城市公共基础设施环境效益研究

城市公共基础设施环境效益研究

摘要

随着中国城市化进程的加快，城市环境问题日益突出。城市公共基础设施，特别是生态环境基础设施的建设和运营，对城市环境质量具有显著的改善作用。城市公共基础设施环境效益反映了基础设施投入与所产生的城市环境有益成果之间的对比关系，是衡量运营效果的重要指标。本文运用基于二次目标函数的DEA交叉效率模型，对中国35个大中城市公共基础设施环境效益状况进行了评价和分析。结果显示，35个大中城市公共基础设施环境效益整体状况并不乐观，特别是一线城市表现很不理想，表明城市公共基础设施环境效益状况与经济发展水平之间并不存在必然的正相关关系；基于聚类分析的评价结果进一步显示，城市公共基础设施环境效益状况与投入规模间也不存在正相关关系。分析表明，除投入结构不合理外，由于社会经济发展压力过大而致使环境承载能力相对不足是导致城市公共基础设施环境效益低下的主要原因。从短期来看，以具有相似投入规模的高效城市为标杆调整公共基础设施投入结构，是低效城市改善环境效益的有效举措；从长期来看，以新型城镇化战略为指导合理推进小城镇公共基础设施建设、以国际典型可持续发展城市为标杆优化城市公共基础设施发展模式，是从根本上改善我国城市公共基础设施环境效益状况的必然选择。

关键词城市公共基础设施；环境效益；DEA交叉效率模型

中图分类号F294.1

文献标识码A

文章编号1002-2104（2015）04-0092-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.04.012

改革开放至今，中国经历了快速的城市化进程。国家统计局公布的数据显示，从1979-2013年，中国城市化率从19.99%提高到53.73%，平均每年提高约1个百分点，城市人口从1.7亿增加到7.3亿，平均每年增加1 600万人左右。城市化带来城市经济社会快速发展的同时，也给城市生态环境造成了巨大的压力，导致城市环境状况日益恶化。《中国城市建设统计年鉴》相关统计数据显示，1979-2012年，城市污水排放量从163亿m3增长到417亿m3，增长了1.6倍。同期，城市生活垃圾产生量由2 508万t增长到17 081万t，增长了5.8倍。环境污染、资源枯竭等生态软肋严重威胁着城市的可持续发展以及人类的生存安全。城市公共基础设施，特别是生态环境类基础设施的建设和运营，对于降低污染、提升城市环境质量具有明显效果。《中国城市建设统计年鉴》相关统计数据显示，1980-2012年，城市生活垃圾无害化处理率由6.9%提高到84.8%。1991-2012年，城市污水处理率由14.9%提高到84.3%。可见，公共基础设施改善城市环境的作用是十分显著的，其对城市生态环境的优化功能日益得到认可与重视。因此，对城市公共基础设施环境效益进行评价与分析，能够为城市公共基础设施投资政策及运营管理提供可资借鉴的依据，有利于缓解城市环境恶化状况，对于城市可持续发展具有重要意义。

上世纪80年代开始，基础设施与生态环境之间的关系开始受到重视，最初的研究关注大型基础设施项目对环境产生的影响，即基础设施项目环境影响评价（EIA）[1]。国内学者也从上世纪90年代开始了这一领域的研究[2-3]，并在理论和方法上取得了一些有益成果。但是，基础设施环境影响评价只关注基础设施建设项目对生态环境产生的负面影响，而没有考虑到基础设施对生态环境的优化和改善作用。20世纪90年代，西方城市化高潮的到来造成了人类生存环境的恶化，以改善城市环境为目的，西方学界开始重视基础设施

的生态环境效益，掀起了“绿色基础设施”研究的热潮[4]。在此基础上，国内学者明确提出了基础设施环境效益的概念[5]，并开始致力于这一领域的理论研究。并且，有部分学者尝试运用价值分析[6]、经济损益分析[7]、计量经济学模型等[8]方法对基础设施的环境效益进行定量考察。

