“雙碳”目標下國家中心城市綠色交通水平評價方法

高 陽，馬壯林，劉 杰

（1.長安大學運輸工程學院，陜西 西安 710064；2.徐州工程機械集團有限公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

近年來，由溫室氣體排放導致的全球氣候環境問題引起國際社會廣泛重視。為保護全球生態、促進節能減排，中國肩負起大國責任，積極推動生態文明建設，并力求實現“2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和”的“雙碳”目標。交通運輸作為國民經濟的基礎性產業，同時也是碳排放的主要來源，已經成為僅次于工業和能源產業的第三大能耗產業[1]。《交通強國建設綱要》將綠色發展作為交通強國建設的重要任務[2]；《國家綜合立體交通網規劃綱要》提出“從源頭減少交通噪聲、污染物、二氧化碳等排放，促進交通能源動力系統清潔化、低碳化、高效化發展”[3]；《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》要求從優化交通運輸結構、推廣節能低碳型交通工具和積極引導低碳出行三個方面加快推進低碳交通運輸體系建設[4]。顯然，促進交通運輸系統低碳化轉型、提升城市綠色交通水平已經成為“雙碳”背景下交通運輸行業新的歷史使命。

國家中心城市這一概念最早由2007年原建設部上報國務院的《全國城鎮體系規劃（2006—2020 年）》提出[5]，但是“國家中心城市”在學術界尚未有明確的定義，有學者從不同的角度分別闡述了國家中心城市的概念和特征[6-8]，如：田美玲等[9]認為國家中心城市是指在全國城鎮體系中具有核心控制作用，在全球城市網絡系統中具有重要的功能節點作用的特大城市；從國內層面來看，國家中心城市是全國經濟、政治、文化等綜合發展水平的最高代表；從國際層面來看，國家中心城市是國家對外開放的重要載體。綜上，本文認為國家中心城市作為全國城鎮體系的核心，具有中心性和國際性兩大基本特征，起到集聚、聯系、輻射和帶動全國腹地城市發展的重要作用，其交通發展與社會進步、資源節約、環境保護之間的矛盾較其他城市更為凸顯，交通發展現狀與綠色低碳交通理念之間的矛盾尤為突出。因此，如何客觀地評價國家中心城市綠色交通水平，分析制約其交通系統低碳化、綠色化轉型的障礙因素，對促進國家中心城市綠色交通發展，帶動輻射區域綠色交通水平提升，全面實現交通運輸領域的“雙碳”目標具有重要的現實意義。

目前，關于綠色交通水平評價的研究大多集中在評價指標體系構建和評價方法選擇兩個方面。一些學者從規劃、現狀分析等不同階段構建綠色交通規劃評價指標體系[10]、綠色交通系統現狀評價指標體系[11]；還有一些學者從城市類型[12]和城市規模[13]的角度構建綠色交通水平評價指標體系。上述研究豐富了綠色交通評價理論，但這些研究構建的評價指標體系是以綠色交通水平的影響因素為基礎，忽略了指標間的相互影響和作用。因此，一些學者將環境評價領域應用較為成熟的、能夠全面反映評價對象各子系統間相互反饋機制和相關性的驅動力-壓力-狀態-影響-響應（Driver-Pressure-State-Impact-Response,DPSIR）模型引入綠色交通領域，評價了徐州[14]、重慶[15]和關中平原城市群[16]的綠色交通水平。這些研究為綠色交通評價的進一步發展奠定了基礎，但這些研究構建的評價指標體系沒有考慮反映交通運輸能耗和碳排放強度等具有“雙碳”背景的評價指標。

國內外常用的評價方法主要有價值函數法[17]、灰色關聯度法[12]、云物元分析法[18]、優劣解距離法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS）[19]和系統動力學模型[20]等。綠色交通系統因其復雜性和廣泛性，評價指標與對應評價標準間存在模糊性和不確定性，而上述評價方法難以有效處理該問題，導致評價結果準確性欠佳。為了使評價結果更加準確合理，部分學者將集對分析與可變模糊集理論的優勢互補，構建集對分析-可變模糊集耦合模型來系統地解決研究對象的不確定性問題[21-22]。然而，該模型忽略了可變模糊集的特點，未考慮其模型參數的可變性，因此李宗坤等[23]從細化評語等級、考慮模型參數可變性等角度對傳統的集對分析-可變模糊集模型進行了改進。

