城市開發的資源利用效率測度與評價
——基于30個省會城市的實證研究＊

張曉瑞宗躍光

(1.南京大學城市與區域規劃系,江蘇南京 210093;2.合肥工業大學城市規劃系,安徽合肥 230009)

城市開發的資源利用效率測度與評價
——基于30個省會城市的實證研究＊

張曉瑞1,2宗躍光1

(1.南京大學城市與區域規劃系,江蘇南京 210093;2.合肥工業大學城市規劃系,安徽合肥 230009)

城市開發要追求資源利用的高效率,對城市開發的資源利用效率進行測度和評價可以為城市開發規劃和政策制定提供科學的決策依據。以中國30個省會城市為研究對象,運用數據包絡分析DEA的模型和方法,對其資源利用的綜合效率,純技術效率和規模效率進行了測度和評價。研究指出:從總體上看,我國省會城市開發的資源利用效率較低,有19個城市處于無效狀態;大部分省會城市處于規模收益遞增或遞減的狀態;投影分析表明省會城市開發中存在資源的投入冗余和產出不足現象;從省會城市的區域分布上看差異較為明顯,東部地區省會城市開發的資源利用效率要高于中西部地區;綜合效率和多個投入產出指標之間存在一定的多元因果關系。城市開發應加大技術投入,優化資源配置,控制城市規模,要依靠技術進步來提高開發的資源利用效率。

城市開發;資源利用;效率;DEA

隨著我國城市化進程的加快,城市已經成為國民經濟的主體和社會生活的中心,其開發在一定區域范圍內會產生強大的輻射和集聚效應,部分特大城市還能對跨省區域乃至全國產生很強的影響。截止到2007年,全國共有655個城市,其中的287個地級及以上城市在2007年的G DP共計157 284.5億元,占2007年我國G DP的63.0%[1]。可見城市已經成為區域經濟和國家經濟增長的核心。城市開發是城市投入各種資源獲得各種產出的過程,由此實現城市經濟社會的發展,資源利用構成了城市開發的主旋律。從本質上看城市開發也是一種經濟活動,其所要追求的同樣是資源利用的高效率。而20世紀90年代以來,我國經濟、社會進入一個重要而特殊的轉型期,市場經濟的建立和完善構成了城市開發的新動力,也掀起了新一輪的城市開發熱潮,建設現代化、國際化大城市成為我國城市開發的主要目標,其主要表現在城市的人口和用地規模迅速擴張[2]。如何科學合理地評價城市這種大規模開發的資源利用效率是一個難點和熱點,其已成為現代城市研究的前沿課題。目前的研究較多集中在對城市開發某一方面效率的研究上,如對城市的交通效率[3]、管理效率[4]、土地利用效率[5]、物流效率[6]以及環境衛生建設效率[7]等進行研究。

數據包絡分析(Data Envelopment Analysis,即DEA)模型是由美國著名運籌學家A.Charnes和W.W.Cooper等在“相對效率評價”概念的基礎上發展起來的一種新的系統分析評價方法,是評價具有多投入和多產出決策單元效率的一種非常有效的方法[8-10]。1986年DEA被引入我國后得到了廣泛應用,國內DEA應用于城市的研究主要集中在對城市交通、物流、經濟等領域的效率測度。如張軍等應用DEA對城市交通系統的可持續發展進行評價[3],劉滿芝等對江蘇省地級市的物流系統進行了DEA效率測度[6],俞立平等對中國城市的經濟效率進行了DEA評價[11],袁曉玲等對城市效率演變特征的超效率DEA研究[12],郭騰云等用DEA對中國非農業人口在100萬以上的特大城市的效率進行研究[13],此外還有馬曉龍等對136個國家級風景區的使用效率進行了DEA評價[14]。通過綜合比較可知目前國內運用DEA研究城市開發資源利用效率的文獻較少;已有的研究多集中在城市某一方面的效率上;在DEA評價指標體系上多集中在單一經濟指標上,缺乏對城市社會、生態環境評價的指標,此外在效率分析上尚不夠全面。基于此,本文以全國30個省會城市(含4個直轄市)為研究對象,運用DEA對其城市開發資源利用的綜合效率、純技術效率和規模效率、規模收益、資源投入冗余和產出不足、效率和投入產出之間的關系進行全面測度和評價,從而揭示出目前城市開發資源利用中存在的問題,并據此提出相應的對策和建議,以期為城市開發規劃和政策制定提供科學理性的決策依據。

