基于轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用—DEA兩階段法的村鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)效率研究

謝吉徽 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部2016年12月份發(fā)布的《2015年村鎮(zhèn)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》，我國建制鎮(zhèn)環(huán)衛(wèi)專用車輛2015年已達(dá)到11.5萬輛，較2011年7.6萬輛增加51.3%，鄉(xiāng)環(huán)衛(wèi)專用車輛2015年達(dá)到2.41萬輛，較2011年1.53萬輛增加57.5%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)衛(wèi)專用車輛的增加表明鄉(xiāng)鎮(zhèn)垃圾量也正在迅猛增長。但村鎮(zhèn)生活垃圾的處理水平遠(yuǎn)低于城市，如何保證垃圾的及時清運(yùn)[1]、提高垃圾中轉(zhuǎn)站的轉(zhuǎn)運(yùn)效率是環(huán)衛(wèi)部門亟待解決的問題之一。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在垃圾中轉(zhuǎn)站方面主要集中研究垃圾中轉(zhuǎn)站優(yōu)化選址、容量設(shè)計和設(shè)備配置[2－6]，收運(yùn)路徑的設(shè)計與優(yōu)化[7－8]，收運(yùn)車輛調(diào)度干擾管理[9]，中轉(zhuǎn)站的建立對周圍環(huán)境的影響以及項目風(fēng)險評價體系研究[10－11]。在效率評價方面，易思宇等[12]通過建立決策單元，運(yùn)用DEA模型，求解中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率。鄭瑩瑩等[13]以上海浦東新區(qū)生活垃圾中轉(zhuǎn)站為例，運(yùn)用DEA中的SBM－undesirable模型進(jìn)行分析，并采用Tobit回歸模型對轉(zhuǎn)運(yùn)效率的外部影響因素進(jìn)行研究。總體上看，垃圾中轉(zhuǎn)站效率評價研究對象上多以城市為例，缺乏對村鎮(zhèn)的關(guān)注；評價方法上主要運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，缺乏費(fèi)用的直接比較模型。結(jié)果分析上多集中在中轉(zhuǎn)站之間的橫向比較，缺乏中轉(zhuǎn)站的縱向比較。

本文以某縣區(qū)3個村鎮(zhèn)垃圾中轉(zhuǎn)站2012～2016年運(yùn)營數(shù)據(jù)為例，通過轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用—DEA兩階段法對村鎮(zhèn)垃圾中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率進(jìn)行研究。首先從資金角度出發(fā)運(yùn)用轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用模型求解出中轉(zhuǎn)站單位垃圾量的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用，它直接地反映了資金投入與垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量之間的關(guān)系。其次運(yùn)用DEA模型測算村鎮(zhèn)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)綜合效率，并根據(jù)求解結(jié)果對投入、產(chǎn)出指標(biāo)提出改善意見，在進(jìn)行選取指標(biāo)時需對指標(biāo)做相關(guān)性分析。最后根據(jù)結(jié)果對中轉(zhuǎn)站進(jìn)行橫、縱兩個方向的分析。

1 研究方法

1.1 轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用模型

中轉(zhuǎn)站單位垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用是中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率的重要體現(xiàn)，單位垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用越低則中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率越高，反之則中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率越低。轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用模型是指在垃圾收運(yùn)系統(tǒng)中，垃圾中轉(zhuǎn)站已建且保證其正常運(yùn)營的情況下，轉(zhuǎn)運(yùn)單位垃圾量的平均費(fèi)用。轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用模型可表示為：

其中：E為單位垃圾量的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用；cb為垃圾中轉(zhuǎn)站建設(shè)成本；ci為垃圾中轉(zhuǎn)站第i個設(shè)備的投資成本；c0為垃圾中轉(zhuǎn)站年平均運(yùn)營成本；tb為垃圾中轉(zhuǎn)站的使用年限；ti為垃圾中轉(zhuǎn)站第i個設(shè)備的使用年限；rb為垃圾中轉(zhuǎn)站的殘值率；ri為垃圾中轉(zhuǎn)站第i個設(shè)備的殘值率；Q為年平均垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量。

