基于AHP—TOPSIS的水运竞争力评价

李清+王梦月+姜磊

【摘 要】 为比较水运在综合运输体系中的优势，提出综合运输体系发展的表征指标，构建综合运输体系比较优势定量分析的AHP-TOPSIS组合评价模型。通过实例分析验证，水运在综合运输体系中具备相对优势，并提出发挥水运在综合运输体系中优势的相关建议：完备水运基础设施建设；加快综合物流体系建设；加强绿色水运发展；加强船型优化论证。

【关键词】 AHP-TOPSIS评价法；综合运输；公路；铁路；水运；比较优势

0 引 言

水路运输凭借其运量大、运价低等特点在综合运输体系中占据着十分重要的位置。根据《2014年交通运输行业发展统计公报》，水路运输能源消耗仅为公路运输能源消耗的1/7。[1] 随着国家愈发重视“绿色化”和生态文明建设，水路运输的优势将更加明显。

在目前的评价方法中，层次分析法（AHP）和优劣解距离法（TOPSIS）的运用日益广泛，其中：AHP可分层计算，减少主观定权存在的偏差；TOPSIS可充分利用数据，对每个评价对象的优劣进行排序。本文运用AHP-TOPSIS组合评价法评价运输方式的竞争力，以避免单纯采用AHP评价而导致的主观性，充分利用原有数据，遵循实际情况，根据每种运输方式的优劣度进行排序，使计算更合理，结果更清晰。

1.1 影响因素分析

为了科学、合理地评价运输方式的竞争力，本文根据各种运输方式的特点，分析影响运输方式竞争力的主要因素，归纳为经济性、快捷性和环保性等3种因素，在此基础上构建出多层次的运输方式竞争力评价指标体系。采用AHP-TOPSIS综合评价模型，对评价指标体系进行测算，确定最优运输方式。

1.1.1 经济性因素

经济是影响运输方式竞争力的重要因素。在市场竞争环境下，运输方式的优劣在很大程度上是通过产生利益的多少等经济性指标来衡量的。影响运输方式竞争力的经济性因素很多，本文选取了实际货运量、运输距离、单位运费、每千瓦载量等作为经济性评价指标。

1.1.2 快捷性因素

与低值货物相比，高值货物在运输过程中对运输时间的要求相对较高。本文选取总运输耗时以及运输速度作为快捷性评价指标。

1.1.3 环保性因素

随着近几年北方雾霾天出现频率的增多，人们愈发重视环境保护，节能环保型的运输方式成为未来综合运输体系发展的主要趋势，环保性因素成为影响运输方式竞争力的一项重要指标。本文选取运输方式能源消耗量以及污染物排放量作为环保性指标，其中，污染物排放量分别选取了燃油消耗总量、单位货物周转量二氧化碳（CO2）排放量、单位货物周转量二氧化硫（SO2）排放量、单位货物周转量氮氧化物（NOx）排放量作为具体指标。

1.2 指标体系构建

本文将运输方式竞争力评价指标体系的构成分为两个层次（见图1）：第一层是基本准则，包括经济性、快捷性和环保性等3个方面；第二层为具体的评价指标。

在图1中，正、逆代表指标性质。正指标表示指标值越大，该运输方式越具有优势；逆指标表示指标值越小，该运输方式越具有优势。

假设各运输方式在营运时间内一直处于运输状态，其相应的指标计算方法如下：

（1）经济性指标

实际货运量=设计装载量 €？装载率

每千瓦载量=实际货运量 / 主机功率

（2）快捷性指标

各运输方式总运输耗时=在途时间 + 2 €？（各运输方式实际货运量/各运输方式装卸效率）

（3）环保性指标

燃油消耗量=燃油消耗率 €？主机功率 €？运输耗时

单位货物周转量CO2排放量=B €？€%`1/货物周转量

单位货物周转量SO2排放量=2 000 €？B €？S €？（1€Ha€%`2） / 货物周转量

单位货物周转量NOx排放量=NOx排放系数€字骰β蕗自耸浜氖？货物周转量

式中：B为耗油量，t； €%`1为碳排放系数，kg/t； S为燃油含硫量，%； €%`2为脱硫效率，%；公路、铁路货物运输NOx排放系数参考值为3.5 g/kW€穐，水路货物运输NOx排放系数参考值为7.7 g/kW€穐。

2.1 权重的确定

本文以AHP确定交通运输方式各指标权重。具体步骤如下：

（1）建立各运输方式竞争力评价层次结构模型；

（2）根据比例标度（见表1）构造判断矩阵；

（3）计算相对权重，包括二级指标（实际货运量、运输距离、单位运量等）相对于一级指标（经济性、快捷性、环保性）以及目标层的权重；

（4）一致性检验包括： ①一致性指标 [CI= （€%dmax€Han）/（n€Ha1）]；②随机一致性指标（RI）；③一致性比率指标（CR=CI / RI，当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性可以接受）。

2.2 运输方式竞争力TOPSIS模型求解步骤

（1）设有m种运输方式（公路运输、水路运输以及铁路运输），n个评价指标（实际货运量、运输距离、单位运量等）[2]，专家对其中第i种运输方式的第j个指标的评估值为xij，则构造初始判断矩阵V。