已有关于基础设施环境效益的定量研究只考虑了特定基础设施项目产生的效益，而缺乏对整个基础设施系统环境效益的全面审视，同时，由于方法的局限性，既有分析并没有对基础设施环境效益进行投入产出的系统考察。数据包络分析（DEA）是进行相对效率评价的有效工具，也有学者尝试运用其对基础设施经济效益进行分析[9]，但尚未有运用DEA方法对基础设施环境效益进行评价的尝试。本文创新性地将DEA方法引入城市公共基础设施环境效益评价研究中，在对城市公共基础设施系统环境效益投入产出机制进行系统分析的基础上，建立了一套全面的城市公共基础设施环境效益评价指标体系，并采用基于二次目标函数的DEA交叉效率模型，以我国35个大中城市为样本，对城市公共基础设施环境效益状况进行全面评价和分析。

1评价指标体系的构建

与环境影响评价关注基础设施项目对环境的不利影响不同，城市公共基础设施环境效益的评价更注重公共基础设施对城市生态环境产生的有利影响。效益指效果和利益，其本质是反映一种投入产出的对比关系。观照经济效益的定义，即资源利用、劳动消耗与所获得的符合社会需要的劳动成果之间的对比关系[10]，本文将城市公共基础设施环境效益定义为城市公共基础设施部门在运营过程中，资源利用、劳动消耗与所产生的生态环境有益成果之间的对比关系。

城市公共基础设施是为城市生产、生活提供基础条件的永久的、成套的工程构筑、设

施、设备[11]及其服务的总和，包括能源动力设施、水资源和供排水设施、道路交通设施、邮电通信设施，生态环境设施和防减灾设施等[12-13]。与其他社会生产部门相同，基础设施部门的生产经营活动也会对城市环境产生各种影响，比如，土地资源的占用、“三废”的排放等。但是，与其他部门不同的是，城市公共基础设施中的生态环境设施、供排水设施中的污水处理设施、防减灾设施中的防洪设施等，通过污染治理、绿化、减小损害等方式对城市环境产生有利作用，导致城市环境的改善。具体来讲，城市公共基础设施对环境的有利影响是通过两个途径发挥作用的，反映为城市公共基础设施的直接环境效益和间接环境效益。 （1）城市公共基础设施的直接环境效益。城市生态环境设施中的垃圾处理设施、园林绿化设施、市容环卫设施以及水资源和供排水设施中的污水处理设施，能够直接作用于城市环境，从而对城市环境产生直接的干预。一方面，垃圾处理设施、市容环卫设施、污水处理设施等，通过对城市垃圾、废水的集中收集和处理，达到降低城市环境污染、改善城市环境质量的目的；另一方面，市容环卫、园林绿化设施等，通过对城市自然及人工景观的设计、建造、维护等，增加城市绿化覆盖面积，实现城市环境的优化和提高。

（2）城市公共基础设施的间接环境效益。城市公共基础设施部门通过环境治理及提供其他的环境服务，导致城市生态环境的改善。在这一过程中，城市公共基础设施部门投入大量的劳动力和资金成本用于环境治理和改造活动，而产生的效益却不完全表现为相关基础设施部门的收入，由环境状况改善而导致的相关社会生产部门生产条件的改善间接导致了社会总收益的提高。因此，对城市公共基础设施环境效益的考察不能只局限于公共基础设施部门的产出成果，而是要从全社会总收益的角度去衡量。

本文从投入-产出的角度对城市公共基础设施的环境效益进行考察，选取的指标力求反映城市公共基础设施的投入水平及其产生的生态环境有益成果。投入指标包括垃圾处理设施（x1）、污水处理设施（x2）、市容环卫设施（x3）、生态环保相关从业人员（x4）和生

态环保资金投入（x5）5项指标，分别用来反映城市公共基础设施部门用于环境改善的人、财、物的投入状况。在产出指标方面，本文充分考虑到城市公共基础设施环境效益发挥的不同途径，选取的产出指标既包含能够直接反映城市公共基础设施部门所产生的环境改善成果的指标，包括垃圾处理成效（y1）、水处理成效（y2）、园林绿化成效（y3），又包含能够间接反映城市公共基础设施部门所产生的环境保护外部效应的指标，即全社会总产出（y4）。另外，指标的选取还充分考虑了数据的可得性、适应性等原则。