1.2 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（Data Envelope Analyse,DEA）由Charnes,Cooper和Rhodes（1978） 創(chuàng)建并發(fā)展而來的。其突出優(yōu)點(diǎn)是，可以對無法價格化甚至難以輕易確定權(quán)重的指標(biāo)進(jìn)行分析，避免了人為確定權(quán)重的主觀影響。在中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率的研究上，DEA模型的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在兩方面：一是可以用于分析某些投入不適合以資產(chǎn)的形式體現(xiàn)，但又與轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾量緊密相關(guān)的情況；二是可以分析各投入、產(chǎn)出指標(biāo)的改善空間和冗余情況。

DEA模型具體原理如下：假定垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)有n個決策單元DMU，每個決策單元DMUj都有m種類型輸入和s種類型輸出。xij為第j個決策單元對第i種類型輸入的投入總量；yij表示第j個決策單元對第i種類型輸出的輸出總量。那么第j個DMU的投入、產(chǎn)出可分別表示為對于所有決策單元來說，可相應(yīng)定義投入、產(chǎn)出的矩陣分別為其中 X＞0，Y＞0。在中轉(zhuǎn)站效率評價過程中多采用規(guī)模收益不變的CCR模型[14]，那么其生產(chǎn)可能集為且滿足錐性公理，即若x,（）y∈T,α≥0，則α x,（）y∈T。CCR模型可表示為：

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

式（2） ～式（4） 中，其中：ε為非阿基米德無窮小量，分別為輸入輸出松弛變量。Si-*＞0 表示第i中資源沒有充分利用的數(shù)額為Si-*；Sr+*＞0表示第r種產(chǎn)出指標(biāo)與最大產(chǎn)出值存在Sr+*的不足。若DMU0中，θ*=1，且S-*=0,S+*=0，則DMU0為DEA有效，即在這些決策單元組成的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，DMU0資源獲得了充分利用，投入要素達(dá)到最佳組合，取得了最大的產(chǎn)出效果。θ*越接近于1，則表明效率越高。綜合效率值越高則中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率越高，反之則中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率越低。2 決策單元和指標(biāo)構(gòu)建

決策單元（DMU）：即被評價的單位。本文選擇某縣區(qū)A、B、C村鎮(zhèn)垃圾中轉(zhuǎn)站作為評價對象，并建立A、B、C中轉(zhuǎn)站2012～2016年共15個決策單元。

在中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率的研究中，評價指標(biāo)的選取要具有代表性和可獲得性?？晒┻x取的指標(biāo)如表1所示：

表1 中轉(zhuǎn)站輸入、輸出指標(biāo)

為了使DEA方法更加地準(zhǔn)確、科學(xué)，要保證投入指標(biāo)至少要和一個產(chǎn)出指標(biāo)的關(guān)系是顯著的。分析指標(biāo)之間的相關(guān)性原則是：投入指標(biāo)和投入指標(biāo)之間、產(chǎn)出指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)之間應(yīng)盡量地不相關(guān)；投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)之間應(yīng)盡可能的相關(guān)。運(yùn)用SPSS 22對所有指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，其中相關(guān)系數(shù)選取Pearson，顯著性檢驗選取雙尾檢驗。

3 實證結(jié)果與分析

3.1 基本信息

某縣區(qū)在垃圾收運(yùn)方面，基本形成了直運(yùn)和轉(zhuǎn)運(yùn)相結(jié)合的方式。距離垃圾處置廠較近的地區(qū)采用直運(yùn)方式，其余均采用轉(zhuǎn)運(yùn)方式運(yùn)至填埋場。該縣區(qū)共有一個填埋場，3個村鎮(zhèn)垃圾中轉(zhuǎn)站，中轉(zhuǎn)站每年成本投入及實際垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量如表2所示。其中成本/萬元，工作人員數(shù)/人，實際垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量/噸。

表2 某縣區(qū)中轉(zhuǎn)站成本投入及實際垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量

3.2 轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用模型結(jié)果

2012～2016年村鎮(zhèn)中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用模型求解結(jié)果如表3所示。

由表3可知B中轉(zhuǎn)站單位垃圾量的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用最高，且與A、C兩中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用差異較大。從2012年到2016年，C中轉(zhuǎn)站單位垃圾量的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用呈逐年下降趨勢。A、B中轉(zhuǎn)站，除2014年外單位垃圾量的轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用整體也呈下降趨勢。