綜上所述，現有關于綠色交通水平評價的研究存在以下不足：①研究對象多以中小城市為主且較為單一，鮮有針對城市規模龐大、人口數量眾多、交通結構復雜的國家中心城市綠色交通評價的研究；②構建的指標體系未考慮綠色交通系統的“雙碳”特征，缺乏普適性；③綠色交通評價指標體系缺少理論依據，忽略了指標間的相互影響和作用；④采用的評價方法難以有效地處理指標間的模糊性和不確定性，造成評價結果的準確性欠佳。鑒于現有研究的不足，本文從研究對象、評價指標、體系構建和評價方法4 個方面進行了改進和彌補。首先，采用DPSIR 理論模型框架構建國家中心城市綠色交通水平評價指標體系，分別采用直覺模糊層次分析法（Intuitionistic Fuzzy Analytic Hierarchy Process,IFAHP）和熵權法確定指標的主、客觀權重，借鑒博弈論思想提出指標的綜合賦權方法；然后，采用改進的且可以較好地處理指標間模糊性的集對分析與可變模糊集模型評價國家中心城市綠色交通水平；最后，引入障礙度模型識別限制國家中心城市綠色交通發展的關鍵因素，為制定針對性的措施提供參考依據。

1 國家中心城市綠色交通水平指標體系構建

綠色交通系統是一個復雜的綜合系統，其與社會、經濟、資源和環境等外部因素息息相關。而DPSIR 模型可以從系統的角度反映社會、經濟、資源和環境等要素與評價對象間的相互關系，使整個系統形成閉環反饋機制，具有全面性、系統性和整體性的優點[24]。

1.1 DPSIR理念下國家中心城市綠色交通機理分析

以DPSIR 模型為理論框架，結合國家中心城市綠色交通發展的特點，深入分析國家中心城市綠色交通各子系統及其與社會、經濟、資源和環境間的相互關系。其作用機理可概括為：社會和經濟的發展、人口規模的擴張、城市化進程的加快和機動化水平的提升作為國家中心城市綠色交通發展的驅動力（D），不斷促進和抑制國家中心城市綠色交通的發展。國家中心城市交通系統可持續發展和節能減排的實施離不開財政支持，而在驅動力的作用下，國家中心城市交通系統將會直接面臨交通供給不足、土地占用、交通需求增加等一系列問題，間接引起能源消耗、環境污染，進而抑制國家中心城市綠色交通的進一步發展，表現為國家中心城市交通可持續發展和生態環境改善的壓力（P）。由于人類社會系統和生態系統的彈性和調節機制，國家中心城市交通系統在驅動力和壓力的聯合作用下，將會達到一個“相對平衡”的狀態（S），該狀態呈現于城市交通運行的實際狀況，是交通運行狀況和交通出行結構的綜合表現。與此同時，國家中心城市綠色交通系統以這種“相對平衡”的狀態維持運行的過程中必然會對社會、環境產生影響（I），如空氣污染、能源消耗和交通事故等，這些影響會形成反饋，反作用于狀態，進而打破這種脆弱的“相對平衡”。當該平衡被打破，交通運輸系統“失衡”，國家中心城市綠色交通水平會出現波動。為進一步提升綠色交通水平，相關管理部門的決策者將會采取政策引導、生態建設、資金投入等作出響應（R），對驅動力、壓力、狀態和影響進行反饋，以提升公眾對交通出行的滿意度，減小交通運行對資源、環境的負面影響，進而穩步促進國家中心城市綠色交通水平的提升。

1.2 基于DPSIR模型的評價指標體系構建

本文通過分析DPSIR 模型與綠色交通各子系統間的相互作用機制以及國家中心城市綠色交通系統的特點，采用頻度分析和系統分析的方法對相關文獻指標進行歸納總結，遵循指標體系構建的客觀性、可比性等原則，結合DPSIR 理論框架和《交通強國建設評價指標體系》[25]等相關標準規范構建包含目標層、準則層、因素層和指標層的4 層遞階結構的國家中心城市綠色交通水平評價指標體系，如表1所示。

表1 國家中心城市綠色交通水平評價指標體系

1.3 評價指標權重計算

國家中心城市綠色交通水平評價指標較多且各指標間存在相關性，采用單一的指標賦權方法具有片面性，難以科學有效地表征評價指標間的相對重要程度。鑒于此，統籌考慮主、客觀賦權法的優劣，借鑒博弈論思想提出主客觀聯合賦權法用以確定評價指標的綜合權重。