根据以上原则，本文构建了城市公共基础设施环境效益评价指标体系，见表1。

2实证研究与结果分析

数据包络分析（Data Envelopment Analysis，简称DEA）是一种利用数学规划模型计算具有相同投入和产出的若干个决策单元（Decision Making Unit，简称DMU）相对有效性的评价方法。DEA方法问世以来，得到了广泛的应用和发展，基于不同目标和要素的多种DEA模型在处理复杂的经济管理问题时发挥了重要的作用[14]。本文分别运用基于二次目标函数的对抗型交叉效率模型、友好型交叉效率模型[15]和中立型交叉效率模型[16]对城市公共基础设施环境效益进行评价研究，一方面，通过三种DEA交叉效率模型评价结果与传统CCR模型评价结果的对比分析，来证明交叉效率模型在评价问题中的合理性和可行性；另一方面，通过三种交叉效率模型评价结果的相互印证来强化最终的评价结果的可信性，因为一些实证研究[16-17]中得出的结论显示，三种模型计算的交叉效率值虽然结果不同，但对于评价次序并无显著影响。

2.1样本的选取与数据来源

考虑到样本间的可比性，本文选取全国35个大中城市作为评价单元，利用35个城市

2012年的横截面数据来考察其环境效益状况。相关指标数据取自《2013中国城市统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴2012年》以及相关城市2012年环境统计公报。

2.2评价过程与结果分析

本文选取中国35个大中城市2012年相关指标数据，同时运用三种DEA交叉效率模型对城市公共基础设施环境效益状况进行了评价，MATLAB7.11.0软件的分析结果见表2。作为对比，表2中同时给出了用原始CCR模型进行评价的结果。

2.2.1DEA交叉效率模型与CCR模型评价结果的对比分析

如表2所示，运用CCR模型所产生的评价结果中出现了17个城市均为DEA有效的情况，其他城市表现为DEA无效。尽管CCR模型的评价结果能够将所有被评价单元粗略地划分为DEA有效和非DEA有效两个等级，但对于DEA有效的17个城市无法显示其相对优劣状况。与之相比， DEA交叉效率模型的评价结果则很好地解决了这一问题。由表2可知，三组DEA交叉效率模型的评价结果中均不存在DEA有效（即评价值为1）的单元，即使是表现最好的城市深圳，其评价结果在任一交叉效率模型评价中均未达到1，说明其公共基础设施的投入产出比并非完全有效，仍存在进一步提升空间，这样的结果更符合各城市的实际情况。对三组DEA交叉效率模型评价结果的效率值进行比较可见，采用友好型交叉效率模型得到的各决策单元效率值较高，而采用对抗型交叉效率模型得到的效率值较低，采用中立性交叉效率模型得到的效率值介于二者之间，这与前人研究[16-17]中所得出的结论是一致的。

另外，通过对各城市CCR模型效率值与交叉模型效率值的比较可见，一些在CCR评价中表现为DEA有效的城市，在交叉评价中的表现并不好，如乌鲁木齐、长春、呼和浩特，

在CCR评价中效率值为1，而在交叉评价中效率值均较低，几乎低于平均效率值；相反，一些在CCR评价中为非DEA有效的城市，在交叉评价中排名却有明显提升，如合肥、福州。这种情况进一步表明， DEA交叉效率评价模型能够很好地修正传统CCR模型评价结果的偏差，从而使结果更符合客观现实。因此，本文将采用DEA交叉效率模型得到的评价结果作为进一步分析的依据。

2.2.2三种DEA交叉效率模型评价结果的一致性检验

尽管一些决策单元在三种交叉效率模型评价结果中的排序是相同的，但仍存在大部分决策单元三种排序不相同的情况。为科学验证三组评价结果的一致性，本文引入Kendall’s W检验对各决策单元在三组评价结果中的排序是否具有一致性进行检验。当检验结果中W值越接近1，P值越小，则表明一致性越显著。对上述三组评价结果的检验结果显示，W值为0.972，χ2值为99.187，P值为0.000，由此可以认为三组评价结果存在显著的一致性。 3结论与建议

