基于AHP—TOPSIS的水運競爭力評價

李清+王夢月+姜磊

【摘 要】 為比較水運在綜合運輸體系中的優勢，提出綜合運輸體系發展的表征指標，構建綜合運輸體系比較優勢定量分析的AHP-TOPSIS組合評價模型。通過實例分析驗證，水運在綜合運輸體系中具備相對優勢，并提出發揮水運在綜合運輸體系中優勢的相關建議：完備水運基礎設施建設；加快綜合物流體系建設；加強綠色水運發展；加強船型優化論證。

【關鍵詞】 AHP-TOPSIS評價法；綜合運輸；公路；鐵路；水運；比較優勢

0 引 言

水路運輸憑借其運量大、運價低等特點在綜合運輸體系中占據著十分重要的位置。根據《2014年交通運輸行業發展統計公報》，水路運輸能源消耗僅為公路運輸能源消耗的1/7。[1] 隨著國家愈發重視“綠色化”和生態文明建設，水路運輸的優勢將更加明顯。

在目前的評價方法中，層次分析法（AHP）和優劣解距離法（TOPSIS）的運用日益廣泛，其中：AHP可分層計算，減少主觀定權存在的偏差；TOPSIS可充分利用數據，對每個評價對象的優劣進行排序。本文運用AHP-TOPSIS組合評價法評價運輸方式的競爭力，以避免單純采用AHP評價而導致的主觀性，充分利用原有數據，遵循實際情況，根據每種運輸方式的優劣度進行排序，使計算更合理，結果更清晰。

1.1 影響因素分析

為了科學、合理地評價運輸方式的競爭力，本文根據各種運輸方式的特點，分析影響運輸方式競爭力的主要因素，歸納為經濟性、快捷性和環保性等3種因素，在此基礎上構建出多層次的運輸方式競爭力評價指標體系。采用AHP-TOPSIS綜合評價模型，對評價指標體系進行測算，確定最優運輸方式。

1.1.1 經濟性因素

經濟是影響運輸方式競爭力的重要因素。在市場競爭環境下，運輸方式的優劣在很大程度上是通過產生利益的多少等經濟性指標來衡量的。影響運輸方式競爭力的經濟性因素很多，本文選取了實際貨運量、運輸距離、單位運費、每千瓦載量等作為經濟性評價指標。

1.1.2 快捷性因素

與低值貨物相比，高值貨物在運輸過程中對運輸時間的要求相對較高。本文選取總運輸耗時以及運輸速度作為快捷性評價指標。

1.1.3 環保性因素

隨著近幾年北方霧霾天出現頻率的增多，人們愈發重視環境保護，節能環保型的運輸方式成為未來綜合運輸體系發展的主要趨勢，環保性因素成為影響運輸方式競爭力的一項重要指標。本文選取運輸方式能源消耗量以及污染物排放量作為環保性指標，其中，污染物排放量分別選取了燃油消耗總量、單位貨物周轉量二氧化碳（CO2）排放量、單位貨物周轉量二氧化硫（SO2）排放量、單位貨物周轉量氮氧化物（NOx）排放量作為具體指標。