1.3.1 直覺模糊層次分析法（IFAHP）

IFAHP 是層次分析法與直覺模糊集相結合的產物，將重要度細分為隸屬度uA、非隸屬度vA和猶豫度πA3 部分，且uA+vA+πA=1。該方法能夠在決策者對研究對象重要度作出判斷的同時，表征決策者在判斷過程中的猶豫程度，更好地反映專家在判斷指標相對重要程度中的不確定性。

首先，通過邀請交通規劃、政策分析和雙碳目標路徑決策等相關領域的專家對國家中心城市綠色交通水平評價指標中同一層級指標的相對重要度進行判斷，根據兩兩比較的相對重要度賦值標準，構建國家中心城市綠色交通水平評價指標的直覺模糊判斷矩陣R如下：

式（1）中：rij為國家中心城市綠色交通水平評價指標的直覺模糊判斷矩陣R中第i行第j列的元素；n為屬于同一層級的指標個數；uij為國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中指標i相對指標j的重要程度，uij∈[0,1]；vij為國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中指標j相對指標i的重要程度，vij∈[0,1]。

根據滿足一致性檢驗的直覺模糊判斷矩陣的具體數值，計算國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中單層指標i的主觀權重，即

最后，在確定國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中單層指標權重wi的基礎上，結合其隸屬的準則層權重得到指標i的綜合主觀權重Ui。

1.3.2 熵權法

熵權法是通過計算指標信息熵來表征指標間的差異程度，客觀地反映指標的重要度。

首先，根據指標性質對不同量綱和數量級的指標數值進行標準化處理。國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中，正向指標和負向指標的數據標準化處理分別如式（4）和式（5）所示。

式（6）中：ei為評價指標i的信息熵。

最后，結合各評價指標的信息熵，計算國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中指標i的客觀權重，即

式（7）中：Vi為國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中評價指標i的客觀權重；s為國家中心城市綠色交通水平評價指標的個數。

1.3.3 綜合賦權法

為了克服單一賦權方法的片面性，綜合考慮主、客觀賦權法的優點，力求全面反映評價指標的重要程度。借鑒博弈論思想，尋找主、客觀權重的納什均衡點，使得最后確定的國家中心城市綠色交通水平評價指標綜合權重與其主、客觀權重間的偏差最小[26]，結果更為均衡。

首先，基于IFAHP 的主觀權重Ui和熵權法的客觀權重Vi，引入線性系數δ1和δ2構造可能綜合權重Wi，即

其次，構建目標函數和約束條件，尋找納什均衡點，優化線性系數δ1和δ2，使組合后的綜合權重Wi與Ui和Vi間的離差最小，即

根據矩陣微分的性質，目標函數取得最小值的最優一階導數的條件為

最后，對優化后的線性系數δ1和δ2進行歸一化處理，確定國家中心城市綠色交通評價指標的最優綜合權重，即

式（11）～式（13）中：為歸一化的主觀權重系數；為歸一化的客觀權重系數；為國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中評價指標i的綜合權重。

2 國家中心城市綠色交通水平評價模型

2.1 綠色交通水平評價模型

首先，設國家中心城市綠色交通水平評價指標標準化值集合A由（k=1,2,…,l;i=1,2,…,m）組成；評價標準集合B由各評價等級標準閾值fi,h（i=1,2,…,m;h=1,2,…,τ）組成，構建國家中心城市綠色交通水平集對集合H(A,B)。其中，fi,h為第i項指標對應第h個等級區間的右端點值。

根據指標的性質，計算標準化值集合對應各評價等級的單項指標聯系度，正向指標和負向指標的單項聯系度分別如式（14）和式（15）所示。

式（14）～式（15）中：μkih為第k個國家中心城市第i項指標與第h個等級的單項聯系度；fi,h-2為第i項指標對應第h-1 個等級閾值的左端點值；fi,h-1為第i項指標對應第h個等級閾值的左端點值；fi,h為第i項指標對應第h+1 個等級閾值的左端點值；fi,h+1為第i項指標對應第h+2 個等級閾值的左端點值；p-為劣異系數，p-∈[-1,0]；p+為優異系數，p+∈[0,1]；q-為劣反系數，q-={-1,0}；q+為優反系數，q+∈{0,1}。當評價指標i為正向時，若處于第h個等級閾值的左側區間（劣差的一側），則使用劣異系數p-和劣反系數q-；若處于第h個等級閾值的右側區間（優越的一側），則使用優異系數p+和優反系數q+；對于負向指標則相反。

