城市綜合承載力評價(jià)研究——基于三角模糊層次分析法

○ 徐 驍 趙富強(qiáng) 李東序

（武漢理工大學(xué)管理學(xué)院 湖北 武漢 430070）

城市可持續(xù)發(fā)展是在經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境等能夠自我調(diào)節(jié)和自我恢復(fù)的閾值范圍內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展，城市發(fā)展的閾值就是城市承載力，這個(gè)閾值會隨著時(shí)間推移、科技進(jìn)步以及行為方式和價(jià)值觀念等的不斷改變而發(fā)生變化。當(dāng)今世界，城市化在給現(xiàn)代城市帶來繁榮的同時(shí)，也使其面臨前所未有的承載壓力，故提升城市綜合承載力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為人類共同的戰(zhàn)略需求。

一、城市綜合承載力評價(jià)模型構(gòu)建

1、城市綜合承載力的內(nèi)涵界定

筆者認(rèn)為，城市綜合承載力即一定時(shí)期、一定區(qū)域和一定社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與科技條件下，城市資源在自身功能完全發(fā)揮時(shí)所能持續(xù)承載的城市人口各種活動規(guī)模和強(qiáng)度的閾值。城市綜合承載力包括兩方面的含義：一是對載體而言，城市不僅包括硬件，而且包含文化、政策、制度、精神、管理、開放等軟件；二是對承載對象而言，由于城市發(fā)展的目標(biāo)是使人類社會經(jīng)濟(jì)活動與環(huán)境相協(xié)調(diào)，所以承載對象是人類的各種社會經(jīng)濟(jì)活動，如人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值、交通規(guī)模、納污能力等。因此，城市綜合承載力是社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)程度的表征。

2、城市綜合承載力弓弦箭模型

筆者認(rèn)為城市承載力是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其眾多要素和子系統(tǒng)以不同方式存在，共同耦合構(gòu)成城市綜合承載力，從而支撐城市人口社會經(jīng)濟(jì)活動的協(xié)調(diào)發(fā)展。根據(jù)城市綜合承載力內(nèi)涵，結(jié)合城市發(fā)展實(shí)際，借鑒城市發(fā)展相關(guān)理論，特構(gòu)建城市綜合承載力評價(jià)模型，即城市綜合承載力力=F（硬件承載力，軟件承載力，軟硬結(jié)合力）；硬件承載力=環(huán)境承載力+土地承載力+設(shè)施承載力+水源承載力+能源承載力；軟件承載力=文化承載力+制度承載力+管理承載力+科技承載力+學(xué)習(xí)承載力+開放承載力；軟硬結(jié)合力=產(chǎn)業(yè)承載力。

表1 城市硬件要素承載指數(shù)界定

表2 城市硬件要素承載狀態(tài)劃分

表3 城市軟件要素承載指數(shù)界定

表4 城市軟件要素承載狀態(tài)劃分

表5 城市軟硬結(jié)合要素承載指數(shù)界定及狀態(tài)劃分

表6 城市綜合承載力判別表

二、城市綜合承載力評價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)

由于城市綜合承載力的測度是個(gè)相對量，故用承載指數(shù)衡量。承載指數(shù)是通過現(xiàn)有要素承載力水平與預(yù)警性指標(biāo)比較而得出的城市承載力，其中預(yù)警性指標(biāo)是指要素承載能力的警戒標(biāo)準(zhǔn)。如現(xiàn)有要素承載力數(shù)值大于預(yù)警性指標(biāo)，則承載力負(fù)荷較大，潛在承載力發(fā)展空間較小，城市發(fā)展受限，城市就會出現(xiàn)問題；如要素承載力數(shù)值小于預(yù)警性指標(biāo)，則城市承載力發(fā)展有一定空間；如要素承載力數(shù)值等于預(yù)警性指標(biāo)，那么城市承載力空間等于零。承載狀態(tài)與承載指數(shù)保持一致，即承載指數(shù)越高，承載狀態(tài)越好。根據(jù)承載指數(shù)情況，可將承載狀態(tài)分為良好、一般、預(yù)警和危機(jī)等狀態(tài)。硬件要素承載指數(shù)界定如表1所示，硬件要素承載狀態(tài)的劃分如表2所示，軟件要素承載指數(shù)界定如表3所示，軟件要素承載狀態(tài)的劃分如表4所示，軟硬結(jié)合力承載指數(shù)界定和承載狀態(tài)如表5所示。

