摘要: 城市复合产业生态系统是以人为主体而构成的复杂系统。在人类社会发展的过程中,城市扮演了极其重要的角色,体现了人类社会发展的最新成就。然而工业革命以后,伴随着城市经济飞速发展的是越来越严重的社会、环境问题,造成城市的经济发展与社会、环境不协调。为解决这一问题,需要从学术上对城市复合产业生态系统的经济、社会、环境子系统的发展水平做出正确的分析评价,以有助于制定正确的发展政策。现有评价多采用模糊数学的方法,但是存在无法科学确立隶属函数的问题。针对这一特点,本文提出了基于灰色层次分析的城市复合产业生态系统综合效率评价方法,并以大连市为案例研究区,从产业经济、社会和生态环境三方面做了综合评价。从结果来看,大连市城市复合产业生态系统的综合绩效评价结果为二级,即良好。为实现城市的可持续发展,需要大力发展循环经济和推行节能减排,以提高系统的总体绩效,实现经济、环境和社会发展的三赢。
关键词 :综合绩效评价;城市复合产业生态系统;灰色层次分析;可持续发展
产业生态系统(Industrial Ecosystems, IES)作为一个社会-经济-自然复合生态系统不仅包含自然生态系统, 更重要的是增加了以人类为核心的社会经济系统[1]。产业生态系统概念最早由Hall等提出[2],随后伴随着能源危机和环境问题的进一步加剧,该领域得到各国众多学者的关注[3]。
目前,产业生态系统的主要表现形式是以区域产业群落发展起来的生态产业园区[4]。全世界现在已经有超过12 000 个工业园[5],其中只有很少的工业园正在向着生态产业园区的方向发展。国际上, 丹麦的卡伦堡产业聚合体作为产业生态学的经典案例已被学术界和工业界所熟知[6]。我国现有工业园超过6 000个,自2000 年以来开始推进工业园的循环经济与生态工业园建设。目前,国家环保总局确定的国家级生态工业园示范园区已有30个[7]。
然而,产业生态系统不应仅仅局限于企业与工业园层次。一个城市拥有多种产业,并通过各种物质流或能量流的联系构成了城市复合产业生态系统。城市作为产业生态系统的一种表现形式,具有比工业园面积更大、产业门类更加复杂和人口更多的特点。目前,对城市产业生态系统的综合评价主要还是用模糊数学的方法[8-12]。这种方法的特点是利用模糊数学的方法对某指标确定不同类的隶属函数,然后根据最大隶属度法确定指标分类。例如,周文华、王如松运用模糊数学的方法选取了48个指标对北京市城市生态系统健康度做了综合评价[13];颜文涛运用属性数学理论建立了城市生态系统健康属性综合评价模型,对城市自然与环境系统、经济系统以及社会系统做了综合评价,以判断城市属于哪一个评价类[14]。采用模糊数学的方法根据最大隶属度分类的问题是隶属函数的确定比较困难。若就一种标准来确定隶属函数往往主观性较大,若考虑多方面因素或征求多个专家意见,则同一指标的多个隶属函数之间不能很好地复合。而灰色层次分析法在评价时不需要对每个评价指标的每种分类都确定相应的隶属函数,只需给出一个评价等级,而且这个评价等级的划分是咨询多位专家得到的结果。这样就很好地解决了隶属函数确定的困难以及客观性不强这两个问题。为此,本文采用层次灰色分析的方法,在指标分类时取9个专家的打分,然后在评价阶段应用灰数和白化权数等方法综合体现9个专家的打分对综合评价值的影响。这样不仅体现了评价的客观性原则,而且不用再针对每个指标的各个级别确定相应的隶属函数,简化了评价过程。
1 城市复合产业生态系统评价指标体系
在针对城市复合产业生态系统评价的指标体系选取上,本文主要遵从两个原则。一是全面性,所选指标要能全面反映城市复合产业生态系统的整体状况。二是简化性,要使评价指标体系尽可能简单,以利于操作。根据以上两个原则,本文把相关指标体系分为3类,即:产业经济状况指标;社会状况指标和生态环境状况指标。
其中,产业经济状况的指标有8个,即:GDP(亿元)、人均GDP(万元/人)、GDP增长率(%)、第一产业产值(亿元)、第二产业产值(亿元)、第三产业产值(亿元)、万元GDP能耗(吨标准煤)、万元GDP水耗(m3)。
社会状况的指标有5个,即:城镇居民恩格尔系数(%)、农村居民恩格尔系数(%)、文教娱乐服务类支出占居民总支出比重(%)、城乡居民可支配收入比、失业率(%)。
耿?涌等:基于灰色层次分析法的城市复合产业生态系统综合评价
中国人口•资源与环境 2010年 第1期生态环境状况的指标有7个,即:SO2年均值(mg/m3)、CO2年均值(mg/m3)、城市生活垃圾无害化处理率(%)、交通干线噪声均值(分贝)、污水处理率(%)、城市绿地面积(hm2) 、绿化覆盖率(%)。
2 层次灰色评价分析
2.1 层次灰色评价法指标层次
按照层次灰色评价分析法,我们把城市复合产业生态系统指标体系分为3个层次,如图1。
根据层次分析法原理[15],对多个评价目标按属性不同分组,每组作为一个层次,按目标层(W),准则层(Ui,i=1,2,3)和指标层(Vij, i=1,2,3 j=1,2,…,ni)的形式排列形成一个三层评价指标体系。其中n1=8,n2=5,n3=7。
S代表受评对象的综合评价值;U代表准则层指标Ui所组成的集合,记为U={U1,U2,U3｝;Vi(i=1,2,3)代表指标层指标Vij所组成的集合,记为Vi={Vi1 ,Vi2 , … ,Vin｝。
2.2 层次灰色评价法步骤
1)确定评价指标Ui和Vij的权重
按上述指标体系,利用层次分析法(AHP)指标赋权步骤对各指标赋权。
设Ui(i=1,2,3)的权重分配为ai(i=1,2,3),各指标权重集为A=(a1,a2,a3),且满足ai≥0,∑3i=1ai=1;指标层Vij(i=1,2,3;j=1,2,…,ni)的权重分配为aij(i=1,2,3;j=1,2,…,ni),各指标权重集Ai=(ai1,ai2,…,aini),且满足aij≥0,∑nij=1aij=1。
2)组织评价专家评分
