基于多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型的節(jié)能服務(wù)公司選擇研究

張文杰，袁紅平

(1.西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川 成都 610031;2.廣州大學(xué)工商管理學(xué)院，廣東 廣州 510006)

1 引言

節(jié)能服務(wù)公司(Energy Service Company，ESCO)是合同能源管理(Energy Performance Contracting，EPC)中最主要的利益主體，也決定著節(jié)能項目能否順利推進(jìn)[1]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對ESCO的研究涉及眾多方面，Painuly等[2]關(guān)注發(fā)展中國家ESCO發(fā)展初期面臨的問題；張冬梅[3]采用博弈論探討了ESCO與用能單位間的市場行為；劉樺和李晨[4]對國內(nèi)外建筑行業(yè)的ESCO進(jìn)行了對比研究；Guertler和Smith[5]對ESCO節(jié)能收益投資進(jìn)行研究；Bannai等[6]關(guān)注了ESCO業(yè)務(wù)與電力、燃料價格波動的關(guān)系。近期的一些研究指出，選擇一個合適的ESCO是EPC項目順利開展和實施的基礎(chǔ)，也是用能方實現(xiàn)利益最大化的最有效途徑，ESCO的選擇問題正引發(fā)越來越多的關(guān)注。

作為EPC真正的節(jié)能效益享受者，用能方該如何從自己的利益出發(fā)，從多個ESCO中選出最有利于自身的ESCO已成為EPC研究的重要話題。而“采用什么樣的選擇方法來選擇ESCO？根據(jù)什么樣的指標(biāo)來選擇ESCO？”則是ESCO選擇中需要首先解決的兩大難題。Okey和Akma[7]比較分析了38個不同國家的ESCO指標(biāo)；Okay等[8]、Stuart等[9]發(fā)現(xiàn)“節(jié)能保證量(guaranteed savings)”、“信譽(yù)(credit)”和“節(jié)能分享量(shared savings)”是用能企業(yè)衡量ESCO優(yōu)劣的三大重要指標(biāo)；楊鋒等[10]在基于多屬性逆向拍賣模型對節(jié)能服務(wù)公司(ESCO)選擇問題的研究中指出，用能方可以根據(jù)“能源節(jié)省量”與“項目提前期”來選擇最優(yōu)的ESCO；Bertoldi等[11]、Fang等[12]、Suhonen和Okkonen[13]指出經(jīng)濟(jì)性、成本和收益、節(jié)能設(shè)備安裝服務(wù)是用能方考評ESCO的重要指標(biāo)。同時，節(jié)能設(shè)備和技術(shù)、節(jié)能方案設(shè)計、EPC合同、節(jié)能設(shè)備可靠性等也是用能方選擇ESCO的主要關(guān)注點[14]。

上述研究多是提出衡量ESCO的標(biāo)準(zhǔn)[11-14]，或者在既定選擇標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行ESCO選擇[10]。然而，在實際項目中，用能方更關(guān)注如何在保證自身利益目標(biāo)的前提下，通過分析少量的、不足的ESCO信息，從多個ESCO中挑選出對自己最為有利的ESCO，現(xiàn)有研究并未能解決這一問題。本文擬從用能方的角度，結(jié)合灰色系統(tǒng)理論中的多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型來探討ESCO的選擇問題。

2 多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策的適用性分析

鄧聚龍[15]最早提出了灰色系統(tǒng)理論，以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，劉思峰等[16]在基于4種一致性效果測度函數(shù)的構(gòu)造基礎(chǔ)上提出了多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型。多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型可以幫助決策者在少信息、貧數(shù)據(jù)情境下，從多個決策目標(biāo)中選擇最優(yōu)決策目標(biāo)。與灰靶決策方法相比，多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型主要具有兩方面優(yōu)勢：①增加了權(quán)數(shù)，充分考慮了實際應(yīng)用中不同決策目標(biāo)重要性程度的不同；②充分考慮了目標(biāo)效果值和目標(biāo)效果向量中靶和脫靶兩種不同情形，大大提高綜合效果測度的分辨率[16-17]。

多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型已被廣泛用于解決各類決策目標(biāo)選擇問題。例如：楊耀紅和譚攀靜[18]將該方法用于供應(yīng)鏈供應(yīng)商選擇；代嵐等[19]借助此方法解決了應(yīng)急避難場選址的問題；高旭闊和張曉雪[20]將多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策用于既有建筑節(jié)能改造方案選擇；謝偉和劉寶新[21]利用多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型進(jìn)行軍事運(yùn)輸方式的選擇。此外，此方法還被用于解決煤炭領(lǐng)域[22]、軍事裝備領(lǐng)域[23]、地質(zhì)災(zāi)害評估領(lǐng)域[24]等的決策目標(biāo)選擇問題。