本文运用基于不同二次目标函数的DEA交叉效率评价模型对中国35个大中城市公共基础设施环境效益状况进行了评价分析，实证结果表明：

DEA交叉效率评价模型能够很好地修正传统CCR模型评价结果的偏差，从而使结果更符合客观现实；三种不同二阶段模型的评价结果具有显著的一致性，表明即使不考虑决策单元间的博弈关系，DEA交叉效率评价模型仍可给出有效且可信的评价结果，但当决策单元间采取合作而非对抗的策略时，将有助于改善整体的效率状况；35个大中城市公共基础设施环境效益整体状况并不乐观，特别是个别一线城市表现很差，说明城市公共基础设施环境效益状况与城市经济发展水平之间并不存在正相关关系；进一步基于投入规模的聚类分析表明，城市公共基础设施环境效益并不与投入规模成正比；对于具有相似投入规模

的城市而言，以标杆城市为目标调整公共基础设施投入结构将有助于环境效益的提高；导致城市环境效益低下的最大原因在于功能性矛盾，即城市环境承载能力的相对不足。基于以上结论，本文提出如下对策建议：

（1）加大城市生态环境基础设施投入。与其他城市公共基础设施相比，生态环境基础设施对于城市环境的优化和改善作用是直接且显著的。因此，加强城市生态环境类基础设施的建设，增加对城市环境的直接干预，将有助于提高城市公共基础设施的环境效益。目前我国城市生态环境基础设施主要包括污水处理设施、生活垃圾处理设施和城市园林绿化基础设施。污水处理设施和生活垃圾处理设施技术水平较低，无法实现对污水和生活垃圾的分类处理和有效循环利用，对于这两类基础设施，需要加大科技投入，进行改造升级。而对于城市园林绿化设施的建设则应该借鉴国际上比较成熟的“绿色基础设施规划理念”，实现基础设施与经济、社会、环境的协调规划与发展。另一方面，由于公共基础设施投入规模与城市经济发展水平之间存在显著的正相关关系，因此，对于城市公共基础设施投入规模的调整是一个长期的过程，要与城市经济社会发展相适应。

（2）强化城市公共基础设施建设与运营的标杆管理。标杆管理的实质是寻找同类决策单元中的最佳范例，以此为基准通过比较、判断、分析，从而找到自我改进的途径和方法。对于公共基础设施环境效益较差的城市而言，以经济效益表现较好的城市为标杆，比较各自在城市公共基础设施投入方面存在的差异，并分析产生差异的可能原因，将有助于这些城市建立公共基础设施投入数量和结构的调整目标，从而实现对城市环境的改善。考虑到我国城市间发展不平衡，各城市在公共基础设施投入规模上存在较大差异，选择与自身投入规模相似且效益状况较好的城市为标杆，对于效益状况较差城市的公共基础设施环境效益改进行动具有更加现实的指导意义。

但是，从城市可持续发展的角度来看，由于我国城市公共基础设施环境效益状况整体

并不乐观，以相对高效的城市为标杆采取公共基础设施环境效益的改善措施在短期内是可行且有效的。但从长期考量，国内标杆城市的环境效益状况并不是城市公共基础设施发展的最终目标。以国际典型可持续发展城市为标杆，对城市公共基础设施投入规模和结构以及城市公共基础设施发展模式进行深层次调整，将有助于从根本上改善我国城市公共基础设施环境效益状况，实现城市的可持续发展。例如，美国的伯克利和波特兰，北欧的哥本哈根和斯德哥尔摩等城市，通过改进交通体系、兴建绿色基础设施、实行垃圾分类处理和能源循环高效利用等措施，实现了城市环境与经济社会的协调发展，成为国际可持续发展城市的典范[20]。

（3）推进小城镇公共基础设施建设。导致中国城市公共基础设施环境效益低下的最主要原因在于城市环境与社会经济发展之间的功能性矛盾，越是发达的城市社会经济活动强度越大，从而远远超出了环境的承载能力。即使是城市规模相当的35个大中城市，发展水平差异也很惊人，以地区生产总值为例，2012年的数据显示，地区生产总值最高的上海市是最低的海口市的近25倍。但是，对于不同的城市，环境的初始状态并无如此巨大的差异。因此，越是高强度的经济活动对环境的破坏越严重且往往是不可逆的，即使采取再多的补偿措施也不能使环境还原到初始的承载状态。这种情况下，功能疏导性的措施应该被用来改善城市环境产出相对不足的状况。一种有效的做法是通过加大对城市周边小城镇基础设施建设的投入力度，使其分担城市的部分承载功能，这是公共基础设施投入政策调整的必然趋势。同时，这一思想也恰好符合十八届三中全会提出的新型城镇化发展战略，并且，基础设施作为城镇发展的基础更应该被置于优先考虑的政策范畴。

（编辑：刘照胜）

参考文献（References）

[1]He Guizhen， Zhang Lei， Lu Yonglong. Environmental Impact Assessment and Environmental Audit in Largescale Public Infrastructure Construction： The Case of the QinghaiTibet Railway[J]. Environmental Management， 2009，（44）：579-589.