设评价专家的序号为m,m=1,2,…,p,即有p个打分专家。组织p个打分专家根据各指标实测值和专业经验对个评价指标按评价等级进行打分,并填写专家评分表。
3) 求评价样本矩阵
根据评价专家评价结果,即根据第m个评价专家对受评对象某指标Vij给出的评分dijm,求得受评对象的评价样本矩阵D:
视实际评价问题分析确定。分析上述评价指标的评分等级标准,决定采用四个评价灰类,灰类序号为e,e=1,2,3,4,分别表示“优”、“良”、“中”、“差”。其相应的灰数和白化权函数如下。
第四灰类“差”(e=4),设定灰数4∈[0,1,2],白化权函数为f3(如图2(d)),表达式为f4(dijm)=1,dijm∈[0,1]
2-dijm,dijm∈[1,2]
0,dijm[0,2]5)计算灰色评价系数
对评价指标Vij,Vij属于第e个评价灰类的灰色评价系数,记为xije;Vij属于各个评价灰类的总灰色评价数,记为xij。则有
6)计算灰色评价权向量及权矩阵
所有评价专家就评价指标Vij,对受评对象主张第e个灰类的灰色评价权,记为rije,则有:xije=xijexij
考虑到评价灰类有4个:e=1,2,3,4,便有受评对象的评价指标Vij对于各灰类的灰色评价权向量rij:
rij=(rij1,rrj2,rrj3,rrj4)
从而得到受评对象的Vi所属指标Vij对于各评价灰类的灰色评价权矩阵Ri:
若rij中第q个权数最大,即rijq=max(rij1,rij2,rij3,rij4),则评价指标Vij属于第q个评估灰类。
7)对指标层Vi作综合评价
对指标层Vi作综合评价,其综合评价结果可记为Bi,则有:
Bi=Ai•Ri=(bi1,bi2,bi3,bi4)
8)对准则层U作综合评价
由指标层Vi的综合评价结果Bi,得准则层U对于各评价灰类的灰色评价权矩阵R:
于是,对准则层U作综合评价,其综合评价结果记为B,则有:
B=A•R=(b1,b2,b3,b4)
9)计算综合评价结果
根据综合评价结果B,可以按取最大原则确定受评对象所属灰度等级,也可先求出综合评价值
S=B•CT
其中,C为各灰等级按“灰水平”赋值形成的向量,本文中设为C=(4,3,2,1)。
然后根据综合评价值S,参考灰类等级对受评对象进行综合评价。
10)对受评的城市复合产业生态系统作综合评价
本文将评价结果划分为四级。一级对应的评价结果介于3.319 1与3.60;评价结果为3.110 8到3.319 1之间为二级;三级为2.943 4到3.110 8之间;2.7693到2.943 4之间为四级。
3 案例研究——大连城市复合产业生态系统综合评价
根据上文提出的评价方法,按照上述10个步骤,现在以大连市为例进行城市 复合产业生态系统的综合评价。
1)取得各个指标的实测值,然后选取9位评价专家进行评分。评分结果如表2所示。
2)用层次分析法(AHP)中的指标赋权方法确定评价指标Ui和Vij的权重:
3)计算灰色评价系数
对评价指标V11,受评指标属于第e个评价灰类的灰色评价系数x11e:
e=1 x111=f1(1.5)+f1(2)+f1(3)+…+f1(2)=0.375+0.5+0.75+…+0.5=5.125
e=2 x112=f2(1.5)+f2(2)+f2(3)+…+f2(2)=0.5+0.666 7+1+…+0.666 7=6.8333
同理,e=3 x113=7.25;e=4 x114=0.5。
受评指标V11属于各个评价灰类的总灰色评价数x11=5.125+6.833 3+7.25+0.5=19.708 3。同理,可以得到其他指标的灰色评价系数和总灰色评价数。
4)计算灰色评价权向量及权矩阵:
e=1 r111=5.125/19.708 3=0.2600 e=2 r112=6.833 3/19.708 3=0.346 7
e=3 r113=7.25/19.708 3=0.3679 e=4 r114=0.5/19.708 3=0.025 4
所以受评指标V11对于各灰类的灰色评价权向量r11=(0.2591,0.3467,0.3679,0.0254)。
同理可得到其他指标的灰色评价权向量(见表1),由向量可组成V1,V2,V3,V4对应的权矩阵R1,R2,R3,R4。
表1 指标评分及灰色权向量表
8)结果分析
从最终评价结果来看,大连市复合产业生态系统的综合评价为二级。相当于其各项指标值均介于3到3.5之间。
分别分析各个子系统,根据其灰色评价权系数,每个子系统都评价为二级,表明大连市整体发展水平较高,社会、经济及环境子系统发展比较均衡。下面分别分析各子系统:
产业经济系统中的总体指标和分产业指标的评价结果较好,基本都为一级,这说明大连市经济发展的总体情况较好。然而,经济效率状况中的两个指标,“万元GDP能耗”和“万元GDP水耗”的灰色评价权系数基本相当,大约处于优与良之间,都有一定的发展空间。要求大连市在资源、能源利用发面,采取更加有力的措施。循环经济的大力推广是解决经济效率问题的一个重要的途径。
社会状况中的多项指标的评价权系数确定的评价等级都为良。然而反映社会公平与文化娱乐发展的两项指标,“城乡居民人均可支配收入比”和“文教娱乐支出占总支出的比重”的评价等级为中。反映了大连市在社会发展方面的两项重要的问题。对政府来说,加大对农村经济的扶持以及文教方面的投入是解决这两个问题的途径。
生态环境状况中的指标中,除了城市绿化方面评价为优外,其他的指标大部分评价都为良,还有一定的提升空间。目前,大连市在建设生态市方针的指导下已经加大了生态环境保护与治理方面的投入,但是与发达国家生态环境费用占GDP2%-3%相比,大连市还应该继续加大生态环境保护与治理方面的投资,积极推进节能减排工作,以进一步提高生态环境质量。
从以上评价结果来看,大连市经济总量的发展已经取得了很多的成绩,而如何让经济效率、社会状况以及生态环境状况与经济总量的发展保持同步是大连市目前应该考虑的问题。在保持快速发展GDP等相关经济总量指标的同时,大连市政府应该将工作的重点更多地转移到如何促进社会和谐以及生态环境保护上来。从而使产业经济、社会以及生态环境三个系统保持和谐发展,这也是大连市复合产业生态系统发展的最终目的。
