基于生態(tài)安全的河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率研究

牛建廣，高春艷

河北地質(zhì)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050031

基于生態(tài)安全的河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率研究

牛建廣，高春艷

河北地質(zhì)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050031

論文選取資源消耗量和環(huán)境投入量作為投入變量，生產(chǎn)總值作為產(chǎn)出量，運用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對河北省2001年—2014年基于生態(tài)安全的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率進行評價。結(jié)果顯示2001年—2014年有13個決策單元的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)技術(shù)效率非有效，并且部分決策單元存在投入冗余和產(chǎn)出不足。對于非DEA有效的年份，采用投入導(dǎo)向的BCC模型進行生產(chǎn)前沿面投影分析，計算得到無效決策單元的改進目標值，并分析了決策單元無效的影響因素。

生態(tài)安全；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；技術(shù)效率；規(guī)模效率

一、引言

近年來河北省經(jīng)濟總量不斷增長，2014年河北省的生產(chǎn)總值達到29 421.15億元，是2001年的5.33倍。經(jīng)濟高速增長的同時，水資源、能源消費量增長迅速，“工業(yè)三廢”的排放量逐年增長。2014年河北省廢水排放量占全國的4.33%，SO2排放量占全國的6.03%。河北省的生態(tài)環(huán)境在不斷惡化，成為制約河北省經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。2013年以來環(huán)境保護部每季度公布全國十大污染城市，河北省多個地級城市頻頻名列其中，綜合剖析其原因，這與河北傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)居多、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)落后、技術(shù)水平低、資源消耗高和污染排放重密切相關(guān)。河北作為以工業(yè)為主的省份，面臨著調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、治理環(huán)境污染等重頭任務(wù)。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的重要組成部分，與經(jīng)濟增長有著非常密切的聯(lián)系。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到地區(qū)生產(chǎn)力水平、經(jīng)濟發(fā)展速度和質(zhì)量、人民生活水平以及資源環(huán)境消耗[1]。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以帶動經(jīng)濟的增長，直接影響經(jīng)濟各部門的協(xié)調(diào)發(fā)展，對于經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。經(jīng)濟增長與生態(tài)環(huán)境有著密切的關(guān)系。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是聯(lián)系人類經(jīng)濟活動與生態(tài)環(huán)境之間的一條重要紐帶[2]，Gmssman、Krueger（1991）指出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化是影響環(huán)境質(zhì)量的重要因素[3]。所以進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時應(yīng)充分考慮生態(tài)環(huán)境的變化。

本文從生態(tài)安全視角研究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，選用適合多投入、多產(chǎn)出復(fù)雜系統(tǒng)效率評價的DEA方法，對河北省2001年—2014年基于生態(tài)安全的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率進行比較和評價。通過對河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率的評價，分析基于生態(tài)安全的河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的有效性，為當前及未來一段時期河北省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

二、方法與數(shù)據(jù)來源

（一）DEA方法與指標選取

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis，DEA）是由美國運籌學(xué)家查尼斯（A. Charnes）、庫珀（W. W. Cooper）等人于1978年用線性規(guī)劃模型來評價具有相同類型的多投入和多產(chǎn)出的決策單元（DMU）的相對效率的一種非參數(shù)統(tǒng)計方法[4]。其實質(zhì)是根據(jù)一組關(guān)于多輸入、多輸出的觀察值來估計有效生產(chǎn)的前沿面，并據(jù)此進行多目標綜合效果評價。DEA方法目前是估算多投入多產(chǎn)出情況下DMU單元相對效率和規(guī)模收益應(yīng)用最為廣泛的數(shù)理方法之一[5-7]。

DEA的基本模型為CCR和BCC模型，CCR模型是同時針對規(guī)模有效性與技術(shù)有效性而言的“總體”有效性。CCR模型主要是在假設(shè)規(guī)模收益不變的情況下用于評價決策單元（DMU）技術(shù)效率（TE）。BCC模型突破了CCR模型固定規(guī)模報酬的假設(shè)，將決策單元規(guī)模因素納入到效率分析中來，由評價決策單元的技術(shù)有效性轉(zhuǎn)為評價純技術(shù)有效性。把技術(shù)效率（TE，也稱綜合效率）分解成純技術(shù)效率（PTE）和規(guī)模效率（SE）[8]。本文選擇利用CCR和BCC模型計算河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的綜合技術(shù)效率和純技術(shù)效率。

（二）指標選擇與數(shù)據(jù)處理

本文研究的對象為基于生態(tài)安全的河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率，根據(jù)河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的實際情況，結(jié)合河北所處的經(jīng)濟發(fā)展階段和資源環(huán)境特點，選取反映投入和產(chǎn)出共5項指標。選取第一產(chǎn)業(yè)水資源消耗X1（億立方米）、能源消耗總量X2（百萬噸標準煤）作為能源投入指標；選取第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放量X3（千萬噸）、第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量X4（萬噸）作為環(huán)境投入指標；選取河北省GDP（Y）為產(chǎn)出指標。構(gòu)建河北省生態(tài)安全的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率評價指標體系，分析在能源和環(huán)境投入的情況下河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的相對效率。根據(jù)2001年—2014年河北省經(jīng)濟年鑒和國家統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)選取的樣本進行分析。

