基于AHP-SD模型的江蘇港口綠色發(fā)展研究

李上康 趙施潔 陳澤偉

(1.江蘇航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通 226010；2.南通大學(xué)，江蘇南通 226019)

隨著綠色發(fā)展理念的不斷實踐，我國綠色港口的研究迅速興起，代表性的研究有：翟群臻等[1]在分析綠色低碳港口內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟、社會、環(huán)境、生態(tài)、資源等角度構(gòu)建了綠色港口評價指標體系，采用模糊綜合評價法實證分析并提出發(fā)展對策；歐陽斌等[2]構(gòu)建了綠色港口評價指標體系對廣州港進行實證分析，并提出相應(yīng)測評方法及標準；劉翠蓮等[3]構(gòu)建了港口綠色發(fā)展評價指標體系，并提出相應(yīng)對策；門聯(lián)歡等[4]采用灰色預(yù)測模型預(yù)測了我國2050年沿海港口吞吐量和碳排放量；吳曉娟[5]采用系統(tǒng)動力學(xué)模擬分析集裝箱港口綠色發(fā)展過程中各子系統(tǒng)間的相互關(guān)系，通過對增加港口環(huán)保投入以及改善港口能源消耗結(jié)構(gòu)兩方面的政策模擬結(jié)果，對我國集裝箱港口的低碳綠色發(fā)展提出相應(yīng)的對策及建議。但是，目前針對江蘇港口綠色發(fā)展研究的文獻不多，綜合采用定性與定量相結(jié)合的方法對江蘇港口綠色發(fā)展進行研究的幾乎沒有。本文從經(jīng)濟發(fā)展、港口現(xiàn)狀、企業(yè)響應(yīng)著手，建立港口綠色發(fā)展驅(qū)動力、綠色發(fā)展狀態(tài)和綠色發(fā)展響應(yīng)三大目標層，綜合運用AHP(Analytic Hierarchy Process，層次分析法)和SD(System Dynamics，系統(tǒng)動力學(xué))模型對江蘇港口綠色發(fā)展水平進行實證研究，為江蘇港口高質(zhì)量綠色發(fā)展提供了有針對性的對策建議，助力江蘇港口強省建設(shè)。

1 港口綠色發(fā)展AHP-SD模型的構(gòu)建

1.1 港口綠色發(fā)展因素分析

(1)指標體系與判斷矩陣構(gòu)建

借鑒參考文獻[6]采用成熟可行的AHP構(gòu)建港口綠色發(fā)展評價指標體系(見表1)，其中，“港口生產(chǎn)單位吞吐量CO2排放比例”、“港口單位長度碼頭岸線通過能力”為新引入的綠色發(fā)展狀態(tài)指標，分別衡量港口生產(chǎn)作業(yè)的CO2減排效果及港口大型化與集約化發(fā)展效果；指標間重要程度使用軟件YAAHP建立判斷矩陣，指標間的比較標度如表2-5所示。

表1 港口綠色發(fā)展評價指標體系

表2 港口綠色發(fā)展評價指標體系判斷矩陣

(2)層次權(quán)重確定

使用軟件YAAHP中的“計算結(jié)果”功能鍵查找每個指標的權(quán)重，并檢查一致性測試結(jié)果，以判斷結(jié)果的合理性。通過對目標層判斷矩陣的計算，得到各指標的權(quán)重為：W=(0.5889,0.2519,0.1593)，λmax=3.0539，一致性比率為0.0518<0.1，一致性檢驗合理；W1=(0.0976,0.1703,0.3031,0.4290)，λmax=4.2199，一致性比率為0.0824<0.1，一致性檢驗合理；W2=(0.1209,0.1583,0.0457,0.0553,0.0840,0.2251,0.3107)，λmax=7.6514，一致性比率為0.0798<0.1，一致性檢驗合理；W3=(0.3630,0.0865,0.1333,0.1578,0.2057,0.0537)，λmax=6.4960，一致性比率為0.0787<0.1，一致性檢驗合理?？梢?，各指標檢驗系數(shù)均小于0.1，均通過一致性檢驗；利用AHP進行指標權(quán)重的計算，結(jié)果如表6-7所示。

