供需協(xié)調視角下城市公共基礎設施系統(tǒng)效用提升研究

陶志梅，孫　鈺

（1.天津大學管理與經濟學部，天津　300072；2.天津商業(yè)大學公共管理學院，天津　300134）

供需協(xié)調視角下城市公共基礎設施系統(tǒng)效用提升研究

陶志梅1.2，孫鈺1.2

（1.天津大學管理與經濟學部，天津300072；2.天津商業(yè)大學公共管理學院，天津300134）

城市公共基礎設施的供給與需求相協(xié)調是城市公共設施效用實現(xiàn)的前提。從供給水平與社會需求兩個層面構建城市公共基礎設施系統(tǒng)的供需協(xié)調評價模型，以我國2000～2012年的時間序列數(shù)據為樣本，通過均方差決策法對各指標賦權，實證分析供需協(xié)調狀況。結果表明：從2005年開始，我國城市能源設施供給水平大于社會需求，影響了該設施的供求協(xié)調度，而環(huán)境設施的供給水平長期不能滿足社會需求，引起該設施的供求協(xié)調度下降。因此，在現(xiàn)階段適時調整能源設施供給水平，尤其是加大環(huán)境設施的供給力度，力求能源與環(huán)境公共設施的供給水平與社會需求保持相對協(xié)調發(fā)展，是提高我國城市公共基礎設施系統(tǒng)供求協(xié)調度的當務之急。

城市公共基礎設施；系統(tǒng)；協(xié)調度；社會需求；供給水平；效用

一、引言

城市公共基礎設施系統(tǒng)是城市生存和發(fā)展必須具備的工程性基礎設施總稱，由能源、給排水、交通、郵政通信以及環(huán)境五個子系統(tǒng)構成［1］，各子系統(tǒng)之間相互影響［2］，系統(tǒng)整體為城市經濟發(fā)展和人民生活提供基本的物質保障。伴隨經濟轉型和城市化的推進，近幾年我國城市公共設施投入持續(xù)增長。2013年，城市公共基礎設施固定資產投資16349.8億元，比上年增長6.89%，供水綜合生產能力達到2.84億立方米/日；城市蒸汽供熱能力8.4萬噸/小時，供熱管道17.8萬公里，比2012年增長11.3%；城市道路長度33.6萬公里，比上年增長2.8%，道路面積64.4億平方米，比上年增長6.0%；全國城市共有污水處理廠1736座，污水廠日處理能力12454萬立方米，排水管道長度46.5萬公里，比上年增長5.9%城市污水處理率89.34%；城市建成區(qū)綠化覆蓋面積190.7萬公頃，比上年增長5.2%，建成區(qū)綠化覆蓋率39.70%［3］。盡管如此，我國城市公共基礎設施供給仍然難以滿足社會需求。夏季暴雨后城市排水不暢、“到城市去看?！背蔀橄募竞芏喑鞘械默F(xiàn)象；部分城市存在“垃圾圍城”現(xiàn)象，甚至有些地方“垃圾靠風刮、污水靠蒸發(fā)”；城市交通擁堵，空氣、噪聲、水污染等問題普遍存在。因此，應當對城市公共基礎設施系統(tǒng)效用進行深入研究，以追求系統(tǒng)整體效用的提升。

目前，國內外探討城市公共基礎設施系統(tǒng)效用提升的文獻主要表現(xiàn)在以下幾個方面。首先是通過公共基礎設施的評價，提出公共基礎設施效用提升策略。IMD（2010）通過經濟績效、政府效率、商業(yè)效率、公共設施四個方面評價國家的競爭力，其中公共設施包括工程基礎設施、技術和科技設施、健康、環(huán)境、教育五部分［4］。Shih-Hsu Wang（2014）分析國際競爭力比較中的基礎設施各項指標，明確臺灣地區(qū)基礎設施建設的薄弱環(huán)節(jié)［5］。程敏（2012）運用因子分析、主成分分析、熵值法、灰色評價等方法集對我國31個省市的基礎設施可持續(xù)發(fā)展水平進行了綜合評價［6］；嚴盛虎，李宇（2014）應用因子分析法對我國省會、地、縣級城市的基礎設施水平進行了綜合評價［7］。