上述決策目標(biāo)選擇問題的共性表現(xiàn)為：①直接可用的目標(biāo)決策信息缺乏；②存在多個決策目標(biāo)；③多個決策目標(biāo)對于決策的重要性程度不完全相同；④通過比較綜合效果測度值來識別最優(yōu)決策。因此，多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型非常適合于幫助用能方在貧數(shù)據(jù)情況下解決需要考慮多個決策目標(biāo)、且各決策目標(biāo)重要性程度不同的ESCO選擇問題?；诖?，本文將首先對多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型進(jìn)行簡要闡述，并簡要列出該模型的主要計算步驟。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合某區(qū)政府的算例來對多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型在ESCO選擇問題中的實用性、有效性進(jìn)行實證。

3 多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型

基于劉思峰等[16]提出的多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型，本文列出文獻(xiàn)[15-17]中對多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型相關(guān)定義：

定義1：將需要研究、解決的問題或需要處理的事物以及一個系統(tǒng)行為的現(xiàn)狀統(tǒng)稱為事件，研究范圍內(nèi)的全體事件統(tǒng)稱為該研究范圍內(nèi)的事件集，記作A={a1,a2,…,an}，

其中ai(i=1,2,3,…,n)為第i個事件；

定義2：將所有可能的對策全體稱為對策集，記作B={b1,b2,…,bm}，其中

bj(j=1,2,3,…,m)為第j個對策；

定義3：事件集A={a1,a2,…,an}和對策集B={b1,b2,…,bm}的笛卡爾積S=A×B={(ai,bj)|ai∈A,bj∈B(}稱為決策方案集，對于任意sij=(ai,bj)稱為決策方案；

定義4：

4 多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型計算步驟

根據(jù)文獻(xiàn)[16-17]，本文列出多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型的詳細(xì)步驟，具體如下：

步驟一：將要解決的問題以及相應(yīng)的對策分別設(shè)定為事件集A={a1,a2,…,an}和對策集B={b1,b2,…,bm}在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造決策方案集

S={sij=(ai,bj)|ai∈A,bj∈B(}；

步驟二：根據(jù)實際需求確定決策目標(biāo)k(k=1,2,…,s)；

步驟三：采用AHP法確定各目標(biāo)的決策權(quán)η1,η2,…,ηs；

步驟四：對目標(biāo)k(k=1,2,…,s)求相應(yīng)的目標(biāo)效果樣本矩陣；

步驟六：求k目標(biāo)下一致效果測度矩陣

5 算例分析

某區(qū)政府打算對一棟行政大樓進(jìn)行能源系統(tǒng)改造，計劃節(jié)能改造期限為16個月，容忍限為1個月，現(xiàn)已初步篩選出三家節(jié)能服務(wù)公司(ESCO)。根據(jù)該區(qū)政府的要求，3家ESCO(ESCO1；ESCO2；ESCO3)分別提供了各自公司的自評報告和該項目節(jié)能改造數(shù)據(jù)。本文以多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策評估模型為基礎(chǔ)，對3家ESCO提供的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合分析后，得出該區(qū)政府應(yīng)該與ESCO1進(jìn)行下一步談判、協(xié)商簽訂節(jié)能服務(wù)合同的決策。整個決策過程如下：

步驟一：建立事件集、對策集及決策方案集。

將選擇哪家ESCO進(jìn)行下一步談判、協(xié)商作為事件a1，則事件A={ai}={a1}；將選擇ESCO1、ESCO2、ESCO3分別作為對策b1,b2,b3，則對策集B={bj}={b1,b2,b3}；由事件集A和對策集B構(gòu)造決策方案集

S={sij=(ai,bj)|ai∈A,bj∈B(}={s11,s12,s13}。

步驟二：確定決策目標(biāo)

采用專家咨詢法，經(jīng)過2輪專家咨詢后確定了“公司資質(zhì)狀況”、“公司信譽(yù)狀況”、“節(jié)能設(shè)備質(zhì)量”、“節(jié)能改造期”、“節(jié)能效益分享期”、“節(jié)能設(shè)計方案”、“參與節(jié)能效益分享比例”、“節(jié)能改造對原建筑的破壞程度”、“合同期年保證節(jié)能量”、“節(jié)能量檢測難易程度”、“先期預(yù)付款”等11個方面作為3家ESCO的決策目標(biāo)。經(jīng)過論證，確定了該11個決策目標(biāo)的類型，具體如表1所示：

表1 ESCO決策目標(biāo)統(tǒng)計表

*注：效益型目標(biāo)：是指效果樣本值越大越好；成本型目標(biāo)：是指效果樣本值越小越好；適中型目標(biāo)：是指效果樣本值越接近某一適中值越好。

步驟三：確定11個決策目標(biāo)的決策權(quán)數(shù)。采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)對11個決策目標(biāo)的決策權(quán)重系數(shù)進(jìn)行確定，最終各決策目標(biāo)的決策權(quán)數(shù)如表2所示：