表3 綠色發(fā)展驅(qū)動力判斷矩陣

表4 綠色發(fā)展狀態(tài)判斷矩陣

表5 港口綠色發(fā)展響應(yīng)判斷矩陣

表6 港口綠色發(fā)展評價指標體系權(quán)重

(3)評價指標綜合分析

選取江蘇港口作為分析對象，運用評價指標體系對江蘇港口近年綠色發(fā)展情況進行評價。數(shù)據(jù)來源于歷年《中國港口年鑒》、《江蘇交通年鑒》、《中國交通運輸節(jié)能減排與低碳發(fā)展年度報告》、《江蘇統(tǒng)計年鑒》、江蘇統(tǒng)計局官網(wǎng)等。評價指標包含定量與定性兩類，為方便度量，對指標進行量化處理。根據(jù)港航專家對定性指標的評價，結(jié)合當前綠色港口發(fā)展狀況，將所得分數(shù)進行標準化處理：記樣本數(shù)據(jù)為Ci，標準化處理后的變量記為Yi，其中i=1，2，3…n；Yi=(Ci-X)/S，X為n個變量的均值，S為n個變量的標準差。為便于比較，計算結(jié)果使用100+10Yi進行處理。根據(jù)表6的指標層權(quán)重，計算各指標的標準化數(shù)據(jù)(見表7)。

表7 2010-2017年江蘇港口綠色發(fā)展評價指標標準化數(shù)據(jù)

根據(jù)標準化數(shù)據(jù)，選取100作為評價的基準值，對評價指標相對于基準值的偏離程度進行分析。評價指標標準數(shù)值大于基準值的程度越大，說明港口綠色發(fā)展水平越好；反之，港口綠色發(fā)展水平越差。將表6-7的評價指標體系權(quán)重值與其標準化數(shù)據(jù)相乘再求和，得到2010-2017年江蘇港口綠色發(fā)展評價值分別為103.58、104.52、105.57、106.25、107.32、108.20、110.11、112.71，可見，8年間江蘇港口綠色發(fā)展總體處于上升態(tài)勢，其中，2010-2015年江蘇港口綠色發(fā)展水平增長較慢，2016年開始步入發(fā)展快車道。

如表6所示，腹地GDP總值(C4)、港口萬噸級以上泊位比例(C3)、港口集裝箱吞吐量(C2)、港口生產(chǎn)單位吞吐量CO2排放比例(C11)、港口貨物吞吐量(C1)、港口單位長度碼頭岸線通過能力(C10)等指標對港口綠色發(fā)展影響較大。接著，以AHP求出的權(quán)重值構(gòu)建數(shù)學(xué)表達式，并將定量指標與定性指標數(shù)學(xué)表達式共同帶入SD模型系統(tǒng)流圖中，解決SD模型中定性指標無法運行的問題。權(quán)重值還能夠幫助模型的仿真預(yù)測和政策模擬優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)不同指標的權(quán)重值，比較港口綠色發(fā)展水平。

1.2 港口綠色發(fā)展SD模型構(gòu)建

(1)因果關(guān)系圖的構(gòu)建

因果關(guān)系分析是SD模型構(gòu)建的前提，通過對AHP中每個指標以及港口綠色發(fā)展驅(qū)動力子系統(tǒng)、港口綠色發(fā)展狀態(tài)子系統(tǒng)、港口綠色發(fā)展響應(yīng)子系統(tǒng)等三大子系統(tǒng)之間的關(guān)系分析，可以研究整個港口綠色發(fā)展系統(tǒng)內(nèi)要素的變化情況，結(jié)合SD模型的思想，采用軟件VENSIM進行SD模型的數(shù)學(xué)建模，實現(xiàn)了港口綠色發(fā)展因果關(guān)系圖的呈現(xiàn)(見圖1)。

如圖1所示，港口綠色發(fā)展的反饋回路主要是正反饋。港口貨物吞吐量、集裝箱吞吐量及腹地GDP不斷增長，為港口綠色發(fā)展不斷積累物質(zhì)基礎(chǔ)；采用水鐵聯(lián)運比例等七個指標對綠色發(fā)展狀態(tài)進行描述，其中，唯一呈現(xiàn)負反饋的是“港口生產(chǎn)單位吞吐量CO2排放比例→綠色發(fā)展狀態(tài)”這一環(huán)節(jié)，說明經(jīng)濟發(fā)展會導(dǎo)致港口貨物吞吐量增加，港口碳排放量上升，對港口綠色發(fā)展產(chǎn)生負面影響。因此，在注重經(jīng)濟發(fā)展速度時要兼顧經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量，推動經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，堅決擺脫“先污染后治理”的路徑依賴。

