基于組合賦權 TOPSIS 法的城市軌道交通裝備制造業集群競爭力評價

王朝陽，薛 鋒, ，陳崇雙

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 611756；2.西南交通大學 綜合交通運輸智能化 國家地方聯合工程實驗室，四川 成都 611756；3.西南交通大學 數學學院，四川 成都 611756）

0 引言

城市軌道交通作為公共交通的重要組成部分，具有運量大、速度快、安全環保等特點，是緩解城市交通問題的有效途徑。城市軌道交通的快速發展刺激了軌道裝備的市場需求，為裝備制造業帶來廣闊的發展前景。2015年5月國務院印發《中國制造2025》戰略文件，從國家層面提出重點發展軌道交通裝備制造業，建立世界領先的軌道交通產業體系。

產業集群是產業發展的重要組織形式，目前已成為推動區域經濟發展的重要動力。我國城市軌道交通裝備制造業正處于快速發展階段，催生了不同規模的產業集群。產業集群的出現有利于優化資源配置、提高產業生產效率和競爭優勢，因此，對城市軌道交通裝備制造業集群競爭力開展評價研究，有助于全面掌握區域產業集群發展水平，推動城市軌道交通裝備制造業高質量發展。

關于產業集群競爭力評價的研究主要集中在理論和應用2個方面。在理論研究方面，Porter[1]認為產業集群競爭力取決于4個主要因素與2個輔助因素，提出鉆石模型，為集群競爭力研究奠定了基礎；Padmore等[2]對鉆石模型進行改進，建立考慮基礎、市場與企業3個要素的GEM模型，提出集群競爭力的定量評價方法。在應用研究方面，王素君等[3]運用區位熵針對河北省裝備制造業集群進行識別，通過建立集群競爭力評價指標體系，采用因子分析法進行評價研究；何太碧[4]從產業鏈穩定性的視角構建汽車后市場產業集群競爭力評價指標體系，運用結構方程模型和模糊層次分析法，對成都汽車后市場產業集群競爭力進行評價；黃倩等[5]基于復雜網絡理論與改進PageRank算法，分析軌道交通產業集群的網絡特征，識別出集群內重點企業。

在分析產業集群競爭力內涵的基礎上，針對城市軌道交通裝備制造業特點，構建評價指標體系，建立基于組合賦權TOPSIS的產業集群競爭力評價模型，以沈陽城市軌道交通裝備制造業集群為研究對象進行實證分析，量化評價城市軌道交通裝備制造業集群競爭力水平，為產業集群發展規劃提供理論支撐和實踐指導。

1 城市軌道交通裝備制造業集群競爭力評價指標體系構建

1.1 城市軌道交通裝備制造業集群發展現狀

城市軌道交通裝備制造業集群是指在一定區域內，大量城市軌道交通裝備制造企業和科研機構、金融機構、行業協會等，依靠分工協作關系在空間上集聚形成的有機群體[6]。經過多年發展，我國城市軌道交通裝備制造業集群已形成集研發設計、零部件生產、車輛制造、檢測維修等為一體的完整產業鏈，發展態勢良好。從行業層面來看，2019年規模以上城市軌道交通裝備制造企業實收資本130.2億元，創近5年新高；軌道交通發展速度不斷加快，2019年末我國城市軌道交通運營里程6 736.2 km，完成建設投資5 958.9億元（不含港澳臺）；國務院出臺《關于進一步加強城市軌道交通規劃建設管理的意見》等政策文件支持城市軌道交通建設，為城市軌道交通裝備制造業健康發展提供了良好的環境。從企業層面來看，盈利能力與市場能力不斷增強。作為我國軌道交通裝備制造的龍頭企業，2019年中國中車股份有限公司營業利潤158.2億元，同比增長7.4%，占據了我國地鐵車輛約90%的市場份額，并積極開拓國際市場，出口產品覆蓋全球100多個國家和地區。

1.2 評價指標體系構建

城市軌道交通裝備制造業集群競爭力是指在市場競爭環境下，某一地區的城市軌道交通裝備制造企業在生產規模、產品盈利、市場獲取等方面，表現出優于競爭對手的能力[7]。產業集群競爭力評價指標大致可分為顯示性指標和解釋性指標2類，前者反映競爭力的結果和外在表現，后者反映競爭力的來源和決定因素，用來解釋集群競爭力產生的原因[8]。由于集群競爭力主要來源于要素投入和外部環境，表現在生產、盈利與市場獲取等方面，因此選取投入能力和發展環境作為解釋性指標，產出能力和市場能力作為顯示性指標，建立包含4個一級指標和18個二級指標的評價指標體系。城市軌道交通裝備制造業集群競爭力評價指標體系如表1所示。

