基于熵权TOPSIS法的京津冀生态产业系统发展环境评价研究

孙丽文， 杜　娟

(河北工业大学经济管理学院， 天津 300401)



基于熵权TOPSIS法的京津冀生态产业系统发展环境评价研究

孙丽文， 杜娟

(河北工业大学经济管理学院， 天津 300401)

科学地评价生态产业系统发展环境，对于系统的优化与持续发展尤为重要。文章首先以推拉理论为基础，找寻出促进生态产业系统发展的推力、拉力和中间因素，构建出生态产业系统评价指标体系；然后运用熵权TOPSIS方法，对29个省市的生态产业系统发展环境进行了实证评价；最后依据评价结果，重点分析了京津冀三地在技术研发、经济与信息链关联度、资源和工业废弃物等方面分别占有的优势，提出实现京津冀生态产业系统协同发展的对策建议。

京津冀； 生态产业系统； 发展环境评价； 熵权TOPSIS法

目前环境和资源问题已成为京津冀区域发展的严重障碍。据中国环保部统计，2015年北京市雾霾天气达179天，占全年天数的49%；在全国空气最差的十个城市中京津冀占据八席。恶劣的环境已严重影响到人们的日常生活，如何实现“绿色”发展，成为政府和百姓关注的焦点。“生态产业系统”作为一种新型发展方式，是通过对副产品、废弃物的循环利用，达到提高资源利用率、降低成本、改善环境的目的，在当前形势下对生态产业系统发展模式与发展环境进行研究，是经济转型发展的需要。

生态产业系统是我国学者在借鉴国外生态工业园、绿色供应链等发展经验基础上提出的，近年来在京津冀地区已建立起中关村环保园、北京英达农业生态园等几十个生态产业园区。发展中的各生态园区，由于系统环境的问题遇到了一系列发展障碍。如何科学评价现有生态产业系统发展环境，成为系统优化与协调发展的首要问题。

一、 生态产业系统内涵及研究现状

1． 生态产业系统内涵

“生态产业系统”是以环境经济学、产业生态学等理论为基础而组织起来的一种能够实现经济与环境协调发展的新型产业系统[1]。其内涵是指：系统内的企业模仿自然生态系统确定各自生产者、消费者、分解者的身份，以资源(原料、副产品、信息、资金、人才)为纽带，通过系统内企业的竞争与合作，最终达到系统经济与环境最优化的一种新型产业系统[2]。

从本质上讲，生态产业系统是对传统产业链的延伸，它们之间既有差别又有联系。其共同点在于：二者都具有“链”式结构，都是由若干相关企业构成的链；在生态产业系统中，是由分工不同的生产者、消费者、分解者企业构成，它们之间的关系类似于生物界中的食物链存在状态。与传统产业链相比，生态产业系统的不同点在于其“环”的特性更为突出。生态产业系统是将传统产业的“资源——产品——废物”的单向线性运行方式，改进为“资源——产品——再循环”的循环运行方式，其目的是在生产过程中实现资源的多级利用，减少废物排放。因此，生态产业系统是一个非封闭的环型循环系统，是一个不断与外界进行着物质、能量与信息交换的开放的耗散系统[3]。

2． 生态产业系统发展研究现状

生态产业系统作为一种新的发展模式，是近年备受学术界关注的一个热点问题。目前生态产业系统的研究主要集中在运行机理、构建路径、稳定性评价等方面；对生态产业系统发展的评价研究集中于评价指标体系的构建与评价模型的选择两个方面。

不同学者根据自己的研究需要从不同角度构建了评价指标体系，如Wenbo(2011)从要素、环境、经济、社会和管理五个方面构建了生态工业园生态绩效评价指标体系[4]；Li(2015)认为生态工业园中绿色供应链的评价系统应包括制度、监管、技术、金融四个层次[5]；张宇明(2015)构建了包含经济发展、循环利用、生态环境建设、公众支持、产业链污染物排放、产业链稳定性和产业链效率七个方面的钒钛产业生态工业园区的评价指标体系[6]。

学者对于评价方法的选择更是多种多样，如梁凡丽(2013)运用层次分析法对生态产业链绩效进行评价[7]；Li(2015)采用灰色关联度分析法来评估合肥高新区生态产业链发展水平[5]；马臻臻(2012)、张明宇(2015)则综合运用AHP和模糊综合评价法对青岛市的生态产业链稳定性进行了评价[6-8]。