圖1 港口綠色發(fā)展因果關(guān)系圖

(2)系統(tǒng)流圖

對SD模型進行定性分析，構(gòu)建了港口綠色發(fā)展三大子系統(tǒng)和港口綠色發(fā)展因果關(guān)系圖，理順了系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯關(guān)系；接著，利用AHP計算的指標權(quán)重值，使用軟件VENSIM生成港口綠色發(fā)展系統(tǒng)流圖(見圖2)。至此，港口綠色發(fā)展的AHP-SD模型得以建立。

圖2 港口綠色發(fā)展系統(tǒng)流圖

2 江蘇港口綠色發(fā)展的AHP-SD模型仿真分析

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

為提升江蘇港口集約化、規(guī)?；c綠色化發(fā)展水平，2017年，連云港、南京、蘇州、南通、鎮(zhèn)江、常州、揚州、泰州8市地方國有涉港資產(chǎn)共同出資，并整合3家省屬航運企業(yè)成立了江蘇省港口集團有限公司(簡稱“江蘇港口集團”)。無論是港口規(guī)模還是港口吞吐能力與發(fā)展?jié)摿ΓK港口集團都在全省占據(jù)了絕對優(yōu)勢地位，在全國港航屆也具有代表性與影響力。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，2017年以前的相關(guān)數(shù)據(jù)也采用該八市數(shù)據(jù)加總方式處理。

2.2 模型檢驗

(1)直觀性檢驗

基于相關(guān)數(shù)據(jù)資料的分析，構(gòu)建了港口綠色發(fā)展因果關(guān)系圖和綠色發(fā)展系統(tǒng)流圖(見圖1、圖2)，圖中的反饋回路和數(shù)學(xué)表達式均符合實際情況，故該模型的直觀性檢驗通過。

(2)平穩(wěn)性檢驗

港口綠色發(fā)展AHP-SD模型是在諸多影響指標的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。因此，為了保證模型在改變一個參數(shù)的情況下，其他指標數(shù)據(jù)不發(fā)生很大波動，選擇改變步長的方法來檢驗?zāi)Ｐ偷钠椒€(wěn)性。以港口貨物吞吐量和港口集裝箱吞吐量為例，分別模擬步長為1，0.5，0.25三種情況下，兩者的變化情況。如圖3、圖4所示，不同步長下的曲線K值(斜率)基本一致，該模型的平穩(wěn)性檢驗通過。

圖3 不同步長下的港口貨物吞吐量

圖4 不同步長下的港口集裝箱吞吐量

(3)歷史數(shù)據(jù)檢驗

為保證仿真模擬結(jié)果與現(xiàn)實數(shù)據(jù)的一致性，需要對AHP-SD模型進行歷史數(shù)據(jù)檢驗。選取2010-2017年江蘇港口集團貨物吞吐量和集裝箱吞吐量作為檢驗樣本，模擬初始值設(shè)為2010年港口貨物吞吐量和集裝箱吞吐量的實際數(shù)據(jù)，模擬增長率為2010-2017年港口貨物吞吐量和集裝箱吞吐量年平均增長率。SD模型的主要目的是模擬仿真，對誤差要求不高，兩個指標的誤差平均值都在20%以內(nèi)(見表8)，可以接受，由于實踐中的不確定性，個別誤差偏高或偏低屬正?，F(xiàn)象?？梢姡到y(tǒng)仿真模型與實際數(shù)據(jù)契合度較高，系統(tǒng)仿真是真實有效的，該模型的歷史數(shù)據(jù)檢驗通過。

表8 江蘇港口集團歷史數(shù)據(jù)檢驗表

2.3 模擬仿真與變量預(yù)測

上述三項檢驗表明，港口綠色發(fā)展AHP-SD模型合理有效，可以將模擬結(jié)果運用到實際中去。搜集江蘇港口集團相關(guān)數(shù)據(jù)帶入Excel公式運算，結(jié)果如表9所示，2010-2025年江蘇港口集團貨物吞吐量和集裝箱吞吐量穩(wěn)步增長，港口單位長度碼頭岸線通過能力不斷提高，腹地GDP連年增長，港口生產(chǎn)單位吞吐量CO2排放比例逐年下降。