1 研究方法

1978年,Charnes,Cooper,Rhodes提出了第一個基于多投入多產出的效率評估DEA模型CCR模型[15];1984年,Banker,Charns,Cooper將CCR模型加以修正為BCC模型,BCC模型將決策單元生產規模的可變性考慮到模型中,擴大了DEA的應用范圍,使DEA模型趨于完善[16]。CCR和BCC模型是DEA最為常用的兩種模型,是DEA的基礎和精華。

和傳統的統計方法相比,DEA方法具有三點優勢[17]:首先,DEA方法以樣本數據為基礎,可直接從各個決策單元的實際觀察資料中找出最佳的效率值;其次,在測定決策單元的相對有效性時,DEA方法不受輸入、輸出數據量綱的影響;第三,DEA是一種非參數分析法,這種方法事先并不需要預設一個投入產出函數關系,從而有效避免了人為主觀因素的影響。

假設有n個決策單元,每個決策單元有m種投入要素xij(j=1,…m),有s種產出yir(r=1,…s)(xij≥0,yir≥0),引入松弛變量s-和s+,則決策單元o的相對效率有如下的DEA-CCR測度評價模型:

式中λi為各個決策單元在某一指標上的權重變量。CCR模型是在假設決策單元為固定規模收益(Constant Returns to Scale,CRS)的情況下得到的。利用CCR模型計算得到的σ為決策單元的綜合技術和規模效率值,簡稱為綜合效率(CRSTE)。若在上式中加入約束項則變成了DEA-BCC模型,BCC模型是假設決策單元為變動規模收益(Variable Returns to Scale,VRS)的情況下得到的,計算得到的σ是決策單元的純技術效率(VRSTE,簡稱為技術效率)。綜合效率包括純技術效率和規模效率(SE)兩部分,且有SE=CRSTE/VRSTE。SE等于1表示決策單元正位于最合適的規模效率水平;SE小于1則表示決策單元處于規模無效率的狀態。純技術效率表示的是當規模收益可變時,被考察決策單元與有效生產前沿之間的距離;規模效率表示的是規模收益不變與規模收益可變的有效生產前沿之間的距離。

利用CCR和BCC模型可以實現對決策單元效率的綜合評價。根據文獻17有如下結論。(1)當CCR的σ為1且s-和s+都為0時,決策單元為DEA有效,表示該決策單元位于最優生產前沿面上,在原投入基礎上產出已達到最優,技術和規模都有效;(2)當CCR的σ為1,s-不為0或s+不為0時,決策單元為弱DEA有效。此表示原投入可減少s-而保持原產出不變,或原投入不變而使產出增加s+;(3)當CCR的σ小于1時,決策單元為DEA無效,技術和規模均無效,此時可通過優化組合將投入降至原投入的σ倍而保持原產出不減少。σ值越接近1表示該決策單元的效率越高,反之則越低。(4)對于DEA無效的決策單元可以計算其在CCR有效前沿面上的投影點(xo＊,y0＊),且xo＊=σx0-s-,yo＊=yo+s+,則投入冗余Δxo=xo-xo＊=(1-θ)xo+s-,Δyo=yo＊-yo=s+,顯然投影點為DEA有效。(5)利用CCR模型中λi的最優解情況可以判斷決策單元的規模收益情況。若存在λi使得∑λi=1,則該決策單元為規模收益不變(CRS);若不存在λi使得∑λi=1,則若∑λi＜1,那么該決策單元為規模收益遞增(Increasing Returns to Scale,IRS),反之若 ∑λi＞1,那么該決策單元為規模收益遞減(Decreasing Returns to Scale,DRS)。

