基于AHP-GEM模型的工業低碳發展評價

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0 引言

“九省通衢”的武漢市是典型的重化工業集聚型城市，也是我國工業最發達的城市之一。近年來，隨著工業化進程的不斷推進，以重化工為特色的經濟增長模式帶來了巨大的化石能源消耗和溫室氣體排放。作為國家“兩型社會”的試點城市和中部地區的龍頭城市，如何科學地評價工業的低碳發展并合理選擇具有低碳前景的工業部門成為武漢市產業經濟發展的一項重要課題。當前，低碳產業仍是一個新興的概念，對產業的低碳發展評價也是一個全新的課題，從理論到實踐都缺乏一套權威的統計評價方法。為此，本文結合傳統的AHP和GEM決策評價模型，各取優點，從產業的經濟效益、能源消費、二氧化碳排放、環境治理等方面設計低碳評價指標體系，并建立工業部門低碳發展評價的AHP-GEM模型。同時，以武漢市工業行業為例進行實證評價研究，以期為我國工業的低碳化發展評價提供一種新的統計方法，也為武漢市工業低碳化升級和發展提供理論依據。

1 工業低碳發展AHP-GEM評價模型的構建

在決策評價的研究方法上，AHP（層次分析法）和GEM（群組決策特征根法）都是應用較為廣泛的統計方法，兩者由于在標度、算法及適用性等方面各具優劣而受到不同學者的推崇。本文嘗試建立工業低碳發展的AHP-GEM模型，一方面保留AHP中工業低碳發展指標的遞階層次結構模型，另一方面基于GEM模型構建專家評分矩陣并確定指標權重，從而更加科學、準確地建立工業低碳發展的指標體系和評價模型。

1.1 選取評價指標并建立AHP遞階層次結構

在低碳經濟背景下，產業的發展不僅僅要注重經濟效益，更加要強調生態環境效益。基于數據的可得性及完備性、科學性的指標選取原則，本文從工業部門的經濟產值、能源消費、二氧化碳排放及環境治理等4個方面篩選出綜合反映產業經濟及資源環境狀況的9項指標如表1所示。

表1 工業行業低碳化評價指標的選取及屬性

產業的經濟發展方面，行業總產值或增加值以及規模以上企業個數是常見的衡量產業經濟效益和發展水平的重要指標，其總產值或增加值越大，企業個數越多，則說明該行業的經濟效益和經濟規模越優。

能源消費方面，一次能源消費總量反映的是一個行業對煤炭、石油和天然氣的絕對消費量。而能源消費強度反映的是單位GDP的能源利用效率，其值越小，則說明該行業生產活動中對能源的利用程度越高，發展低碳經濟的基礎越好。

碳排放指標方面，二氧化碳排放總量反映了一個行業碳排放的整體狀況，而碳強度衡量的是單位GDP的碳生產效率，它是目前國際社會制定碳減排目標的有效指標，其值越小，說明碳利用效率越高。由于我國目前尚未公布區域的碳排放數據，因此這兩個指標依據IPCC（2006）提供的碳排放測算方法估算得出[6]：

上式中，TEi表示第i種能源的消費量，csi表示第i種能源未被氧化的比率，其值一般為0；efi和Oi分別表示第i種能源的含碳量和氧化率。為避免重復計算，本文只考慮一次能源煤、石油和天然氣，其建議排放系數和氧化率如表2所示。

表2 各種能源的含碳量及氧化率

在低碳環境治理方面，選取行業的節能減排力度和資源利用化程度進行衡量。這兩者均屬于定性指標，節能減排力度越大或資源的利用化程度越高，則說明行業的低碳發展潛力越大。

為便于分析，本文依照《中國統計年鑒》的行業分類準則及行業特性將38個工業部門合并為11類（見表3），并分別定義為C1、C2……C11。同時，將表1中的4類綜合指標分別定義為B1、B2、B3和B4，自上而下設計工業低碳發展評價的目標層A、準則層B和方案層C，并構建相應的AHP遞階層次結構模型如圖1所示。