結(jié)合表9與圖1分析可知：在貨物吞吐量持續(xù)增長的情況下，江蘇港口集團依然能夠?qū)崿F(xiàn)能耗減少的目標。集裝箱吞吐量的快速增長，將促進高效、節(jié)能、綠色的港口運輸體系的建成；港口單位長度碼頭岸線通過能力不斷增強，碼頭岸線集約化經(jīng)營水平與港口裝卸效率進一步提高；港口腹地GDP增長將給港口綠色發(fā)展夯實財稅與投資基礎(chǔ)。江蘇港口綠色發(fā)展前景十分樂觀，港口綠色發(fā)展驅(qū)動力的增強、港口綠色發(fā)展狀態(tài)的優(yōu)化以及港口綠色發(fā)展響應(yīng)的加快共同促進了江蘇港口綠色發(fā)展水平的持續(xù)提升。

2.4 政策模擬優(yōu)化

AHP-SD模型不僅能對指標進行發(fā)展預(yù)測，而且能通過對模型參數(shù)權(quán)重的改變，來探究對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的作用。通過制定不同方案進行模擬，比較港口綠色發(fā)展水平值的變化，尋求提升港口綠色發(fā)展的最優(yōu)方案。本文將2010年江蘇港口集團的港口綠色發(fā)展水平設(shè)為1，為了讓模擬的變化值更加明顯，改變值定為10%。擬定三個方案：方案I，使用模型流圖中的原始參數(shù)權(quán)重值；方案II，在其他指標不變的情況下，將綠色發(fā)展驅(qū)動力的比例提高10%；方案III，同步調(diào)整，將綠色發(fā)展驅(qū)動力、綠色發(fā)展狀態(tài)和綠色發(fā)展響應(yīng)的比例都上調(diào)10%。計算結(jié)果表明，提升港口綠色發(fā)展驅(qū)動力、港口綠色發(fā)展狀態(tài)和港口綠色發(fā)展響應(yīng)都有助于提高港口綠色發(fā)展水平，其中，方案III同步提升各子系統(tǒng)權(quán)重的效果要比方案II單獨提升個別子系統(tǒng)權(quán)重以及方案I保持原始權(quán)重的效果更顯著，港口綠色發(fā)展水平更高(見表10)?？梢?，同步調(diào)整的情況下(方案III)，政策模擬達到了最優(yōu)值。

表10 江蘇港口集團港口綠色發(fā)展水平的不同方案數(shù)據(jù)比較

3 結(jié)論及建議

3.1 主要結(jié)論

(1)AHP-SD模型在港口綠色發(fā)展中的應(yīng)用是可行的、有效的。該模型不但可以全面梳理港口綠色發(fā)展的各種影響因素之間的邏輯關(guān)系，而且可以有效度量各種影響因素的指標權(quán)重；將歷史數(shù)據(jù)帶入經(jīng)過有效檢驗的模型可以進行模擬仿真與數(shù)據(jù)預(yù)測，得出的定量分析結(jié)果相對準確、可靠，能為區(qū)域港口綠色發(fā)展提供更有針對性、更高質(zhì)量的政策建議。

(2)指標權(quán)重比較分析表明(見表6)，從準則層來看，驅(qū)動力指標對港口綠色發(fā)展的影響力最大(占比近60%)，其次是發(fā)展狀態(tài)指標(占比約1/4但不及前者一半)；從指標層來看，腹地GDP總值、港口萬噸級以上泊位比例、港口集裝箱吞吐量、港口生產(chǎn)單位吞吐量CO2排放比例等指標權(quán)重之和高達61%——它們構(gòu)成了港口綠色發(fā)展的主攻方向。

(3)江蘇港口集團在港口貨物吞吐量不斷增長的情況下，依然保持著港口生產(chǎn)單位吞吐量CO2排放比例逐年下降的趨勢，一方面說明港口綠色發(fā)展與貨物吞吐量增長(直接關(guān)系主營業(yè)務(wù)收入增長)兩者可以兼顧，另一方面也說明江蘇港口綠色發(fā)展成效初見。

3.2 對策建議

(1)加快推動多式聯(lián)運體系建設(shè)