其次，公共基礎設施子系統(tǒng)相互影響的研究。對于公共基礎設施子系統(tǒng)之間相互影響的研究主要在國外，早期的研究關注公共基礎設施的系統(tǒng)性以及在突發(fā)情況下公共基礎設施系統(tǒng)內部的相互影響［2］。近年來，有研究開始分析公共基礎設施以及其資源的相互影響作用對于公共基礎設施供給和需求關系的影響研究。Gary Klein，Martha Krebs（2005）分析加利福尼亞州水能關系，認為應當攜手供水戰(zhàn)略與能源戰(zhàn)略，締造水資源與能源部門之間關系，通過聯(lián)合水資源、能源資源以及基礎設施管理，來實現(xiàn)可觀的公共基礎設施供給的增量效應［8］。Matthew D.Bartos （2014）分析美國亞利桑那州的水資源與能源關系，明確節(jié)約用水能夠降低全州0.82-3.1%的用電需求，采取節(jié)能措施和可再生能源發(fā)電的投資組合可以有效減少1.9-15%的非農業(yè)用水需求［9］。Katy Roelich，Christof Knoeri（2015）分析資源與公共設施的宏觀系統(tǒng)的相互依存關系，明確資源需求之間的相互影響以及公共設施系統(tǒng)的復雜性，強調宏觀層面的資源及設施供給與需求的整合管理，提高公共設施運營效率［10］。

從以上文獻研究可知，現(xiàn)有文獻對城市公共基礎設施效用評價研究仍有待于深入。國內外公共設施評價研究一般從宏觀評價或者公共設施本體進行指標體系的構建，通過實證分析得出分析建議。但是從公共設施的供求協(xié)調視角對公共設施效用評價的研究非常有限。城市公共設施建設的根本目的是滿足社會需求，只有有效地滿足社會需求才能真正實現(xiàn)公共設施的效用。同時公共設施系統(tǒng)由子系統(tǒng)組成，從現(xiàn)有研究看，子系統(tǒng)相互影響會對系統(tǒng)的整體效用產生影響。因此，本文就供給水平與社會需求之間協(xié)調關系的測度展開分析，構建評價能源、環(huán)境、供排水、郵電通信、交通5個子系統(tǒng)的評價指標體系，收集2000年到2012年指標數(shù)據，運用客觀賦權的均方差決策法分析數(shù)據的離散程度，進行數(shù)據賦權，分別核算公共設施5個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求程度，形成供給水平和社會需求評價值。本文借用系統(tǒng)“協(xié)調”概念來分析城市公共基礎設施系統(tǒng)的供給水平與社會需求之間的相對均衡關系或平衡狀態(tài)，文中的協(xié)調度表示供給與需求之間協(xié)調關系的測度。借鑒物理學中容量耦合概念，構建城市公共基礎設施系統(tǒng)供求評價模型，進而分析各子系統(tǒng)的供給與需求之間的協(xié)調度，探索供求協(xié)調狀況形成的原因，研究總系統(tǒng)的供需動態(tài)變化規(guī)律，以期對城市公共基礎設施供給結構優(yōu)化和利用效率的提高提供決策參考。

二、指標體系和模型構建

（一）城市公共基礎設施供給水平和社會需求指標體系的構建

城市公共基礎設施為城市經濟、社會發(fā)展帶來巨大的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。很多學者從不同的角度嘗試構建城市公共基礎設施評價指標體系，例如：黃金川分別從環(huán)境設施、交通設施等五個子系統(tǒng)的22項指標構建城市公共基礎設施評價指標體系［11］；陳仲常從道路交通指數(shù)、給水排水指數(shù)、能源指數(shù)、信息通信指數(shù)、園林環(huán)衛(wèi)指數(shù)五系統(tǒng)入手構建13項指標的評價模型［12］。借鑒已有研究成果［5-7、13］，依據指標體系設計的科學性、全面性、可操作性原則，本文按照城市公共基礎設施五個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求構建供需協(xié)調分析評價指標體系（見表1）。該指標體系從五個子系統(tǒng)的內涵出發(fā)，兼顧了橫向的協(xié)同性和縱向上的可持續(xù)性，設計能源、道路交通、供排水、環(huán)境、郵電通信的供給水平S和社會需求D的評價指標體系，并用N、D、G、H、T分別表示能源、道路交通、供排水、環(huán)境、郵電通信子系統(tǒng)，如表1所示。表中原始指標按對系統(tǒng)協(xié)調分析水平的貢獻性質分為正向指標和逆向指標，其中正向指標（不標注），指標數(shù)值越大越好；逆向指標（標注-），指標數(shù)值越小越好。

