王中元，羅東坤

1 中國石油大學(北京)工商管理學院，北京 102249 2 昆侖能源有限公司 ，北京 100101

基于因子分析法的城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價

王中元1,2*，羅東坤1

1 中國石油大學(北京)工商管理學院，北京 102249 2 昆侖能源有限公司 ，北京 100101

城市燃氣可持續(xù)發(fā)展研究相對較少，以中國城市燃氣為整體研究對象的可持續(xù)發(fā)展評價仍是空白。本文以系統(tǒng)論和層次分析法工作原理為指導，以城市燃氣可持續(xù)發(fā)展為整體研究對象，通過指標的初選和篩選，構(gòu)建了由5個子系統(tǒng)和47項具體指標構(gòu)成的城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價指標體系。在搜集和整理大量原始指標數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運用因子分析法對城市燃氣可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)進行了分析和評價。2002—2014年，各子系統(tǒng)發(fā)展呈上升趨勢，但又表現(xiàn)不盡一致。經(jīng)濟子系統(tǒng)波動幅度較大，社會子系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定增長，資源子系統(tǒng)前緊后松，環(huán)境子系統(tǒng)穩(wěn)中趨緩，技術(shù)子系統(tǒng)最為顯著。以城市燃氣子系統(tǒng)運動的多維空間結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合因子分析法評價結(jié)果，對城市燃氣系統(tǒng)整體的發(fā)展能力、協(xié)調(diào)能力、持續(xù)能力和可持續(xù)發(fā)展水平做出評價?？傮w來看，城市燃氣系統(tǒng)發(fā)展能力不斷增強，整體協(xié)調(diào)性較高，持續(xù)能力穩(wěn)步提升。在其共同作用下，城市燃氣行業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平不斷提高。

城市燃氣；可持續(xù)發(fā)展；評價指標體系；因子分析

0 引言

本世紀以來，大力發(fā)展天然氣、水電、可再生能源等清潔能源已成為中國可持續(xù)發(fā)展行動中改善能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率的重要抓手，凸顯了天然氣在未來國家能源消費結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略地位。特別是2002年市政公用事業(yè)市場化改革以來，以城市燃氣為主的天然氣利用模式逐步形成[1]，城市燃氣行業(yè)已成為影響國家能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整的主要領(lǐng)域，開展城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價研究現(xiàn)狀

與其他行業(yè)較為豐富的可持續(xù)發(fā)展研究論文及研究成果相比，有關(guān)城市燃氣可持續(xù)發(fā)展的研究文獻及成果相對較少，目前的研究主要集中在區(qū)域城市燃氣可持續(xù)發(fā)展[2-3]和燃氣企業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4-6]兩個方面。吳家正[2]從經(jīng)濟、社會、資源、科教等方面協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系出發(fā)，對上海城市燃氣可持續(xù)發(fā)展的模式和對策進行了研究，提出了燃氣事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展概念，是較早開展城市燃氣可持續(xù)發(fā)展研究的文獻，但其并未對燃氣事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出進一步的解釋和說明。尚玉秋[4]總結(jié)出由盈利、規(guī)模和能力3個方面共8個指標構(gòu)成的評價燃氣企業(yè)地位和水平的方法——燃氣企業(yè)綜合評價指標體系，來評價城市燃氣企業(yè)在行業(yè)中所處位置，但指標權(quán)重靠經(jīng)驗取得，尚缺乏科學系統(tǒng)的研究和分析。以中國城市燃氣行業(yè)為整體研究對象的可持續(xù)發(fā)展評價至今仍是空白。

2 城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價體系構(gòu)建

作為一種有效的政策制定和公共交流工具[7]，可持續(xù)發(fā)展評價指標體系愈來愈成為開展復雜系統(tǒng)評價研究和分析的重要基礎(chǔ)。城市燃氣可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)雖然涉及經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境和技術(shù)等多個方面，但不能簡單地將各方面的統(tǒng)計指標進行疊加、集合或羅列[8]，而應(yīng)由集中反映經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境、技術(shù)等系統(tǒng)內(nèi)涵和特征的參數(shù)，按照相互關(guān)系及隸屬關(guān)系劃分成不同層次的組合，并由形成一定結(jié)構(gòu)和層次的指標集構(gòu)成的一個有機體系。