[2]陈国阶.三峡工程对生态与环境影响综合评价体系[J]. 云南地理环境研究，1991，（1）： 46-51. [Cheng Guojie. A Comprehensive Evaluation System on Ecological and Environmental Impact of the Three Gorges Project [J]. Yunnan Geographic Environment Research， 1991，（1）：46-51.]

[3]郭宗楼，刘肇.水利水电工程环境影响综合评价的人工神经网络专家系统[J].环境科学研究，1998，（5）：29-33. [Guo Zonglou， Liu Zhao. An Expert System Based on Artificial Neural Network for Comprehensive EIA of Hydraulic and Hydropower

Engineering Projects [J]. Research of Environmental Science， 1998，（5）：29-33.] [4]周艳妮，尹海伟.国外绿色基础设施规划的理论与实践[J].城市发展研究，2010，17（8）：87-93. [Zhou Yanni， Yin Haiwei. Foreign Green Infrastructure Planning Theory and Practice [J]. Urban Stydies，2010，17（8）：87-93.]

[5]陈泽昊，周铁军，刘建明.京九铁路生态环境效益研究[J].铁道运输与经济，2010，32（5）：12-15. [Chen Zehao， Zhou Tiejun， Liu Jianming. Study on Environment Benefits of BeijingKowloon Railway [J]. Railway Transport and Economy，2010，32（5）：12-15.]

[6]张艳军，赵纯勇，郭跃.水土保持的生态效益价值分析：以重庆市南岸区为例[J]. 沈阳师范大学学报：自然科学版，2005，23（2）：216-219. [Zhang Yanjun， Zhao

Chunyong， Guo Yue. Analysis of Soil and Water Conservation in Value of Ecology：The Soil and Water Conservation Planning in Nan’an District [J]. Journal of Shenyang Normal University：Natural Science Edition，2005，23（2）：216-219.]

[7]赵小杰，郑华，赵同谦，等.雅砻江下游梯级水电开发生态环境影响的经济损益平价[J].自然资源学报，2009，24（10）：1729-1739. [Zhao Xiaojie， Zheng Hua， Zhao Tongqian， et al. Evaluation of Ecoenvironmental Impact of Hydropower

Development in the Downstream of Yalong River [J]. Journal of Natural Resouces，2009，24（10）：1729-1739.]

[8]袁惊柱.中国农村基础设施建设的生态保护效应分析：以垃圾房和沼气池为例[J].湖北农业科学，2012，52（24）：6205-6207；6221. [Yuan Jingzhu. Studies on Protective Effect of Rural Infrastructure Construction on Rural Ecological Environment in China：Taking Garbage Chamber and Biogas Digester as an Example [J]. Hubei Agricultural Sciencis，2012，52（24）：6205-6207；6221.]

[9]李忠富. 基于DEA方法的我国基础设施投资绩效评价：2003-2007 年实证分析[J]. 系统管理学报，2009，18（3）：309-315. [Li Zhongfu. An Empirical Study on Performance Evaluation of Infrastructure Investment of China Based on DEA Method from 2003 to 2007 [J]. Journal of Systems & Management，2009，18（3）：309-315.]

[10]中国社会科学院经济研究所.现代经济词典[M]. 南京：江苏人民出版社， 2005. [Institute of Economics Chinese Academy of Social Sciences. Modern Economy Dictionary [M].Nanjing： Jiangsu People’s Publishing Press， 2005.]

[11]刘生龙.基础设施与经济发展[M]. 北京：清华大学出版社，2011. [Liu Shenglong. Infrastructure and Economic Development [M]. Beijing：Tsinghua University Press， 2011.]