3.3 DEA 模型結(jié)果

根據(jù)SPSS對指標(biāo)相關(guān)性求解結(jié)果，本文選取中轉(zhuǎn)站建設(shè)投入、設(shè)備投入、運(yùn)營投入、工作人員為輸入指標(biāo)，垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量為輸出指標(biāo)。運(yùn)用DEA Solver Pro 5.0軟件，選擇CCR－I模型測算15個轉(zhuǎn)運(yùn)單元的綜合效率值。2012～2016年村鎮(zhèn)中轉(zhuǎn)站綜合效率值如表4。

表4 2012～2016年村鎮(zhèn)中轉(zhuǎn)站綜合效率值

由表4可知B中轉(zhuǎn)站綜合效率最低僅且與A、C兩中轉(zhuǎn)站綜合效率差異較大。從2012年到2016年，C中轉(zhuǎn)站綜合效率呈逐年上升趨勢。A、B中轉(zhuǎn)站除2014年外綜合效率值整體也呈上升趨勢。根據(jù)本文建立的數(shù)學(xué)模型可知單位垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用應(yīng)與DEA綜合效率值成反比，本文實例結(jié)果符合這一現(xiàn)象，進(jìn)一步說明轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用—DEA兩階段法模型的有效性。

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)實例結(jié)果，該縣區(qū)A、B、C 3個村鎮(zhèn)中轉(zhuǎn)站中B中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率最低，且明顯低于A和C中轉(zhuǎn)站。A、C兩個中轉(zhuǎn)站在2015年后綜合效率為DEA有效。

橫向比較：即某年度下不同中轉(zhuǎn)站之間的轉(zhuǎn)運(yùn)效率的比較，通過轉(zhuǎn)運(yùn)效率的比較進(jìn)一步分析導(dǎo)致不同中轉(zhuǎn)站存在轉(zhuǎn)運(yùn)效率差異原因。包括地理位置、垃圾分布特點(diǎn)、垃圾收運(yùn)方式等因素。該縣區(qū)B中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率最低，調(diào)查得知B中轉(zhuǎn)站所處位置較為偏僻，垃圾量較為分散。

縱向比較：即某中轉(zhuǎn)站不同年度之間的轉(zhuǎn)運(yùn)效率的比較，通過轉(zhuǎn)運(yùn)效率的比較進(jìn)一步分析導(dǎo)致該中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率變化的原因。主要分析隨著時間的變化，設(shè)備投入、運(yùn)營投入、人員投入等是否合理。研究得知在2013年縣區(qū)中轉(zhuǎn)站加大投資力度，更新部分設(shè)備，但A、B中轉(zhuǎn)站在垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量上未能達(dá)到預(yù)期。2014年A、B中轉(zhuǎn)站通過加強(qiáng)管理、合理規(guī)劃、轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用均明顯降低。

指標(biāo)分析：即針對DEA模型求解結(jié)果中各決策單元投入、產(chǎn)出指標(biāo)的改善空間和冗余情況進(jìn)行分析。由表5可知，15個轉(zhuǎn)運(yùn)單元中2013年A中轉(zhuǎn)站、2015年A中轉(zhuǎn)站、2016年A中轉(zhuǎn)站、2015年C中轉(zhuǎn)站、2016年C中轉(zhuǎn)站綜合效率值為1，且松弛變量均為0，說明這5個轉(zhuǎn)運(yùn)單位為DEA有效即相對于其他轉(zhuǎn)運(yùn)單元，這5個轉(zhuǎn)運(yùn)單元已處于效率最優(yōu)狀態(tài)。各投入指標(biāo)冗余比例和產(chǎn)出指標(biāo)不足比例如表5所示，該比例為提高中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率提供了參考方向。

表5 某縣區(qū)3個生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)單元的投入冗余比例和產(chǎn)出不足比例

由表5可知A、C中轉(zhuǎn)站在2015年和2016年綜合效率值為1，為進(jìn)一步提高中轉(zhuǎn)站的轉(zhuǎn)運(yùn)效率可從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)。在轉(zhuǎn)運(yùn)效率評價方法上：（1）與其他相似的經(jīng)營情況較好的中轉(zhuǎn)站進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)效率的比較，有利于更好的找出A、C中轉(zhuǎn)站的改善方向；（2）擴(kuò)大中轉(zhuǎn)站決策單元的數(shù)量，以期選擇更為全面的輸入、輸出指標(biāo)，對其進(jìn)行綜合分析；（3）加強(qiáng)中轉(zhuǎn)站的管理改善車輛的調(diào)度頻次，以降低運(yùn)輸成本和車輛的維修費(fèi)用；（4）培養(yǎng)工人良好的操作習(xí)慣，對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)；（5）根據(jù)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)需求對陳舊設(shè)備及時更新。

