基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)生態(tài)效率評價

韓凌++徐昕

摘要：近年來我國鋁業(yè)投資熱潮涌動，產(chǎn)能不斷擴張，但是盈收情況不容樂觀。貴陽是國家布局的重要鋁工業(yè)基地之一，在供給側(cè)改革的契機下，文章運用Matlab和DEAP2.1程序?qū)?005年-2014年貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)生態(tài)效率進(jìn)行實證分析與評價，探索資源型產(chǎn)業(yè)與資源型城市的轉(zhuǎn)型之路。在未來，貴陽應(yīng)積極提高創(chuàng)新水平，吸收先進(jìn)技術(shù)，控制行業(yè)無序擴張，化解產(chǎn)能過剩，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)共生。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)包絡(luò)分析;鋁產(chǎn)業(yè);生態(tài)效率;產(chǎn)業(yè)共生;煤電鋁一體化

一、 引言

貴陽不僅擁有豐富的鋁土礦資源，而且在開發(fā)利用、加工研發(fā)方面有較強的技術(shù)基礎(chǔ)和較大的生產(chǎn)規(guī)模。從工業(yè)體系上看，貴陽市鋁及鋁加工業(yè)是貴陽的八大特色支柱產(chǎn)業(yè)之一。自2000年起，貴陽市就開始積極探尋生態(tài)發(fā)展之路，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，既要青山綠水，又要尋求產(chǎn)業(yè)的二次發(fā)展，因此對貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)生態(tài)效率進(jìn)行評估顯得尤為重要。

生態(tài)效率最早是由瑞士知名學(xué)者Schaltegger和Sturn在1990年首次提出和定義的。WBCSD（世界可持續(xù)工商理事會）、經(jīng)濟與合作組織和歐盟環(huán)境署等眾多機構(gòu)組織都對生態(tài)效率進(jìn)行定義，從廣義上來看，生態(tài)效率可看成是產(chǎn)出與投入之比。生態(tài)效率是國內(nèi)外度量不同尺度區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)和產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標(biāo)。通過將生態(tài)效率這一概念引入工業(yè)系統(tǒng)，構(gòu)建工業(yè)及其各行業(yè)與外部環(huán)境之間的關(guān)系框架指導(dǎo)工業(yè)實踐活動，能緩解經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾，有效地促進(jìn)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。從產(chǎn)業(yè)層面上，生態(tài)效率的評估可以從行業(yè)整體技術(shù)水平出發(fā)，探討其可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動因素及改進(jìn)方案。

在研究方法上，生態(tài)效率的核算方法主要有三種：經(jīng)濟/環(huán)境單一比值法、指標(biāo)體系法、模型法。經(jīng)濟/環(huán)境單一比值法中經(jīng)濟維度和環(huán)境維度所選取的表征指標(biāo)根據(jù)研究對象和研究目的不同而不同，有選取產(chǎn)品或服務(wù)的生產(chǎn)總量、銷售總量或凈銷售額作為經(jīng)濟指標(biāo)，也有選取機會成本。指標(biāo)體系法是指由相互獨立但是又整體聯(lián)系的各個指標(biāo)組成的生態(tài)效率評價體系，國內(nèi)對行業(yè)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)及區(qū)域這種大尺度的研究上基本上都采用指標(biāo)體系法。模型法包括數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型及其拓展模型、生態(tài)拓?fù)浞ǖ取Ｆ渲袛?shù)據(jù)包絡(luò)分析模型就是常用的產(chǎn)業(yè)效率評價方法。

二、 研究方法

1. 數(shù)據(jù)包絡(luò)模型。1978年美國著名運籌學(xué)家A .Charnes和W .W .Cooper等人創(chuàng)建了數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis），簡稱DEA。DEA是使用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，基于相對效率理論和非參數(shù)統(tǒng)計方法評價具有多個輸入、多個輸出決策單元（Decision Making Unit，簡稱DMU）間的相對有效性。判斷一個決策單元是否有效本質(zhì)上是判斷該決策單元的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的包絡(luò)面的有效部分。本研究選取投入導(dǎo)向，考慮規(guī)模收益的C2R和B2C模型用以評價貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)生態(tài)效率。