2.1 城市燃氣評價指標體系框架結(jié)構(gòu)

對復雜系統(tǒng)組成要素的劃分和對代表組成要素的指標分析，是刻畫和了解系統(tǒng)的基本途徑[9]。以要素為基本單元，在進行系統(tǒng)層次和結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，將這些要素按其功能作用分別組合在一起，構(gòu)成經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境和技術(shù)5個方面要素的組合，即：經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和技術(shù)子系統(tǒng)。

按照指標體系建立的方法和原則，將城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價指標體系框架分為總體層、系統(tǒng)層、專題層及指標層4個層次(如圖1所示)。總體層反映城市燃氣可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)整體可持續(xù)發(fā)展能力、水平和狀況；系統(tǒng)層反映組成系統(tǒng)的經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境和技術(shù)各個子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力、水平和狀況；專題層是將各個子系統(tǒng)發(fā)展目標進一步分解為不同的側(cè)面(專題)來反映各個子系統(tǒng)在某一個或幾個發(fā)展方向的可持續(xù)發(fā)展能力、水平和狀況，而指標層則由反映各個要素的具體評價指標組成。專題層是對系統(tǒng)層的進一步闡釋和對指標層的歸納，承擔承上啟下功能。

在具體指標的選擇過程中，運用理論分析、專家咨詢和頻度統(tǒng)計等方法選取、設(shè)置和篩選指標，以滿足科學性和完備性原則的基本要求[10]。指標設(shè)立目的清楚，指標名稱保持前后一致和連貫，充分考慮指標穩(wěn)定性及相關(guān)性，確保相關(guān)數(shù)據(jù)的可得性和量化程度，避免數(shù)據(jù)中斷使評價研究工作陷于被動。同時，對指標處理的方法依據(jù)和反映指標的有關(guān)數(shù)據(jù)來源比較準確可靠，以確保指標選取的科學性和合理性。通過年鑒整理及綜合相關(guān)數(shù)據(jù)采集情況，經(jīng)初步篩選、精選等過程，形成由5個子系統(tǒng)及47項具體指標組成的城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價指標體系(如表1所示)。

圖1 城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價指標體系基本框架結(jié)構(gòu)Fig. 1 Basic frame structure of city gas sustainable development evaluation indicator system