本文将推拉理论引入到生态产业系统发展指标体系的构建中，将其影响因素归为推力、拉力和中间因素，从一个新的角度评价京津冀生态产业系统发展环境，其评价结果可以更加直观地揭示各区域生态产业系统发展中存在的问题，发现各自的优势；此外采用熵权TOPSIS法进行评价，可以有效排除主观因素的影响，得到更为客观的评价结果，从而为生态产业系统发展环境的改善提供更为合理的依据。

二、 京津冀生态产业系统发展的基础环境

“条块分割”式行政管理，导致京津冀三地长期独立发展。但由于三地地缘相近，文化一脉，从发展生态产业系统上来说，三地在资源环境、经济实力等方面已经具备了协同基础。另外，国家、地方政府相继出台区域协作政策，因此京津冀生态产业系统的发展具有广泛的空间与前景。

1． 资源与环境状况

(1) 资源概况。京津冀虽地域相连，但核心资源相差甚远。北京市的资源集聚优势突出，尤其是在人才和技术方面。天津市拥有的矿产资源30余种，其中包括国内首次发现且世界罕见的锰和硼；河北省拥有矿产151种，其中煤、铁、石油等资源不仅储量丰富，而且在分布上也较为集中，具有大规模开发利用的优势[9]。

(2) 环境压力。京津冀地区工业固体废弃物和再生资源较为集中。2014年京津冀产生的固体废弃物16.4亿吨，主要再生资源(如废钢铁、废轮胎等)4 410万吨，截止年底该区域周边堆放尾矿和废石总量多达200亿吨[10]。大量废弃物的堆放，不仅是对区域资源的浪费，而且会给生态环境带来巨大压力。

2． 经济与产业发展现状

(1) 经济实力。在经济发展上，京津冀三地具有较大差异。2014年京津冀地区全年GDP为66 478.91亿元，人均GDP为14 761元，同年三地GDP分别为21 330.83亿元，15 726.93亿元，29 421.15亿元，人均GDP为99 995元、105 231元和39 984元。河北省由于在人口和地域面积上占有优势，其经济规模占全区域的44.26%，接近京津两地总和。从人均GDP来看，天津最高，北京与之相差不大，河北最低，仅为天津的38.00%，北京的40.00%。

(2) 产业基础。从产业结构来看，三地存在较大梯度差。2014年，京津冀三地三大产业结构分别为0∶21.7∶78.3、0.3∶53.6∶46.1、5.8∶42.1∶52.1。由此可知，第三产业已成为北京的主要生产力，其产业结构已达到发达国家水平，天津是第二、三产业齐头并进，河北的产业结构与全国平均水平也存在一定差距，其第一产业比重略高，第三产业发展相对缓慢。

3． 区域协作政策与创新环境

(1) 政策环境。国家《十三五规划纲要》明确提出：“推进京津冀协同发展是国家区域发展的战略重点”。北京研究制定了《北京市推进京津冀协同发展2016年重点项目》，具体安排了45项重点任务以有序纾解非首都功能；天津市制定并出台了《天津自贸试验区服务京津冀协同发展工作方案》；河北陆续研究编制了《河北省建设全国现代商贸物流重要基地规划》、《河北省建设新型城镇化与城乡统筹示范区规划》等专项规划；此外，京津冀“十三五”规划，对京津冀发展的重点任务进行了详细规划。

(2) 技术创新环境。京津冀三地科技创新环境的差异可以从其高校数量和科研经费投入等方面看出。在京津冀地区，共有“211高校”31所，“985高校”10所，其中北京在两类高校中分别拥有26所和8所，占据了绝对优势；2014年京津冀区域科研(R&D)经费支出1 792.80亿元，其中北京投入最多，为1 268.80亿元，天津次之，为464.69亿元，河北最少，为59.32亿元，仅为北京的4.68%。

由上述分析可见，京津冀三地资源互补、产业梯度明显，区域协同发展空间巨大，是京津冀生态产业系统发展的重要基础。同时，也正是这些因素使得京津冀生态产业系统的发展具有理论和现实意义。