假設(shè)存在n個決策單元DMU，這n個DMU都是可比擬的且各個DMU均包含m種類型的輸入和s種類型的輸出，各輸入和輸出均大于0。xij表示第j個決策單元中第 種輸入量，xij>0;yrj表示第j個決策單元種第r種輸出量，yrj>0;vi是第i種輸入的權(quán)重;ur是第r種輸入的權(quán)重。

對于權(quán)系數(shù)v∈Em和v∈Es，定義第j個DMU的效率評價指數(shù)為：

C2R和BC2模型分別如下所示：

2. 非期望產(chǎn)出的處理。非期望產(chǎn)出概念（Undesirable Output）最早由Koopmans（1951）提出，是指在DEA理論中在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污染物的產(chǎn)出（如廢氣、廢水、固體廢棄物的產(chǎn)出）。非期望產(chǎn)出的增加會造成決策單元有效性的降低，因此在涉及環(huán)境效率的評價時應(yīng)適當(dāng)處理。目前非期望產(chǎn)出的處理方法有：污染物作為投入變量法、轉(zhuǎn)化函數(shù)處理法、曲線測度評價法、方向距離函數(shù)法。

本研究基于數(shù)據(jù)包絡(luò)模型中投入越小越好的投入指標(biāo)原則，將非期望看做一般投入變量，把污染物作為投入變量，具有以下合理性：第一，在某些生產(chǎn)過程中污染物排放往往與其他投入要素幾乎同步產(chǎn)生，因此期望產(chǎn)出越多往往需要相對更多的資源和污染。第二，環(huán)保技術(shù)追求的是最小的污染物代價和與此同時最大的期望產(chǎn)出，因此污染物始終存在，即一定的期望產(chǎn)出要求特定的污染物。

三、 貴陽市鋁行業(yè)生態(tài)效率評價

1. 數(shù)據(jù)來源。本文運用DEA模型研究和評價2005年～2014年10年間貴陽市鋁及鋁加工業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)效率變化情況。本文數(shù)據(jù)來源于貴陽市統(tǒng)計年鑒和貴陽市工業(yè)和信息化委員會、貴陽市生態(tài)文明委員會的相關(guān)資料。

2. 數(shù)據(jù)處理。根據(jù)DEA方法的拇指原則，決策單元（DMU）個數(shù)應(yīng)大于投入指標(biāo)個數(shù)與輸出指標(biāo)個數(shù)乘積的兩倍以上。本研究的DMU只有10個，因此本研究需要對之前的評價指標(biāo)進(jìn)行壓縮。

在信息論中，熵值越大，則該系統(tǒng)無序程度越高，所含信息越少，反之，熵值越小，則該系統(tǒng)無序程度越低，所含信息越多。因此我們可以通過熵值來判斷一個事件的隨機性和無效程度。熵值作為一種客觀確定權(quán)重的工具被廣泛用來處理社會經(jīng)濟等多領(lǐng)域內(nèi)，可以解決各指標(biāo)信息量大、難以準(zhǔn)確量化等問題。熵權(quán)法就是基于以上原理，通過分析指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度和提供的客觀信息為指標(biāo)賦權(quán)重的一種多指標(biāo)綜合評價法。熵權(quán)法綜合評價的主要步驟有：

選取n個年份，m個反映其生態(tài)效率的指標(biāo)，則xij為第i個年份的第j個指標(biāo)的數(shù)值，設(shè)計其矩陣為：Xij=（xij）m×n（i=1，2…，n; j=1，2，…，m）;由于各項指標(biāo)的計量單位并不統(tǒng)一，需要對xij將該矩陣進(jìn)行歸一化處理，得到各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣：