1.2 指標體系構建

本文將運輸方式競爭力評價指標體系的構成分為兩個層次（見圖1）：第一層是基本準則，包括經濟性、快捷性和環保性等3個方面；第二層為具體的評價指標。

在圖1中，正、逆代表指標性質。正指標表示指標值越大，該運輸方式越具有優勢；逆指標表示指標值越小，該運輸方式越具有優勢。

假設各運輸方式在營運時間內一直處于運輸狀態，其相應的指標計算方法如下：

（1）經濟性指標

實際貨運量=設計裝載量 €？裝載率

每千瓦載量=實際貨運量 / 主機功率

（2）快捷性指標

各運輸方式總運輸耗時=在途時間 + 2 €？（各運輸方式實際貨運量/各運輸方式裝卸效率）

（3）環保性指標

燃油消耗量=燃油消耗率 €？主機功率 €？運輸耗時

單位貨物周轉量CO2排放量=B €？€%`1/貨物周轉量

單位貨物周轉量SO2排放量=2 000 €？B €？S €？（1€Ha€%`2） / 貨物周轉量

單位貨物周轉量NOx排放量=NOx排放系數€字骰β蕗自聳浜氖？貨物周轉量

式中：B為耗油量，t； €%`1為碳排放系數，kg/t； S為燃油含硫量，%； €%`2為脫硫效率，%；公路、鐵路貨物運輸NOx排放系數參考值為3.5 g/kW€穐，水路貨物運輸NOx排放系數參考值為7.7 g/kW€穐。

2.1 權重的確定

本文以AHP確定交通運輸方式各指標權重。具體步驟如下：

（1）建立各運輸方式競爭力評價層次結構模型；

（2）根據比例標度（見表1）構造判斷矩陣；

（3）計算相對權重，包括二級指標（實際貨運量、運輸距離、單位運量等）相對于一級指標（經濟性、快捷性、環保性）以及目標層的權重；

（4）一致性檢驗包括： ①一致性指標 [CI= （€%dmax€Han）/（n€Ha1）]；②隨機一致性指標（RI）；③一致性比率指標（CR=CI / RI，當CR<0.10時，認為判斷矩陣的一致性可以接受）。

2.2 運輸方式競爭力TOPSIS模型求解步驟

（1）設有m種運輸方式（公路運輸、水路運輸以及鐵路運輸），n個評價指標（實際貨運量、運輸距離、單位運量等）[2]，專家對其中第i種運輸方式的第j個指標的評估值為xij，則構造初始判斷矩陣V。

（2）鑒于各個指標的量綱可能不同，需要對決策矩陣進行歸一化處理，采用公式：x'ij=xij /，i=1，2，…，m； j=1，2，…，n。

（3）計算權重矩陣 €%r，得到加權判斷矩陣Z=V'€%r。

（4）根據加權判斷矩陣獲取評估目標的正負理想解：正理想解為 ；負理想解為 。

式中：j*為正向指標，即望大型指標，如實際貨運量等；j'為逆向指標，即望小型指標，如運輸距離等。

（5）計算各目標值與理想值之間的歐氏距離：

=， j=1，2，…，n

=， j=1，2，…，n

（6）計算各種運輸方式的相對貼近度：

= / （ + ）， i=1，2，…，m

（7）依照相對貼近度的大小對各運輸方式進行排序，選出最具優勢的運輸方式。

本文中的TOPSIS模型指標即為各運輸方式的實際指標值，根據指標的望大望小性質和計算值確定正理想解和負理想解，最終對計算出的各運輸方式貼近度進行比較。

3 實例分析

3.1 樣本選取

假設運輸工具在營運時間內一直處于運輸狀態，選取長途低值貨物運輸、長途高值貨物運輸、短途低值貨物運輸、短途高值貨物運輸等4種情況對3種運輸方式進行對比，其中：長途選取重慶―南京，短途選取南京―上海；低值貨物（如煤炭類大宗散貨）在水路運輸方式中選取內河干散貨船運輸，對運輸時效要求不高，高值貨物選取集裝箱船運輸，對運輸時效要求較高。

3.2 運輸方式競爭力指標計算

低值貨物運輸方式的選取分別為水路運輸采用典型的噸級干散貨船、公路運輸采用載質量為20～25 t的最常用卡車、鐵路運輸采用共65節車廂（單節車廂為60 t）的典型貨運列車；高值貨物公路及鐵路運輸選取的運輸工具不變，水路運輸改為330 TEU集裝箱船。根據《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》等文件，計算4種運輸情況下3種不同運輸方式的競爭力指標（見表2）。

