城市能源動力與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)協(xié)調(diào)度研究

孫 鈺， 陶 志 梅，2

（1.天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津300072；2.天津商業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，天津300134）

一、引 言

城市工程基礎(chǔ)設(shè)施的能源動力、環(huán)境保護(hù)、郵政通信、給排水及污水處理、道路交通等系統(tǒng)相互作用、相互配合，共同協(xié)調(diào)作用，為城市高密度生產(chǎn)、生活活動提供物質(zhì)基礎(chǔ)和保證，其中城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)關(guān)系尤為密切。能源動力設(shè)施系統(tǒng)是城市發(fā)展的動力來源，為城市高密度的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和社會生活提供電力、燃?xì)?、供熱等能源設(shè)施的支撐和保障，而能源設(shè)施投入、建設(shè)以及發(fā)揮效用的過程中，也會對經(jīng)濟(jì)的增長帶來巨大的推動作用。城市密集的生產(chǎn)、生活活動會產(chǎn)生大量的廢棄物，給環(huán)境造成越來越大的壓力，同時，能源的生產(chǎn)、加工、分配、使用會產(chǎn)生大量的氣體、水、固體等各種污染，增加了城市環(huán)境的負(fù)擔(dān)。而城市環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)是通過現(xiàn)代化的公共設(shè)施，處理及減緩城市生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的廢氣、廢物、廢水、噪聲等，維護(hù)城市的環(huán)境和諧以及生態(tài)平衡。因此，能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)相互影響、相互制約，存在內(nèi)在的緊密關(guān)聯(lián)和相互作用。研究能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度有助于城市的基礎(chǔ)設(shè)施綜合利用效率的提升，促進(jìn)城市能源動力系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)，能源與環(huán)境關(guān)系研究主要集中在能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等協(xié)調(diào)發(fā)展方面［1］［2］［3］，就城市基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)問題研究主要集中在城市基礎(chǔ)設(shè)施與城市經(jīng)濟(jì)、社會協(xié)調(diào)發(fā)展［4］［5］［6］［7］，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)問題多個文獻(xiàn)提出其重要性，但具體分析結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)問題仍只停留在定性描述上［8］［9］，利用科學(xué)的定量模型分析基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系問題的文章仍很鮮見。本文運(yùn)用系統(tǒng)協(xié)同學(xué)的理論，構(gòu)建城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)兩大系統(tǒng)的系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，利用主成分分析法對我國城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價；借鑒分析能源動力和環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度評價模型，對能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)、兩系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度進(jìn)行了核算，希望通過兩大設(shè)施系統(tǒng)協(xié)調(diào)情況的技術(shù)參數(shù)計算，為政府對兩大設(shè)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性協(xié)調(diào)發(fā)展、綜合績效評價等宏觀政策制定提供事實依據(jù)。

二、指標(biāo)體系構(gòu)建及評價模型

1.指標(biāo)體系構(gòu)建

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，對公共基礎(chǔ)設(shè)施評價主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面是宏觀層面比較國家或者地區(qū)的競爭力，其中公共基礎(chǔ)設(shè)施評價成為宏觀評價區(qū)域競爭力的重要組成部分。Martin通過總體情況、基礎(chǔ)設(shè)施、宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、健康與基礎(chǔ)教育等12個層面對全球各區(qū)域經(jīng)濟(jì)體的競爭能力進(jìn)行了評價［10］；Jennifer Blanke從評價各國的旅游產(chǎn)業(yè)競爭力的角度，對公共基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境發(fā)展可持續(xù)性、空中交通基礎(chǔ)設(shè)施、地面交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了國際間的比較［11］；Wang分析了臺灣地區(qū)競爭力中的基礎(chǔ)設(shè)施各項指標(biāo)，通過模糊評價、聚類分析等方法，指出臺灣地區(qū)公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)［12］。另一個方面是對公共基礎(chǔ)設(shè)施本身進(jìn)行評價，這類文獻(xiàn)主要以國內(nèi)學(xué)者為主。黃金川從環(huán)境設(shè)施等5個維度22個指標(biāo)對我國287個地級以上城市公共基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行評價［13］；程敏運(yùn)用因子分析、主成分分析、熵值法、灰色評價和集對分析構(gòu)成的方法集對全國31個省市的基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行了綜合評價［14］。