鐵水聯(lián)運等運輸方式對提高多式聯(lián)運水平的作用不言而喻。近幾年江蘇鐵水聯(lián)運業(yè)務(wù)穩(wěn)步發(fā)展，但鐵水聯(lián)運量占港口貨物吞吐量的比例離國家要求、國內(nèi)先進港口水平(如寧波港、上海港)還有很大差距。江蘇港口應(yīng)當著重建設(shè)內(nèi)陸中轉(zhuǎn)站，更新設(shè)備，擴大輻射面，爭取鐵路早日、全面通達全省主要港區(qū)，積極組織多式聯(lián)運業(yè)務(wù)，形成以港口為節(jié)點的綠色高效多式聯(lián)運體系，以便客戶選擇鐵水聯(lián)運方式，減少CO2的排放；充分利用國家多式聯(lián)運平臺功能，加強“一帶一路”交通合作，加密、擴大中歐班列覆蓋面與通達性。

(2)大力完善節(jié)能減排管理格局

港口建設(shè)和生產(chǎn)規(guī)模的擴大往往導(dǎo)致資源和能源的消耗增加，污染物和CO2排放隨之增長。港口企業(yè)應(yīng)不斷加強精細化管理，提升節(jié)能減排管理水平。江蘇港口集團應(yīng)當建立一個覆蓋全流程、各部門的節(jié)能減排管理格局，確保集團、部門、班組、員工、設(shè)備等各層面全覆蓋；制定能耗、物耗、減排定額標準和指標考核辦法，集團層面與各節(jié)能減排責(zé)任人簽訂管理目標責(zé)任書，確保能耗、物耗、減排監(jiān)督措施落地見效。

(3)深入貫徹綠色低碳發(fā)展理念

港口中大多數(shù)環(huán)境污染和能耗過高等問題都是由人為因素導(dǎo)致的。江蘇港口亟待重視港口自身污染防治能力建設(shè)，高標準、高要求地完成節(jié)能減排目標；港口企業(yè)要加強宣貫力度，化壓力為動力，全面、持續(xù)提高全員的綠色低碳循環(huán)發(fā)展意識。例如：排污設(shè)施沒有按期保養(yǎng)，防塵措施不到位，機械設(shè)備的定期檢查等“小問題”對港口綠色發(fā)展有著重大影響，這都需要不斷加強員工的宣傳教育。為此，可以考慮把節(jié)能減排作為部門與員工評獎評優(yōu)的一票否決指標，定期召開節(jié)能減排分析例會，對達標情況進行表揚宣傳，對未達標的責(zé)任人進行相應(yīng)處罰；開展工作、生活中的環(huán)保相關(guān)專項教育活動，設(shè)立港口綠色低碳運行工作人員專項基金，用于鼓勵研究、開發(fā)環(huán)保技術(shù)和環(huán)保設(shè)備。

(4)積極推廣先進節(jié)能減碳技術(shù)

綠色港口建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，需要各方參與，協(xié)同發(fā)力。在繼續(xù)擴大港口腹地經(jīng)濟規(guī)模的同時推動區(qū)域經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展，并大力研發(fā)應(yīng)用先進的節(jié)能減排技術(shù)。

單位吞吐量CO2排放比例的下降關(guān)鍵在于減少CO2的排放，這就需要加快港口節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和推廣。船用岸電技術(shù)、港口LED綠色照明系統(tǒng)、碼頭RTG“油改電”技術(shù)、綠色筒倉技術(shù)以及使用天然氣等清潔能源已有成熟經(jīng)驗，應(yīng)當在港口中盡快推廣應(yīng)用。

(5)適時加快港口智能管理進程

集裝箱鐵水聯(lián)運信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對集裝箱貨物運輸狀態(tài)的實時跟蹤，為客戶提供更便捷的信息服務(wù)。每天都有成千上萬的運輸車輛穿梭在港口中，車輛排放的尾氣中含有大量的SO2和CO，嚴重影響了港口的綠色發(fā)展。建立完善的車輛進港預(yù)約登記信息平臺，減少車輛在港口的停留時間；推廣應(yīng)用集裝箱智能閘口，實現(xiàn)集裝箱進出閘全過程智能化管理，既提高效率，又節(jié)能減排，并減少人工成本，一舉多得。