其次，根據單項指標聯系度，計算第k個國家中心城市綠色交通水平評價指標i隸屬于評價等級h的相對隸屬度ηkih，即

根據評價指標的綜合權重，確定第k個國家中心城市綠色交通水平在不同參數組合c下隸屬于第h個等級閾值的綜合隸屬度，即

式（16）中：ζ和γ統稱為可變模糊參數；ζ為優化準則參數，ζ=1為最小一乘方準則，ζ=2為最小二乘方準則；γ為距離參數，γ=1 為海明距離，γ=2為歐式距離。

最后，根據可變模糊參數的不同，構造4 種參數組合：①ζ=1,γ=1；②ζ=1,γ=2；③ζ=2,γ=1；④ζ=2,γ=2。

分別計算4 種不同參數組合下第k個國家中心城市綠色交通水平對應第h個等級閾值的綜合隸屬度，對其進行歸一化處理，并結合各評價等級h的賦值，確定不同參數組合c下第k個國家中心城市綠色交通水平的綜合評分，即

采用4 種參數組合下國家中心城市綠色交通水平綜合評分的平均值確定其評價等級。

2.2 基于障礙度的國家中心城市綠色交通水平影響因素模型

為推動國家中心城市交通系統“雙碳”目標的實現，引入障礙度模型探索限制其綠色交通發展的關鍵指標，為制定重點實施的引導性發展策略提供參考。

障礙度模型[27]主要由因子貢獻度、指標偏離度和障礙度3 部分構成。其中，因子貢獻度為單一指標對總目標的貢獻程度，即國家中心城市綠色交通水平各評價指標的綜合權重；指標偏離度指單項指標因素的實際值與系統最優化結果的差值，本文用評價指標標準化值與1 的差值來表示；障礙度指單項指標或準則層因素對國家中心城市綠色交通水平的限制程度。

設第k個國家中心城市綠色交通水平評價指標i的障礙度為Nki，即

設第k個國家中心城市綠色交通水平評價指標體系中準則層q的障礙度為Okq，即

3 實證分析

3.1 數據獲取

本文通過北京、上海、廣州等9 個國家中心城市的《城市統計年鑒》《國民經濟和社會發展統計公報》，住建部發布的《城市建設統計年鑒》以及高德、百度提供的各年度《中國主要城市交通分析報告》，獲取2020 年相關指標的基礎數據。在充分參考相關標準規范和其他文獻的分級標準的基礎上，整體對照9 個國家中心城市的交通發展狀況和交通水平，確定各評價指標對應極差、較差、一般、良好、優異5 個評價標準的等級閾值，并按照評價等級對評價指標依次賦值。

3.2 評價指標權重確定

依據專家的主觀判斷結果和重要度的賦值標準[28]，構建直覺模糊判斷矩陣。在經過一致性檢驗和引入修正系數λ=0.7 對不滿足檢驗要求的直覺模糊判斷矩陣修正后，通過式（2）和式（3）計算國家中心城市綠色交通水平評價指標的主觀權重。結合熵權法得到的客觀權重，利用式（11）和式（12）計算得到歸一化處理后的線性組合系數=0.3818,=0.6182。根據式（13）計算得到國家中心城市綠色交通水平評價指標的綜合權重，如表2所示。

表2 國家中心城市綠色交通水平評價指標權重

表2 （續）

3.3 評價結果與分析

3.3.1 國家中心城市綠色交通水平綜合評價結果分析

基于構建的國家中心城市綠色交通水平評價模型，結合各評價等級的賦值標準，利用式（14）～式（18）計算2020 年9 個國家中心城市綠色交通水平的綜合評分。其中，p-取-0.5，p+取0.5，q-取-1，q+取0[18]。9 個國家中心城市綠色交通水平在不同參數組合下對應各評價等級的綜合隸屬度如表3所示。

表3 各國家中心城市綠色交通水平對應各評價等級的綜合隸屬度

根據各評價等級的賦值標準，結合不同參數組合綜合隸屬度的平均值，得到2020 年9 個國家中心城市綠色交通水平的綜合評分，如圖1所示。

圖1 國家中心城市綠色交通水平綜合評分

由圖1 可知，2020 年9 個國家中心城市綠色交通水平綜合評分接近3，即9個國家中心城市綠色交通處于“一般”水平，表明國家中心城市在緊抓經濟建設和生態文明協調發展、減少環境污染、調整交通結構等方面尚存在一定的不足，仍有提升的空間。其中，廣州的綠色交通水平最高（綜合評分為3.031 2），表明近年來交通出行結構的持續優化、公共交通的大力發展、綠色創新技術的快速推動為廣州市創建了綠色、安全、文明、有序的交通環境，極大地推動了其綠色交通的發展；西安的綠色交通水平最低（綜合評分為2.879 0），發揮其地理區位優勢、積極推動城市交通建設、優化交通路網布局是西安未來提升其綠色交通水平的重點方向。