公共基礎(chǔ)設(shè)施同時兼具經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。在公共基礎(chǔ)設(shè)施評價指標(biāo)選取過程中，首先，為科學(xué)區(qū)分城市公共基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益不同的產(chǎn)生途徑和作用機(jī)制，將指標(biāo)分為增量指標(biāo)和存量指標(biāo)兩大類。增量指標(biāo)用來描述樣本城市公共基礎(chǔ)設(shè)施新增投資數(shù)量，具體表現(xiàn)為投資規(guī)模；存量指標(biāo)用來描述樣本城市公共基礎(chǔ)設(shè)施建成投入使用數(shù)量，即城市公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)所能提供的用于城市生產(chǎn)生活的設(shè)施數(shù)量。為更加明確、細(xì)致地表示公共設(shè)施的存量，進(jìn)一步將存量指標(biāo)分為服務(wù)水平和質(zhì)量效率，其中服務(wù)水平表示公共設(shè)施的服務(wù)能力，質(zhì)量效率表示公共設(shè)施的服務(wù)效率。借鑒前文論述的相關(guān)研究成果及現(xiàn)有研究［15］［16］［17］，依據(jù) 指 標(biāo) 體 系 設(shè) 計 的 科 學(xué) 性、全 面 性、可操作性原則和多維矩陣結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系的設(shè)計思路，通過征詢專家意見法、檢索統(tǒng)計文獻(xiàn)使用頻度法，并注意使用可獲得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)指標(biāo)，設(shè)計能源動力設(shè)施系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，并分別用A表示城市能源設(shè)施的綜合發(fā)展指數(shù)、B表示城市環(huán)境保護(hù)設(shè)施綜合發(fā)展指數(shù)，如表1所示。

2.系統(tǒng)綜合評價水平計算

（1）對系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及指標(biāo)數(shù)據(jù)處理

本文原始數(shù)據(jù)來源《中國能源統(tǒng)計年鑒》（2002～2012）、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》（2002～2012）、《中國統(tǒng)計年鑒》（2002～2012）。主要樣本數(shù)據(jù)為中國能源公共設(shè)施和環(huán)境公共設(shè)施的投資規(guī)模、服務(wù)水平、質(zhì)量效率方面的相關(guān)統(tǒng)計指標(biāo)，部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過簡單處理。需要說明的是，統(tǒng)計年鑒中關(guān)于公共設(shè)施的投資規(guī)模數(shù)據(jù)為當(dāng)年的投資規(guī)模，沒有剔除價格因素。為保證數(shù)據(jù)的相對有效與可比較，本文以2001年為基期，對投資規(guī)模的統(tǒng)計指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)據(jù)的處理。另外，因為逆向指標(biāo)對系統(tǒng)綜合評價值具有反向作用，因此本文利用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，將數(shù)據(jù)處理為統(tǒng)一量綱，對正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)進(jìn)行處理。

表1 城市能源動力與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)評價指標(biāo)體系

其中，Ci為處理后的值，ci為原始數(shù)據(jù)，cmax為指標(biāo)的上限值，cmin為指標(biāo)的下限值。由于本文是評價我國城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)，在咨詢專家意見的基礎(chǔ)上，確定數(shù)據(jù)鏈中最大值、最小值為指標(biāo)上限值與下限值。

（2）研究對象

本文研究了2001～2011年的中國城市能源動力公共設(shè)施系統(tǒng)和中國環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的綜合評價值和兩大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系，通過構(gòu)建系統(tǒng)協(xié)調(diào)度測算模型，實證測算兩大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系。