三、實證結(jié)果與分析

本文基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法的CCR模型和BCC模型，構(gòu)建包括4個投入指標、1個產(chǎn)出指標的評估指標體系，應(yīng)用DEAP 2.1軟件對河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率進行了評估分析，主要研究和分析近14年來基于生態(tài)安全的河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)投入產(chǎn)出績效和規(guī)模收益狀況。

首先應(yīng)用CCR模型計算產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的綜合效率，然后應(yīng)用BBC模型計算產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的純技術(shù)效率，利用“綜合效率=純技術(shù)效率×規(guī)模效率”，計算得到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的規(guī)模效率。并根據(jù)綜合效率和規(guī)模收益，得出決策單元DMUj的有效性和規(guī)模效益趨勢，具體計算結(jié)果見表1。

從表1可以看出，只有2014年的綜合效率是DEA有效，其它13個年份的綜合效率都不是DEA有效。綜合效率平均值為0.665，純技術(shù)效率平均值為0.985，規(guī)模效率平均值為0.675?？梢钥闯?，綜合效率的低下主要是由于規(guī)模效率值低造成的。根據(jù)表1數(shù)據(jù)把14個決策單元分成三個類別:

第一，綜合效率值為1。14個決策單元中2014年的綜合效率為DEA有效，說明2014年的規(guī)模和技術(shù)是有效的且規(guī)模報酬不變，說明能源和環(huán)境的投入和產(chǎn)出相比比較合理，產(chǎn)業(yè)完全享受到了規(guī)模效益和技術(shù)效益帶來的全部好處，避免了投入多產(chǎn)出少引起的效率損失。

表1 河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率及有效性判斷結(jié)果

第二，綜合效率和規(guī)模效率值小于1，純技術(shù)效率值為1。這些年份包括2001年—2004年、2013年，表示在目前的技術(shù)水平上，其投入資源的使用是有效率的。2005年—2012年主要是因為產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出規(guī)模的不恰當導(dǎo)致了綜合效率的低下。

第三，綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率都小于1。主要集中在2005年—2012年，決策單元無效，這是由于資源、環(huán)境利用率低下和投入產(chǎn)出規(guī)模不當共同造成的。

從規(guī)模收益趨勢來看，除2014年外，其它13個年份都是規(guī)模收益遞增。單從模型分析的結(jié)果判斷應(yīng)加大投入量，但是本模型選取的投入量是資源消耗量和污染物排放量，顯而易見不能通過增加投入量使模型到達規(guī)模有效，所以重點分析模型的純技術(shù)效率。

表2 河北產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)出不足與投入冗余

對于非DEA有效的年份，采用投入導(dǎo)向的BCC模型進行生產(chǎn)前沿面投影分析。計算投入和產(chǎn)出的松弛變量。根據(jù)BCC模型計算得到投入和產(chǎn)出的松弛變量s-和s+，在這里把投入的松弛變量s-定義為投入冗余，把產(chǎn)出的松弛變量s+定義為產(chǎn)出不足。具體結(jié)果見表2所示。結(jié)果顯示2001年—2004年、2013年—2014年的產(chǎn)出不足和投入冗余都為0。根據(jù)表1和表2綜合分析可知2001年—2004年、2013年—2014年為DEA強有效，說明2001年—2004年、2013年—2014年不存在投入冗余和產(chǎn)出不足，表示在目前的技術(shù)水平上，其資源投入和環(huán)境投入的使用是有效率的。其他年份為DEA無效，表示資源和環(huán)境投入存在冗余，或者是產(chǎn)出存在不足。

根據(jù)DEA理論中的前沿面分析可知，投入指標的松弛變量不全為零，表明所對應(yīng)的輸入要素對經(jīng)濟發(fā)展的作用未能充分發(fā)揮。非DEA有效的年份在生產(chǎn)前沿面上的投影是DEA有效的。通過利用松弛變量對決策單元的投入和產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)進行調(diào)整使其達到DEA有效?？梢耘袛郉EA無效的年份應(yīng)該怎樣調(diào)整投入指標。前沿面上的投影點代表其目標值。如果投入的改進值用負數(shù)表示，產(chǎn)出的改進值用正數(shù)表示，則目標值可以表示為：目標值=原始值+改進值。無效DMU的改進值包括兩部分，一是比例改進值，二是松弛改進值，即目標值=原始值+比例改進值+松弛改進值[9]。因為所選模型是基于投入導(dǎo)向的模型，所以投入量的比例改進值為x0﹣θx0=(1﹣θ) x0，x0為投入變量的原始值，θ為純技術(shù)效率值，而產(chǎn)出量的比例改進值為1，松弛值為s-、s+。具體計算公式：

表3 2011年、2012年河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在DEA相對有效面上的投影

?