本文利用CCR模型計算得到決策單元的綜合效率值,利用BCC模型計算得到決策單元的純技術效率值,通過SE=CRSTE/VRSTE得到決策單元的規模效率值,利用上述結論(4)和(5)計算決策單元的資源投入冗余和產出不足值以及規模收益情況,最后利用相關系數和多元線性回歸法探討綜合效率和投入產出指標之間的關系。

2 指標體系構建與說明

典型的DEA效率測度與評價需要三個步驟:首先要明確決策單元,也即是評價對象。每個決策單元具有相同的DEA評價目標,具有相同的投入和產出指標,本文中的決策單元是中國的省會城市,每一個省會城市構成了DEA效率測度評價中的一個決策單元,共計30個決策單元;其次要確定DEA評價指標體系,指標體系是綜合評價的基礎,DEA效率評價也不例外。DEA評價指標體系包括兩大部分,即投入指標和產出指標,投入指標反映了決策單元在生產過程中各種資源的投入量,產出指標反映了決策單元經過對投入資源的配置和利用后得到的各種產出量,選擇恰當的投入和產出指標是構建DEA評價指標體系的關鍵所在;最后是選擇合適的DEA模型進行計算并對結果進行分析,得到每一個決策單元的效率值,效率值定量反映了決策單元的資源利用效率水平。本文利用DEA的CCR和BCC模型進行計算分析,從而實現對30個省會城市開發資源利用效率科學、理性的評價。

DEA是利用決策單元的投入和產出指標數據對評價單元的相對有效性進行評定,因此指標體系的科學確定是運用該模型的基本前提。在確定指標體系時,應充分考慮決策單元之間的一致性,投入和產出的指標數量要達到一定規模。建立指標體系主要遵循以下原則:目標性、準確性、精簡性、系統性和可比性[18],指標的確定還要考慮數據的可獲得性、可操作性和針對性。此外在建立DEA評價模型時要使決策單元個數和評價指標個數之間保持恰當的比例關系,根據應用經驗通常認為決策單元的個數應大于或等于投入、產出指標總數的2倍[17],這會使DEA評價結果具有合理的區分度,從而起到很好的決策支持作用。

城市開發必然要投入一定的自然資源和能源要素、人力資源要素和資本要素。自然資源和能源要素主要包括土地、水、電等,其中土地是城市開發的空間載體,是城市開發最必需的資源投入指標;人力資源要素是擁有一定知識和技能的勞動力;資本要素包括固定資本和流動資本,即城市經濟中的資本存量和流動資金之和[13]。通過城市開發使這些投入要素轉化為城市經濟、社會和環境的各項產出。根據指標體系構建原則本研究以2007年全國30個省會城市(包括四個直轄市,拉薩市因數據不全沒有作為評價對象)為實證研究對象,每一個省會城市為一個決策單元。在投入上選取城市建成區面積作為土地資源投入指標,選取城市在崗職工總數作為勞動力投入指標,選取固定資產投資總額作為資本投入指標。在產出指標上選取城市G DP、社會消費品零售總額、城市綠地面積作為DEA評價的產出項。其中G DP是最基本的產出指標,反映了城市的經濟規模和總量。社會消費品零售總額代表了城市的社會消費水平和生活水平。綠地面積則直接反映了城市生態環境建設的狀況和水平。這樣從經濟、社會和生態環境三個方面入手,構建了一個能全面衡量城市開發資源利用效率的投入和產出指標體系,共有6個投入和產出指標,決策單元共有30個,滿足上述決策單元數和評價指標數之間數量關系的要求。本研究所采用的數據來源于《中國城市統計年鑒2008》,限于篇幅原始數據從略,表1是指標變量的描述統計值。

