基于組合賦權-TOPSIS法的港口分貨類競爭力評價方法

張 遠， 黃 俊， 丁文濤， 王文淵*

(1.大連理工大學建設工程學部， 大連 116024； 2.交通運輸部規劃研究院， 北京 100028)

隨著經濟全球化的快速發展和港口資源整合的持續推進，港口行業面臨著新的機遇和挑戰，同時，港口間腹地重合，同質化競爭以及結構性的產能過剩等問題日益顯現。因此，在港口資源整合背景下，分析港口對腹地不同貨種的競爭力，可以為港口集團準確定位港口功能、合理配置港口資源、高效制定港口決策提供理論依據。

中外學者在港口競爭力方面的研究頗多。在港口綜合競爭力方面，滕煒超等[1]、段雪妍等[2]、豐茂秀等[3]、徐維祥等[4]、楊忍等[5]、魯渤等[6]分別從港口自然條件、港口發展潛力、港口生產力水平、港口集疏運便捷程度、港口城市和外貿環境等方面構建港口競爭力評價指標體系，分別采用熵權-TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)、UTAGMS、熵權-層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)、因子分析法等橫向比較中外港口綜合競爭力大小并實證分析。這些學者主要對綜合性港口的競爭力整體評價，宏觀把握港口的綜合實力。針對從單一類型港口或者港口的單一方面競爭力，吳慧等[7]在綜合考慮自然條件、郵輪泊位數和景觀資源等指標，構建了國際郵輪港口競爭力評價指標，然后采用云模型評價法對郵輪港進行了競爭力評價研究。黃晗等[8]在傳統競爭力評價指標體系的基礎上，重點考慮了污染物排放、環境防治等“綠色”維度上的相關指標，構建了綠色港口競爭力評價指標體系。鄧春等[9]采用因子分析法選取了港口服務能力等5個方面12個相關指標，構建了港口經濟競爭力評價的綜合指標體系，對海口、三亞等7個港口進行綜合評價。

在組合賦權法方面，王金祥等[10]將德爾菲法和熵權法組合，通過博弈論方法確定組合權重，并采用TOPSIS法對汽車碰撞危險態勢進行評估。趙奧等[11]借助熵-OWA(ordered weighted averaging)算子法確定評價指標的組合權重，并運用灰關聯改進TOPSIS模型對在中國經濟綠色轉型態勢進行系統評價。王潤東等[12]將層次分析法和熵權法進行最優組合確定指標權重，并根據集對分析理論的同異反模型對機坪管制運行風險進行評價。周洪文等[13]將層次分析法和因子分析法確定的主客觀權重組合，并應用到模糊綜合評價方法中對棄土場環境影響進行研究。董譯萱等[14]通過博弈論思想將模糊層次分析法和熵權法所求權重優化重組，并通過TOPSIS法對運營中的高速公路進行安全評價。評價指標的組合賦權方法已得到大多數學者的認可，但是將結合賦權法與TOPSIS法結合應用在港口競爭力評價方面較少。

總體而言，現有研究對港口競爭力的研究已經達成共識，并且從不同角度采用不同的方法對港口綜合競爭力或集裝箱港、郵輪港等專業化港口競爭力進行評價，同時評價指標的組合賦權方法已相對成熟。為了港口集團能夠準確定位港口功能，優化配置港口資源，結合港口資源整合背景和港口貨類組成，從港口分貨類生產能力、作業能力以及發展潛力3個方面構建港口分貨類競爭力評價指標體系，并采用組合賦權TOPSIS法對港口分貨類競爭力進行實證研究。

1 港口分貨類競爭力評價指標體系

港口分貨類競爭力是反映港口吸引腹地各種類型貨物的能力。結合港口各貨類的營運特點，借鑒前人研究成果，對港口分貨類競爭力定義如下。

港口分貨類競爭力是港口憑借裝卸某一貨種的碼頭設施、運營能力及腹地支持度，并優化配置生產和航運要素，在吸引區域內該貨類貨源，提高市場占有率等方面的能力相對于其他港口所具有的比較優勢。港口分貨類競爭力與港口各貨種的營運特點、港口硬件設施和軟實力密切相關。構建港口分貨類競爭力評價指標體系遵循客觀性、可比性、穩定性和代表性的原則，由反映生產能力的指標、反映作業能力的指標以及反映發展潛力的指標構成，如表1所示。

表1 評價指標體系

生產能力反映港口分貨類經營狀況，吞吐量的多少及港口群內排名是港口分貨類競爭力的重要體現，具體包括分貨類貨物吞吐量及其在港口集團內排名；作業能力反映港口裝卸不同貨種的基礎設施建設和作業能力水平，具體包括分貨類生產泊位數、最大泊位數、萬噸以上泊位數及泊位長度；發展潛力反映港口的發展活力，港口分貨類的競爭力是否具有提高的空間，具體包括分貨類設計通過能力及貨物吞吐量增長率。

2 港口分貨類競爭力評價方法

2.1 確定基于博弈論的組合權重

基于博弈論的組合賦權法將主客觀賦權法得到的權重之間沖突以納什均衡作為協調目標尋找不同權重之間的平衡[15]，是一個相互比較、相互協調的集成過程，該方法能兼顧主、客觀權重，可以全面地考慮各指標之間的固有信息，減少權重確定的隨意性，從而提高指標賦權的科學合理性。基于博弈論確定指標的組合權重具體計算方法如下：

采用層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)方法和熵權法分別確定港口分貨類競爭力各指標權重，基本權重向量集為βk={βk1,βk2,…,βkn},k=1,2,…,L,其中，L為求權重方法個數，取L=2，n為港口分貨類競爭力評價指標數量。線性組合權重系數為α={α1,α2,…,αL}。這些向量任意線性組合為

