基于AHP-GEM模型的工業(yè)低碳發(fā)展評價

張紀(jì)錄

0 引言

“九省通衢”的武漢市是典型的重化工業(yè)集聚型城市，也是我國工業(yè)最發(fā)達的城市之一。近年來，隨著工業(yè)化進程的不斷推進，以重化工為特色的經(jīng)濟增長模式帶來了巨大的化石能源消耗和溫室氣體排放。作為國家“兩型社會”的試點城市和中部地區(qū)的龍頭城市，如何科學(xué)地評價工業(yè)的低碳發(fā)展并合理選擇具有低碳前景的工業(yè)部門成為武漢市產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的一項重要課題。當(dāng)前，低碳產(chǎn)業(yè)仍是一個新興的概念，對產(chǎn)業(yè)的低碳發(fā)展評價也是一個全新的課題，從理論到實踐都缺乏一套權(quán)威的統(tǒng)計評價方法。為此，本文結(jié)合傳統(tǒng)的AHP和GEM決策評價模型，各取優(yōu)點，從產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益、能源消費、二氧化碳排放、環(huán)境治理等方面設(shè)計低碳評價指標(biāo)體系，并建立工業(yè)部門低碳發(fā)展評價的AHP-GEM模型。同時，以武漢市工業(yè)行業(yè)為例進行實證評價研究，以期為我國工業(yè)的低碳化發(fā)展評價提供一種新的統(tǒng)計方法，也為武漢市工業(yè)低碳化升級和發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 工業(yè)低碳發(fā)展AHP-GEM評價模型的構(gòu)建

在決策評價的研究方法上，AHP（層次分析法）和GEM（群組決策特征根法）都是應(yīng)用較為廣泛的統(tǒng)計方法，兩者由于在標(biāo)度、算法及適用性等方面各具優(yōu)劣而受到不同學(xué)者的推崇。本文嘗試建立工業(yè)低碳發(fā)展的AHP-GEM模型，一方面保留AHP中工業(yè)低碳發(fā)展指標(biāo)的遞階層次結(jié)構(gòu)模型，另一方面基于GEM模型構(gòu)建專家評分矩陣并確定指標(biāo)權(quán)重，從而更加科學(xué)、準(zhǔn)確地建立工業(yè)低碳發(fā)展的指標(biāo)體系和評價模型。

1.1 選取評價指標(biāo)并建立AHP遞階層次結(jié)構(gòu)

在低碳經(jīng)濟背景下，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅僅要注重經(jīng)濟效益，更加要強調(diào)生態(tài)環(huán)境效益?；跀?shù)據(jù)的可得性及完備性、科學(xué)性的指標(biāo)選取原則，本文從工業(yè)部門的經(jīng)濟產(chǎn)值、能源消費、二氧化碳排放及環(huán)境治理等4個方面篩選出綜合反映產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟及資源環(huán)境狀況的9項指標(biāo)如表1所示。

表1 工業(yè)行業(yè)低碳化評價指標(biāo)的選取及屬性

產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展方面，行業(yè)總產(chǎn)值或增加值以及規(guī)模以上企業(yè)個數(shù)是常見的衡量產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益和發(fā)展水平的重要指標(biāo)，其總產(chǎn)值或增加值越大，企業(yè)個數(shù)越多，則說明該行業(yè)的經(jīng)濟效益和經(jīng)濟規(guī)模越優(yōu)。

能源消費方面，一次能源消費總量反映的是一個行業(yè)對煤炭、石油和天然氣的絕對消費量。而能源消費強度反映的是單位GDP的能源利用效率，其值越小，則說明該行業(yè)生產(chǎn)活動中對能源的利用程度越高，發(fā)展低碳經(jīng)濟的基礎(chǔ)越好。

碳排放指標(biāo)方面，二氧化碳排放總量反映了一個行業(yè)碳排放的整體狀況，而碳強度衡量的是單位GDP的碳生產(chǎn)效率，它是目前國際社會制定碳減排目標(biāo)的有效指標(biāo)，其值越小，說明碳利用效率越高。由于我國目前尚未公布區(qū)域的碳排放數(shù)據(jù)，因此這兩個指標(biāo)依據(jù)IPCC（2006）提供的碳排放測算方法估算得出[6]：

上式中，TEi表示第i種能源的消費量，csi表示第i種能源未被氧化的比率，其值一般為0；efi和Oi分別表示第i種能源的含碳量和氧化率。為避免重復(fù)計算，本文只考慮一次能源煤、石油和天然氣，其建議排放系數(shù)和氧化率如表2所示。

表2 各種能源的含碳量及氧化率

在低碳環(huán)境治理方面，選取行業(yè)的節(jié)能減排力度和資源利用化程度進行衡量。這兩者均屬于定性指標(biāo)，節(jié)能減排力度越大或資源的利用化程度越高，則說明行業(yè)的低碳發(fā)展?jié)摿υ酱蟆?/p>