（2）鉴于各个指标的量纲可能不同，需要对决策矩阵进行归一化处理，采用公式：x'ij=xij /，i=1，2，…，m； j=1，2，…，n。

（3）计算权重矩阵 €%r，得到加权判断矩阵Z=V'€%r。

（4）根据加权判断矩阵获取评估目标的正负理想解：正理想解为 ；负理想解为 。

式中：j*为正向指标，即望大型指标，如实际货运量等；j'为逆向指标，即望小型指标，如运输距离等。

（5）计算各目标值与理想值之间的欧氏距离：

=， j=1，2，…，n

=， j=1，2，…，n

（6）计算各种运输方式的相对贴近度：

= / （ + ）， i=1，2，…，m

（7）依照相对贴近度的大小对各运输方式进行排序，选出最具优势的运输方式。

本文中的TOPSIS模型指标即为各运输方式的实际指标值，根据指标的望大望小性质和计算值确定正理想解和负理想解，最终对计算出的各运输方式贴近度进行比较。

3 实例分析

3.1 样本选取

假设运输工具在营运时间内一直处于运输状态，选取长途低值货物运输、长途高值货物运输、短途低值货物运输、短途高值货物运输等4种情况对3种运输方式进行对比，其中：长途选取重庆―南京，短途选取南京―上海；低值货物（如煤炭类大宗散货）在水路运输方式中选取内河干散货船运输，对运输时效要求不高，高值货物选取集装箱船运输，对运输时效要求较高。

3.2 运输方式竞争力指标计算

低值货物运输方式的选取分别为水路运输采用典型的吨级干散货船、公路运输采用载质量为20～25 t的最常用卡车、铁路运输采用共65节车厢（单节车厢为60 t）的典型货运列车；高值货物公路及铁路运输选取的运输工具不变，水路运输改为330 TEU集装箱船。根据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》等文件，计算4种运输情况下3种不同运输方式的竞争力指标（见表2）。

3.3 运输方式竞争力指标权重的确定

根据人们往往对运输高价值货物的运输时间要求较高、对低价值货物的运费要求较高这一特征，通过专家打分的方法分别确定运输低值货物和高值货物各自相对应的指标权重。

3.3.1 低值货物运输指标权重的确定（长途低值、短途低值）

（1）低值货物运输中一级指标对于目标层权重的确定（见表3）。

（2）低值货物运输中二级指标对于一级指标权重的确定（见表4，表5，表6）。

3.3.2 高值货物运输指标权重的确定（长途高值、短途高值）

（1）高值货物运输中一级指标对于目标层权重的确定（见表7）。

（2）高值货物运输中二级指标对于一级指标权重的确定（同低值货物运输）。

3.3.3 权重计算

计算所得各级指标权重，见表8。权重计算均通过一致性检验。

3.4 运输方式竞争力评价

根据所确定的3种运输方式指标值、TOPSIS模型运算过程及各运输方式的综合评价，得出3种运输方式的贴近度（见表9）。

3.5 评价结果分析

经过建模定量分析，得出如下结论：（1）长途低值货物运输贴近度结果为水路>铁路>公路，水路最具优势；（2）长途高值货物运输贴近度结果为铁路>公路>水路，铁路最具优势；（3）短途低值货物运输贴近度结果为水路>铁路>公路，水路最具优势；（4）短途高值货物运输贴近度结果为公路>铁路>水路，公路最具优势。

根据指标计算，可知水运优势主要表现为以下几点：

（1）运量大。相比于其他两种方式，水运方式可以运载大量的货物，这与运输工具的技术特点有关，也是水路运输最大的优势所在。

（2）运价低。由于水路运输一次可运送大量的货物，且运输成本较低，因而水路运输的运价较低，对运输时效性没有太高要求的消费者来说，更倾向于选择水路运输。

（3）绿色化。一般情况下，水路运输单位货物周转量的CO2和SO2的排放量最少，NOx排放量在长途运输时也相对较少，这正符合当前建设低碳型社会的时代趋势。

4 发挥综合运输体系中水运优势的建议

4.1 完备水运基础设施建设

基础设施作为水运系统的重要组成部分，是水运系统的技术保障，缺少或者不完备的基础设施会导致水运系统无法正常运行。加强我国水运基础设施建设，优化交通基础设施布局，合理利用现有资源，完善码头、内河航道等相关设施建设，可稳步推进船舶大型化、现代化发展，从而加快我国内河航运发展，发挥水运优势。

4.2 加快综合物流体系建设

加快建立综合运输体系建设，在优化水路运输组织的基础上，充分发挥各种运输方式的比较优势和组合效益；加强运输服务衔接，统筹完善一体化运输发展的联运服务。加强综合运输管理衔接，整合各种运输方式信息资源和各种运输方式的运力资源，提高运输效率。

4.3 促进绿色水运发展

近几年，我国环境每况愈下，诸多城市冬季频繁出现雾霾天气，人们愈发重视环境保护，利用绿色清洁能源（如LNG燃料）的节能环保型运输方式成为综合运输体系未来发展的主要趋势。大力推进船舶清洁能源的应用和节能减排工作，可促使水运进一步绿色化，从而发挥在综合运输系统中的比较优势。

4.4 加强船型优化论证

进一步加强船型的研发和优化论证，根据货物类型、航道等级、港口规模、运距长短等因素，研发适合我国航道、码头的高效船型和船队（如江海直达船型等），实现更高的水运规模经济效益。

参考文献：

[1] 交通运输部.2014年交通运输行业发展统计公报[EB/OL].（2015-04-30）[2015-12-01] http：//www.moc.gov.cn/zfxxgk/bnssj/zhghs/201504/t20150430_1810598.html.

[2] 匡海波，陈树文.基于熵权TOPSIS的港口综合竞争力评价模型研究与实证[J].科学学与科学技术管理，2007（10）：157-162.