城市公共基礎設施系統供給水平評價

陶志梅，孫 鈺

(1.天津大學 經濟與管理學部，天津 300072；2.天津商業大學 公共管理學院，天津 300134)

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城市公共基礎設施系統供給水平評價

陶志梅1，2，孫 鈺1，2

(1.天津大學 經濟與管理學部，天津 300072；2.天津商業大學 公共管理學院，天津 300134)

城市公共基礎設施子系統的相互影響不僅體現在突發事件中，而且體現在基礎設施的日常管理中，并對公共基礎設施及其資源的整體供給水平產生一定的影響。本文基于城市公共基礎設施內部子系統的相互影響，構建公共基礎設施系統供給水平評價模型，并綜合德爾斐法、網絡層次分析法和灰關聯分析法對城市公共基礎設施系統供給水平進行評價分析。通過分析京津冀、長三角和珠三角地區主要城市的公共基礎設施系統供給水平，發現北京和上海的公共基礎設施系統供給水平明顯高于區域內其他城市。天津的電信系統和蘇州的軌道系統、防災系統能夠有效改善相應城市的公共基礎設施系統供給水平，促進區域相對均衡發展。

城市公共基礎設施；供給水平；評價模型

一、引 言

城市公共基礎設施是城市發展必須具備的工程性基礎設施的總稱，為城市經濟發展和人民生活提供基本的物質保障。城市公共基礎設施包括能源、供排水、道路交通、郵電通信、環境保護和防災等六個子系統，這六個子系統相對獨立地為城市提供產品和服務，并相互影響、相互依存，共同協同作用[1]，表現出復雜的系統特征。

近幾年，中國城市公共基礎設施建設投入持續增加，取得了一定的成就，在一定程度上緩解了城市經濟和社會發展的需求。但由于城市公共基礎設施各子系統特殊的技術經濟性質和各自的行政管理體制劃分，城市公共基礎設施的各子系統分別由不同的職能部門管理，在一定程度上導致了不同基礎設施之間跨部門整體系統效用考察的困難和缺失，進而影響城市公共基礎設施系統供給水平的提升。

從現有文獻看，針對公共基礎設施供給水平評價的研究主要包括兩個方向。第一個方向是從宏觀和本體層面將公共基礎設施系統作為區域競爭力的組成部分進行評價或對公共基礎設施發展水平進行評價。Sala-I-Martin等[2]通過設立經濟績效、政府效率、商業效率和公共設施等四個方面的指標體系，評價不同國家的競爭實力及其變化，其中公共設施指標包括基礎設施、技術設施、科技設施、健康和環境，以及教育等工程類、社會類、生活類設施部分。還有一些文獻從基礎設施的長效性、可持續發展水平和綜合績效等角度，評價城市公共基礎設施系統的供給水平[3]。第二個方向是從城市公共基礎設施系統與城市經濟社會協調發展情況評價其供給水平[4-5]。

現有研究對城市公共基礎設施系統供給水平的評價主要從公共基礎設施能否滿足經濟社會發展需要這一視角出發，分別從宏觀指標設施、公共基礎設施本體，以及公共基礎設施與經濟社會協調發展等角度，評價城市公共基礎設施系統的供給水平。但從公共基礎設施各子系統的相互影響關系對公共基礎設施系統供給水平進行評價的文獻仍然非常稀缺。

國外早期文獻分析了公共基礎設施的系統性，以及在突發情況下，公共基礎設施系統內部相互影響性的主要表現形式。Rinalidi等[6]研究公共基礎設施的系統性問題，提出公共基礎設施系統內部的相互影響性表現為物理性、網絡性、地理性和邏輯性等。Zimmerman[7]認為公共基礎設施內部具有功能性和空間性的相互影響。Pederson等[8]概括公共基礎設施之間的關系為物理性、地理空間性、政策性和信息性的相互影響關系。Lee等[9]將公共基礎設施的相互影響性分為投入性、共同性、分享性、獨有性和同一地點性等五種類型。Zhang和Peeta[10]提出公共基礎設施的相互影響性表現為功能性、物理性、預算性和經濟性。