（3）公因子提取及綜合評價值的計算

運(yùn)用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行因子分析，分別得到各子系統(tǒng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣。經(jīng)過分析，城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)中多指標(biāo)之間具有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)矩陣中大多數(shù)相關(guān)系數(shù)都大于0.3，能源動力系統(tǒng)的KMO和巴特利特球體檢驗的結(jié)果表明，KMO為0.772，巴特利特球體檢驗顯著性為0.0000，說明這些指標(biāo)適合做因子分析。

確定數(shù)據(jù)可以做因子分析后，利用SPSS19.0軟件求得初始因子載荷矩陣、方差貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率。根據(jù)特征根大于1這一提取主成分的原則，提取最終因子，通過因子旋轉(zhuǎn)、坐標(biāo)變換使得因子解的實際意義更易于解釋。城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)提取的第一個主成分的特征值是7.453，方差貢獻(xiàn)率為74.53%；第二主成分的特征值為1.680，方差貢獻(xiàn)率為16.80%，前兩個主成分能共同解釋10個原始變量的91.33%的變異。故選取前兩項作為主成分。同理，城市環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)提取一個主成分。其中，城市能源動力系統(tǒng)主成分方程為：

城市環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)主成分方程為：

通過計算得到能源動力設(shè)施系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的評價值（版面關(guān)系未列示具體評價值），得到圖1。從圖1可以看出，城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)的發(fā)展可以分為三個階段：第一階段2001～2004年，能源動力設(shè)施系統(tǒng)發(fā)展迅速，綜合評價值由－1.4425到0.0488；第二階段2004～2008年能源動力設(shè)施系統(tǒng)變化平穩(wěn)，略有下降，由0.0488到－0.0351；第三階段由2008～2011年能源設(shè)施系統(tǒng)綜合評價指數(shù)發(fā)展較快，評價值從－0.0351增長到1.3449。同時從能源動力設(shè)施系統(tǒng)的兩個主成分方程看，第一主成分方程A1～A7、A10等8個變量作用較均衡，表現(xiàn)為方程的系數(shù)為正，數(shù)值接近，A8、A9的系數(shù)略低于其他的系數(shù)；第二個主成分方程完全表現(xiàn)為A8、A9兩個變量作用。從因子分析我們可以推出，能源生產(chǎn)增長速度和電力生產(chǎn)增長速度的提高會對能源動力設(shè)施系統(tǒng)的綜合評價指數(shù)提升產(chǎn)生較大的正向作用。相比較，環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的綜合評價指數(shù)變化較平穩(wěn)，一直以均勻的速度在上升。

圖1 能源動力與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)綜合評價指數(shù)

3.城市能源動力與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)協(xié)調(diào)度測算

本文借鑒模糊數(shù)學(xué)中隸屬度概念以描述兩大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度［15］，建立協(xié)調(diào)度函數(shù)，計算公式為

其中，U（A／B）為A系統(tǒng)相對B系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度；UA為A系統(tǒng)的實際值；UA’為通過并選取回歸方程A＝f（B）得到B系統(tǒng)對A系統(tǒng)要求的協(xié)調(diào)值；S2為A系統(tǒng)實際值的方差。從式（3）中可看出，實際值越接近于協(xié)調(diào)值，狀態(tài)協(xié)調(diào)度U越大，系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度越高，反之說明系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度越低。當(dāng)實際值等于協(xié)調(diào)值時，狀態(tài)協(xié)調(diào)度U＝1，說明系統(tǒng)完全協(xié)調(diào)。通過狀態(tài)協(xié)調(diào)U可以對兩個系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度進(jìn)行評價。取式（4）作為包含能源動力與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度。

其中，U（AB）為A系統(tǒng)與B系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度指數(shù)；U（AB）的值越大，說明兩系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展的程度越高；反之，兩系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展程度越低；而當(dāng)U（A／B）與U（B／A）相等時，說明兩系統(tǒng)間完全協(xié)調(diào)。2001～2011年兩大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度結(jié)果如表2所示，協(xié)調(diào)度曲線如圖2所示。