為便于分析，本文依照《中國統(tǒng)計年鑒》的行業(yè)分類準(zhǔn)則及行業(yè)特性將38個工業(yè)部門合并為11類（見表3），并分別定義為C1、C2……C11。同時，將表1中的4類綜合指標(biāo)分別定義為B1、B2、B3和B4，自上而下設(shè)計工業(yè)低碳發(fā)展評價的目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B和方案層C，并構(gòu)建相應(yīng)的AHP遞階層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

表3 工業(yè)部門分類結(jié)果

圖1 工業(yè)低碳化發(fā)展評價的AHP遞階層次結(jié)構(gòu)模型

1.2 構(gòu)造GEM專家評分矩陣并確定指標(biāo)權(quán)重

假設(shè)在一個群組中存在m個專家Si(i=1,2...,m)，每位專家可憑借自身的專業(yè)水平、實際經(jīng)驗等對準(zhǔn)則層Bj(j=1,2...,n)相對于目標(biāo)層A的重要性進行打分，并組成m*n階評分矩陣：

其中，ij表示第i個專家Si對第 j個待評目標(biāo)Bj的評分值。xij值越大，說明對研究目標(biāo)的評價越優(yōu)。依據(jù)各指標(biāo)的相對重要性，本文采用1～5分評分法進行專家打分（見表4）。

表4 1～5分評分法

在專家評分矩陣（2）的基礎(chǔ)上，可以得到準(zhǔn)則層B對于目標(biāo)層A的相對權(quán)重以及方案層C對于準(zhǔn)則層B的相對權(quán)重。假設(shè)存在一個決策水平最高的理想專家，使其評分向量與其他專家個體間的差異最小，則該向量就是所求的最優(yōu)評分向量。根據(jù)邱苑華（1997）提出的計算方法[3]，記矩陣F=XTX，則F的最大特征根所對應(yīng)的特征向量就是最優(yōu)評分向量x*i。在精度要求為ε的條件下，向量x*i可通過用數(shù)值代數(shù)中的冪法求出：

（2）令 k=1,2,…,則：

（3）用 | zk→zk+1|表示zk與zk+1對應(yīng)分量之差的絕對值最大者，判斷 | zk→zk+1|＜ε。若滿足條件，則zk+1即為所求的x?；否則轉(zhuǎn)入步驟（2）。

依據(jù)以上模型所計算出來的理想專家的評分，即是各指標(biāo)的相對權(quán)重。最后，根據(jù)方案層各指標(biāo)對于目標(biāo)層A的組合權(quán)重，可以確定指標(biāo)評價的最終排序。

2 工業(yè)低碳發(fā)展評價實證

2.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

基于圖1中的工業(yè)低碳發(fā)展評價指標(biāo)體系，本文采用上述AHP-GEM評價方法對武漢市工業(yè)產(chǎn)業(yè)的低碳化發(fā)展進行實證研究。為使評價結(jié)果更全面、準(zhǔn)確，本文從專家的專業(yè)水平、經(jīng)驗、知識面和綜合能力等方面綜合選取4位專家組成專家小組，并依據(jù)5分評分法分別對準(zhǔn)則層B1、B2、B3和B4相對于目標(biāo)層的重要性打分，結(jié)果如表5所示。

表5 專家評分表

根據(jù)公式（2）～（4），令精度要求ε=0.005，利用MATLAB軟件進行迭代運算可得出結(jié)論：

（1）在滿足 | zk→zk+1|＜0.005的條件下，基準(zhǔn)層Bj(j=1,2,3,4)對目標(biāo)層 A的權(quán)向量X=(0.7048,0.4182,0.3919,0.4182)，將其進行歸一化處理得：

wB-A=(0.3646,0.2163,0.2027,0.2163)T

（2）類似地，方案層Cj(j=1,2,...,11)對基準(zhǔn)層B，即武漢市11個工業(yè)行業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展、能源消費、碳排放及環(huán)境治理方面的得分權(quán)向量為：

wC-B1=(0.0561,0.068,0.0607,0.0803,0.0553,0.1095,0.116,0.1351,0.1351,0.1351,0.0489)

wc-B2=(0.1139,0.0462,0.0675,0.1023,0.0623,0.1282,0.0616,0.134,0.1224,0.1208,0.0408)

wc-B3=（0.0789,0.0497,0.0506,0.0923,0.0715,0.0995,0.1074,0.1427,0.1143,0.086,0.107）

wc-B4=(0.0644,0.0493,0.0654,0.0823,0.0886,0.1047,0.0651,0.1459,0.1221,0.0654,0.1467）

（3）綜合得出方案層各指標(biāo)Cj(j=1,2,...,11)相對于目標(biāo)層A的組合權(quán)重：

wC-A=(0.075,0.0555,0.0611,0.0879,0.0673,0.1105,0.0915,0.1387,0.1253,0.107,0.0801)

