長江干線主要港口綜合效率時空演化研究*

杜利楠，郭紫瑩，邢虎松

(交通運輸部水運科學(xué)研究院，北京 100088)

港口作為重要的貨運樞紐，是構(gòu)建現(xiàn)代物流體系、促進經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支撐。伴隨著全球經(jīng)濟一體化，國際貿(mào)易和現(xiàn)代物流實現(xiàn)快速發(fā)展，港口的服務(wù)功能已由傳統(tǒng)的貨物中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成為產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，世界百年變局與世紀疫情疊加，全球產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈遭受重創(chuàng)，不穩(wěn)定因素突顯，技術(shù)變革與產(chǎn)業(yè)革命深入推進，港航業(yè)運營環(huán)境和外部條件發(fā)生深刻變化，港口間競爭態(tài)勢日趨激烈，行業(yè)發(fā)展面臨新機遇、新挑戰(zhàn)。與之相比，內(nèi)河港口發(fā)展相對滯后、起步晚，但在構(gòu)建新發(fā)展格局背景下，堅持擴大內(nèi)需戰(zhàn)略基點，內(nèi)河港口與航運業(yè)承擔(dān)著暢通國內(nèi)大循環(huán)、溝通國際國內(nèi)雙循環(huán)的使命與責(zé)任，這對內(nèi)河港口進一步優(yōu)化資源配置、提高生產(chǎn)效率和綜合競爭力提出了更高的要求。

港口效率評價一直是交通經(jīng)濟、航運經(jīng)濟領(lǐng)域關(guān)注的熱點問題，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已形成豐富的研究成果。港口效率評價方法從單要素生產(chǎn)率、全要素生產(chǎn)率、回歸分析到隨機前沿法(SFA)、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)，綜合評價方法因考慮要素指標多、能夠更加客觀反映不同指標的影響而廣泛應(yīng)用，DEA更是成為效率評價最重要的方法之一。De Oliveira等[1]、Beuren等[2]分別利用傳統(tǒng)DEA模型研究了不同區(qū)域范圍內(nèi)港口的運營效率和競爭力。也有不少學(xué)者嘗試DEA方法與其他計量分析模型相結(jié)合，比如龐瑞芝[3]、滕煒超等[4]分別探討了Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)、TOPSIS等方法與DEA的結(jié)合，對比分析測度沿海港口的效率；王玲等[5]、王玄霜等[6]則運用三階段DEA方法對我國主要內(nèi)河(集裝箱)港口的效率進行了測度實證研究。

本文構(gòu)建三階段DEA評價模型，針對2010、2013、2016、2020年我國長江干線主要港口的投入產(chǎn)出效率，剔除了環(huán)境變量和隨機因素對港口效率的影響，從時間、空間兩個維度揭示港口綜合效率的時空演化特征。研究結(jié)論對提升長江港口綜合效率、服務(wù)內(nèi)河港口高質(zhì)量發(fā)展具有重要的借鑒意義。

1 研究方法與模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析最初由Charnes等[7]于1978年提出，但傳統(tǒng)模型難以有效克服外部環(huán)境等因素帶來的誤差問題，為此Fried[8-9]將環(huán)境因素和隨機噪聲引入模型，即三階段DEA，以提高評價結(jié)果的真實性、準確性。

1.1 第一階段：傳統(tǒng)DEA-BCC建模

構(gòu)建傳統(tǒng)的DEA-BCC模型，即投入導(dǎo)向的規(guī)模保持可變模型，測算得出原始投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)下的評價單元效率，該模型是一種較為成熟的方法，其原理與數(shù)學(xué)模型不再贅述；利用DEAP 2.1和FRONTIER 4.1軟件輸入相應(yīng)的樣本、投入、產(chǎn)出指標值即可。

1.2 第二階段：隨機前沿分析法(SFA)

在傳統(tǒng)DEA評價基礎(chǔ)上，構(gòu)建隨機前沿分析模型驗證環(huán)境變量、管理無效率和統(tǒng)計噪聲對傳統(tǒng)DEA評價結(jié)果的影響。

1)建立松弛變量。

Sni=xni-λxni(n=1，…，N；i=1，2，…，I)

(1)

式中：xni為第i個決策單元(DMU)的第n個投入值；N、I分別為投入指標和決策單元的個數(shù)；λxni為第i個DMU的第n個投入值在效率前沿面的最優(yōu)映射；Sni為相應(yīng)的投入松弛變量。

2)構(gòu)造SFA回歸函數(shù)模型。

Sni=f(Zi；βn)+νni+μni

(i=1，2，…，I；n=1，2，…，N)

(2)

式中：Zi和βn分別表示環(huán)境變量及其系數(shù)；νni+μni是混合誤差項，νni表示隨機干擾項，μni表示管理無效率，其中ν和μ分別是隨機誤差項和管理無效率。

3)調(diào)整投入變量。

(i=1，2，…，I；n=1，2，…，N)

(3)