三、城市綜合承載力評價(jià)方法選擇

1、TFAHP的方法提出

由于客觀事物的復(fù)雜性和人們對事物認(rèn)識的模糊性，因此在兩兩權(quán)重比較賦值上，把本來就模糊的量明顯化顯然是不合適的。1983年荷蘭學(xué)者Van Laargoven提出用三角模糊數(shù)表示Fuzzy比較判斷的方法，并運(yùn)用三角模糊數(shù)的運(yùn)算和對數(shù)最小二乘法求得元素排序，即用三角模糊數(shù)M（l，m，u）來表示AHP中兩兩比較判斷矩陣中的重要性值，其中m為專家判斷的最可能值，l與u則為m的兩個(gè)上下邊界，可理解為最悲觀值與最樂觀值。顯然，當(dāng)l=m=u時(shí)，M退化成一個(gè)實(shí)數(shù)。TFAHP的一般步驟：首先，構(gòu)造模糊判斷矩陣；其次，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)；再次，計(jì)算綜合層次度；最后，進(jìn)行層次排序。

AHP方法定性與定量結(jié)合的特點(diǎn)，使其非常適合粗略的城市承載要素量化與分析工作。根據(jù)城市綜合承載力特點(diǎn)，充分尊重決策的模糊性，采用TFAHP法對城市綜合承載力要素進(jìn)行量化分析和選擇判斷。在構(gòu)建判斷矩陣時(shí)采用三角模糊數(shù)，并在一致性判斷時(shí)采用近似計(jì)算方法，得出要素權(quán)重大小可能性程度后按相關(guān)公式進(jìn)行排序，最終得出各承載要素指標(biāo)的權(quán)重排序。從應(yīng)用效果看，該方法在主觀量化分析領(lǐng)域有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值。

2、TFAHP的應(yīng)用原理

（1）三角模糊數(shù)的定義。人們在處理復(fù)雜的決策問題，進(jìn)行選擇和判斷時(shí)都會不自覺地使用模糊判斷。三角模糊數(shù)模型考慮到這一特點(diǎn)，利用三個(gè)元素來表示一項(xiàng)判斷的準(zhǔn)確性，即設(shè)有因素X＝{x1，x2，…，xn}，在模糊比較判斷時(shí)，因素xi比因素xj明顯重要，可用三角模糊數(shù) rij＝（l，m，u）表示，其中左右擴(kuò)展 l、u表示判斷的模糊程度。當(dāng)u-l越大時(shí)，則比較判斷的模糊程度越高；當(dāng)u-l=0時(shí)，則l，m，u判斷是非模糊的，rij為一實(shí)數(shù)。當(dāng)給出個(gè)模糊判斷后，可得到由三角模糊數(shù)組成的模糊判斷矩陣R＝{rij}n×n。

（2）構(gòu)建三角模糊判斷矩陣。根據(jù)總體目標(biāo)要求，通過兩兩比較得到評價(jià)準(zhǔn)則的模糊判斷矩陣，記為：

式（1）中n為評價(jià)準(zhǔn)則個(gè)數(shù)。

當(dāng)ri比rj重要時(shí)，令rij=（lij，mij，uij），其是一個(gè)三角模糊數(shù)，lij和uij為其上下界，mij為兩個(gè)判別準(zhǔn)則的重要性數(shù)字量度，其值應(yīng)該在 1 和 9 之間。當(dāng) ri比 rj重要時(shí)，令 α=mij-lij，β=uij-mij。當(dāng)ri沒有 rj重要時(shí)，令 α=mji-lji，β=uji-mji。當(dāng) 0＜α，β＜1/2，模糊度過小，無法完全反映人們認(rèn)識的模糊性。當(dāng)α，β＞1，模糊度過大，置信度減小。實(shí)踐結(jié)果表明，當(dāng)1/2＜α，β＜1時(shí)結(jié)果比較理想。我們可以通過模糊判斷矩陣獲得其模糊互補(bǔ)矩陣。