近年來，國外文獻研究發現公共基礎設施及其資源的相互影響作用在日常的經營管理活動中同樣存在，由于公共基礎設施的不同子系統之間存在相互影響性，因而需要加強不同公共基礎設施子系統的戰略協同，以提升公共基礎設施系統的整體供給水平。Klein等[11]通過分析加利福尼亞州水能關系，認為應當將供水戰略與能源戰略相結合，加強水資源與能源部門之間的聯系，通過聯合水資源和能源資源，以及基礎設施管理，來實現可觀的公共基礎設施供給的增量效應。Bartos和Chester[12]通過分析美國亞利桑那州的水資源與能源關系，明確節約用水能夠降低全州0.8%—3.1%的用電需求，采取節能措施和可再生能源發電的投資組合可以有效減少1.9%—15%的非農業用水需求。Roelich等[13]通過分析資源與公共基礎設施的宏觀系統相互影響關系，明確了資源需求之間的相互影響性及公共基礎設施系統的復雜性，強調通過宏觀層面供給與需求的整合管理提高公共基礎設施運營效率。

美國于1996年成立了總統委員會，用于協調公共基礎設施的相互影響性，為公共基礎設施相互作用的效率和級聯效應提供綜合的管理和服務[14]。加拿大明確了本國關鍵公共基礎設施的概念，并通過單獨立法強化關鍵基礎設施的管理[15]。中國對城市公共基礎設施相互影響性的研究起步較晚。由于城市公共基礎設施各子系統的技術特征差異和各類公共基礎設施都分別歸屬不同的部門管理，又因為中國中央政府和地方政府行政機構設置長期存在機構重疊、職能不清、部門林立、職責交叉和政出多門等問題[16]，缺乏對跨領域公共基礎設施網絡化數據和資料的收集、整理及管理活動，更顯示出公共基礎設施的跨領域協調存在障礙和問題。在信息技術的挑戰日益加大、城市公共基礎設施間相互影響逐漸深入的客觀條件下，應該從宏觀管理層明確城市公共基礎設施及其相互影響性的重要性，持續、深入地研究城市公共基礎設施的相互影響現象對城市公共基礎設施系統供給水平的影響，以及公共基礎設施的相互影響性對公共基礎設施各子系統結構的作用，進而實現城市公共基礎設施的經濟效用、社會效用和環境效用。

從現有文獻的主要關注點來看，城市公共基礎設施供給水平評價研究主要著眼于公共基礎設施提升區域競爭力和滿足城市發展的可持續性、長效性和經濟社會發展需要等方面。然而，由于中國缺乏對城市公共基礎設施內部子系統相互影響性的研究，將城市公共基礎設施系統作為整體，考慮內部子系統之間的相互影響關系，進而評價城市公共基礎設施系統的整體供給水平的研究仍非常稀缺。本文從宏觀層面考察城市公共基礎設施系統供給水平，研究城市公共基礎設施的相互影響性對系統整體效用實現的影響，構建系統內部相互影響性的公共基礎設施系統供給水平評價模型，為提高城市公共基礎設施系統供給水平提供政策建議。

二、表現形式、評價模型和主要方法

考慮到城市公共基礎設施系統供給能力研究過程中各子系統之間相互影響關系的表現需要，從中國同類城市地域分布和公共基礎設施系統供給能力研究的視角，本文將城市公共基礎設施系統劃分為十個子系統，分別為電力系統、供氣系統、郵政系統、電信系統、給排水系統、道路系統、軌道系統、防災系統、環衛系統和綠化系統。

(一)表現形式

考慮到城市公共基礎設施宏觀管理活動和公共基礎設施相互影響性對系統供給效用實現的影響作用，結合中國城市公共基礎設施系統的管理實踐，本文認為中國城市公共基礎設施內部子系統之間相互影響性主要有四種表現形式：

第一，相同的規制環境和預算約束。城市的公共基礎設施屬于公共產品或準公共產品。由于城市公共基礎設施的基礎性、重要性，在中國，城市公共基礎設施子系統的規劃、建設、管理和運營等活動主要受到政府規制，面臨相同的規制環境。中國的城市公共基礎設施建設資金主要來自于各級政府，在政府既定財政的約束條件下，應對其進行宏觀統籌設計，協調不同類別的城市公共基礎設施的建設增量投入。

第二，共同的市場和客戶端。城市公共基礎設施的產品和服務是為既定區域的用戶群體提供的。不同的公共基礎設施子系統面對著相同的城市用戶。在用戶既定收入的約束條件下，部分城市公共基礎設施的用戶需求存在著互補和替代關系。比如城市道路交通、公共交通，以及城市公路、鐵路、航運之間存在一定的替代關系，城市主要道路、軌道交通及其他城市公共交通之間的布局和流量存在互補關系。