表2 城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度

圖2 城市能源設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度曲線

由表2和圖2可知，城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度曲線可以分為5個階段：第一階段2001～2004年協(xié)調(diào)度由0.8546到0.6517呈現(xiàn)下降趨勢，年均下降0.0676；第二階段2004～2007年協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)上升態(tài)勢，由0.6517上升到0.9851；第三階段2007～2009年系統(tǒng)協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)下降趨勢，由0.9851發(fā)展到0.5533；第四階段2009～2010年系統(tǒng)協(xié)調(diào)度由0.5533到0.9953迅速攀升；第五階段2010～2011年，系統(tǒng)協(xié)調(diào)度又呈現(xiàn)下降趨勢，由0.9953下降到0.8615。由兩大系統(tǒng)協(xié)調(diào)度曲線可知，11年的數(shù)據(jù)曲線表現(xiàn)兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)度一直呈現(xiàn)波動狀態(tài)，而且波動的幅度逐漸變大，周期逐漸縮短?？梢?，我國能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度序列狀態(tài)不好，波動較大。

三、結(jié)論及建議

城市工程性基礎(chǔ)設(shè)施包括能源動力、環(huán)境保護(hù)、給排水及污水處理、道路交通、郵電通信、防災(zāi)等六大系統(tǒng)，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，才能為高度密集的城市生產(chǎn)、生活活動提供物質(zhì)基礎(chǔ)和保障，其中城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互作用，關(guān)系更加密切。本文通過主成分分析和隸屬度函數(shù)構(gòu)建城市能源動力和環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系，主要結(jié)論有：

（1）公共設(shè)施綜合評價值代表公共設(shè)施的發(fā)展水平。從2001～2011年情況看，環(huán)境公共設(shè)施發(fā)展水平持續(xù)提高，能源動力設(shè)施2004～2008年發(fā)展動力匱乏，發(fā)展水平平緩，甚至有下降的趨勢，進(jìn)而影響了兩系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度測度。進(jìn)一步分析可知，能源生產(chǎn)增長速度、電力生產(chǎn)增長速度指標(biāo)對提高能源動力設(shè)施系統(tǒng)的評價值推動作用明顯。

（2）城市能源動力與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀態(tài)不平穩(wěn)，處于震蕩狀態(tài)。2001～2011年間出現(xiàn)3次波動，其中2004～2009年的震蕩最為劇烈，2004年兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)度為0.6517，2007年兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)度達(dá)到0.9851，2009年又跌落到0.5533?？梢妰上到y(tǒng)的協(xié)調(diào)狀態(tài)很不穩(wěn)定，處于持續(xù)波動狀態(tài)之中。

為更好地促進(jìn)兩大系統(tǒng)的發(fā)展水平以及協(xié)調(diào)發(fā)展程度，應(yīng)采取以下措施：

第一，能源生產(chǎn)、電力生產(chǎn)的增長速度能有效提高能源動力設(shè)施系統(tǒng)綜合能力，進(jìn)而改善兩大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀態(tài)。從城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)的因子分析可以看出，加速能源生產(chǎn)增長速度、電力生產(chǎn)增長速度對提高能源動力設(shè)施系統(tǒng)綜合指數(shù)具有突出的作用。能源、電力是城市經(jīng)濟(jì)增長、生產(chǎn)生活活動的主要動力來源，加大能源、電力供應(yīng)增長速度，能更好地改善能源動力設(shè)施系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)、生活活動需要。

第二，宏觀層面關(guān)注城市能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)情況和協(xié)調(diào)度監(jiān)測有助于提高兩大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度。應(yīng)長期加強(qiáng)能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)性監(jiān)測研究，同時，在公共政策制定過程中，應(yīng)關(guān)注能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)的協(xié)調(diào)情況，以保證能源動力設(shè)施系統(tǒng)與環(huán)境保護(hù)設(shè)施系統(tǒng)向社會更和諧有序地提供公共設(shè)施服務(wù)。

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