（3）計(jì)算評價(jià)準(zhǔn)則的綜合重要程度值。稱xi對其他因素的模糊綜合程度為：

aij≥akj的可能性程度為K（aij≥akj）：

（4）計(jì)算評價(jià)準(zhǔn)則的歸一化權(quán)重值。將三角模糊數(shù)aij大于m個(gè)三角模糊數(shù)akj（k≠i，k=1，2，…，m）的可能性程度定義為：

d（xi）為xi與其他因素比較的綜合重要程度，即：

則權(quán)重 W=（d（X1），d（X2），…，d（Xn）），歸一化得 W1=（d1（X1），d1（X2），…，d1（Xn））。

（5）計(jì)算總體目標(biāo)評價(jià)值。將每個(gè)評價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行分級，每一等級都有一個(gè)分?jǐn)?shù)范圍，整個(gè)分?jǐn)?shù)范圍為0—100。計(jì)算得分時(shí)，首先確定某個(gè)評價(jià)準(zhǔn)則的等級范圍，再根據(jù)等級范圍的分?jǐn)?shù)上下界計(jì)算出該準(zhǔn)則的得分。假設(shè)某次評價(jià)時(shí)，針對評價(jià)準(zhǔn)則Ci的得分為Pi，可得到總體目標(biāo)的評價(jià)值：

四、和諧視角下城市經(jīng)營績效狀態(tài)判別

1、城市綜合承載力理論模型

城市綜合承載力是一定條件下能夠支持城市人類社會經(jīng)濟(jì)活動的綜合利用閾值。因此，城市綜合承載力可以表示為：UCCC=F（H，S，I），其中 H 為硬件承載力變量，S 為軟件承載力變量，I為軟硬承載結(jié)合力變量。H=F（e，l，f，w，r），其中 e 為環(huán)境承載力變量，l為土地承載力變量，f為設(shè)施承載力變量，w為水源承載力變量，r為能源承載力變量。S=F（c，p，m，t，s，o），其中c表示城市文化承載力變量，p表示制度承載力變量，m表示管理承載力變量，t表示科技承載力變量，s表示學(xué)習(xí)承載力變量，o表示開放承載力變量。軟件承載力不能獨(dú)立對城市綜合承載力起作用，只能通過與硬件承載力有機(jī)融合才能充分發(fā)揮其作用。I=F（i），其中i為產(chǎn)業(yè)承載力變量。

2、城市綜合承載力計(jì)量模型

3、城市綜合承載力判別

根據(jù)承載力的計(jì)算值城市綜合承載力可分為：過度超載，城市承載要素己受到嚴(yán)重破壞或?qū)Ω蓴_的調(diào)控能力很弱，自動恢復(fù)很難甚至已無自動恢復(fù)能力，部分承載功能己喪失；超載，城市承載要素已受到破壞或?qū)Ω蓴_的調(diào)控能力弱，自動恢復(fù)難；滿載，城市承載要素己處承載臨界點(diǎn)，城市承載要素生產(chǎn)力已被全部利用，對干擾的調(diào)控能力一般，自動恢復(fù)能力不佳；合理承載，城市承載要素受人為不合理影響較小，對干擾的調(diào)控能力較強(qiáng)，自動恢復(fù)能力較快；良好承載，城市承載要素受人為不合理影響很小，對干擾的調(diào)控能力強(qiáng)，自動恢復(fù)能力快，環(huán)境生產(chǎn)支持力強(qiáng)。根據(jù)專家德爾菲法，結(jié)合不同城市實(shí)際和以往評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)，在考慮各承載力權(quán)重的基礎(chǔ)上，對城市綜合承載力評價(jià)采用5級分法如表6所示。

[1]李濤：城市規(guī)劃在城市和諧構(gòu)建中的地位[J].中華建設(shè)，2008（4）.

[2]閔慶文、余為東、張建新：區(qū)域水資源承載力的模糊綜合評價(jià)分析方法及應(yīng)用[J].水土保持研究，2004（3）.

[3]Rees W E.Revisiting Carrying Capacity：Area Based indicators of Sustainability[J].Population and Environment，1996（3）.

[4]程楓、廖建新、朱曉民等：基于三角模糊數(shù)層次分析法的彩鈴業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量評價(jià)[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（1）.

[5]徐澤水：三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣排序方法研究[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2004（4）.