(1)

為了得到最優化的權重β*，根據博弈論的思想，對線性組合權重系數ak進行最佳優化，以達到β與βk的離差最小化的目標，由此可得

(2)

根據矩陣的微分性質，式(2)可得最優化一階導數條件為

(3)

(4)

最后得到基于博弈論的組合權重β*，可表示為

(5)

2.2 基本權重計算方法

基本權重是指用于基于博弈論組合賦權法中的權重。為得到較為綜合的指標權重，既要考慮主觀因素，也要考慮客觀因素。因此，采用AHP方法[16]和熵權法[17]分別計算評價指標的主觀權重和客觀權重，具體計算過程可參考文獻[16-17]，在此不作贅述。

2.3 TOPSIS法評價港口分貨類競爭力

步驟1構建港口分貨類競爭力評價加權標準化矩陣。設港口有p個，評價指標有n個，貨類有m個，則針對貨類m，構建的港口分貨類競爭力評價決策矩陣um=(uij)p×n。

步驟2將初始矩陣um進一步轉化，構造成標準化決策矩陣βm=(xij)p×m。

正向化指標為

(6)

負向化指標為

(7)

(8)

步驟4確定理想解和負理想解。

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

3 實例分析

以某港口集團下屬4個港口采集的數據為研究樣本，用來驗證組合賦權TOPSIS法評價港口分貨類競爭力的實用性和合理性。首先，根據港口各貨類的營運特點及硬件設施，對港口各貨類現狀進行綜合分析，采集港口分貨類的相關指標數據，采用博弈論組合賦權法確定評價指標的權重，利用TOPSIS法對港口分貨類的競爭力現狀進行綜合評價。結合該港口集團的發展狀況，對DL港、YK港、JZ港、PJ港油品貨類的競爭力，DL港、YK港、JZ港集裝箱貨類的競爭力以及DL港、YK港、PJ港糧食貨類的競爭力分別進行綜合評價。

3.1 油品貨類競爭力綜合評價

4個港口8個評價指標的樣本數據歸一化處理結果如表2所示。評價指標權重的計算：首先利用層次分析法(AHP)求得指標的主觀權重w；然后，根據油品貨類各港口的原始數據運用熵權法求得指標的客觀權重λ；最后，基于博弈論將指標的主觀權重和客觀權重按照式(1)～式(5)計算得到組合權重β*。指標的各類權重值計算結果如表3所示。

表2 油品貨類各港口原始數據歸一化處理結果

表3 指標的各類權重值

根據標準化決策矩陣和組合權重構建加權決策矩陣H為

(14)

根據加權決策矩陣確定各港口評價指標可行解到理想點和負理想點的歐式距離，再按照式(13)計算得到各港口分貨類的相對貼近度。油品貨類競爭力的綜合評價結果如表4所示。

表4 各港口油品貨類競爭力評價結果

3.2 集裝箱貨類及糧食貨類競爭力綜合評價

各港口集裝箱貨類競爭力和糧食貨類競爭力綜合評價過程完全與油品貨類競爭力評價過程相同，結果如表5、表6所示。

表5 各港口集裝箱貨類競爭力評價結果

表6 各港口糧食貨類競爭力評價結果

4 結果分析

從評價結果(表2～表6)來看，油品貨類中，綜合競爭力排序為DL港>YK港>JZ港>PJ港，評價結果較準確地反映了現實情況，DL港油品泊位數量、噸級、長度均有較強優勢，近三年的吞吐量也是遙遙領先其他3港。雖然PJ港在近三年油品貨物吞吐量高于JZ港，但PJ港油品泊位僅有3個且最大泊位噸級為5 000 t，而JZ港有6個油品泊位且最大泊位噸級為25萬t，因此JZ港的油品貨類競爭力強于PJ港。

集裝箱貨類中，綜合競爭力排序為DL港>JZ港>YK港，評價結果也基本可以反映現實情況，DL港集裝箱泊位數、設計通過能力均有較強優勢，吞吐量雖有減少，但總量也高于其他兩港。雖然YK港在吞吐量、碼頭泊位長度以及設計通過能力方面強于JZ港，但JZ港集裝箱最大泊位噸級和吞吐量增長率相對于YK港有較強的區位優勢，且吞吐量連續三年增長，因此根據近三年的數據來看，JZ港吸引集裝箱貨源能力和提高市場占有率能力在不斷提升。

糧食貨類中，綜合競爭力排序為DL港>YK港>PJ港，評價結果較準確地反映了現實情況，DL港糧食泊位數量、噸級、長度均是較有優勢的，尤其是DL港2019年糧食吞吐量遠高于PJ港。評價結果可反映出研究對象各貨類的競爭力，與當前港口的發展態勢基本吻合。

5 結論

(1)在港口資源整合背景下，提出了港口分貨類競爭力的概念，構建了港口分貨類競爭力的評價指標體系，補充了港口競爭力領域的研究，也為港口資源整合決策者提供了參考。

(2)采用AHP和熵權法求出評價指標的基本權重，然后運用博弈理論將基本權重進行組合賦權，將專家的經驗判斷與指標數據客觀規律相結合，得到了更準確的指標權重，豐富和拓展了TOPSIS方法的應用范圍。

(3)基于組合賦權-TOPSIS法對各港口分貨類的競爭力綜合評價結果與當前港口發展態勢基本一致，DL港集裝箱貨類、油品貨類和糧食貨類競爭力最強，也表明了本方法應用于港口分貨類的競爭力評價較為合理，評價結果具有客觀、有效及實用等優點，具有一定的理論依據。