B中轉(zhuǎn)站因為地理位置偏僻，垃圾量較為分散導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)效率較低。應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)一步分析B中轉(zhuǎn)站：（1）B中轉(zhuǎn)站中轉(zhuǎn)站的收運(yùn)方式；（2）B中轉(zhuǎn)站覆蓋垃圾點(diǎn)的密度；（3）B中轉(zhuǎn)站與處理廠之間的距離；（4）B中轉(zhuǎn)站服務(wù)半徑；（5）B中轉(zhuǎn)站現(xiàn)階段的管理制度。

4 結(jié)束語

本文采用轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用—DEA兩階段法對某縣區(qū)3個村鎮(zhèn)垃圾中轉(zhuǎn)站A、B、C轉(zhuǎn)運(yùn)效率進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)運(yùn)效率主要考察中轉(zhuǎn)站利用掌控的資產(chǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾的能力，分析中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)一定垃圾量的相關(guān)人員、資金等投入是否達(dá)到優(yōu)化配置。如果未達(dá)到，提出相應(yīng)的改善意見，以進(jìn)一步加強(qiáng)中轉(zhuǎn)站的管理。在實際應(yīng)用中，本文所構(gòu)建的模型將為提高村鎮(zhèn)垃圾中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運(yùn)效率方面提供參考，有助于提升政府的公共服務(wù)質(zhì)量和公信力。

[1]鞠昌華，朱琳，朱洪標(biāo),等.我國農(nóng)村生活垃圾處置存在的問題及對策[J].安全與環(huán)境工程，2016,22(4):100-103.

[2]Xuhui Li,Gangyan Li,Guowen Sun,et al.Research on Layout Optimization of Urban Circle Solid Waste Transfer and Disposal Stations[J].Journal of Networks,2013,8(8):1803-1809.

[3]賈傳興，彭緒亞，劉國濤,等.城市垃圾中轉(zhuǎn)站選址優(yōu)化模型的建立及其應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006,26(11):1927-1931.

[4]王海燕，張岐山.考慮負(fù)效應(yīng)的城市廢棄物中轉(zhuǎn)站多目標(biāo)選址模型及算法[J].管理工程學(xué)報，2013,27(1):135-141.

[5]胡丹丹，楊珺，楊超.擁塞型中轉(zhuǎn)站選址設(shè)計和容量決策問題[J].系統(tǒng)管理學(xué)報，2016,24(2):215-223.

[6]李剛炎，杜婷婷，涂鳴,等.生活垃圾中轉(zhuǎn)站水平壓縮機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計與仿真[J].液壓與氣動，2013(3):20-23.

[7]于濱，靳鵬歡，楊忠振,等.兩階段啟發(fā)式算法求解帶時間窗的多中心車輛路徑問題[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2012,32(8):1793-1800.

[8]李妍峰，高自友，李軍.基于實時交通信息的城市動態(tài)網(wǎng)絡(luò)車輛路徑優(yōu)化問題[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2013,33(7):1813-1819.

[9]馬慧民，羅長見.城市生活垃圾收運(yùn)車輛調(diào)度干擾管理研究[J].工業(yè)工程，2016,18(3):93-97.

[10]Xuezhen Dai,Xin Bai,Min Xu.The influence of Beijing rail transfer stations on surrounding housing prices[J].Habitat International,2016,2(8):1-10.

[11]肖菊仙.垃圾中轉(zhuǎn)站項目風(fēng)險評價體系研究[J].上海建設(shè)科技，2013(5):60-62.

[12]易思宇，陳海濱，胡洋,等.基于DEA模型的生活垃圾中轉(zhuǎn)站產(chǎn)能及效率評價的初步研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2012,20(1):44-46.

[13]鄭瑩瑩，周銳，王新軍.基于DEA-Tobit兩階段法的上海浦東新區(qū)垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)效率及其影響因素[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2016,31(3):308-313.

[14]Charnes A,Cooper W W,Rhodes E.Measuring the Efficiency of DMU[J].European Journal of Operational Research,1978,2(6):429-444.