表1.城市公共基礎設施各子系統(tǒng)供給水平、社會需求評價指標體系

注：（1）以上數(shù)據分別來源于 《中國統(tǒng)計年鑒2000-2013》；（2）《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒2000-2013》；（3）《中國能源統(tǒng)計年鑒2000-2013》；-表示為成本型指標；權重值為實證研究中隸屬于同一子系統(tǒng)的不同準則的各指標的綜合權重值。

（二）模型構建

現(xiàn)有的研究表明，系統(tǒng)多指標綜合分析的關鍵是指標權重的確定。根據原始數(shù)據的不同，確定指標權重的方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法兩類，前者是根據專家經驗主觀判斷獲得，如德爾菲法和AHP，這兩種方法較成熟，但是客觀性差；后者是根據原始數(shù)據運用統(tǒng)計方法計算獲得，如主成份分析、均方差法、BP神經網絡法。本文采用原理簡明清晰、精度較高的客觀賦權（均方差決策）法確定指標的權重。在得到5個子系統(tǒng)供給水平及社會需求指標權重的基礎上，分別核算不同年度的供給水平和社會需求協(xié)調水平的評價值，進而分析5個子系統(tǒng)供求評價值的離差情況，最后測量公共基礎設施總系統(tǒng)與子系統(tǒng)的供給、需求協(xié)調水平。

1.評價指標的標準化處理

表1中的評價指標包括效益型指標和成本型指標兩類，由于這些評價指標的類型和單位不同，需要對其進行標準化處理。設年份數(shù)為m，評價指標數(shù)為n，評價指標原始數(shù)據矩陣為（qij）m×n，其中 i=1，2，3…m；j=1，2，3…n，評價指標標準化數(shù)據矩陣為（pij）m×n，則標準化處理公式如下：

2.均方差決策法求解指標的權系數(shù)，形成準則層評價值

求出這些隨機變量的均方差，將這些均方差歸一化及其結果的占比為指標的權重系數(shù)。具體步驟為：

其中Dij（Sij）為賦予權重后的社會需求（供給水平）的指標狀態(tài)值；Di（Si）為各城市公共基礎設施子系統(tǒng)的社會需求（供給水平）指標層的評價值。

3.基于容量耦合的城市公共基礎設施供求協(xié)調度

耦合作為物理學的概念，是指兩個以上的系統(tǒng)通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。本文借鑒物理學中容量耦合概念及容量耦合系數(shù)模型，參照黃木易、劉輝彬、趙媛等的研究方法［14］，根據城市公共基礎設施供給水平與社會需求水平評價值離散情況，分析系統(tǒng)的供給水平和社會需求的耦合、協(xié)調的程度高低，并構造城市公共基礎設施系統(tǒng)及其5個子系統(tǒng)的供求協(xié)調度評價模型，表達式如下：

（1）城市公共基礎設施子系統(tǒng)供求協(xié)調度評價模型為：

其中，Gi為第i年城市公共基礎設施某個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求之間的，且Gi∈（0，1），Gi越大表明供給水平和社會需求之間協(xié)調程度越高，公式中的DiSi分別為某個子系統(tǒng)第i年供給水平或社會需求的評價值，z為調節(jié)系數(shù)且z≥2，i=1，2，…，m。本文取z=2。

（2）城市公共基礎設施總系統(tǒng)供給水平和社會需求協(xié)調度評價模型構建：

能源—道路交通—供排水—環(huán)境—郵電通信城市公共基礎設施系統(tǒng)協(xié)調度評價模型為：

其中TGi是第i年能源—道路交通—供排水—環(huán)境—郵電通信城市公共基礎設施總系統(tǒng)供給水平和社會需求的協(xié)調度，對五個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求的協(xié)調度做幾何平均值，可以得到總系統(tǒng)的供求協(xié)調度。

（三）實證研究

1.數(shù)據來源

樣本數(shù)據選取我國能源、環(huán)境、給排水、道路交通、郵政通信五個系統(tǒng)的供給水平和社會需求相關的指標，數(shù)據來源于 《中國統(tǒng)計年鑒2000-2013》、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒2000-2013》、《中國能源統(tǒng)計年鑒2000-2013》，部分數(shù)據經過簡單處理。