表2 目標(biāo)決策權(quán)統(tǒng)計表

步驟四：求各目標(biāo)的效果樣本向量

對表1中備注為“定性”的決策目標(biāo)進(jìn)行專家評分，將其轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。所有6個定性指標(biāo)的評分均采用10分值，“10分”代表最優(yōu)、最好、最大、最困難，“0分”代表最劣、最差、最小、最容易。各決策目標(biāo)的分值采用算數(shù)平均法，在對各8位專家評分進(jìn)行加總平均后求得。根據(jù)3家ESCO所提供的自評報告以及所提供的該項目節(jié)能改造數(shù)據(jù)，研究對表1中備注為“定量”的決策目標(biāo)進(jìn)行匯總，整理后形成表3：

表3 目標(biāo)效果統(tǒng)計表

根據(jù)表3形成目標(biāo)效果樣本矩陣：

步驟六：求k目標(biāo)下一致效果測度矩陣

本步驟主要是為本研究中所涉及的11項不同量綱的決策目標(biāo)去量綱化，結(jié)合步驟五設(shè)定的目標(biāo)效果臨界值矩陣，以及文獻(xiàn)[13-15]相關(guān)計算理論，對效果樣本矩陣U(k)進(jìn)行k目標(biāo)下一致效果測度矩陣計算。計算主要遵循以下法則：

法則3：設(shè)k=4時為適中型目標(biāo)，即目標(biāo)效果樣本值越接近適中值A(chǔ)(可知A=16)越好，其中：

步驟6-1：當(dāng)k=1時：k目標(biāo)下一致效果測度矩陣計算遵循法則1，即：

按照此法則(法則1)，分別求出k=2,3,6,9時的一致效果測度矩陣。

步驟6-2：當(dāng)k=5時：k目標(biāo)下一致效果測度矩陣計算遵循法則2，即：

按照此法則(法則2)，分別求出k=7,8,10,11時的一致效果測度矩陣。

步驟6-3：當(dāng)k=4時：k目標(biāo)下一致效果測度矩陣計算遵循法則3，分兩種情況考慮：

步驟6-4：將所有k目標(biāo)下一致效果測度函數(shù)值匯總，形成k目標(biāo)下一致效果測度矩陣Rk，即：

由表2可得k目標(biāo)下的決策權(quán)矩陣

則綜合效果測度矩陣

步驟八：確定最優(yōu)對策bj0

由r11=0.5996，r12=0.5769，r13=0.5151，即：r11，r12，r13均大于0，可知該三家ESCO均中灰靶，表明篩選的這三家ESCO進(jìn)行最終決策是合理的。

觀察三家ESCO各自的綜合效果測度值，可以發(fā)現(xiàn)三個綜合效果測度值均介于0.5至0.6之間，差值相對較小。造成這一結(jié)果的原因可能是三家備選ESCO本身在綜合考評的11項優(yōu)選指標(biāo)方面差距并不是特別顯著，因此，無法直觀地識別出絕對優(yōu)勢方案，但是，借助本文所構(gòu)建的多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型可以較有效的實現(xiàn)定量化方案優(yōu)選。

6 結(jié)語

本文的主要研究結(jié)論為：

(1)在對ESCO進(jìn)行優(yōu)選時，應(yīng)著重關(guān)注“公司資質(zhì)狀況”、“公司信譽(yù)狀況”、“節(jié)能設(shè)備質(zhì)量”、“節(jié)能改造期”、“節(jié)能效益分享期”、“節(jié)能設(shè)計方案”、“參與節(jié)能效益分享比例”、“節(jié)能改造對原建筑的破壞程度”、“合同期年保證節(jié)能量”、“節(jié)能量檢測難易程度”、“先期預(yù)付款”等11個方面。

(2)將多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型應(yīng)用于ESCO選擇中，可有效幫助用能方解決在少數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)不全情況下的ESCO選擇問題，使選擇結(jié)果更科學(xué)、更合理。

(3)實證算例結(jié)果表明，運(yùn)用多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型計算出的三家ESCO的綜合效果測度值中ESCO1的值最大，表明ESCO1最接近灰靶靶心，該區(qū)政府應(yīng)該選擇ESCO1。最終核實結(jié)果也表明，該區(qū)政府也在多方討論后最終選擇與ESCO1進(jìn)行第二輪談判，與本文的分析結(jié)果吻合。因此，本文所構(gòu)建的多目標(biāo)加權(quán)灰靶決策模型具有較強(qiáng)的適用性。

附錄：AHP法計算出的各級指標(biāo)權(quán)重

一級指標(biāo)二級指標(biāo)三級指標(biāo)權(quán)數(shù)決策指標(biāo)ESCO競爭力(0.0758)公司資質(zhì)狀況(0.5)公司信譽(yù)狀況(0.5)節(jié)能設(shè)計(0.2174)節(jié)能設(shè)備質(zhì)量(0.4288)節(jié)能設(shè)計方案(0.1424)節(jié)能改造(0.2174)節(jié)能改造對原建筑的破壞程度(0.4288)節(jié)能改造期(0.1998)節(jié)能效益分享期(0.6004)節(jié)能效益(0.4894)先期預(yù)付款(0.1998)參與節(jié)能效益分享比例(0.4288)合同期年保證節(jié)能量(0.4288)節(jié)能量檢測難易程度(0.1424)