三、 生态产业系统发展环境评价指标体系构建

1． 生态产业系统发展环境指标的选取

为了能够更加直观地表明各区域生态产业系统发展存在的问题，发现各自的优势，本文将推拉理论引入指标体系的构建。推拉理论是由Ravenstein提出，最初用以解释人口迁移的原因。该理论认为，来自居住地的“推力”、迁入地的“拉力”和居住地和迁入地之间一系列的“中间因素”共同决定了人口迁移的方向[11]。本文借鉴推拉理论，将影响生态产业系统发展的力分为“推力”、“拉力”和“中间因素”三种：其中“推力”主要来源于目前产业发展所面临的问题，即资源枯竭、环境恶化和市场产品竞争加剧；“拉力”主要源于生态产业系统对人们的吸引，以经济实力、产业结构和信息链关联度表示；“中间因素”则是产业进行生态化转型时，需要考虑的影响不确定的因素，可以概括为政策引导、技术开发与技术应用。

(1) 生态产业系统发展的“推力”指标。资源枯竭和环境恶化是生态产业系统发展的两大推力。此外，市场上新产品的不断出现也会刺激企业不断开发生态产品，故产品多样性是生态产业系统发展的又一推力。

资源约束指标。资源是生产和发展的基本要素，对于产业的发展起着至关重要的作用。本文将以人均水资源量和人均能量两个指标来描述资源对生态产业系统发展的约束。

环境约束指标。环境的恶化问题是由人类的生产活动所引起的，废弃物的排放可以从一个侧面来反映环境问题。废弃物的排放包括单位工业增加值废水排放量、单位工业增加值废气排放量和单位工业增加值固废排放量三个指标。

产品多样性指标。产品多样性可以更直观地反映出行业的竞争状况，以工业新产品开发项目数、工业R&D企业占比来代表。

(2) 生态产业系统发展的“拉力”指标。生态产业系统发展的“拉力”表现为其低成本、高利润对人们的吸引。区域经济发达程度直接决定着消费者对生态产品的需求，以经济实力和产业结构表示；另外，企业之间的信息链关联度越高，则企业的成本将会越低，从而达到增加利益的目的，因此企业信息链关联度是生态产业系统发展的又一拉力。

经济实力指标。生态产业系统的发展在很大程度上依赖区域内外对其产品和服务的需求，用人均地区生产总值、万元生产总值使用外资金额代表。

产业结构指标。产业结构是指资源在产业间的配置状态，是区域经济发展的一个重要考量，采用工业增加值占GDP比重和第三产业增加值占GDP比重来表示。

信息链关联度指标。企业间信息链的发达程度对降低企业成本、增加收益至关重要。以万元地区生产总值交运费用、百家企业拥有网站数两个指标来描述。

(3) 生态产业系统发展的“中间因素”指标。依据推拉理论，传统产业系统向生态产业系统发展的过程中还存在着一些对发展影响不确定的因素。在转换生产方式之前，企业无疑会综合考虑转换之后的收益和转换的成本。这时，政策的引导和技术创新的驱动就对发展生态产业系统起到举足轻重的作用。

政策引导指标。各项政策法规既为生态产业系统发展创造了环境，也为惩治肆意污染环境、浪费资源的行为提供了依据，主要包括财政收入占地方生产总值比重、现行有效地方性法规总数、单位生产总值排污费解缴入库户金额。

技术开发指标。在生态产业系统发展的进程中，对于单个企业无力承担技术开发的高昂费用，政府对循环技术、低碳技术开发的投入，直接影响着区域生态产业系统的发展进程。以地方科技投入占财政支出比重、工业污染治理投资占环境污染治理投资比重、规上工业企业技术获得和改造费用三个指标来表示。

技术应用指标。技术应用是链接技术开发与生产活动的纽带，缺少应用环节，那么技术开发则失去了其原有的价值。本文以工业废气中SO2去除率、工业固体废弃物综合利用率两个指标来表示。

综上，依据生态学相关理论和推拉理论中对各影响因素的归类方法，同时综合考虑评价指标体系的建立原则，构建出生态产业系统发展环境评价指标体系(见表1)。该指标体系主要包括推力、拉力和中间因素3类一级指标；资源约束、环境约束、产品多样性、经济实力、产业结构、信息链关联度、政策引导和技术开发8类二级指标以及21个三级指标。