計算第j項指標(biāo)的熵值，將評價指標(biāo)的熵值轉(zhuǎn)化為權(quán)重值;各指標(biāo)的權(quán)值分別與其所對應(yīng)的指標(biāo)相乘后求和，其評價模型為：

本研究運用熵權(quán)法將將勞動投入、資本投入、能源消耗、成本消耗、資源消耗指標(biāo)壓縮為綜合資源投入指標(biāo)，將工業(yè)廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)綜合廢棄物處置量壓縮為綜合污染物排放指標(biāo)，將鋁產(chǎn)品產(chǎn)出量、主營業(yè)務(wù)收入壓縮為綜合經(jīng)濟產(chǎn)出指標(biāo)，并用這三個指標(biāo)代替原始數(shù)據(jù)進(jìn)行DEA分析，處理后的數(shù)據(jù)見表2。

3. 數(shù)據(jù)結(jié)果及分析通過DEA軟件DEAP2.1經(jīng)過運算求得表3，2005年～2014年貴陽市鋁及鋁加工業(yè)的技術(shù)效率、綜合技術(shù)效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率。

通過DEA模型可以得出如下結(jié)論：（1）從整體上看，貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)生態(tài)效率不斷提高，呈現(xiàn)出良好趨勢;（2）從綜合技術(shù)效率看，貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)在2014年綜合技術(shù)效率達(dá)到相對有效，表明2014年不僅投入要素獲得了充分利用，取得了最大的產(chǎn)出效果，而且規(guī)模效率亦有效也達(dá)到最佳規(guī)模水平，規(guī)模報酬不變;（3）除了2008年和2014年，其他年份規(guī)模效率均大于純技術(shù)效率，說明貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)的綜合技術(shù)效率無效是主要源于純技術(shù)無效，加上規(guī)模報酬遞減，說明這些年不僅投入要素沒有達(dá)到最佳組合水平，相應(yīng)的產(chǎn)出能力弱，此外規(guī)模也過大。純技術(shù)效率無效也側(cè)面反映出需要提高對污染物減排和綜合利用能力。

2014貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)達(dá)到生態(tài)效率相對最優(yōu)的主要原因包括：一是煤電鋁一體化項目的重大推進(jìn)。2014年國內(nèi)電解鋁市場持續(xù)低迷，中鋁貴州分公司納入電力直供改革試點，采取直購電方式對中鋁貴州分公司進(jìn)行扶持;二是貴陽市鋁加工企業(yè)產(chǎn)品市場份額的不斷增長。白云鋁及鋁工業(yè)基地的貴州中鋁鋁業(yè)、貴州今飛輪轂公司、貴州合潤鋁業(yè)公司、貴陽煜興車輪公司等經(jīng)過前期項目建設(shè)期后，2014年產(chǎn)品開始占領(lǐng)市場，清鎮(zhèn)鋁產(chǎn)業(yè)園的廣鋁鋁業(yè)、貴乾鋁業(yè)公司等產(chǎn)值均有較大增長;三是貴陽市工業(yè)污染物的大力治理。在固體廢棄物上，制定實施了《貴陽市“十二五”工業(yè)固體廢物綜合利用規(guī)劃》，清鎮(zhèn)作為鋁及鋁加工業(yè)的核心區(qū)域也被列入“三廢”綜合利用試點基地，實施一批粉煤灰、赤泥綜合利用示范（試點）項目;在廢氣排放上，加強工業(yè)廢氣治理，2014年中鋁貴州分公司7臺燃煤鍋爐全部停用，實施退城入園措施。

