基于DEA模型的北京智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)研究

姜 軍， 鄭曉曉， 袁義淞

（1.北京建筑大學(xué)城市經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 100044； 2.北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100044）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)的城市建設(shè)和管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)城市發(fā)展的步伐，加之受金融危機(jī)的影響，全球都在尋求城市發(fā)展的突破口. 2008年，美國(guó)IBM公司首次提出了“智慧地球”的理念，智慧城市建設(shè)成為“智慧地球”理念的出發(fā)點(diǎn)，為城市建設(shè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新思路［1-2］.

北京是我國(guó)的首都，也是一座現(xiàn)代化的國(guó)際大都市，是我國(guó)向全世界展示中國(guó)城市形象的重要窗口. 由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加上之前城市管理方法的不科學(xué)，長(zhǎng)期積累下來(lái)出現(xiàn)了很多城市問(wèn)題，如人口膨脹、交通擁擠、住房困難、環(huán)境惡化、資源緊張等，使北京這座國(guó)際大都市的“大城市病”問(wèn)題日益嚴(yán)峻［3］. 如何建設(shè)和管理好北京現(xiàn)已成為一個(gè)重要的研究課題. 智慧城市戰(zhàn)略為北京城市建設(shè)與管理提供了新思路，這是城市管理發(fā)展的必然方向，也是和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展和“以人為本”思想的內(nèi)在要求.

2012年3月，北京市召開(kāi)“智慧北京”動(dòng)員和工作會(huì)議，并正式對(duì)外發(fā)布了《智慧北京行動(dòng)綱要》，標(biāo)志著智慧北京建設(shè)全面開(kāi)展［4］.《智慧北京行動(dòng)綱要》從政策上明確了智慧北京建設(shè)的方向. 此后，國(guó)家相關(guān)部門(mén)及北京市不斷推出智慧北京建設(shè)的相關(guān)政策，積極推進(jìn)智慧北京建設(shè)，從政策層面鼓勵(lì)北京引進(jìn)重大項(xiàng)目，支持企業(yè)投資并參與智慧北京建設(shè). 從《智慧北京行動(dòng)綱要》發(fā)布以來(lái)，北京智慧城市建設(shè)已取得了巨大成就：寬帶城市與無(wú)線城市建設(shè)方面，2012年底實(shí)現(xiàn)了20M有線寬帶全覆蓋，2015年初4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)開(kāi)始啟動(dòng). 2015年已實(shí)現(xiàn)WLAN接入點(diǎn)10.5萬(wàn)個(gè)，3G基站2.2萬(wàn)個(gè)，7個(gè)重點(diǎn)區(qū)域?yàn)槭忻裉峁?年免費(fèi)無(wú)線上網(wǎng)服務(wù)；政務(wù)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方面，四環(huán)內(nèi)超過(guò)95%的范圍實(shí)現(xiàn)了政務(wù)物聯(lián)專網(wǎng)覆蓋，四環(huán)以外根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)了區(qū)域覆蓋，遠(yuǎn)郊區(qū)縣實(shí)現(xiàn)了行政中心區(qū)覆蓋. 2014年底，北京市建立了完善的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺(tái)，在統(tǒng)籌管理、信息共享、智慧服務(wù)、綜合管理等方面，實(shí)現(xiàn)了全方位支撐，建立了政務(wù)云服務(wù)體系，并按照“市區(qū)兩級(jí)、覆蓋全市、物理分散、邏輯銜接”的框架，構(gòu)建“1+N+16”政務(wù)云體系結(jié)構(gòu).

目前，智慧城市建設(shè)在全球范圍內(nèi)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的樣板，北京智慧城市建設(shè)正處在技術(shù)研究及應(yīng)用提升階段，所以目前無(wú)法通過(guò)對(duì)比來(lái)衡量一個(gè)城市智慧建設(shè)的效果，故如何合理分配投入，避免出現(xiàn)投資浪費(fèi)，成為重要的研究課題. 本研究運(yùn)用DEA評(píng)價(jià)模型，從投入-產(chǎn)出的角度測(cè)算北京市2010—2018年智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出的效率，從而更好地反映北京智慧城市建設(shè)的效果［5］，為未來(lái)提高投資效率提出相關(guān)的政策建議.