第三，網絡的相互依存性。伴隨信息技術的發展，城市公共基礎設施各子系統的運營與管理時刻不能離開信息數據的支持，而這些數據的傳輸需要來自于高度發展的現代通訊技術和電信基礎設施。網絡化的計算機系統和電信基礎設施是其他城市公共基礎設施運營管理活動的基礎。

第四，功能的相互補充性。城市公共基礎設施中的經濟類設施，諸如能源、道路等設施在建設過程中需要消耗大量的資源，并產生工業垃圾、污水等污染物，而城市的環衛、綠化等環境類公共基礎設施的產品和服務有助于凈化城市空氣、潔凈水源、處理污水和固體垃圾等污染物和廢棄物，幫助城市維持潔凈的空氣、水資源，并能使城市的廢棄物產生一定的經濟效益，促進城市的可持續發展。

(二)評價模型

本文的主要目標是評價具有相互影響性的城市公共基礎設施系統的整體供給水平。城市公共基礎設施的效用表現為經濟效用(C1)、社會效用(C2)和環境效用(C3)三個方面[17-18]。評價模型分兩個層級，如表1所示。第一層級是系統網絡層，模型中的公共基礎設施系統十個子系統分別為給排水系統(I1)、道路系統(I2)、軌道系統(I3)、綠化系統(I4)、環衛系統(I5)、電力系統(I6)、郵政系統(I7)、電信系統(I8)、防災系統(I9)和供氣系統(I10)。模型的第二層級為系統指標層，對每個子系統分別使用相應的供給水平指標代表其供給水平。

表1 城市公共基礎設施系統供給水平評價指標體系構建

數據來源：《中國城市建設統計年鑒2013》、《中國城市統計年鑒2014》和《中國統計年鑒2014》。

(三)主要方法

在建構評價模型的基礎上，本文通過德爾斐法明確各子系統供給水平的評價維度和指標選擇，考慮到存在模糊指標的情況，通過灰關聯分析法明確各子系統的供給水平評價值，并通過網絡層次分析法(The Analytic Network Process，ANP)分析、表現各子系統的相互影響性及其重要性的權重。

本文采用德爾斐法選擇城市公共基礎設施十個子系統的評價指標維度。為選擇科學有效的公共基礎設施子系統評價指標，本文邀請包括高校學者、天津城投集團副高級以上工程師、天津政府工作人員及兩個公眾代表在內的十三位專家，經過“背靠背”的專家咨詢、問卷調查和討論，按照可得性、代表性原則，最終形成本文所需的城市公共基礎設施子系統供給水平評價的系統指標層指標。

為有效地實現具有相互影響性的公共基礎設施系統的整體供給水平評價，本文選擇網絡層次分析法反映公共基礎設施各子系統相互影響性的混合權重對系統整體供給水平的影響效應。模型將公共基礎設施系統的整合供給效應從經濟效益、社會效益和環境效益三個層面的準則判斷。模型的系統網絡層則通過ANP得到公共基礎設施系統中各子系統的綜合權重。

灰色系統理論的研究對象是“部分信息已知，部分信息未知”的“貧信息”不確定性系統，通過對部分已知信息的生成、開發實現對現實世界的確切描述和認識。其最大的特點是對樣本量沒有嚴格要求，不要求服從任何分布。社會、經濟等系統具有明顯的層次復雜性、結構模糊性，以及指標數據的不完全性、不確定性等。因此，灰關聯分析法具有廣泛的適用性。模型的第二層級指標在評價的過程中，由于部分指標數據具有一定程度的不完全性和模糊性，通過灰關聯分析法，可以得到十個公共基礎設施子系統的評價值。

(四)主要步驟

1.通過ANP得到公共基礎設施子系統的混合權重

根據公共基礎設施之間的相互影響性，判斷十個子系統之間的相互影響關系，構建城市公共基礎設施子系統相互影響的ANP結構。這一過程由相關專家協商進行。

W

(1)