1.3 第三階段：調(diào)整投入要素后的DEA-BCC建模

在此階段，利用調(diào)整投入要素，再次運用DEAP 2.1和FRONTIER 4.1軟件構(gòu)建DEA-BCC模型，可得出無外部因素干擾下的真實效率值。評價結(jié)果包括綜合效率、規(guī)模效率和技術(shù)效率，其中規(guī)模效率是指通過優(yōu)化投入要素結(jié)構(gòu)配置對產(chǎn)出單元所發(fā)生作用的大小；技術(shù)效率是指投入要素結(jié)構(gòu)能否符合總體要求(綜合效益)并使之發(fā)揮最大的經(jīng)濟和社會效益；綜合效率為規(guī)模效率和技術(shù)效率二者的乘積。

2 實證分析

2.1 指標體系構(gòu)建和數(shù)據(jù)來源

本文以長江干線20個主要港口為研究樣本，重點考慮從資源(包括岸線及土地資源)、設(shè)施設(shè)備及建設(shè)投資等3個維度選取投入指標，具體包括生產(chǎn)用碼頭泊位長度、生產(chǎn)用倉庫面積、堆場面積、裝卸機械數(shù)量和港航建設(shè)投資。選取各港口歷年的貨物吞吐量、集裝箱吞吐量作為產(chǎn)出指標。國內(nèi)外港口發(fā)展實踐表明，港口所在城市經(jīng)濟、貿(mào)易發(fā)展水平對港口運營產(chǎn)生較大影響，因此，選用人均GDP、對外貿(mào)易額兩個因素作為環(huán)境變量，分別反映某地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展綜合水平和貿(mào)易活動對港口貨運需求、運營效果的影響。港口資源配置效率評價指標與數(shù)據(jù)來源見表1。

表1 港口資源配置效率評價指標與數(shù)據(jù)來源

2.2 環(huán)境變量對港口效率的影響

2.2.1SFA回歸結(jié)果分析

運用FRONTIER4.1將傳統(tǒng)DEA分析結(jié)果中5個投入變量的松弛值作為被解釋變量，將人均地區(qū)生產(chǎn)總值、對外貿(mào)易額2個環(huán)境變量作為解釋變量，構(gòu)建SFA回歸模型處理后，可以得出投入變量的回歸系數(shù)、標準差，2020年回歸分析結(jié)果見表2。

表2 2020年長江干線主要港口SFA回歸分析結(jié)果

根據(jù)SFA回歸分析結(jié)果，長江干線主要港口所在城市的人均GDP和對外貿(mào)易額能夠顯著影響港口投入產(chǎn)出效率，即隨著港口城市經(jīng)濟發(fā)展和對外貿(mào)易水平的提升，港口經(jīng)濟實現(xiàn)快速發(fā)展，有利于提高港口的投入產(chǎn)出比[10]。其中，人均GDP與投入指標主要表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，主要原因在于：隨著經(jīng)濟水平提升，拉動碼頭、航道、堆場等基礎(chǔ)設(shè)施、作業(yè)設(shè)備等建設(shè)及投資，同時降低岸線、堆場、設(shè)施等資源浪費或降低浪費發(fā)生的頻率，可能進一步提升港口的資源配置效率。而對外貿(mào)易額與倉庫面積、堆場面積和裝卸機械數(shù)量表現(xiàn)為正相關(guān)，與港航建設(shè)投資、碼頭泊位長度表現(xiàn)為負相關(guān)，可能是由于與沿海港口相比，內(nèi)河港口所在城市自身對外貿(mào)易規(guī)模偏小，外貿(mào)貨物對港口的依存度偏弱[11]。

2.2.2港口DEA效率對比

對比第一階段與第三階段DEA綜合效率可以看出，不考慮外部環(huán)境變量的影響，長江干線20個主要港口的DEA綜合效率更高。環(huán)境變量對技術(shù)效率、規(guī)模效率均產(chǎn)生一定影響。傳統(tǒng)第一階段DEA分析中，技術(shù)效率基本穩(wěn)定在0.85～0.88；而剔除環(huán)境變量影響后，規(guī)模效率受環(huán)境變量影響更為顯著，提出環(huán)境變量后的第三階段規(guī)模效率明顯低于第一階段規(guī)模效率(圖1)。這也側(cè)面反映出港口基礎(chǔ)設(shè)施投資規(guī)模與經(jīng)濟、貿(mào)易等外部變量密切相關(guān)，而經(jīng)濟、貿(mào)易等外部變量的影響會疊加到基礎(chǔ)設(shè)施投入效果上，帶來規(guī)模效率提高。

圖1 長江干線主要港口DEA綜合效率變化

2.3 港口效率的變化趨勢

2.3.1指標變化情況

2010—2020年，長江干線20個主要港口投入產(chǎn)出指標(表3)呈現(xiàn)增長趨勢，產(chǎn)出指標——貨物吞吐量、集裝箱吞吐量分別實現(xiàn)6.46%和5.30%的快速增長，而碼頭泊位長度、堆場面積、裝卸機械數(shù)量等指標增幅分別為1.05%、1.95%和1.46%，倉庫面積和港航建設(shè)投資增幅較大，分別為4.36%和6.22%。其中港航建設(shè)投資額實現(xiàn)先升后降，2013年超過200億元投資額，隨后建設(shè)投資降低，至2020年完成148.93億元投資。