2.實證研究

（1）指標的標準化及均方差賦權

將2000—2012年我國能源、環(huán)境、給排水、道路交通、郵政通信這五個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求評價指標原始數(shù)據值采用式（1）、（2）進行指標標準化處理。指標分為成本型和效益型，將各子系統(tǒng)的成本型指標代入式（2），其余效益型指標代入式（1），得到各子系統(tǒng)指標的標準化數(shù)據（略去），然后通過式（3）將標準化后的指標數(shù)據求13年的均值，并用式（4）求每個標準化后的指標值對均值的均方差，分別分析每個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求指標的均方差和占比情況，通過式（5）得到各項指標所占的權重（如表1）。

（2）供給水平和社會需求水平評價值

根據式（6）將權重賦予標準化后的指標數(shù)據，得到供給水平、需求水平的各時間序列評價值 （見表2、表3）。

表2.城市公共基礎設施各子系統(tǒng)供給水平的評價值

表3.城市公共基礎設施各子系統(tǒng)社會需求的評價值

從五個城市公共基礎設施子系統(tǒng)的供給水平橫向比較看，環(huán)境設施的供給水平偏低，需要加大投入力度。就數(shù)據時間序列看，道路、能源系統(tǒng)的供給水平相對高于其他設施，增長率均值分別為0.0919和0.0909，說明道路交通設施和能源設施的供給增長快于其他三個系統(tǒng)。從五個子系統(tǒng)的社會需求情況看，環(huán)境、道路交通、供排水設施的社會需求水平相對偏高，能源設施系統(tǒng)的社會需求水平從2000年的0.1209增長到2003年的0.5617，2003-2008年處于調整階段，2008年回調到0.3061，此后至2011年恢復需求遞增態(tài)勢，達到0.7863。

（3）城市公共基礎設施5個子系統(tǒng)供給水平和社會需求的協(xié)調度

本文結合均方差決策法得到各指標權重，根據式（7）計算出能源、供水排水、環(huán)境、道路交通、郵政電信的供給水平和社會需求的協(xié)調度，再通過式（8）計算出總系統(tǒng)的供給水平與社會需求的協(xié)調度（見表4）。

表4.城市公共基礎設施各子系統(tǒng)和總系統(tǒng)的供給水平和社會需求的協(xié)調度

根據式（8）計算出城市公共基礎設施總系統(tǒng)的協(xié)調度（如表4）。

3.結果分析

通過以上數(shù)據分析可知：（1）2000-2012年供排水、道路交通、郵政電信系統(tǒng)的供給、需求水平協(xié)調度逐漸上升；能源與環(huán)境系統(tǒng)的供給、需求的協(xié)調度出現(xiàn)回調，其中，能源設施系統(tǒng)協(xié)調度2001年為0.9656，然后開始震蕩，到2008年下調至0.7192，之后逐漸恢復；環(huán)境設施系統(tǒng)也從2002年開始下調，最低到2005年供需協(xié)調度到達0.8291，之后逐漸恢復上升趨勢。（2）進一步分析能源、環(huán)境設施的供給水平和社會需求協(xié)調程度，發(fā)現(xiàn)能源設施供給水平和社會需求協(xié)調度不高的原因是供給水平自2000—2011年持續(xù)升高，但社會需求狀況卻出現(xiàn)三個階段性特征：2000年到 2003年持續(xù)升高，從0.1148到0.5617；2003年到2008年能源需求處于震蕩之中；2008年到2012年逐漸攀升；但是，供給水平13年以來持續(xù)高于社會需求水平。環(huán)境設施供求協(xié)調度不高的原因主要是社會需求水平在時間序列中一直持續(xù)高于供給水平，導致環(huán)境設施長期處于供小于求的失衡狀態(tài)。（3）受能源與環(huán)境設施的供求協(xié)調狀況影響，城市公共基礎設施系統(tǒng)的協(xié)調度變化趨勢分為三個階段：第一個階段為2000—2007年，系統(tǒng)供求逐漸上升到0.9767；第二個階段為2007—2008年，協(xié)調度有所回調，由0.9767回調到0.9276；第三個階段為2008—2012年，協(xié)調度由0.9276逐漸上升到0.9915。由此可見，城市公共基礎設施系統(tǒng)協(xié)調度回調的主要原因是受能源設施系統(tǒng)供大于求和環(huán)境設施系統(tǒng)供小于求的影響。