1 智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)DEA模型

DEA 方法的全稱為數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（data envelopment analysis）方法，于1978 年誕生，最初由Charnes 等［6］提出. 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃來(lái)建立模型，然后計(jì)算決策單元（Decision Making Units，簡(jiǎn)稱DMU）之間的相對(duì)效率（績(jī)效）［7］. 其中，每個(gè)DMU均具有多項(xiàng)輸入（投入）和多項(xiàng)輸出（產(chǎn)出）觀察值，是綜合的評(píng)價(jià)方法. 針對(duì)選定好的一組投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)，輸入DEA模型計(jì)算時(shí)，并不需要評(píng)價(jià)者人為確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法能夠通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)自主求得最優(yōu)權(quán)重，反映所評(píng)價(jià)問(wèn)題的具體情況［8］. 這在一定程度上排除了較多的主觀因素干擾，客觀性增強(qiáng)，從而保證效率評(píng)價(jià)工作的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性.

建設(shè)智慧城市投入-產(chǎn)出的生產(chǎn)函數(shù)沒(méi)有明確的、已知的公式，運(yùn)用傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)其效率具有很大難度，但是DEA評(píng)價(jià)模型解決了這一難題. 運(yùn)用DEA模型計(jì)算效率的時(shí)候，無(wú)須確定生產(chǎn)函數(shù)的具體形式，只要將投入及產(chǎn)出指標(biāo)的數(shù)據(jù)代入，然后設(shè)置參數(shù)即可［9］. 所以，DEA評(píng)價(jià)模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到許多研究領(lǐng)域當(dāng)中［10-11］.

DEA評(píng)價(jià)模型分為兩種：輸入型與輸出型. 輸入型DEA模型考慮產(chǎn)出y0為確定不變時(shí)，追求投入x0盡可能地減少；輸出型DEA模型的運(yùn)用主要看重投入x0不變，產(chǎn)出y0盡可能地提高，二者評(píng)價(jià)時(shí)考慮的角度不同. 對(duì)于智慧城市建設(shè)投入產(chǎn)出效率而言，控制投入要比控制產(chǎn)出相對(duì)容易且可實(shí)現(xiàn)，所以，本文采用輸入型DEA模型來(lái)評(píng)價(jià)北京市智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出的效率情況.

1.1 CCR模型

輸入型DEA模型比較有代表性的是CCR與BCC兩個(gè)模型. 其中，CCR是第一個(gè)DEA評(píng)價(jià)模型［12］，許多DEA模型都是根據(jù)CCR模型發(fā)展而來(lái)的. CCR模型呈現(xiàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果是每個(gè)DMU的整體效率，DMU如果有效，即技術(shù)效率和規(guī)模效率同時(shí)有效. 假設(shè)產(chǎn)出為y0不變，第j個(gè)DMU為相對(duì)有效，λj為其權(quán)重系數(shù)，為了盡可能減少投入，使投入按θ 的倍數(shù)減少，求θ 的最小值. 公式如下：

式中：θ 為決策單元的綜合效率，其計(jì)算結(jié)果有兩種情況，即等于1或者小于1；s-表示投入的冗余，s+表示產(chǎn)出的不足.

DMU的有效性結(jié)論如下［13］：

1）當(dāng)滿足θ=1，s-=0，s+=0 時(shí)，說(shuō)明決策單元不存在投入冗余和產(chǎn)出不足的情況. 此時(shí)，DMU為DEA有效單元.

2）當(dāng)滿足θ=1，s-≠0 或者s+≠0 時(shí)，說(shuō)明決策單元存在投入冗余或者產(chǎn)出不足的情況. 此時(shí)，DMU為弱DEA有效. 如果s-≠0，說(shuō)明存在投入冗余，在現(xiàn)有投入的基礎(chǔ)上，減少s-的投入量，依然能保持產(chǎn)出不變.

3）當(dāng)θ ＜1時(shí)，DMU為DEA無(wú)效單元.