1城市氣可持續(xù)發(fā)展指ab led標系及各子系統(tǒng)指標原始數(shù)據(jù)表Table 1C燃ity gassustain體evelop mentind icators system and raw d ata of each sub system in dex子系統(tǒng)指標層指標名稱年份2002 2003 20 04 2005 2006 20 07 2008 2009 20 10 2011 2012 2013 20 14經(jīng)濟子系統(tǒng)A A1 A11資產(chǎn)總額/億元712.14 818.72 90 2.62 1 186.15 1 465.71 1 632.6 1 2 201.6 9 3 3 79.36 2 982.87 3 457.7 1 4 4 71.59 5 2 52.53 6 407.26 A12主營業(yè)務(wù)收入/億元32 2.81 39 1.99 46 7.45 66 2.12 880.88 1 137.3 2 1 5 92.09 1 8 88.27 2 505.94 3 205.3 1 3 3 58.55 4 136.8 5 227.09 A13燃氣行業(yè)投資額/億元87.3 3 15 1.64 209.77 27 4.63 331 347 420 65 1 96 4 1 244 1 6 05 2 210 2 241.6 A2 A21利潤總額/億元-1.05 6.47 8.66 16.8 2 29.83 75.52 125.37 17 7.47 253.97 314.48 319.45 38 3.93 429.82 A22總資產(chǎn)貢獻率/%1.9 3.14 3.55 3.58 4.82 8.29 9.85 7.59 11.8 2 12.63 10.17 11.5 9.61 A23工業(yè)成本費用利潤率/%-0.3 1.59 1.81 2.53 3.4 6.97 8.28 10.1 2 11.3 7 10.48 9.98 9.98 8.59 A2 4利稅總額/億元9.6 20.13 25.17 36.47 61.7 3 119.9 19 6.59 23 9.12 330.32 410 41 9.43 501.88 564.71 A2 5主營業(yè)務(wù)利潤率/%5.64 8.28 8.64 9.49 9.96 13.63 13.7 3 15.17 17.92 14.73 24.1 16.56 12.52 A3 A3 1流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)次數(shù)/(次/年)1.45 1.6 1.75 1.96 1.99 2.22 2.31 1.15 2.49 2.73 2.24 2.48 2.49 A3 2主營業(yè)務(wù)成本率/%93.95 91.21 90.90 90.12 89.62 85.76 85.7 8 84.21 81.63 84.8 0 84.5 9 85.34 87.02 A3 3人均主營業(yè)務(wù)收入/(萬元/人)23.06 26.72 32.26 44.62 52.75 71.6 2 87.6 2 104.38 131.75 16 1.40 155.02 174.44 203.67社會子系統(tǒng)B B1 B11生活能源天然氣消費總量/108m3 51 57 67 79 103 14 3 170 178 22 7 26 4 288 323 34 3 B12生活能源液化石油氣消費總量/104t 1 1 69 1 2 93 1 350 1 3 29 1 456 1 638 1 457 1 4 96 1 457 1 607 1 635 1 8 46 2 173 B13全國人均生活能源天然氣消費量/m 3 3.6 4 5.2 6.1 7.8 10.9 12.8 13.3 17 19.7 21.3 23.8 25.1 B14全國人均生活能源液化石油氣消費量/kg 7.6 8.6 10.4 10.2 11.5 12.4 11 11.2 10.5 12 12.1 13.6 15.9 B2 B21人工煤氣用氣人口/萬人4 6 09.3 4 8 43.33 4735.91 4496.35 4 121.58 4 080.5 2 3 442.2 2 3 0 40.12 2 871.97 2 742.5 3 2 4 95.58 2 0 06.15 1 813.05 B22天然氣用氣人口/萬人4 002 4 681 6 065 7 623 9 0 99 11 133 13290 15948 18 856 21442 24134 27 338 30 138 B23液化石油氣用氣人口/萬人19 456 21 342 22520 23 164 22505 24389 24136 23 700 23 601 23152 22924 22 310 21650 B2 4城鎮(zhèn)燃氣普及率/%55.9 0 58.9 3 61.38 62.7 7 61.29 65.32 65.49 66.1 7 67.68 68.53 69.62 70.6 5 71.55 B3 B3 1就業(yè)人員數(shù)/萬人14 14.6 7 14.49 14.8 4 16.7 15.88 18.17 18.0 9 19.02 19.86 21.665 23.7 149 25.6648 B3 2就業(yè)人員平均工資/(元/年)16 440 18 752 21805 20606 23 774 27886 32668 41869 47 309 52 723 58202 67085 73 339資源子系統(tǒng)C C1 C11國內(nèi)天然氣產(chǎn)量/108m3 326.6 350.2 41 4.6 493.2 585.5 69 2.4 803 852.7 95 7.9 1 053.4 1 106.1 1 2 08.6 1 301.6 C12天然氣凈進口量/108m3-3 2-1 8.7-24.4-29.7-1 9.5 14.2 13.5 44.2 12 4.4 27 9.6 391.7 497.9 56 5 C13天然氣供氣總量/108m3 132.29 149.31 18 0.31 228.62 261.24 33 3.09 391.30 437.26 52 7.56 73 2.67 865.18 982.57 1 057.00 C2 C21國內(nèi)液化石油氣產(chǎn)量/1 04t 1 0 36.8 1 2 11.7 1 417 1 4 32.7 1 745.3 1 944.7 1 914.8 1 8 31.7 2 092.3 2 240.8 2 268.7 2 5 13.3 2 705.8 C22液化石油氣供氣總量/1 04t 1 2 78.81 1 300.80 1 315.65 1 407.91 1 458.7 0 1669.99 1 531.2 5 1 5 52.61 1 486.51 1 408.00 1 371.7 5 1 3 50.80 1 318.00 C3 C31人工煤氣自制氣量/108m3 178.26 178.78 22 0.29 257.75 285.68 30 3.77 323.03 335.09 24 8.14 84.7 3 60.92 54.77 51.2 4 C32人工煤氣供氣總量/108m3 200.11 202.82 21 5.52 258.87 297.71 32 3.79 358.51 363.33 28 4.00 94.2 4 85.54 70.45 64.5 0 C4 C41天然氣終端消費量/108m3 291.8 339.1 39 6.7 466.1 573.3 70 5.2 812.9 895.2 1 080.2 1 341.1 1 497 1 7 05.4 1 868.9 C42天然氣終端消費量占比/%45.34 44.03 45.4 5 49.05 45.57 47.2 3 48.14 48.84 48.8 4 54.63 57.79 57.62 56.5 6 C43液化石油氣終端消費量/104t 1 6 26.8 1 8 18.2 2 016 2 0 46.5 2 252.6 2 327.9 2 118.9 2 1 53.1 2 321.9 2 470.2 2 482.2 2 8 23.4 3 289.8