三、結論與建議

本文基本結論如下：（1）從2000年到2012年，我國供排水、道路交通、郵政電信三個子系統(tǒng)的供給水平和社會需求平穩(wěn)、同步提高，其協(xié)調度也平穩(wěn)上升，從而帶動城市公共基礎設施系統(tǒng)供給和社會需求均衡增長，2012年的協(xié)調度增長到0.9915。然而，由于能源與環(huán)境設施的供給水平與社會需求偏離，引起總系統(tǒng)供給與需求之間的協(xié)調度在2007年到2008年之間有所回調。（2）從5個子系統(tǒng)供給水平看，環(huán)境設施的供給不足，道路交通、郵政電信系統(tǒng)的供給增長速度高于其他系統(tǒng)。從社會需求情況看，環(huán)境、道路交通、郵政電信設施的社會需求迅猛增長，而能源設施系統(tǒng)的社會需求水平略顯不足。（3）通過考察城市公共基礎設施系統(tǒng)供給和社會需求的協(xié)調水平，可以看到，在能源設施社會需求水平增長速度放緩的情況下，供給水平仍然持續(xù)增長；相反，環(huán)境設施的供給水平長期維持在低于社會需求水平的狀態(tài)。能源、環(huán)境設施供求不協(xié)調對于城市公共基礎設施系統(tǒng)的協(xié)調水平產生重要影響。

各項城市公共基礎設施的結構失衡與供需失調是阻礙其效率提高的重要因素，城市公共基礎設施子系統(tǒng)之間的協(xié)調度研究是平衡各項城市公共基礎設施、實現(xiàn)城市公共基礎設施互聯(lián)互通的基礎。根據本文的研究結論，實現(xiàn)公共基礎設施各子系統(tǒng)的供需協(xié)調與結構平衡需要做到以下幾點：（1）鑒于現(xiàn)階段我國城市居民對供排水、道路交通、郵政電信三個子系統(tǒng)的需求平穩(wěn)上升，地方政府應保證這三個子系統(tǒng)的供給量，實現(xiàn)三者協(xié)調度平穩(wěn)上升。（2）因為居民對能源的需求相對較低，現(xiàn)階段地方政府應適當降低能源系統(tǒng)的供給水平，實現(xiàn)能源設施的供給與需求相協(xié)調，同時應增加環(huán)境設施的供給水平，以保證城市公共設施供給與需求水平的均衡發(fā)展，提升城市公共設施系統(tǒng)的供求協(xié)調度。

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【責任編輯：張西山】

Enhancing the Utility of Urban Public Infrastructure System from the Perspective of Coordination between Supply and Demand

TAO Zhi-mei1，2，SUN Yu1，2
（1.School of Management and Economics，Tianjin University，Tianjin，300072；2.School of Public Management，Tianjin University of Commerce，Tianjin，300134）

Coordination between supply and demand of urban public infrastructure is the precondition for cities to realize the utility of urban public infrastructure.This paper builds an evaluation model of coordination between supply and demand of urban public infrastructure system from two aspects:supply level and social demand.In light of time-series data of 2000-2011，confirming weight for each indicator by the mean square error decision-making method，this paper analyzes the coordination situation between supply and demand.The research shows：the supply of urban energy facilities has been greater than social demand since 2005，which affects the coordination between supply and demand of the infrastructure；the supply of environmental facilities cannot meet social demand for a long time，which results in a decline of the coordination degree of the infrastructure.Therefore，to make the supply and demand of public infrastructure more coordinated at this stage，it is imperative to adjust the supply of energy facilities，and especially increase the supply of environmental facilities，striving to make the supply of energy and environmental facilities to be coordinated with social demand.

urban public infrastructure；system；coordination；social demand；supply level；utility

F 292

A

1000-260X（2016）03-0100-06

2016-03-04

2015年天津市社科規(guī)劃基金項目 “城市公共基礎設施績效與公眾感知評價的契合度研究——以京津冀主要城市為例”（TJGL15-040）；2012年國家自然科學基金資助項目“城市公共基礎設施利用效益研究”（NSF 71273186）

陶志梅，天津商業(yè)大學副教授，碩士生導師，天津大學博士生，主要從事公共基礎設施運營效率研究；孫鈺，天津商業(yè)大學教授，天津大學博士生導師，主要從事城市公共基礎設施利用效益和有效優(yōu)化配置研究。