4 结 论
城市复合产业生态系统是一个十分复杂的系统,对它的综合评价有助于城市管理者制定合理的发展政策,以实现所在区域的可持续发展。本文提出了基于层次灰色分析法的城市复合产业生态系统评价方法,并以大连市为例开展了案例研究。相比目前通用的模糊数学等评价方法,层次灰色分析法主要有两个优点:1.层次灰色分析法不需要对每个评价指标的每种分类都确定相应的隶属函数,相对简便可行;2.层次灰色分析法在分析中综合考虑了多位专家对某指标分类的意见,客观性较强,避免了模糊数学中隶属度的确定相对主观性较强的问题。
(编辑:温武军)
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Comprehensive Assessment of Ecosystem of Cities,Integrative Industries
Based on Gray Hierarchy Analysis
GENG Yong1 WANG Jun2
(1.Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Science, Shenyang Liaoning 110016,China;
2.Institute for Ecoplanning and Development, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116023, China)
Abstract Urbanindustrial ecosystem is a human dominated complex system. During the development of human society, city plays a very critical role, exhibiting the latest achievements of the development of human society. However, with the rapid development of economy, more and more serious social and environmental issues appeared after the industrial revolution, resulting in that urban economic development does not harmonize with social development and environmental protection. In order to solve this issue, academically there is a need to undertake a scientific evaluation on its economic, social and environmental subsystems. Such an evaluation can help identify key development issues and prepare more appropriate policies. Most of the current evaluation methods employ fuzzy mathematics approaches, but how to set up a useful membership function is a challenge. In order to solve this problem, we propose a new method, namely, gray hierarchy analysis method. In order to test its feasibility, we undertake a case study of Dalian. Our focus is to evaluate the overall ecoefficiency of ecosystem of urban integrated industries in Dalian from three aspects, including industrial economy, social development and environmental protection. Based upon our assessment outcomes, we can conclude that the overall ecoefficiency of Dalian city can be ranked as “fairly good”. In order to realize sustainable development in Dalian, governments need to promote the implementation of circular economy, energy conservation and emission reduction. Such measures can further improve its overa ll ecoefficiency and realize harmonious development of economy, society and environment.
Key words overall ecoefficiency assessment; urbanindustrial ecosystem; gray hierarchy analysis; sustainable development