3 計算結果與分析

3.1 效率分析

利用上述DEA模型和2007年30個省會城市的投入產出數據,經計算得到全國省會城市開發資源利用的綜合效率值、純技術效率值和規模效率值,經整理結果見表2。根據表2,有沈陽、上海、南京等11個城市處于投入產出效率前沿面上,占總數的36.67%。這些城市的綜合效率、技術效率和規模效率均為1,且松弛變量均為0,為DEA有效,說明這些城市在投入資源的配置、利用和規模集聚上都達到了有效。其余19個則為DEA無效,占比63.33%,進一步可發現這19個城市可分為兩種類型:一是北京、鄭州、長沙和西寧4市的純技術效率為1,而綜合效率和規模效率均小于1,這說明4市不為DEA有效的原因在于其規模的無效率,其規模和投入、產出不相匹配,需要增加規模或減少規模,技術有效則表明4市的產出相對于投入而言已達最大,即在投入資源的配置和利用上達到了有效。特別是北京作為中國的首都和環渤海經濟區的核心城市,聚集了規模龐大的人口和產業,其DEA無效的原因在于其規模的無效率,因此還應優化內部結構,提高規模效率從而達到綜合效率有效;二是其余15市的純技術效率、規模效率和綜合效率均小于1,說明這些城市在技術和規模上都沒有達到有效。這15市的平均綜合效率為0.843,平均純技術效率為0.871,平均規模效率為0.968,技術效率低而規模效率高,但由于規模效率均值已高達0.968,規模擴大的空間并不多,單純擴大投入規模對實現綜合有效的幫助不大。因此城市開發中在加大要素投入規模時要注意控制城市規模的無序擴張,優化城市投入產出結構,提高資源的合理利用程度,增加單位投入上的技術投入,從而同時提高技術效率和規模效率以達到綜合效率有效。特別是重慶市,綜合效率和純技術效率僅為0.675和0.724,遠低于總體平均水平,而規模效率卻為0.932,接近總體平均水平,這和其作為全國直轄市的地位不相符合。因此重慶市在城市開發中加大技術投入,提高技術效率是實現DEA有效的最重要措施。從平均值來看,30個省會城市的綜合效率平均值為0.916,技術效率平均值為0.936,規模效率平均值為0.978,綜合效率和技術效率平均值較低。

表1 指標的描述統計值Tab.1 Descriptive statistics of indicators

從分布區域上看,東部地區12個省會城市中有6個為DEA有效,6個為無效;中部地區9個省會城市中有2個為DEA有效,7個為無效;西部地區9個省會城市中有3個為DEA有效,6個為無效。表3為三大地區省會城市開發的平均效率比較,可以看出東、中、西三大地區在平均綜合效率和技術效率上呈現明顯的遞減趨勢,東部地區的效率均值遠高于中西部地區,區域差異明顯,這與東部地區經濟發達、技術先進、中西部相對落后的現實情況是一致的。在規模效率均值上三大地區非常接近,趨于一致,而且都很接近1,這說明所有省會城市在資源投入規模上已接近飽和。在現階段的技術水平上繼續擴大規模的空間有限,單純提高規模效率對實現綜合效率有效的作用不大。

表2 省會城市的資源利用效率Tab.2 The efficiencies of resource use in capital cities

表3 不同區域省會城市資源利用效率比較Tab.3 The efficiencies of capital cities in different regions

3.2 規模收益分析

規模收益(Returns to Scale,RTS)是決策單元投入規模的變化與其引起的產量變化之間的關系,包括規模收益不變、遞增和遞減三種情況。其中不變表示增加k倍的投入可以獲得相同k倍的產出增加,遞增可獲得大于k倍的產出增加,遞減可獲得小于k倍的產出增加。遞增的決策單元可擴大投入規模從而獲得更多的產出,遞減的決策單元則沒有擴大投入的必要,只有規模收益不變的決策單元才是最理想的生產狀態。由表2可知,30個省會城市中處于規模收益不變、遞增和遞減階段的城市分別為12個、9個和9個,占比40%、30%和30%,可見我國省會城市中大部分(占比60%)處于規模收益遞增和遞減階段,即處于規模無效狀態。從具有不同規模收益的省會城市分布情況看,區域差異明顯。作為理想狀態的規模收益不變的城市主要集中在東部發達地區,共計有7個,占全部12個規模收益不變城市的58.33%;規模收益遞增的城市東部有3個,中部有4個,西部有2個,中西部占全部9個規模收益遞增城市的66.67%;規模收益遞減的城市東部有2個,中部有3個,西部有4個,中西部占全部9個規模收益遞減城市的77.78%。中西部地區規模收益遞增和遞減的城市共計13個,占全部18個規模收益遞增和遞減城市的72.22%。