子系統(tǒng)指標層指標名稱份年2002 2003 20 04 2005 2006 20 07 2008 2009 20 10 2011 2012 2013 20 14環(huán)境子系統(tǒng)D D1 D11廢廢二工廢廢固萬科R&水氣氧業(yè)水氣體元技D D排排化煙處治廢收活項項經(jīng)管煤氣石放放硫(粉設(shè)設(shè)綜能人數(shù)全/萬度氣能儲量量排/(t/萬元12.32 9.94 7.49 6.19 3.72 2.49 1.64 1.07 0.77 0.31 0.28 0.30 0.11 D12/(m3/萬收元入收)入1.39 1.35 0.97 1.19 0.84 0.32 0.35 0.40 0.33 0.08 0.10 0.14 0.09 D13量排數(shù)數(shù)利消數(shù)/(kg/萬元)收入元)收7.62.3 7.29 4.15 2.84 2.38 2.28 1.77 1.24 0.80 0.51 0.49 0.38 0.33 D14放)塵施施合源員/個當量/(kg/萬入)14 96 44 78 3 13.63 2.97 2.33 1.93 1.64 1.54 0.95 0.44 0.37 0.22 0.14 0.10 D2 D21理理物入動目目費道氣儲油放/套/套率量89 44 74 1.49 0 83 436 70 29 72 1.05 72 70 359 70 56 40 63 0.30 5 58 392 30 187 33 33 15 96 0.17 35 227 D22 8.0 2.2 3.3 321.4 433 6.6 210 9.7 D23用費/人/%/(噸3 4 82.10 0 66 0.68 0 74.60 66.70 0 89.80 97.21 97.80 0 95.00 D24標準煤/萬元收入)1.88 2 1.17 0.60 0.34 5 0.25 0.20 18 0.21 0.14技術(shù)子系統(tǒng)E E1 E11 11 8 13 1 151 11 8 10 1 207 86 9 9 860 9.553 86 9 6 1 085 88 5 9 1 232 97 10 14 12 1 601 27 32 143 376 1 0 1 016 1 117 2 425 E12 11 24 71 277 91 65 85 56 17 105 157 95 E13 R&目氣工然化時元量/人年442 245 7844 811 1 7 E14項燃人天液1 7 61 1 811 9 9 5.409 13 5.467 31382 3 55584 E2 E21/103km 122.47 4 1 40 4 1.160 15 176.74 4 209.451 246.498 289.281.3 312.27 0 35 40 459.666.8 513.07 56 92 7.542 E22長儲氣氣能力氣/104m3 3 4 98.2 56.5 4 815.75 3 2 7 233.9 4 450.6.5 3 075.3 2 960 2 6 86.4.6 2 306.4 1 198.8 1 240 8 1 4 0 028 99.21.8 9.38 92.02 E23力/104m3 4 8 96 5 2 31.6 6 200 27.8 9 278 6 847.4 14877.2 46472 47 16 800.2 47 16 539 54999.496 761 8 4.56 E24能力/1 04t 102.81 135.99 12 6.8 127.52 163.09 15 9.88 156.97 166.41 6.77 8.33 198.58 200.82 19(續(xù)表)