1.2 BCC模型

2 北京市智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)

建設(shè)智慧城市，實(shí)現(xiàn)美好生活已經(jīng)成為諸多國(guó)家與地區(qū)的共識(shí). 隨著智慧城市建設(shè)進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)期，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展與科技創(chuàng)新是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)保障［16］. 本文主要從信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的投入及產(chǎn)出角度出發(fā)，評(píng)價(jià)北京市智慧城市建設(shè)的投入-產(chǎn)出效率.

2.1 投入、產(chǎn)出指標(biāo)的選取

研究選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不同，DEA模型的計(jì)算分析結(jié)果也將不同. 北京市智慧城市建設(shè)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，首先要考慮到數(shù)據(jù)的可得性，即數(shù)據(jù)可以從相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料查詢，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與客觀性；其次，選取的指標(biāo)要有代表性；最后，所選的指標(biāo)要全面，并且要避免指標(biāo)之間的相關(guān)性. 考慮DEA模型評(píng)價(jià)指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)當(dāng)遵從全面且不重復(fù)的原則，并結(jié)合以往學(xué)者的相關(guān)研究［4，7，17-18］，盡可能的全面考慮智慧城市建設(shè)的投入及產(chǎn)出，本文最終確定的投入及產(chǎn)出指標(biāo)如表1所示.

表1 北京市智慧城市建設(shè)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.1 Evaluation index of efficiency of smart city construction in Beijing

2.1.1 投入指標(biāo)

勞動(dòng)力投入：美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家愛(ài)德華·丹尼森提出的人力資本度量方法中，用勞動(dòng)者報(bào)酬衡量勞動(dòng)力的投入. 由于目前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料無(wú)法獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，在本文中，選取指標(biāo)信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)就業(yè)人員數(shù)來(lái)度量勞動(dòng)力投入.

資本投入：本研究選取信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)固定資產(chǎn)投資作為資本投入指標(biāo)，主要考慮到該指標(biāo)是智慧城市建設(shè)所必需的的物質(zhì)基礎(chǔ).

能源投入：根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2019》第九章關(guān)于能源方面的主要統(tǒng)計(jì)指標(biāo)解釋，能耗構(gòu)成有原煤和原油及其制品、天然氣、電力等. 目前，倡導(dǎo)能源節(jié)約與生態(tài)環(huán)境保護(hù)是主題，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式正在逐步轉(zhuǎn)為集約型發(fā)展方式，能源消費(fèi)量是衡量智慧城市建設(shè)效率的重要指標(biāo)，所以選擇信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)能源消費(fèi)總量（萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤）作為能源投入指標(biāo).

2.1.2 產(chǎn)出指標(biāo)

產(chǎn)值：產(chǎn)值是衡量經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo). 選取信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)生產(chǎn)總值作為產(chǎn)出指標(biāo)，能夠較好地體現(xiàn)投入指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效果，具有普適性［19］.

流量使用量：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入流量是衡量互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況的重要指標(biāo)，也是從側(cè)面衡量智慧城市發(fā)展程度的指標(biāo). 目前，手機(jī)在交通、就醫(yī)、視頻會(huì)議等方面扮演著非常重要的角色，在這些角色的背后，都離不開(kāi)移動(dòng)流量的技術(shù)支持，所以本文選擇移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入流量作為智慧城市建設(shè)效率評(píng)價(jià)的產(chǎn)出指標(biāo).

2.2 北京市智慧城市建設(shè)效率分析

根據(jù)表1確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，查詢2011—2019年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》以及《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》的指標(biāo)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)代入到DEA模型，利用DEAP 2.1軟件計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果如表2.

表2 北京市智慧城市建設(shè)效率計(jì)算結(jié)果（2010—2018年）Tab.2 Calculation results of efficiency of smart city construction in Beijing（2010-2018）

由表2可知，2010—2018年北京市智慧城市建設(shè)整體效率有波動(dòng)，但是總體上呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)（圖1）.2010—2015年和2017年為相對(duì)DEA無(wú)效單元，表2的數(shù)據(jù)顯示，無(wú)效單元主要是由于規(guī)模效率較低造成的，且均處于規(guī)模效率遞增的階段. 未來(lái)，北京市智慧城市建設(shè)效率的提升空間，主要源于規(guī)模效率的提升，純技術(shù)效率的提升空間非常小.