規模收益遞增和遞減說明城市的規模還沒有達到現階段技術水平所決定的最合適生產規模,其中規模收益遞增的城市可以擴大投入規模,優化資源投入結構,以達到最佳的產出,從而實現綜合效率有效;規模收益遞減的城市則要加大單位投入要素上的技術投入,適度調整投入規模,使技術水平和規模相適應,從而實現綜合效率有效。而由上述分析得知,總體平均規模效率高達0.978,規模擴大的空間并不多。因此從長期來看,規模收益遞增和遞減的城市更應該加大技術投入,提高資源利用的技術水平,使技術水平和現階段的規模相適應,從而提高開發的綜合效率。特別是中西部地區,規模效率平均值在0.97以上,而技術效率平均值僅為0.931和0.908,遠低于東部的0.959。技術水平低下是造成中西部規模收益遞增和遞減的主要原因,因此引進先進技術,提高資源利用的技術含量對于中西部省會城市具有特別重要的意義。

3.3 投影分析

非DEA有效的決策單元要想達到DEA有效必須增加產出和減少投入,這可以通過這些決策單元在生產前沿面上的投影而找到調整目標,計算出具體的投入和產出調整數值,從而使其成為有效的決策單元,由此得到更多的決策參考信息,計算這些投入冗余量和產出不足量即為DEA投影分析。本研究中由DEA有效的11個城市構成了效率前沿面,其他城市在投入產出的六維空間中的位置和該效率前沿面有一定偏離,研究這些偏離對調整投入產出結構,提高資源配置水平以及明確今后改革的重點都具有十分重要的指導作用。根據本研究計算,得到所有19個DEA無效城市的投入冗余和產出不足結果如表4所示。總體上這19個城市的投入冗余和產出不足現象均同時存在。從投入角度看,19個城市在各個投入指標上均存在一定的冗余,以北京為例,其在建成區面積上的投入冗余為142 km2,在崗職工總數上的投入冗余為128.84萬人,固定資產投資上的投入冗余為4 264 372.54萬元。重慶市在投入指標上具有最大的冗余量,其在建成區面積上的冗余高達213.08 km2,固定資產投資上的冗余為7 591 216.68萬元,這進一步說明其資源配置利用的技術水平較差,技術效率低下,同時也說明了一味擴大投入規模、不注重技術投入的開發模式不能實現綜合有效。從產出角度看,有9個城市在G DP上產出不足,4個城市在社會消費品總額上產出不足,僅有2個城市在綠地面積上有產出不足現象。分析表明我國省會城市普遍存在投入冗余和產出不足的現象,根本原因就在于投入資源沒有得到最有效地配置和利用。這也再次證明只有改變單純依靠擴大投入的數量型增長方式,加大單位投入要素上的科技投入,提高資源利用的技術含量,走內涵增長型道路才能實現城市開發資源利用的DEA綜合效率有效。

3.4 綜合效率與投入產出相關性分析

為了研究城市開發資源利用效率和投入產出規模之間的關系,利用SPSS軟件計算了綜合效率和各個投入產出指標之間的相關系數,結果如表5。可見綜合效率和各個投入產出指標之間的相關系數非常小,而且和在崗職工數、固定資產投資還存在非常弱的負相關。這說明綜合效率值和每個投入產出指標之間不存在明顯的因果關系。進一步以綜合效率為因變量,以6個投入產出指標為自變量進行多元線性回歸分析,回歸方法采用向后排除法,得到最終的擬合方程為:

表4 投影分析Tab.4 Projection analysis

表5 綜合效率和投入產出指標的相關分析Tab.5 The correlation analysis between integrated efficiencies and input-output indicators

(E為綜合效率,Y1為G DP,X1為建成區面積,X2為在崗職工總數,X3為固定資產投資總額)