表1　生态产业系统发展环境评价指标体系

2． 生态产业系统发展环境评价方法的选择

根据生态产业系统研究现状的分析可知，目前生态产业系统发展环境评价的方法主要有层次分析法、熵权法、聚类分析、灰色关联度分析法、模糊综合评价法等。其中层次分析法中定性指标过多，不能很好的排除主观因素对其评价结果的影响[12]；聚类分析法虽然能够得到较为简洁的结果，但是在样本较大时，要获得聚类结论时存在一定的困难；灰色关联度分析法虽然对样本量要求较小，分析结果与定性分析结果也比较吻合，但该理论体系尚不完善，其应用具有一定的局限性[13]。熵权TOPSIS法是综合评价法中的最新研究成果，其实质是运用熵权法对TOPSIS评价法进行改进，先运用熵权法确定各评价指标的权重，然后运用TOPSIS利用逼近理想解技术来对评价对象进行排序，在有效消除主观因素对评价结果影响的基础上，可得到较为合理的评价结果，因此本文采用熵权TOPSIS法对生态产业系统发展环境进行评价。

(1) 熵权法原理。熵是信息论中用以衡量系统无序程度或不确定性的度量单位。熵权法的基本原理是根据评价指标自身数值的变化程度所反映的信息来确定其权数，以此消除主观因素对评价结果的影响[12]。熵权的计算公式为

(1)

一般而言，一项指标自身数值的变化程度越大，其信息熵越小，权重也应越大；反之其权重越小。熵权法不仅能客观体现决策时某项指标在指标体系中的重要程度，而且能突出反映指标权重在地区之间的差异，因而非常适合评价生态产业系统发展环境。

(2)TOPSIS法

TOPSIS法是由Wang和Yoon于 1981 年提出的一种多目标决策方法，其中心思想是通过计算各个方案与事先定义的理想解的相对贴近度，并以此为依据对方案的优劣进行排序。TOPSIS法具有计算直观、简单，而且对样本要求较小且结果合理等特点。

本文采用熵权TOPSIS法建立生态产业系统发展环境评价模型，其具体评价步骤如下。

第一，假设被评价省市有m个，评价指标有n个，判断矩阵为

X=(xij)mn(i=1,2,…m;j=1,2,…，n)。

第二，对矩阵X进行标准化处理，即

yij=(xij-xmin)/(xmax-xmin)(xmin、xmax分别为同一指标下的最小值和最大值)。

第三，运用熵权法计算信息熵，即

第四，根据熵权法计算指标j的权重，即

第五，计算加权矩阵，即

R=(rij)，rij=wjyij(i=1，2，…，m；j=1,2，…，n)。

第七，计算各省市生态产业系统发展现状与正负理想解的距离，即

第八，计算各省市生态产业系统发展环境评价指数，即

式中Ci值越大表示评价省市生态产业发展环境越优。

四、 京津冀生态产业系统发展环境评价

1． 数据来源

本文的所有数据均由《中国统计年鉴2013》《中国环境统计年鉴2013》《中国城市统计年鉴2013》《中国能源统计年鉴2013》《中国环境年鉴2013》中相关数据整理而得。在进行数据计算时，海南、西藏和台湾省等由于部分数据缺失，故以29个省市自治区作为样本进行分析。此外，能源消耗总量是根据原油、煤炭等主要能源消耗量和能源折算系数计算而来。

2． 数据处理与计算

根据熵权法原理，首先计算指标权重，结果见表2—表4。

表2　熵权法计算的各指标权数和排序(1)

表3　熵权法计算的各指标权数和排序(2)

表4　熵权法计算的各指标权数和排序(3)

根据权重计算结果分析可知，资源环境、技术创新和政府鼓励政策对生态产业系统的发展至关重要，这也充分反映了我国生态产业系统的发展特点。

然后根据得到的指标权数，计算加权规范化矩阵之后，计算各指标的正负理想解，其结果见表5—表7。

表5　正负理想解计算结果(1)

表6　正负理想解计算结果(2)

表7　正负理想解计算结果(3)