圖1 2010—2018年北京市智慧城市建設(shè)效率Fig.1 Efficiency of smart city construction in Beijing from 2010 to 2018

圖1的結(jié)果顯示：2010—2018年北京市智慧城市建設(shè)純技術(shù)效率值差異很小，都接近于1. 由于DEA模型計(jì)算的是相對(duì)效率，如果決策單元之間的差異不大，計(jì)算結(jié)果都會(huì)接近1；整體效率值的差異比較明顯，從2010年的0.683已經(jīng)上升到2018年的1，北京智慧城市建設(shè)的努力取得了豐碩的成果.

2.3 DEA無(wú)效單元投入冗余分析

從表2可知，DEA相對(duì)無(wú)效的單元中，如果純技術(shù)效率值小于1，說(shuō)明存在投入冗余，即2012年、2013年、2015年和2017年4個(gè)單元均存在投入冗余的情況. 根據(jù)軟件DEAP 2.1計(jì)算的結(jié)果，將投入冗余及目標(biāo)值結(jié)果統(tǒng)計(jì)后列出表3. 從表3可以看出：若既有產(chǎn)出不變，對(duì)投入而言，2015年信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)就業(yè)人員數(shù)量投入冗余最大，有8.13%的節(jié)約空間；在能源消費(fèi)方面，從2015年到2017年，信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)能源消費(fèi)總量的改進(jìn)率從4.65%下降到1.89%，能源耗用效率有所提升.

表3 DEA無(wú)效技術(shù)單元投入冗余及目標(biāo)值匯總表Tab.3 Input redundancy and target values of invalid DEA units

3 結(jié)論與建議

我國(guó)城市化建設(shè)起步較晚，基礎(chǔ)建設(shè)環(huán)節(jié)還比較薄弱. 北京在智慧城市建設(shè)的努力嘗試中獲取了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也取得了一些成果，從投入-產(chǎn)出的角度來(lái)評(píng)價(jià)北京智慧城市的建設(shè)效率，可以更直觀地觀察到政府和社會(huì)為智慧城市建設(shè)投入所取得的效果.

3.1 結(jié)論

1）2010—2018年，9個(gè)決策單元中，2016年和2018年兩個(gè)單元為DEA相對(duì)有效單元，整體效率為1，其余7個(gè)決策單元為DEA相對(duì)無(wú)效單元；7個(gè)相對(duì)無(wú)效決策單元中，2010年、2011年和2014年為純技術(shù)效率有效單元，但是規(guī)模無(wú)效. 由此看來(lái)，北京市智慧城市建設(shè)投入產(chǎn)出整體效率有波動(dòng)，但是呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì).

2）從計(jì)算結(jié)果可知，2010—2018年，北京智慧城市建設(shè)純技術(shù)效率值差異不大，而是規(guī)模效率的提升帶動(dòng)了整體效率的提升. DEA無(wú)效單元主要是由于規(guī)模效率偏低造成的，且均處于規(guī)模效率遞增的階段. 目前，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+等有關(guān)技術(shù)企業(yè)數(shù)量較多，根據(jù)《北京統(tǒng)計(jì)年鑒2019》第三產(chǎn)業(yè)法人單位主要指標(biāo)公布的數(shù)據(jù)，2017年，北京信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)企業(yè)數(shù)為3363個(gè)，在所有行業(yè)分類中排名第四（排名前3名的分別是批發(fā)和零售業(yè)6341個(gè)，租賃和商業(yè)服務(wù)業(yè)5301個(gè)，房地產(chǎn)業(yè)4304個(gè)），但是企業(yè)規(guī)模偏小，大大拉低了北京智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出效率. 未來(lái)，北京智慧城市建設(shè)效率的提升，在一定程度上依賴于規(guī)模效率的提升.