表3 工業部門分類結果

圖1 工業低碳化發展評價的AHP遞階層次結構模型

1.2 構造GEM專家評分矩陣并確定指標權重

假設在一個群組中存在m個專家Si(i=1,2...,m)，每位專家可憑借自身的專業水平、實際經驗等對準則層Bj(j=1,2...,n)相對于目標層A的重要性進行打分，并組成m*n階評分矩陣：

其中，ij表示第i個專家Si對第 j個待評目標Bj的評分值。xij值越大，說明對研究目標的評價越優。依據各指標的相對重要性，本文采用1～5分評分法進行專家打分（見表4）。

表4 1～5分評分法

在專家評分矩陣（2）的基礎上，可以得到準則層B對于目標層A的相對權重以及方案層C對于準則層B的相對權重。假設存在一個決策水平最高的理想專家，使其評分向量與其他專家個體間的差異最小，則該向量就是所求的最優評分向量。根據邱苑華（1997）提出的計算方法[3]，記矩陣F=XTX，則F的最大特征根所對應的特征向量就是最優評分向量x*i。在精度要求為ε的條件下，向量x*i可通過用數值代數中的冪法求出：

（2）令 k=1,2,…,則：

（3）用 | zk→zk+1|表示zk與zk+1對應分量之差的絕對值最大者，判斷 | zk→zk+1|＜ε。若滿足條件，則zk+1即為所求的x?；否則轉入步驟（2）。

依據以上模型所計算出來的理想專家的評分，即是各指標的相對權重。最后，根據方案層各指標對于目標層A的組合權重，可以確定指標評價的最終排序。

2 工業低碳發展評價實證

2.1 指標權重的確定

基于圖1中的工業低碳發展評價指標體系，本文采用上述AHP-GEM評價方法對武漢市工業產業的低碳化發展進行實證研究。為使評價結果更全面、準確，本文從專家的專業水平、經驗、知識面和綜合能力等方面綜合選取4位專家組成專家小組，并依據5分評分法分別對準則層B1、B2、B3和B4相對于目標層的重要性打分，結果如表5所示。

表5 專家評分表

根據公式（2）～（4），令精度要求ε=0.005，利用MATLAB軟件進行迭代運算可得出結論：

（1）在滿足 | zk→zk+1|＜0.005的條件下，基準層Bj(j=1,2,3,4)對目標層 A的權向量X=(0.7048,0.4182,0.3919,0.4182)，將其進行歸一化處理得：

wB-A=(0.3646,0.2163,0.2027,0.2163)T

（2）類似地，方案層Cj(j=1,2,...,11)對基準層B，即武漢市11個工業行業在經濟發展、能源消費、碳排放及環境治理方面的得分權向量為：

wC-B1=(0.0561,0.068,0.0607,0.0803,0.0553,0.1095,0.116,0.1351,0.1351,0.1351,0.0489)

wc-B2=(0.1139,0.0462,0.0675,0.1023,0.0623,0.1282,0.0616,0.134,0.1224,0.1208,0.0408)

wc-B3=（0.0789,0.0497,0.0506,0.0923,0.0715,0.0995,0.1074,0.1427,0.1143,0.086,0.107）

wc-B4=(0.0644,0.0493,0.0654,0.0823,0.0886,0.1047,0.0651,0.1459,0.1221,0.0654,0.1467）

（3）綜合得出方案層各指標Cj(j=1,2,...,11)相對于目標層A的組合權重：

wC-A=(0.075,0.0555,0.0611,0.0879,0.0673,0.1105,0.0915,0.1387,0.1253,0.107,0.0801)