表1 城市軌道交通裝備制造業集群競爭力評價指標體系Tab.1 Competitiveness evaluation index system of URT equipment manufacturing industrial cluster

（1）投入能力。投入是決定產業集群競爭力的物質基礎，反映了集群發展的基本條件和各種生產要素的情況，通常包括人力、財力和物力3個方面，由于物力的投入難以量化統計，重點考察人力與財力投入。考慮到集群的基本組成單元是企業，因此可以用規模以上企業數量和從業人員總數反映人力資源投入，用主營業務成本和資本總投入反映資金供給情況。

（2）產出能力。產出反映集群生產經營活動產生的經濟效益，也在一定程度上體現了集群內企業的生產能力和管理水平。工業總產值反映產出的工業產品規模，整車生產數量直觀反映整車產能，這2個指標衡量集群的生產能力；銷售利潤率是利潤總額與營業收入的比值，流動資產周轉率是主營業務收入與流動資產的比值，反映流動資產的周轉速度，這2個指標衡量集群的盈利能力；全員勞動生產率用總產值與從業人數之比表示，反映集群人力投入產生的效益，是生產管理水平與職工素質的綜合體現。

（3）市場能力。市場能力反映集群企業開拓市場、獲取市場份額的能力。市場占有率是集群營業收入占全國城市軌道交通裝備制造業營業收入的比重；產品銷售率是集群銷售產值與工業總產值之比；區域市場集中度反映集群在區域制造業市場中所占份額，用集群工業總產值與區域制造業總產值之比表示；產業外向度表示產品的區域輸出程度，衡量集群對外開放程度及外部市場擴張能力。

（4）發展環境。發展環境是產業集群競爭力的重要支撐，反映了集群所在區域的經濟、科技、政策發展水平及市場需求。人均地區生產總值反映區域社會經濟的整體發展水平；區域研發經費投入強度反映科技創新環境，用全社會研發經費占GDP比重表示；公共設施建設投資反映政府對城市軌道交通基礎設施建設的支持力度；城市軌道交通客運量占公共交通客運量比例和城市軌道交通運營里程這2個指標反映市場需求。

2 城市軌道交通裝備制造業集群競爭力評價方法

產業集群競爭力評價是一個復雜的多指標決策問題，指標權重與評價方法的合理性至關重要。常見的賦權方法分為主觀和客觀2種，采用主客觀組合賦權法確定權重，并結合TOPSIS法評價集群競爭力。研究方法綜合考慮專家經驗和數據規律確定指標權重，減少人為因素影響。

2.1 基于組合賦權的指標權重確定

2.1.1 G1法確定主觀權重

G1法又稱序關系分析法，是在層次分析法的基礎上改進得到的一種主觀賦權方法。與層次分析法相比，G1法在確定指標權重時無需構造判斷矩陣，有效避免了指標過多時一致性檢驗不通過的情況[9]，且計算過程更加簡便，具體步驟如下。

（1）確定評價指標序關系。設有n個指標組成集合X= {x1，x2，…，xn}，如果指標xi的重要度大于xj，則記為xi＞xj。根據專家意見，將指標的重要程度從大到小排列，確定指標的序關系為，其中表示按重要度排序后的第i個指標。

（2）確定評價指標的相對重要程度比[9]。由專家確定相鄰指標與x*k重要程度的理性判斷比值其中和w*k分別表示指標和x*k的權重。

（3）計算指標權重。根據rk取值得到第n個評價指標的權重w*n，計算公式為

則第k- 1個指標的權重為

2.1.2 改進CRITIC法確定客觀權重

CRITIC法[9]根據指標的對比強度和沖突性確定權重，同時考慮了指標的差異性和關聯性。改進CRITIC法通過變異系數反映差異性，采用相關系數的絕對值衡量關聯性，并引入熵權法中信息熵的概念修正指標信息量，計算步驟如下。

（1）數據標準化。假設有m個年份，n個評價指標，第i個年份的第j個指標xij構成原始數據矩陣X= （xij）m×n，采用極差標準化方法對原始數據進行處理，由于均為正向指標，計算公式為