四、 貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

1. 提高創(chuàng)新水平，吸收先進(jìn)技術(shù)。2014年中國鋁加工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和推廣取得重大進(jìn)步，以貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司為主完成的大排料量高效節(jié)能罐式煅燒爐技術(shù)，各項經(jīng)濟指標(biāo)均達(dá)到同類設(shè)備國際領(lǐng)先水平;中鋁集團600千安超大容量鋁電解槽技術(shù)取得重大突破。通過不斷吸收和創(chuàng)造世界鋁工業(yè)的先進(jìn)技術(shù)是提升貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)的綜合技術(shù)效率的重要途徑。技術(shù)的提高應(yīng)雙管齊下，既從源頭提升生產(chǎn)工藝技術(shù)水平，提高資源產(chǎn)出率，減少污染物排放又要積極采用先進(jìn)的污染物綜合利用技術(shù)，提供綜合利用率。隨著鋁產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和污染物總和利用技術(shù)的發(fā)展，與鋁產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的原輔材料、產(chǎn)品、廢物之間的產(chǎn)業(yè)共生環(huán)節(jié)逐漸增多，產(chǎn)業(yè)共生潛力也會逐漸加強。

2. 控制單體規(guī)模，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)共生。由于鋁冶煉行業(yè)有較高的投資回報率，在利益驅(qū)使下投資者沖動加劇，企業(yè)不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)能的盲目擴張打破了原鋁市場的供求平衡，不僅造成資源和能源的浪費，也直接限制了鋁行業(yè)的健康發(fā)展。貴陽市鋁產(chǎn)業(yè)多年規(guī)模報酬遞減，規(guī)模過大，盲目的擴張鋁產(chǎn)業(yè)規(guī)模并不能達(dá)到生態(tài)效率相對最優(yōu)，因而控制單體規(guī)模，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)共生發(fā)展是貴陽鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前進(jìn)方向。產(chǎn)業(yè)共生發(fā)展不僅有利于提高企業(yè)的資源配置效率，推動產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，還能緩解區(qū)域環(huán)境壓力。目前貴陽根據(jù)自己的資源和能源優(yōu)勢持續(xù)推進(jìn)煤電鋁一體化項目，欲打造千億級“煤電鋁一體化”基地，這正是產(chǎn)業(yè)共生的良好開端。

3. 化解產(chǎn)能過剩，推進(jìn)結(jié)構(gòu)升級。當(dāng)前由于經(jīng)濟壓力增大和市場需求低迷，我國電解鋁行業(yè)產(chǎn)能過剩，化解電解鋁產(chǎn)能過剩是供給側(cè)的改革的重要內(nèi)容之一。同時，我國在電子、航空和交通領(lǐng)域等高技術(shù)行業(yè)對高端鋁產(chǎn)品的需求量大，我國生產(chǎn)高附加值的高端鋁產(chǎn)品的空間還很大。貴陽鋁行業(yè)的產(chǎn)能過剩是結(jié)構(gòu)性過剩，低端產(chǎn)能過剩且高端產(chǎn)能不足。為此依托貴州中鋁鋁業(yè)有限公司等企業(yè)，不斷完善白云、清鎮(zhèn)鋁及鋁加工基地建設(shè)，推進(jìn)原鋁直接鑄造高端鋁及鋁合金錠坯技術(shù)等的開發(fā)及應(yīng)用，以高強、高韌、耐腐蝕為發(fā)展方向，積極開發(fā)廣泛應(yīng)用于航空航天、機械、通信、高科技建筑和結(jié)構(gòu)等行業(yè)領(lǐng)域的高性能鋁合金品種，替代進(jìn)口，促進(jìn)貴陽鋁及鋁加工產(chǎn)業(yè)升級，帶動工業(yè)新業(yè)態(tài)。

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基金項目：貴陽市工業(yè)和信息化委員會項目“貴陽市產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境承載力研究報告項目”（項目號：2016-zfcg-0016）。

作者簡介：韓凌（1971-），女，漢族，山東省東營市人，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授，北京大學(xué)理學(xué)博士，研究方向為環(huán)境規(guī)劃與管理、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué);徐昕（1991-），女，漢族，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市人，北京大學(xué)深圳研究生院環(huán)境與能源學(xué)院碩士生，研究方向為環(huán)境規(guī)劃與管理、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)。

收稿日期：2017-05-16。