2.2 評價結果分析

為便于分析，將上述指標權重的計算結果進行整合并排序如表6所示。

表6 武漢工業低碳發展評價結果及排序

由表6可以看出，武漢市低碳化特征明顯的工業行業主要集中在煤礦、金屬及非金屬礦采選業（C1）、農副食品加工業（C2）、紡織服裝加工制造業（C3）、石油加工業（C5）以及水電氣等能源供應業（C11）中，這些行業不僅具有較好的經濟效益，更具有良好的環境效益，低碳化發展評價位居前列，是在低碳經濟背景下應大力扶持及重點發展的行業。

與此相反，一些加工制造業及化工行業，如通用專用設備及交通運輸設備制造業（C8）、電氣機械器材、通信設備計算機及其它電子設備制造業、儀器儀表及文辦機械、工藝品及其他制造業（C9）、化學工業、醫藥及橡膠塑料制品業（C6），這些行業雖然是拉動武漢市經濟發展的主要動力，但也是能源消耗和污染物排放的主體，高能耗、高碳排放特征十分明顯，低碳發展評價在11個工業部門中排名最低。因此，這些行業在未來的發展中必須合理權衡經濟效益與環境效益之間的平衡，不能以資源的過度消耗和碳排放的增加來換取經濟利益的擴大。

除此之外，木材家具、造紙印刷及文教體用品制造業（C4）、非金屬礦物制品業、黑色及有色金屬冶壓加工業（C7）和廢棄物回收利用業（C10）等一些行業雖然在產值和產量上不具經濟規模優勢，但也不屬于高能耗和高碳密集型行業，因此其低碳發展評價在武漢11個行業中處于中等水平。

3 政策建議

（1）加大對低碳化特征明顯產業的扶持力度

根據武漢工業部門的AHP-GEM低碳評價結果，在未來的產業發展規劃中，應有所側重的發展采選業、農副食品加工業、紡織服裝加工制造業、石油加工業等評分較高的行業。這些行業在目前雖然不是武漢市的支柱產業，但在低碳經濟背景下具有良好的發展潛力和前景，應在保持其能源效率和碳效率提高的同時，擴大經濟產值，實現經濟效益與環境效益的“雙贏”。

（2）推動高碳產業節能化和低碳化升級

目前，武漢市仍處于工業化中期階段，短期內以鋼鐵、汽車、機械設備制造、化工等為支柱的重化工產業結構難以改變，但這些行業屬于高耗能和高排放范疇，AHP-GEM低碳評價結果較為落后，因此未來必須對其加大節能減排的力度。一方面嚴格限制高耗能行業的過度增長；另一方面通過培育新型產業和高新技術，以循環經濟和低碳經濟改造高碳產業，使環境污染降到最低。

（3）以技術進步帶動整體產業的低碳化發展

武漢市現有的工業部門大多以勞動密集型為主，產業的總體技術水平較為落后。未來武漢市應積極發展可產業化的碳捕集與封存技術、資源綜合利用方面的先進技術等，并研發一批效益高且易于推廣的前沿低碳技術，提高產品的技術含量和附加值，逐步推進產業的跨越式發展。

[1]胡鞍鋼,管清友.中國應對全球氣候變化的四大可行性[J].清華大學學報(哲學社會科學版),2008,(6).

[2]洪源源,邱菀華.AHP、GEM及其綜合算法[J].中國管理科學,2000,8(4).

[3]邱菀華.群組決策特征根法[J].應用數學與力學,1997,18(11).

[4]殷少美,金曉斌,周寅康,趙姚陽,李紀軍.基于主成分分析法和AHP-GEM模型的區域新增建設用地指標合理配置——以江蘇省為例[J].自然資源學報,2007,22(3).

[5]李如忠,金菊良,錢家忠,汪家權.基于指標體系的區域水資源合理配置初探[J].系統工程理論與實踐,2005,(3).

[6]IPCC.2006 IPCCGuidelinesfor National Greenhouse Gas Inventories[Z].Japan:Hayama National Greenhouse Gas Inventories Institution for Environmental Strategies,2006.