方程的調整R2值為0.516,擬合效果基本滿足需要,F檢驗和t檢驗通過,模型的整體線性關系顯著,4個變量對模型貢獻顯著。這說明綜合效率和多個投入產出變量之間才有較為明顯的因果關系。一味擴大城市資源投入規模并不能顯著提高城市開發資源利用的綜合效率,而是要使投入產出之間保持一定的結構和比例關系,通過資源利用技術水平地提高來優化這種組合結構,使投入資源得到充分配置和利用并達到最大產出,從而實現DEA有效。由此提醒決策者僅僅通過擴大城市投入規模對提高資源利用綜合效率的幫助并不大,這也證明了當前城市盲目圈地擴張、攤大餅式的空間開發并不是最優的城市開發模式。

4 結論與討論

運用DEA方法和模型對我國30個省會城市開發的資源利用效率進行了深入研究,結果顯示:①我國省會城市開發的資源利用綜合效率、技術效率較低,規模效率較高,其中DEA綜合效率有效的城市11個,19個城市為DEA無效;②有12個省會城市處于規模收益不變的理想階段,其余18個處于規模收益遞增或遞減階段;③DEA無效的省會城市中普遍存在投入冗余和產出不足現象;④從省會城市所處區域來看,區域差異較為明顯,東部經濟發達地區省會城市資源利用的綜合效率和技術效率也較高,而在規模效率上東部和中西部則趨于一致;⑤綜合效率與投入產出相關性分析表明綜合效率和單個變量之間沒有明顯的相關性,和多個變量之間具有一定的多元線性關系。根據上述結果提出兩點建議:①在未來的城市開發中要合理配置各種資源,注重加大科學技術投入,提高資源利用的技術含量,特別是中西部地區要從數量型增長模式轉換為內涵型增長模式,從而實現城市開發資源利用綜合效率的大幅度提高。②要嚴格控制城市規模,規模過大造成了規模的不經濟,導致城市綜合效率低下。因此要遏制盲目擴大城市規模的“攤大餅”式的發展趨勢,要使規模和技術水平相適應,走適度規模的集約型發展道路。

最后應看到,城市開發的資源利用效率評價是一個復雜的系統工程。運用DEA模型進行評價時有些方面仍值得進一步去探討,如選取不同的投入和產出指標可能會得到不同的分析結果。又如可以做縱向研究,利用近幾年的數據,分析城市開發資源利用效率在多個年度里的動態變化,這些構成了進一步研究的主要內容。

(編輯:劉呈慶)

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AbstractThe pursuit of urban development is to achieve high efficiency of resource use.Measurement and evaluation of the resource use efficiency can provide a scientific basis for decision making in urban development planning and policy formulation.Taking 30 Chinese capital cities as the research samples,this article evaluates the integrated efficiency,pure technical efficiency and scale efficiency of resource use in urban development by using the DEA module and method.The results indicate that:In general,the efficiency of resource use in urban development is low;there are 19 cities in the invalid state.Most capital cities are in the status of increasing or decreasing returns to scale.Analysis of projection shows that redundant input and inadequate output exist in capital cities.More obvious differences can be viewedfrom the regional distribution of capital cities.The average efficiency of the capital cities in eastern China is higher than central and western China.There is a certain causal relationship between integrated efficiency and various input-output indicators.Urban development should increase the technical inputs,optimize the allocation of resources and control the urban scale.The efficiency of resource use in urban development is improved by relying on the technological progress.

Key wordsurban development;resource use;efficiency;DEA

Measurement and Evaluation of the Resource Use Efficiency in Urban Development Based on the Empirical Analysis of China’s 30 Capital Cities

ZHANG Xiao-rui1,2ZONG Yue-guang1
(1.Department of Urban and Regional Planning,Nanjing University,NanjingJiangsu 210093,China;
2.Department of Urban Planning,Hefei University of Technology,Hefei Anhui 230009,China)

F062.1;F062.4

A

1002-2104(2010)05-0095-07

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.05.016

2010-01-16

張曉瑞,博士生,講師,主要研究方向為城市與區域規劃。

＊國家863計劃項目(No.2007AA12Z235)資助。