式中為投入變量的目標值，y0為產(chǎn)出變量的目標值。

以2011年、2012年為例，計算改進目標值，2011年、2012年的DEA純技術(shù)效率都小于1，其目標值和改進值見表3所示。比如對2011年，在生產(chǎn)可能集中存在比2011年有效的決策單元，第一產(chǎn)業(yè)水資源消耗X1可以減少1.416億立方米，能源消耗總量X2可以減少283萬噸標準煤，第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放量X3可以減少5 967萬噸，第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量X4可以減少10.521萬噸，并且GDP可以增加771.9億元。對于2012年，在GDP不變化的基礎(chǔ)上，第一產(chǎn)業(yè)水資源消耗X1可以減少3.544億立方米，能源消耗總量X2可以減少713.1萬噸標準煤，工業(yè)廢水排放量X3可以減少1 368.8萬噸，第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量X3可以減少10.206萬噸。

如果分析無效決策單元投入量和產(chǎn)出量需要調(diào)整的比例，然后從調(diào)整比例的大小來判斷指標對決策單元效率的影響。正值代表可以增加的比例，負值代表可以減少的比例。分析結(jié)果見表4。結(jié)果顯示，2011年第一產(chǎn)業(yè)水資源消耗可以減少1%，能源消耗總量可以減少1%，第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放量可以減少5%，第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量可以減少8%，并且GDP可以增加8%。2012年在GDP不變化的基礎(chǔ)上，第一產(chǎn)業(yè)水資源消耗可以減少2%，能源消耗總量可以減少2%，第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放量可以減少11%，第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量可以減少8%。從平均值來判斷，可以看出無效年份第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放量年均可以減少4.5%，第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量可以減少7.5%，可以調(diào)整的空間較大。是影響決策單元效率的主要因素。

分析可以得到，DEA無效的年份資源投入沒有得到充分利用，環(huán)境投入存在投入冗余，可下降幅度較大。這就要求企業(yè)改進技術(shù)，提高資源利用效率，降低污染物排放量，從而進一步改善生態(tài)發(fā)展水平。

四、結(jié)論

1．從綜合效率來看，河北省2014年綜合效率為1，處于相對有效狀態(tài)，2001年—2013年的綜合效率值都小于1，產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于無效率的狀態(tài)，投入產(chǎn)出不平衡。從規(guī)模收益變化趨勢來看，無效年份的規(guī)模收益呈現(xiàn)遞增的趨勢。

2．2001年—2004年、2013年—2014年純技術(shù)效率為1，2005年—2012年純技術(shù)效率小于1，并且存在投入冗余和產(chǎn)出不足。說明這些年份的技術(shù)和管理水平有待提高。

3．從BBC模型的無效年份需調(diào)整的比例可以得到，作為資源投入的第一產(chǎn)業(yè)水資源和能源投入量可以減少2.5%，作為環(huán)境投入的第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水排放量和第二產(chǎn)業(yè)SO2排放量分別可以下調(diào)4.5%和7.5%。由此可以看出環(huán)境投入是影響結(jié)構(gòu)效率的主要因素。

表4 無效年份投入產(chǎn)出的調(diào)整比例

綜上可以看出，由于技術(shù)效率的欠佳、規(guī)模效益的未充分利用以及較低的資源利用效率，使得河北省環(huán)境投入量較大，資源投入也存在投入冗余，由此導(dǎo)致基于生態(tài)安全的河北產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效率較低。究其原因，是因為河北省第二產(chǎn)業(yè)比重較大，并且資源型產(chǎn)業(yè)、高耗能產(chǎn)業(yè)所占比例較大。因此要實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，就必須轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，推動經(jīng)濟發(fā)展方式由資源型向集約型轉(zhuǎn)變。

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（責任編輯：周吉光）

Industrial Structure Efficiency Research of Hebei Province Based on Ecological Security

NIU Jian-guang, GAO Chun-yan

Hebei GEO University, Shijiazhuang, Hebei 050031

In this paper, resource consumption and environmental input are selected as input variables and GDP is used as output. The efficiency of industrial structure based on ecological security in Hebei province from 2001 to 2014 is evaluated by using Data Envelopment Analysis (DEA) .The results show that the industry structure technical efficiency of 13 decision making units of are inefficient, parts of units has redundant input and insufficient output. For the DEA ineffective years, the input oriented BCC model is applied to the projection analysis of the production frontier, and the objective value of the invalid decision unit is calculated. Finally the influencing factors of invalid decision unit are analyzed.

ecological security; Data Envelopment Analysis; technical efficiency; scale efficiency

F292

A

1007-6875(2017)02-0025-05

??日期：2016-12-22

10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2017.02.005

河北省社會科學(xué)發(fā)展研究課題（2015031221；2015031233）；河北省重點學(xué)科技術(shù)經(jīng)濟及管理資助。

牛建廣（1978—），男，河北高邑人，博士研究生，河北地質(zhì)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院講師，研究方向為區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。