最后，根据贴近度的计算公式，得到29个省市生态产业系统发展环境三层次及其综合评价指数。京津冀三地评价结果见表8。

表8　京津冀生态产业系统发展环境三层次及其综合评价结果

3． 评价结果分析

分析表8综合评价结果可知，在生态产业系统总体发展环境上，北京在29个省中得分最高；天津排名第7，处于平均水平之上；而河北得分为0.102 008 33，在29个省中仅高于甘肃，位于倒数第二；对各准则层评结果进行分析，可以得出：

(1) 在推力，即目前产业发展所面临的问题上，北京在29个省市中排名第11，天津第9，河北第8。在京津冀三地中，河北评价指数最高，位于首位。结合 表1- 表4可知，推力是由资源、环境和产品多样性构成，而其中人均能量(X2)、单位工业增加值废水排放量(X3)权重最大，由此可知河北省拥有大量的资源和工业废弃物。

(2) 在拉力，即生态产业系统对人们的吸引上，京津的得分都明显大于均值，而河北则位于均值以下。在29个省市中，三地排名分别为2、3、21，因此京津在拉力方面占有优势。结合表1可知，拉力包括经济实力、产业结构、信息链关联度三个方面；再分析表2-表4易知，人均地区生产总值(X8)、百家企业拥有网站数(X13)所占比重较高，由此可知京津在经济和信息链关联度上占有优势。

(3) 在中间因素上，三地的发展差距较大。在29省市中，北京排名第1，天津排名第9，河北位于28名，由上可知北京在中间因素上占有很大优势。分析表1可知，中间因素包括政策引导、技术开发和技术应用三个方面；进而分析表2—表4可知，地方科技投入占财政支出比重(X17)、工业污染源治理投资占环境污染治理投资比重(X18)、规上工业企业技术获得和改造费用(X19)所占比重较大，因此，可以说北京在生态产业系统的技术研发上占有优势。

五、 结　语

综上分析可知，在资源日益枯竭、环境不断恶化的情况下，发展生态产业系统是解决京津冀发展问题的必然选择。在京津冀协同发展的背景下，三地应综合考虑自身在生态产业系统发展环境上的优势，相互合作，共同促进三地生态产业系统的协同发展。

一是要充分发挥政府的宏观引导作用。由指标权重分析可知，资源环境、技术创新和政府鼓励政策对生态产业系统的发展至关重要。由于长期的行政割据，该区域尚未形成有效的区域协作机制。因此为了加快区域生态产业系统的发展进程，不能单纯依靠市场机制，政府应发挥其宏观引导作用，充分依托资源、区位优势，统筹规划，合理分工，建立优势互补的产业布局。

二是要构建跨区域生态产业系统分工体系。三地分别在技术研发、经济和信息链关联度、资源和工业废弃物上占有优势，这也为三地分工协作提供了前提。但是目前京津冀三地生态产业系统表现出一定的同构现象，其各自的优势尚未充分发挥。当前，应重点加快三地生态产业系统基础设施(如信息平台、金融)建设，引导区域间生态产业系统相关企业的有序转移和承接，推动京津对冀生态产业系统发展资金和技术研发的支持，有效促进冀对京津生态产品的供应，从而促进区域生态产业系统发展的一体化。

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Development Environment Evaluation of Beijing-Tianjin-Hebei Eco-industrial System Based on Entropy Weight TOPSIS Method

Sun Liwen, Du Juan

(School of Economic and Management, Hebei University of Techology, Tianjin 300400, China)

The scientific evaluation of development environment of eco industry system is particularly important for system optimization and sustainable development. This paper firstly found out the push, pull and middle factors that promote the development of eco industrial system on the basics of push and pull theory, and built the index system of eco industrial system evaluation; secondly, an empirical analysis on the developing environment of eco industry systems of the 29 provinces and cities was made with the entropy weight TOPSIS method; finally, the author selectively analyzed the advantage over technology research, connectivity of economy and information, resource and industrial waste of Beijing, Tianjin and Hebei according to the results of evaluation, and put forward the countermeasures and suggestions to realize the coordinated development of eco industrial system of Beijing-Tianjin-Hebei Region.

Beijing-Tianjin-Hebei region；eco-industrial system；evaluation of development environment；entropy weight TOPSIS method

2016-03-27.

河北省社科基金资助项目(HB16YJ028).

孙丽文(1964—)，女，教授.

孙丽文，sunliwen@hebut.edu.cn.

F062.9

A

1008-4339(2016)05-412-06