物元分析法在生态效率评价中的应用研究

谢卧龙，曾 剑

（山西省环境规划院，山西 太原 030002）

生态效率译自英文的Eco-efficiency，其中eco-既是生态学ecology的词根，又是经济学economy的词根，efficiency有“效率、效益”的含义，两者组合则意味着应该兼顾生态和经济两个方面的效率，促进企业、区域或者国家的可持续发展[1]。生态效率评价可以将生产活动中的经济效益和生态环境影响结合起来考虑，真实地反映生产过程的环境友好程度，是将可持续发展的宏观目标融入中观和微观的发展规划与管理中的有效工具。

目前，常用的生态效率评价方法有影响价值比值法、数据包络分析法[2]、主成分分析法[3]等。这些方法各自都有其优越之处，但也都有在某些条件下不太适用的情况。生态效率评价时遇到的情况较为复杂，因而有必要丰富和完善评价的方法体系，探索使用新的评价方法。

1 物元分析法简介

物元分析是研究解决矛盾问题的规律和方法，是系统科学、思维科学、数学交叉的边缘学科，是贯穿自然科学和社会科学而应用较广的横断学科[4]，利用物元分析方法，可以建立事物多指标性能参数的质量评定模型，并能以定量的数值表示评定结果，从而能够较完整地反映事物质量的综合水平，并易于用计算机进行编程处理[5]。

2 基于物元分析法的生态效率评价模型构建

利用物元分析方法对现状生态效率进行分级评价的具体步骤如下。

第一，收集指标，建立评价指标体系。

第二，利用德尔菲法确定各指标的权重λi.

第三，确定等级k关于指标i的分级标准。

第四，确定基本模型。如果有受评对象M，它关于特征C的量值为V，以有序3元R＝｛N，C，V｝组作为描述事物的基本元，称为物元，若以 c1,c2,…,cn表示 M 的 n个特征，以…，xn表示其量值，则M可以表示为：

第五，确定经典域、节域将评价等级k记为标准事物M0k（k=1…4）.M0k的特征 ci的量值范围 x0ki=［a0ki，b0ki］，称为经典域，记为X0k＝（x0k1，x0k2，…，x0kn）T..i=1,w…，n.以 Rok表示经典域的物元矩阵，则有：

对于经典域，构造其节域R，建立物元，R取R∩ R.称 X=Pi〈api，bp〉i（i=1，2…，n）为MP关于c（ii=1，2…，n）的节域。

第六，确定关联函数[6]关联函数表示物元的量值取值为实轴上一点时，物元符合要求的范围程度。由于可拓集合的关联函数可用代数式表示，就使得解决不相容问题能够定量化。令有界区间 x0ki=［a0ki，b0ki］的模定义为：

本次研究中所选用的指标均为值越小越好型指标，根据沈珍瑶[7]等的研究，对于越小越好型指标，某一点xi到区间x0ki的距离应为：

第七，评价等级的确定。对于每个特征ci，待评对象关于等级k的关联度为：

本研究中，将各个产业的生态效率分为相对落后、国内平均、国内领先和国际先进4个等级，相对应等级的指标也应该达到某一区间值，通过测算和赋值，为不同指标在不同等级赋以分值，最后通过权重求和计算，对各主导产业的生态效率进行综合评价和归类。

3 模型在临汾市主导产业生态效率评价中的应用

将临汾市各产业的生态效率分为相对落后、国内平均、国内领先、国际先进4个等级，分别作为物元分析中的I、II、III、IV4个等级。参考国家发布的各种行业标准以及各行业所发布的各种行业发展年鉴，确定不同产业关于指标i各等级的分级标准xi1，xi2，xi3，xi4，其中 xi3、xi4值的确定主要参考相关产业的《清洁生产标准》；xi2值的确定主要通过统计整理相关行业发展年鉴中有关环境保护的统计数据；xi1的值取xi2值的1.25倍。

运用excel的矩阵计算功能进行计算，计算结果如表1所示。

4 研究结论

表1 各产业生态效率对于不同等级的综合关联度

4.1 分级评价模型

通过构建基于物元分析的生态效率分级评价模型，可以实现对主导产业相对生态效率的评价，解决了已有的相对生态效率评价中无法体现同一级别区间内归属程度变化的问题，丰富了评价的技术方法。

4.2 焦化产业生态效率

临汾市现状焦化产业的生态效率属于等级III（国内领先水平），对于等级III的综合关联度为-0.113 1.

具体分析各指标，焦化产业现状挥发酚、石油类排放的生态效率达到国际先进水平，新水消耗、颗粒物排放和氨氮排放的生态效率达到国内领先水平，能耗、SO2和COD排放的生态效率为国内平均水平。

4.3 火电产业生态效率

临汾市火电产业的生态效率水平为相对落后水平。对于等级I的综合关联度为0.4630，对于等级II的综合关联度为0.0411，对于其他等级的综合关联度均小于0.

具体分析各指标，火电产业能耗、新水消耗、SO2排放属于相对落后水平，颗粒物排放属于国内平均水平。

4.4 钢铁产业生态效率

钢铁产业的主要产品为铁、钢和材，临汾市现状大多数钢铁企业不是钢铁联合企业，企业的产品为单独的一种或几种，因此本研究中对炼铁、炼钢和轧钢3个工序分别分析。

临汾市现状炼铁、炼钢和轧钢3个工序的生态效率水平均为国内平均，对于等级II的综合关联度分别为：0.042 9，-0.106 2，0.487 4.具体分析各指标，炼铁工序除新水消耗和颗粒物排放指标属于国内平均水平，其余指标均属于相对落后水平；炼钢工序的能耗、新水消耗和石油类排放指标属于国内平均水平，其余指标属于相对落后水平；轧钢工序的挥发酚排放指标属国内领先水平，COD和石油类排放指标属于相对落后水平，其余指标为国内平均水平。

[1]吕彬，杨建新.生态效率方法研究进展与应用[J].生态学报，2006，26（11）.

[2]张炳，毕军，黄和平，等.基于D E A的企业生态效率评价：以杭州湾精细化工园区企业为例[J].系统工程理论与实践，2008，4：159-166.

[3]刘宁，吴小庆，王志凤，等.基于主成分分析法的产业共生系统生态效率评价研究 [J].长江流域资源与环境，2008，17(6)：831-838.

[4]蔡文.物元模型及其应用[M].北京：科学技术文献出版社，1994.22-23.

[5]门宝辉，梁川.城市环境质量综合评价物元模型及其应用[J].系统工程理论与实践，2003，03：134-139.

[6]蔡文.物元分析[M].广州：广东高等教育出版社，1987.

[7]沈珍瑶，谢彤芳.物元分析方法中关联度函数最佳点位置的确定[J].化工环保，1996，4：231-233.