式(1)收斂且唯一，則原矩陣中對應列的值為城市公共基礎設施子系統的穩定性權重[19]。

2.通過灰關聯分析法確定各子系統的供給水平評價值

(1)指標的標準化

對城市公共基礎設施所構建的指標，在評價標準上有不同的價值類型，因而首先要對要素指標進行標準化處理。設城市為m，公共基礎設施子系統的評價指標數為n，評價指標原始數據矩陣為qij，評價指標標準化數據矩陣為pij，則效益型指標和成本型指標標準化處理公式[20]為：效益型指標，如式(2)所示；成本型指標，如式(3)所示。

(2)

(3)

(2)灰色關聯系數的測算

(4)

式(4)中令分辨系數λ=0.5。

(3)灰關聯熵法確定權重

由于上述各項評價指標的灰色關聯系數構成的序列為灰列，因此，城市公共基礎設施電力子系統第j項評價指標的灰關聯熵[19-20]為：

(5)

城市公共基礎設施電力子系統第j項評價指標的灰關聯熵權為：

(6)

式(6)中，kj=1-Ej為第j項指標的偏離度。

(4)城市公共基礎設施子系統供給水平評價模型

結合公共基礎設施的子系統綜合發展指數評價指標的標準化值及灰關聯熵權，本文采用線性加權法，給出了公共基礎設施的子系統綜合指數評價模型為：

(7)

由此可以得到電力子系統的綜合發展指數，其他系統的綜合評價指數的計算過程相同。

三、經驗分析

根據評價指標體系，考慮數據的可得性和代表性，本文選取京津冀、珠三角和長三角地區中的七個主要城市：北京、天津、上海、蘇州、廣州、深圳和重慶作為實例分析，評價這些城市基于相互影響性的城市公共基礎設施系統整體供給水平。根據城市公共基礎設施系統供給水平評價目標，結合城市公共基礎設施十個子系統之間的相互影響關系，運用Super Decisions軟件構建城市公共基礎設施系統供給水平評價的ANP結構模型。

考慮到所研究問題的專業性較強，選擇在城市公共基礎設施領域工作的高級管理人員、副高級以上工程師等八位專家對城市公共基礎設施子系統相互影響性進行打分。在公共基礎設施子系統的相關維度視角下，專家根據城市公共基礎設施各子系統相互影響性的貢獻率原則、普及率原則和不可替代率原則，評價得出不同準則層面的相對重要性比較值。在城市公共基礎設施系統整體供給水平的ANP模型中，分別以經濟效用(C1)、社會效用(C2)、環境效用(C3)為評價準則，判斷網絡層各城市公共基礎設施子系統Ii之間的相互影響關系，并建立相應的判斷矩陣。*限于文章篇幅，以C1、C2、C3為評價準則的ANP判斷矩陣不予列出，如有需要，請向作者索取。指標之間的關系采用九分法，1—9表示某子系統對另一個子系統的影響度逐漸加大。判斷矩陣的打分取專家打分的均值。該判斷矩陣的一致性檢驗結果為0.041(<0.100)，表明該判斷矩陣通過一致性檢驗。同理，在宏觀控制準則層中以“具有相互影響性的城市公共基礎設施供給水平評價”為評價準則，建立準則層判斷矩陣。當所有的判斷矩陣通過一致性檢驗后，運用Super Decisions軟件生成城市公共基礎設施系統供給水平評價模型的ANP超矩陣、加權超矩陣及極限矩陣。極限矩陣中各極限收斂且唯一，得到具有相互影響性的城市公共基礎設施供給水平評價模型中各子系統的權重。

運用Supper Decisions軟件得到模型的控制準則權重為Wi=(0.547，0.345，0.108)；網絡層的各子系統的權重分別為Wij=(0.174，0.045，0.176，0.041，0.082，0.091，0.022，0.139，0.154,0.075)。本文進一步按照公共基礎設施各子系統的權重將城市公共基礎設施各子系統分為四類，其中給排水系統和軌道系統的賦權值最高，權重大于0.170；電信系統和防災系統比較重要，權重值分別為0.139和0.154；電力系統和環衛系統的重要性相對比較高，其權重值分別為0.091和0.082；郵政系統的重要性最低，賦權值僅為0.022。

通過對北京、天津、上海、蘇州、廣州、深圳和重慶等七個城市十個子系統的公共基礎設施評價指標的相關數據進行搜集和標準化處理，確定灰關聯系數、灰關聯熵權，得到七個城市的公共基礎設施子系統的公共基礎設施供給水平評價值，如表2所示。