[12]陈仲常，姜建慧，龚锐. 城市基础设施现代化评价模型研究[J]. 经济与管理研究，2010，（6）：70-76. [Chen Zhongchang， Jiang Jianhui， Gong Yue. The Study of Appraisal Model of City Infrastructure Modernization [J]. Research on Economics and Management，2010，（6）：70-76.]

[13]潘胜强，马超群. 城市基础设施发展水平评价指标体系[J]. 系统工程，2007，25（7）：88-91. [Pan Shengqiang， Ma Chaoqun. Evaluation Indicators System for the City Infrastructure Development Level[J]. Systems Engineering，2007，25（7）：88-91.]

[14]杨国梁，刘文斌，郑海军.数据包络分析方法（DEA）综述[J].系统工程学报，2013，28（6）：840-860. [Yang Guoliang， Liu Wenbin， Zheng Haijun. Review of Data Envelopment Analysis [J]. Journal of Systems Engineering，2013，28（6）：840-860.] [15]Doyle J， Green R. Efficiency and Cross Efficiency in DEA Derivations Meanings and the Uses [J]. European Journal of Operational Research Society， 1994， 45：567-578.

[16]袁剑波，吴立辉，魏思. 中立性DEA交叉效率评价方法[J]. 长沙理工大学学报：自然科学版，2011，8（4）：24-28. [Yuan Jianbo， Wu Lihui， Wei Si. A Neutral DEA Method for Crossefficiency Evaluation [J]. Journal of Changsha University of Science and Technology：Natural Science Edition，2011，8（4）：24-28.]

[17]Liang Liang，Wu Jie. The DEA Game Crossefficiency Model and Its Nash Equilibrium [J]. Operations Research，2008，56（5）：1278-1288.

[18]郭磊，刘志迎，周志翔. 基于DEA交叉效率模型的区域技术创新效率评价研究[J]. 科学学与科学技术管理，2011，32（11）：138-143. [Guo Lei， Liu Zhiying， Zhou Zhixiang. Study on Regional Efficiency Evaluation of Technological Innovation Based on Crossefficiency DEA Model [J]. Science of Science and Management of Science & Technology，2011，32（11）：138-143.]

[19]胡??，邓楚雄，范双云，等. 基于DEA交叉效率模型的湖南省耕地利用动态评价[J]. 安徽农业科学，2013， 41（23）：9783-9785. [Hu Liang， Deng Chuxiong， Fan Shuangyun， et al. Dynamic Evaluation of Cultivated Land Utilization Efficiency in Hunan Province Based on Crossefficiency DEA Model [J]. Journal of Anhui Agriculture Science， 2013， 41（23）：9783-9785.]

[20]董宪军.生态城市研究[D].中国社会科学院研究生院，2000. [Dong Xianjun. Research on Ecocity [D]. Graduate School of Chinese Academy of Social Sciences，2000.]

AbstractWith the speeding up of China’s urbanization process，the urban environmental problems become increasingly prominent. Urban public infrastructure， especially the environmental infrastructure， can significantly improve the quality of urban environment. Environmental benefits of urban public infrastructure is an important target for the public infrastructure department， which reflects the comparative relations between its input and output of the

environment. In this article， the DEA crossefficiency model based on the quadratic objective function is adopted to evaluate and analyze the urban public

infrastructure environmental benefits of 35 Chinese large and mediumsized cities. The results indicate that， the overall state of public infrastructure environmental benefits of 35 Chinese large and mediumsized cities is not ideal， and some developed cities perform especially poor， which reflects that there is no positive correlation between the environmental benefits of urban public infrastructure and level of economic development. A cluster analysis based on input scale shows that， the environmental benefits of urban public infrastructure does not proportional to the input scale else. In addition to the unreasonable input structure， the relative lack of environmental carrying capacity to the enormous pressure of social and economic development is the main cause that leads to the low environmental benefits of urban public infrastructure. For cities which have low efficacy， adjustment of input structure aiming at those cities that have high efficiency and similar input scale can lead to improvement in environmental benefits of public infrastructure in short term. In the long run， promoting infrastructure construction of small towns and changing development mode by the examples of the global sustainable development cities are the necessary choices for all Chinese cities to improve their environmental benefits of urban infrastructure.

Key wordsurban public infrastructure； environmental benefits； DEA crossefficiency model