式中：aij為標準化后的數據值，0≤aij≤1。

（2）計算變異系數與相關系數。變異系數反映了指標的對比強度，計算公式為

式中：vj為第j個指標的變異系數；sj和分別為第j個指標的標準差和平均值。

根據標準化數據矩陣A= （aij）m×n，計算指標間的相關系數rjk，則第j個指標與其他指標的沖突性量化值為

（3）計算指標信息量與權重。使用熵權法計算指標信息熵，對指標信息量進行修正，計算公式為

式中：Mj為第j個指標包含的信息量；ej為第j個指標的信息熵；fij為第j個指標下第i個年份指標值的比重。

對信息量進行歸一化，得到第j個指標的權重cj為

2.1.3 加法集成法確定組合權重

為充分發揮主客觀賦權方法的優勢，使指標權重更加合理，采用加法集成法確定組合權重。假設wj和cj分別是由G1法和改進CRITIC法得到的權重，則組合權重θj為

式中：α，β分別為主觀權重和客觀權重的重要度系數，且滿足α2+β2= 1 （α，β＞ 0）。

組合賦權的關鍵是確定α和β的取值，使評價結果最優。將所有評價對象綜合評價值之和記為Y，基于被評價對象之間差異最大的思想，建立以下優化模型。

利用拉格朗日條件極值原理，分別求出主客觀權重比例系數并進行歸一化，可得

式中：α*和β*分別為主觀和客觀權重的最優組合系數。因此組合權重θj=α*wj+β*cj。

2.2 基于TOPSIS的產業集群競爭力評價模型

TOPSIS法又稱為理想解法，基本原理是構造評價指標的正理想解和負理想解，通過計算每個評價對象與正、負理想解的距離進行排序，計算步驟如下。

（1）構造加權規范矩陣。利用標準化數據矩陣與組合權重，構建加權規范矩陣Z= （zij）m×n，其中zij=aij×θj。

（2）確定正負理想解。由于所有指標均為正向指標，因此正理想解為各指標所有年份中的最大值，負理想解為各指標所有年份中的最小值，分別記為Z*，Z0，則

（3）計算相對貼近度。采用歐氏距離計算公式得到每個評價對象與正、負理想解的距離Si*和Si0，公式為

為綜合反映這2個距離，計算各評價對象的相對貼近度Ci*，即

可知Ci*∈ [0，1]，Ci*數值越大，表明第i個評價對象越接近最優水平。

3 實例分析

參照國家統計局制定的國民經濟行業分類標準，考慮數據的可得性，以沈陽2012—2019年城市軌道交通裝備制造業集群為研究對象，運用組合賦權TOPSIS方法對集群競爭力進行評價研究，數據來源于《沈陽統計年鑒》《中國工業統計年鑒》及《中國統計年鑒》。

3.1 產業集群競爭力評價

根據G1法的基本原理設計調查問卷，采用專家咨詢法得到各層評價指標的序關系和重要程度比，由公式（1）和公式（2）求出每位專家對各指標的賦權情況并取平均值。同時將指標原始數據依次代入公式（3）至公式（8），利用改進CRITIC法計算客觀權重；最后將主客觀權重進行組合，由公式（11）求得歸一化后的比例系數α*= 0.543 6，β*= 0.456 4。評價指標組合權重如表2所示。

根據表2中的組合權重構造加權規范矩陣，使用TOPSIS法計算各年份與正負理想解的距離及相對貼近度，得到2012—2019年沈陽城市軌道交通裝備制造業集群競爭力水平如表3所示。根據表3數據，進一步繪制4個一級指標競爭力評價值的變化趨勢，2012—2019年沈陽城市軌道交通裝備制造業集群一級指標競爭力評價值如圖1所示。

表2 評價指標組合權重Tab.2 Combination weighting of evaluation indexes

表3 2012—2019年沈陽城市軌道交通裝備制造業集群 競爭力水平Tab.3 Competitiveness level of Shenyang URT equipment manufacturing industrial cluster from 2012 to 2019

3.2 結果分析

從評價指標的組合權重來看，區域市場集中度、資本總投入、主營業務成本、產品銷售率、工業總產值5個指標的權重位于前列，表明這些指標對集群競爭力的影響較大，重要度更高，在發展城市軌道交通裝備制造業時應給予重點關注。