為分析國家中心城市綠色交通水平的空間差異，基于空間地理區位和國家發展戰略，將9 個國家中心城市在空間上劃分為東部、中部和西部3類。其中，東部包括北京、天津、上海和廣州4個國家中心城市；中部包括鄭州和武漢2 個國家中心城市；西部包括重慶、成都和西安3 個國家中心城市[29]。根據各國家中心城市綠色交通水平綜合評分可知，2020 年國家中心城市綠色交通水平大致呈“邊高中低”的空間分布特征。東部的國家中心城市綠色交通水平最高，其次是西部的國家中心城市。因此，建議其他國家中心城市汲取東部國家中心城市綠色交通發展的經驗，因地制宜探尋適合自身綠色交通水平的發展路徑，以提升自身綠色交通水平。

3.3.2 國家中心城市綠色交通水平障礙因素分析

根據式（19）對限制國家中心城市綠色交通水平的關鍵指標進行辨識。表4 列出了影響9 個國家中心城市綠色交通水平障礙度最高的前3 個指標。

表4 影響9個國家中心城市綠色交通水平障礙度排名前3的指標

由表4 可知，S3,P9,R2,D1和R1出現頻率最高，為限制國家中心城市綠色交通水平的關鍵指標。其中，S3,P9和R2的出現頻率遠高于其他指標，為主要的障礙因素。因此，發展軌道交通、減少交通噪聲污染、增加節能環保資金投入是推進國家中心城市綠色交通發展目標實現的重要措施。

為進一步促進國家中心城市綠色交通水平的提升，依據式（20）計算9 個國家中心城市綠色交通水平對應各準則層的障礙度，以識別其制約類型并提出針對性的建議。9 個國家中心城市準則層障礙度如圖2所示。

由圖2可知，9個國家中心城市綠色交通水平的制約類型大致可劃分為：壓力制約型、壓力-狀態制約型、狀態制約型和影響制約型4 類。其中，廣州、成都、武漢和鄭州為壓力制約型，促進交通配套設施建設與城市發展相協調、推動交通行業低碳化轉型、加強能源集約化利用是該類型城市未來綠色交通發展的主要方向；北京和武漢為壓力-狀態制約型，該類型城市在努力推動公共交通高質量發展、提高公共交通分擔率的同時，還應加強多種聯運方式間的相互配合，減少運輸過程中的碳排放量；上海、重慶和西安為狀態制約型，推進軌道交通網絡與高鐵站、機場等主要樞紐的銜接和零距離換乘，實現交通走廊空間的集約化利用，緩解交通擁堵，提升交通運行效率是該類型城市綠色交通水平提升的關鍵；天津為影響制約型，如何制定針對性的發展策略，提升交通管理水平、降低交通運輸事故比例是其未來綠色交通發展需要重點考慮的內容。

圖2 國家中心城市綠色交通水平準則層障礙度

4 結語

本文采用DPSIR 模型構建包含目標層、準則層、因素層和指標層在內的4 層遞階結構、27 個具體指標的國家中心城市綠色交通水平評價指標體系；分別采用IFAHP 和熵權法確定指標的主、客觀權重，借鑒博弈論的納什均衡模型提出評價指標的綜合賦權方法；采用改進的集對分析與可變模糊集模型評價北京、上海、廣州等9 個國家中心城市2020 年的綠色交通水平，發現9 個國家中心城市的綠色交通水平都處于“一般”水平，且呈“邊高中低”的空間分布特征；采用障礙度模型識別限制國家中心城市綠色交通發展的關鍵因素，發現日均軌道交通客運量占城市人口比重、交通干線噪聲平均值、節能環保支出占財政支出比重、人均GDP 和交通運輸支出占財政支出比重5 個因素是制約國家中心城市綠色交通水平的關鍵因素，且9 個國家中心城市綠色交通水平的制約類型可以劃分為壓力制約型、壓力-狀態制約型、狀態制約型和影響制約型4 類。由于數據采集的限制，本文構建的評價指標體系未包含交通工具新能源轉化率、公共交通滿意度等相關指標，后續將探索這些指標的獲取途徑和方法，改進評價指標體系。