3）就投入有剩余的情況來(lái)看，技術(shù)效率無(wú)效的4個(gè)決策單元（2012年、2013年、2015年和2017年）存在投入冗余的情況. 其中，2015 年信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)就業(yè)人員數(shù)（萬(wàn)人）的改進(jìn)空間最大，達(dá)到8.13%，說(shuō)明智慧城市建設(shè)人員投入數(shù)量很高，未來(lái)需要精簡(jiǎn)人員投入，同時(shí)要注意提高從業(yè)人員素質(zhì). 我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)中技師級(jí)別以上的人才占技術(shù)工人的3.2%，而發(fā)達(dá)國(guó)家一般為20%～40%［2］，且技術(shù)創(chuàng)新人才、拔尖人才積累的較少；能源投入冗余在逐步下降，說(shuō)明能源利用效率逐步上升，符合我國(guó)生態(tài)環(huán)保、節(jié)約能源的理念.

3.2 建議

1）重視智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出效率評(píng)價(jià)［3］. 以往的研究中，側(cè)重關(guān)注智慧城市建設(shè)已經(jīng)取得的成果或者智慧城市建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，往往忽略了智慧城市建設(shè)背后的投入. 北京智慧城市建設(shè)已經(jīng)邁向了新階段，未來(lái)智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出評(píng)價(jià)不僅關(guān)注產(chǎn)出，更應(yīng)該關(guān)注投入，減少投入冗余，實(shí)現(xiàn)資源利用效率提升，助力建設(shè)節(jié)約型社會(huì).

2）擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)規(guī)模收益. 北京智慧城市建設(shè)效率評(píng)價(jià)DEA無(wú)效單元均處于規(guī)模遞增階段，提高規(guī)模效率是提高智慧城市建設(shè)投入-產(chǎn)出效率的重要路徑. 智慧產(chǎn)業(yè)處于初期發(fā)展階段，根據(jù)《北京統(tǒng)計(jì)年鑒2019》數(shù)據(jù)顯示，2017年，信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)企業(yè)數(shù)排名第四（3363個(gè)），以中小企業(yè)為主體的居多，偏好風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的金融資本對(duì)其支持力度有限，資金缺口是制約其發(fā)展的重要瓶頸，有關(guān)政府部門(mén)可以為該類企業(yè)提供有效的融資通道，適當(dāng)擴(kuò)大規(guī)模，提高產(chǎn)出效率.

3）注重人才培養(yǎng)，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)［20］. 智慧城市建設(shè)離不開(kāi)人力資本的有效投入，雖然目前人力投入基數(shù)大，但是人員素質(zhì)不高也是造成人員投入冗余的原因之一. 2015年9月，工業(yè)和信息化部全國(guó)通信及信息設(shè)備運(yùn)維考試管理中心（ICT）已經(jīng)啟動(dòng)“智慧城市專項(xiàng)技術(shù)人才培訓(xùn)考試認(rèn)證”項(xiàng)目，將在全國(guó)開(kāi)展智慧城市專項(xiàng)人才的培訓(xùn)考試和認(rèn)證工作. 該項(xiàng)目的啟動(dòng)，標(biāo)志著開(kāi)展智慧城市專項(xiàng)人才的培訓(xùn)考試和認(rèn)證工作將步入一個(gè)新的起點(diǎn)，同時(shí)，在智慧城市建設(shè)和人才儲(chǔ)備方面也將邁向一個(gè)新的臺(tái)階.

培養(yǎng)一批技術(shù)精湛的專業(yè)隊(duì)伍非常重要. 首先，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研的模式，將企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員輸送到高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)交流學(xué)習(xí)，培養(yǎng)一批不僅實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)豐富，而且具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)的專業(yè)人才；其次，高校應(yīng)加大大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)的科研投入，設(shè)置相關(guān)專業(yè)博士后流動(dòng)站，鼓勵(lì)一批青年學(xué)者攻克智慧城市建設(shè)中遇到的一些技術(shù)難題；最后，應(yīng)積極啟動(dòng)全球人才引進(jìn)計(jì)劃，出臺(tái)激勵(lì)政策吸引拔尖人才來(lái)中國(guó)就業(yè).