2.2 評價結(jié)果分析

為便于分析，將上述指標(biāo)權(quán)重的計算結(jié)果進行整合并排序如表6所示。

表6 武漢工業(yè)低碳發(fā)展評價結(jié)果及排序

由表6可以看出，武漢市低碳化特征明顯的工業(yè)行業(yè)主要集中在煤礦、金屬及非金屬礦采選業(yè)（C1）、農(nóng)副食品加工業(yè)（C2）、紡織服裝加工制造業(yè)（C3）、石油加工業(yè)（C5）以及水電氣等能源供應(yīng)業(yè)（C11）中，這些行業(yè)不僅具有較好的經(jīng)濟效益，更具有良好的環(huán)境效益，低碳化發(fā)展評價位居前列，是在低碳經(jīng)濟背景下應(yīng)大力扶持及重點發(fā)展的行業(yè)。

與此相反，一些加工制造業(yè)及化工行業(yè)，如通用專用設(shè)備及交通運輸設(shè)備制造業(yè)（C8）、電氣機械器材、通信設(shè)備計算機及其它電子設(shè)備制造業(yè)、儀器儀表及文辦機械、工藝品及其他制造業(yè)（C9）、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥及橡膠塑料制品業(yè)（C6），這些行業(yè)雖然是拉動武漢市經(jīng)濟發(fā)展的主要動力，但也是能源消耗和污染物排放的主體，高能耗、高碳排放特征十分明顯，低碳發(fā)展評價在11個工業(yè)部門中排名最低。因此，這些行業(yè)在未來的發(fā)展中必須合理權(quán)衡經(jīng)濟效益與環(huán)境效益之間的平衡，不能以資源的過度消耗和碳排放的增加來換取經(jīng)濟利益的擴大。

除此之外，木材家具、造紙印刷及文教體用品制造業(yè)（C4）、非金屬礦物制品業(yè)、黑色及有色金屬冶壓加工業(yè)（C7）和廢棄物回收利用業(yè)（C10）等一些行業(yè)雖然在產(chǎn)值和產(chǎn)量上不具經(jīng)濟規(guī)模優(yōu)勢，但也不屬于高能耗和高碳密集型行業(yè)，因此其低碳發(fā)展評價在武漢11個行業(yè)中處于中等水平。

3 政策建議

（1）加大對低碳化特征明顯產(chǎn)業(yè)的扶持力度

根據(jù)武漢工業(yè)部門的AHP-GEM低碳評價結(jié)果，在未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，應(yīng)有所側(cè)重的發(fā)展采選業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、紡織服裝加工制造業(yè)、石油加工業(yè)等評分較高的行業(yè)。這些行業(yè)在目前雖然不是武漢市的支柱產(chǎn)業(yè)，但在低碳經(jīng)濟背景下具有良好的發(fā)展?jié)摿颓熬埃瑧?yīng)在保持其能源效率和碳效率提高的同時，擴大經(jīng)濟產(chǎn)值，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的“雙贏”。

（2）推動高碳產(chǎn)業(yè)節(jié)能化和低碳化升級

目前，武漢市仍處于工業(yè)化中期階段，短期內(nèi)以鋼鐵、汽車、機械設(shè)備制造、化工等為支柱的重化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)難以改變，但這些行業(yè)屬于高耗能和高排放范疇，AHP-GEM低碳評價結(jié)果較為落后，因此未來必須對其加大節(jié)能減排的力度。一方面嚴(yán)格限制高耗能行業(yè)的過度增長；另一方面通過培育新型產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)，以循環(huán)經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟改造高碳產(chǎn)業(yè)，使環(huán)境污染降到最低。

（3）以技術(shù)進步帶動整體產(chǎn)業(yè)的低碳化發(fā)展

武漢市現(xiàn)有的工業(yè)部門大多以勞動密集型為主，產(chǎn)業(yè)的總體技術(shù)水平較為落后。未來武漢市應(yīng)積極發(fā)展可產(chǎn)業(yè)化的碳捕集與封存技術(shù)、資源綜合利用方面的先進技術(shù)等，并研發(fā)一批效益高且易于推廣的前沿低碳技術(shù)，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值，逐步推進產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

[1]胡鞍鋼,管清友.中國應(yīng)對全球氣候變化的四大可行性[J].清華大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版),2008,(6).

[2]洪源源,邱菀華.AHP、GEM及其綜合算法[J].中國管理科學(xué),2000,8(4).

[3]邱菀華.群組決策特征根法[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)與力學(xué),1997,18(11).

[4]殷少美,金曉斌,周寅康,趙姚陽,李紀(jì)軍.基于主成分分析法和AHP-GEM模型的區(qū)域新增建設(shè)用地指標(biāo)合理配置——以江蘇省為例[J].自然資源學(xué)報,2007,22(3).

[5]李如忠,金菊良,錢家忠,汪家權(quán).基于指標(biāo)體系的區(qū)域水資源合理配置初探[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2005,(3).

[6]IPCC.2006 IPCCGuidelinesfor National Greenhouse Gas Inventories[Z].Japan:Hayama National Greenhouse Gas Inventories Institution for Environmental Strategies,2006.