表3 2010—2020年港口投入產(chǎn)出各項指標變化情況

2.3.2DEA效率的變化趨勢

2010—2020年長江干線港口三階段DEA效率比較見表4。2020年，20個主要港口綜合效率達到0.765，比2010年小幅上升，且純技術(shù)效率始終處于0.95以上的較高水平。其中13個港口純技術(shù)效率達到最優(yōu)；7個港口規(guī)模效率達到最優(yōu)，大部分港口規(guī)模效率偏低，部分港口處于規(guī)模報酬遞增狀態(tài)，存在投入要素結(jié)構(gòu)不優(yōu)和產(chǎn)出水平低下的現(xiàn)實情況，港口資源投入未能發(fā)揮其應(yīng)有效率。同時，由于DEA效率是決策單元間的投入與產(chǎn)出指標的相對效率，受疫情等多方面因素影響，2020年長江干線主要港口的綜合效率有所下降，但結(jié)合各項投入產(chǎn)出指標的變化情況可以看出，投入指標增速明顯低于產(chǎn)出指標增速，也就是說投入要素增加帶來產(chǎn)出更大幅度的增長，DEA效率在不同的經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境、技術(shù)條件、管理水平下，實現(xiàn)了更高水平的投入產(chǎn)出效率。

表4 2010—2020年長江干線港口三階段DEA效率比較

2.4 港口效率的時空演化特征

從流域劃分來看，下游港口效率普遍更高，2020年，DEA綜合效率達到1的港口有5個(分別是南京、鎮(zhèn)江、蘇州、江陰、泰州)；中上游港口效率偏低，且差距較大。下游港口中，南京、蘇州、南通、江陰、泰州等江蘇省5個港口在觀察期內(nèi)幾乎一直處于DEA有效狀態(tài)，即達到效率前沿面，且下游港口技術(shù)效率均達到1，說明下游港口在信息處理、運營管理等方面水平相對較高。長江中游蕪湖港、銅陵港、武漢港DEA效率表現(xiàn)較優(yōu)，其中武漢港DEA綜合效率明顯提高，表明其在要素資源投入與產(chǎn)出效能提升方面改善比較明顯。大部分港口規(guī)模效率偏低，說明碼頭岸線、土地資源、裝卸機械設(shè)備、建設(shè)投資等要素投入可能存在不足或結(jié)構(gòu)不合理的情況，需要根據(jù)實際情況調(diào)整各類生產(chǎn)要素的結(jié)構(gòu)，進一步提升港口綜合效率。相比而言，上游4個港口在觀察期內(nèi)表現(xiàn)出DEA效率明顯波動，主要原因有：近幾年長江經(jīng)濟帶堅持“共抓大保護、不搞大開發(fā)”，重慶、四川兩地在嚴禁河道采砂、整治關(guān)停小散碼頭方面開展專項行動，導(dǎo)致港口貨物吞吐量明顯下降，影響了評價結(jié)果。此外，長江上游內(nèi)河港口基礎(chǔ)條件相對較差，發(fā)展初期隨著基礎(chǔ)設(shè)施及作業(yè)條件不斷改善，帶來港口產(chǎn)出大幅增加，但之后要素投入的規(guī)模效應(yīng)逐步降低，同時其信息化手段、管理效能與下游港口相比仍有一定差距(圖2)。

圖2 長江干線港口DEA效率空間演化過程

3 結(jié)語

1)第一階段、第三階段DEA效率差別明顯，表明環(huán)境變量和隨機因素顯著影響港口的投入產(chǎn)出效率，需要科學(xué)把握和調(diào)整外部環(huán)境變量以提升港口效率。

2)從時間維度看，剔除外部環(huán)境因素影響，10年間港口綜合效率略有提升，且投入指標增長率遠低于產(chǎn)出指標，表明內(nèi)河港口實現(xiàn)了更高水平的效率值。

3)從空間維度看，綜合效率達到最優(yōu)的港口主要集中在長江下游，特別是江蘇省港口幾乎一直處于DEA效率前沿面；而長江中上游港口的綜合效率，尤其是規(guī)模效率相對較低且差距較大。

4)長江干線有13個港口純技術(shù)效率達到最優(yōu)，仍有部分港口技術(shù)和管理水平偏低的現(xiàn)實情況，港口信息化、管理水平需加快提升。

5)不同港口的效率評價結(jié)果差異明顯，需要結(jié)合各港口發(fā)展實際，因地制宜，制定相應(yīng)的發(fā)展策略，更好地推進港口轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。

6)以長江干線20個主要港口為研究對象，驗證了三階段DEA模型在評價港口綜合效率方面的適用性，但考慮到近10年是內(nèi)河港口快速發(fā)展期，原本水上過駁或臨時性碼頭完成礦建材料、礦石、煤炭等貨物運輸比例較高，近幾年隨著內(nèi)河港口的嚴格規(guī)范管理，統(tǒng)計口徑、統(tǒng)計指標數(shù)值有較大的變化，對本文研究結(jié)論產(chǎn)生一定影響，在港口策略選擇和實際應(yīng)用中需綜合考慮上述問題。