续研究。
参考文献
[1]张琳，黄黎平，叶芬芳.基于模糊层次分析法的港口选址评价[J].中国水运，2006（09）：29-31.
[2]王振，李学工.基于FAHP-模糊层次分析法的港口综合竞争力评价[J].水运工程，2011（02）：81-85.
[3]谢秀栋.基于层次分析法的深基坑施工风险分析[J].山西建筑，2011（28）58-59.
[4]张炳江.层次分析法及其应用案例[M].北京：电子工业出版社，2014.福州大学本科生科研训练计划项目基金资助（项目编号：20325）