將網絡層次分析法賦權后的十個子系統的評價值進行匯總后，可以得到七個城市公共基礎設施供給水平評價值，如表3所示。從各城市公共基礎設施供給水平評價看，十個子系統的公共基礎設施重要性賦權情況很大程度上影響了公共基礎設施系統的總體供給水平。從七個主要城市公共基礎設施系統整體供給情況看，上海和北京的城市公共基礎設施系統整體供給水平較好，天津和蘇州的整體供給水平最低，廣州和深圳的整體供給水平相對比較均衡。

表3 賦權后的典型城市公共基礎設施子系統供給水平評價值

與京津冀、長三角地區的城市公共基礎設施系統整體供給水平比較，上海和北京的城市公共基礎設施系統供給水平仍然處于絕對優勢地位，珠三角地區主要城市公共基礎設施資源比較均衡。根據表3，通過分析七個城市公共基礎設施子系統評價值對城市公共基礎設施供給水平總評價值占比情況發現，天津電信系統的評價值為0，占比為0，這大大影響了天津的城市公共基礎設施系統整體供給水平的評價值。蘇州的軌道系統和防災系統的評價值在該市公共基礎設施系統供給水平評價值中占比較小，分別為2.1%和2.9%。進一步研究發現，在七個城市中，天津的電信系統的評價指標值都是最小值，因此，電信系統的評價值為0。而電信系統在相互影響性的城市公共基礎設施系統評價模型中，權重高達0.139，因此，天津的電信系統發展相對滯后，嚴重影響了該市公共基礎設施系統的整體供給水平。對于蘇州而言，面對城市公共基礎設施系統網絡層次分析中權重值高達0.176和0.139的城市軌道系統和防災系統，蘇州的城市軌道系統和防災系統評價值在系統整體供給水平評價值的占比非常低，因此，提升蘇州軌道系統和防災系統發展水平，有助于該市的城市公共基礎設施的供給水平得到改善。

四、結論與建議

本文基于城市公共基礎設施系統普遍存在的子系統之間的相互影響現象構建城市公共基礎設施系統二層級的供給水平評價模型，通過德爾斐法、網絡層次分析法和灰關聯分析法等多標準評價法對城市公共基礎設施系統的整體供給水平進行評價分析，研究發現：

城市公共基礎設施系統由一系列子系統組成，各子系統相對獨立地為城市經濟社會發展提供產品和服務。城市公共基礎設施各子系統存在著普遍的相互影響性，而且這種相互影響性會對公共基礎設施的供給服務效應產生影響。因此，在宏觀層面管理公共基礎設施系統的整體供給水平時，應重點關注城市公共基礎設施各子系統的相互影響性。

應當構建跨部門的城市公共基礎設施系統管理機構。公共基礎設施各子系統獨立運行，各自有部門管理，并提供相應的產品和服務。但是，面對越來越顯著的公共基礎設施子系統的相互影響現象，應當建立跨子系統現有管理體系的組織或管理機構，從宏觀上把握城市公共基礎設施相互影響性的現象，整合各自系統的信息，把握公共基礎設施的整體供給水平和能力。建議建立城市或區域層級的公共基礎設施管理委員會，主要負責城市或區域公共基礎設施系統的整體把握和宏觀規劃，各子系統管理運營信息的協調，提升城市或區域公共基礎設施的整體供給水平或能力。

通過典型城市的實證分析顯示，京津冀、長三角地區中的北京和上海公共基礎設施供給具有明顯優勢，珠三角地區的廣州和深圳的城市公共基礎設施供給水平相對比較均衡。加大天津的電信系統的增量投入，可以較好地改善天津的城市公共基礎設施供給水平。相應地，提升蘇州的軌道系統和防災系統的建設力度，可以有效地提高蘇州的公共基礎設施系統供給水平，促進區域的相對均衡和協調發展。

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(責任編輯：鄧 菁)

2016-08-21

國家自然科學基金項目“城市公共基礎設施利用效益研究”(NSF71273186)；天津市社會科學規劃基金項目“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)

陶志梅(1973-)，女，甘肅天水人，博士研究生，副教授，主要從事公共基礎設施運營效率研究。E-mail：taotao@tjcu.edu.cn

孫 鈺(1965-)，女，天津人，博士生導師，教授，主要從事城市公共基礎設施優化利用和土地承載力研究。

F299.24

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1000-176X(2016)10-0122-07