由表3中數據可以看出，2012—2019年沈陽城市軌道交通裝備制造業集群競爭力水平由0.326 8增長為0.410 0，呈現緩慢上升的趨勢，表明隨著工業化進程加快和經濟社會發展，沈陽城市軌道交通裝備制造業水平持續提高。其中，2012—2016年集群競爭力穩步提升，年均增長率為13.23%；由于2017年沈陽工業經濟增速放緩，集群生產效率降低，產出能力和市場能力均出現明顯下降，導致競爭力同比下降12.38%；2018年得益于生產能力的大幅提升，集群競爭力同比增長41.02%，達到峰值0.652 4；2019年沈陽出臺相關政策加快新舊動能轉換，對裝備制造業進行改革，化解鋼鐵等過剩產能，推動傳統制造業轉型升級和新動能發展，導致集群競爭力水平降幅明顯。

（1）投入能力呈現先快速上升后持續下降的趨勢，評價值由2012年的0.059 8上升到2019年的0.436 7，整體增長明顯。2012—2017年集群投入水平處于快速提升階段，年均增速超過50%，主要原因是這一時期沈陽經濟處于快速發展階段，《沈陽市國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》提出要重點發展軌道交通裝備制造業，建立先進裝備制造產業園，政策的實施有效促進了資源投入的增加，從業人員總數、主營業務成本年均增長59.26%，33.22%，極大地提升了集群的投入能力。2017年后集群的人力和資金投入均出現下降，年均降幅20.82%和18.04%，導致集群整體投入水平持續降低，在2019年降至0.436 7，但對整體競爭力的貢獻依然明顯。

（2）產出能力表現出先緩慢上升后下降波動的態勢，評價值由2012年的0.417 1下降為2019年的0.324 3。2012—2015年間各二級指標不斷波動變化，產出水平處于緩慢上升階段，競爭力增幅并不明顯；盡管2015—2017年集群投入不斷增加，但總產值、流動資產周轉率和勞動生產率均大幅減少，集群產出能力持續下降，并在2017年達到歷史最低值0.256 2，主要是這一時期沈陽的工業發展整體呈下降趨勢，集群缺乏良好的經濟環境，且產業生態體系和專業化分工協作機制尚不完善，導致投入的生產要素未能發揮出應有的作用。除銷售利潤率外，其他指標在2018年均出現明顯上升，集群產出能力快速增長至最高點0.811 8，為2017年的3.17倍；但由于2019年沈陽對裝備制造業進行深化改革，實施新舊動能轉換，縮減了生產要素投入，導致集群各項產出指標明顯下降，尤其是利潤出現負增長，企業嚴重虧損，產出能力急速下降。

（3）市場能力總體呈現波動上升的趨勢，評價值由2012年的0.335 8增長為2019年的0.379 5。 2012—2016年集群市場競爭力實現年均13.01%的增幅，主要得益于這一時期集群發展環境良好，生產要素投入持續增加，各項指標整體呈上升趨勢。由于2017年集群生產效率較低，區域市場集中度與產業外向度明顯下降，市場能力同比下降19.28%；2018年生產能力提高，集群總產值在區域制造業中的占有率明顯增長，市場能力同比增長60.74%。但由于2019年沈陽進行新舊動能轉換，導致集群產品質量無法滿足國內市場需求，經濟效益變差，主營業務收入和產值降幅均超過70%，市場占有率、產業外向度等受到直接影響，市場能力再次出現顯著下降。

（4）發展環境整體表現出波動上升趨勢，評價值由2012年的0.424 9上升為2019年的0.676 4， 發展態勢較好。分指標來看，人均地區生產總值持續增加，年均漲幅5.50%，為集群發展提供有力的經濟支撐；研發經費投入強度呈下降趨勢，由2012年的3.22%下降到2019年的2.64%，表明集群缺乏良好的創新環境，不利于企業的科技創新活動；公共設施建設投資呈波浪型發展態勢且變化較大，表明政策環境尚不穩定；城市軌道交通客運量占公共客運量比例與城市軌道交通運營里程這2個指標分別保持11.63%和16.81%的年均增速，表明沈陽的城市軌道交通發展總體向好，這將有利于裝備制造業的發展。

4 結束語

城市軌道交通裝備制造業作為我國重點發展的高端產業，產業集群已初具雛形，但裝備制造業強國建設依然任重道遠。基于組合賦權TOPSIS方法對沈陽城市軌道交通裝備制造業集群競爭力進行評價，研究表明，評價指標體系能較為合理地反映產業集群的發展狀況，評價方法有效可行，所得結論可以為沈陽發展城市軌道交通裝備制造業提供參考。然而集群競爭力還受到技術創新、相關支撐產業等因素的影響，下一步要進行深化研究。