3.3 運輸方式競爭力指標權重的確定

根據人們往往對運輸高價值貨物的運輸時間要求較高、對低價值貨物的運費要求較高這一特征，通過專家打分的方法分別確定運輸低值貨物和高值貨物各自相對應的指標權重。

3.3.1 低值貨物運輸指標權重的確定（長途低值、短途低值）

（1）低值貨物運輸中一級指標對于目標層權重的確定（見表3）。

（2）低值貨物運輸中二級指標對于一級指標權重的確定（見表4，表5，表6）。

3.3.2 高值貨物運輸指標權重的確定（長途高值、短途高值）

（1）高值貨物運輸中一級指標對于目標層權重的確定（見表7）。

（2）高值貨物運輸中二級指標對于一級指標權重的確定（同低值貨物運輸）。

3.3.3 權重計算

計算所得各級指標權重，見表8。權重計算均通過一致性檢驗。

3.4 運輸方式競爭力評價

根據所確定的3種運輸方式指標值、TOPSIS模型運算過程及各運輸方式的綜合評價，得出3種運輸方式的貼近度（見表9）。

3.5 評價結果分析

經過建模定量分析，得出如下結論：（1）長途低值貨物運輸貼近度結果為水路>鐵路>公路，水路最具優勢；（2）長途高值貨物運輸貼近度結果為鐵路>公路>水路，鐵路最具優勢；（3）短途低值貨物運輸貼近度結果為水路>鐵路>公路，水路最具優勢；（4）短途高值貨物運輸貼近度結果為公路>鐵路>水路，公路最具優勢。

根據指標計算，可知水運優勢主要表現為以下幾點：

（1）運量大。相比于其他兩種方式，水運方式可以運載大量的貨物，這與運輸工具的技術特點有關，也是水路運輸最大的優勢所在。

（2）運價低。由于水路運輸一次可運送大量的貨物，且運輸成本較低，因而水路運輸的運價較低，對運輸時效性沒有太高要求的消費者來說，更傾向于選擇水路運輸。

（3）綠色化。一般情況下，水路運輸單位貨物周轉量的CO2和SO2的排放量最少，NOx排放量在長途運輸時也相對較少，這正符合當前建設低碳型社會的時代趨勢。

4 發揮綜合運輸體系中水運優勢的建議

4.1 完備水運基礎設施建設

基礎設施作為水運系統的重要組成部分，是水運系統的技術保障，缺少或者不完備的基礎設施會導致水運系統無法正常運行。加強我國水運基礎設施建設，優化交通基礎設施布局，合理利用現有資源，完善碼頭、內河航道等相關設施建設，可穩步推進船舶大型化、現代化發展，從而加快我國內河航運發展，發揮水運優勢。

4.2 加快綜合物流體系建設

加快建立綜合運輸體系建設，在優化水路運輸組織的基礎上，充分發揮各種運輸方式的比較優勢和組合效益；加強運輸服務銜接，統籌完善一體化運輸發展的聯運服務。加強綜合運輸管理銜接，整合各種運輸方式信息資源和各種運輸方式的運力資源，提高運輸效率。

4.3 促進綠色水運發展

近幾年，我國環境每況愈下，諸多城市冬季頻繁出現霧霾天氣，人們愈發重視環境保護，利用綠色清潔能源（如LNG燃料）的節能環保型運輸方式成為綜合運輸體系未來發展的主要趨勢。大力推進船舶清潔能源的應用和節能減排工作，可促使水運進一步綠色化，從而發揮在綜合運輸系統中的比較優勢。

4.4 加強船型優化論證

進一步加強船型的研發和優化論證，根據貨物類型、航道等級、港口規模、運距長短等因素，研發適合我國航道、碼頭的高效船型和船隊（如江海直達船型等），實現更高的水運規模經濟效益。

參考文獻：

[1] 交通運輸部.2014年交通運輸行業發展統計公報[EB/OL].（2015-04-30）[2015-12-01] http：//www.moc.gov.cn/zfxxgk/bnssj/zhghs/201504/t20150430_1810598.html.

[2] 匡海波，陳樹文.基于熵權TOPSIS的港口綜合競爭力評價模型研究與實證[J].科學學與科學技術管理，2007（10）：157-162.