2.2 城市燃氣系統(tǒng)的多維空間結(jié)構(gòu)

城市燃氣可持續(xù)發(fā)展是多層次、多要素共同作用的結(jié)果。各子系統(tǒng)不停地運動變化構(gòu)成了城市燃氣可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)的多維空間結(jié)構(gòu)。如果將各子系統(tǒng)分別看成是城市燃氣可持續(xù)發(fā)展多維空間結(jié)構(gòu)中的一維，則城市燃氣可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)的運動軌跡就是空間結(jié)構(gòu)中由若干個狀態(tài)點構(gòu)成的一條曲線。曲線上的每一個點都是有經(jīng)濟維、社會維、資源維、環(huán)境維和技術(shù)維確定的幾何位置以及具有時(空)間、數(shù)量和數(shù)值具體特征描述的狀態(tài)點。對城市燃氣可持續(xù)發(fā)展能力的判斷，實質(zhì)上是對城市燃氣在多維空間結(jié)構(gòu)中所處幾何位置(狀態(tài)點)進行的描述和評價[11]，各子系統(tǒng)的評價值的標準化值即為位置坐標點的維度值。

設(shè)Q點為最不可持續(xù)的臨界點，其位置坐標點為(0,0,0,0,0)。M點為最可持續(xù)的理想目標點，其位置坐標點為(1,1,1,1,1)。城市燃氣任一狀態(tài)點設(shè)為S(t)，其位置坐標點為(xt,yt,zt,ut,kt),其中，xt、yt、zt、ut、kt分別為狀態(tài)點的經(jīng)濟維、社會維、資源維、環(huán)境維、技術(shù)維的坐標值。t=1,2,…,n。n為評價對象個數(shù)。在QM、MS(t)、QS(t)三條直線構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)中，QM與QS(t)形成的夾角為θ(t)。QM是城市燃氣在多維空間結(jié)構(gòu)的最優(yōu)路徑軌跡，任一狀態(tài)點S(t)在最優(yōu)路徑軌跡上的投射點為S(t)′(如圖2所示)。

圖2 城市燃氣可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)狀態(tài)點運動軌跡平面結(jié)構(gòu)Fig. 2 Plane structure of state point motion trail in city gas sustainable development system

2.3 原始指標數(shù)據(jù)收集

動態(tài)地監(jiān)測城市燃氣可持續(xù)發(fā)展過程和變化趨勢，必須使所有用于評價的指標都能夠得到一個有時間序列的原始數(shù)據(jù)的支持，這對完成評價任務(wù)和實現(xiàn)評價目的至關(guān)重要。因此，原始數(shù)據(jù)收集整理過程對樣本數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的要求就比較高。為了能真實反映城市燃氣發(fā)展情況，筆者在查閱2003—2016年中國統(tǒng)計年鑒、中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒、中國能源統(tǒng)計年鑒、中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒、中國科技統(tǒng)計年鑒、中國人口與就業(yè)統(tǒng)計年鑒以及統(tǒng)計資料匯編等大量文獻資料基礎(chǔ)上，得到城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價指標體系各子系統(tǒng)相關(guān)原始數(shù)據(jù)(如表1所示)。由于統(tǒng)計年鑒等資料數(shù)據(jù)有一定的滯后性，本次評價以2002—2014年間城市燃氣發(fā)展狀況作為評價對象。

3 城市燃氣系統(tǒng)的因子分析與綜合評價

3.1 因子分析法評價

3.1.1 原始指標數(shù)據(jù)同趨勢化處理

綜合評價一般以正向指標為評價基礎(chǔ)。對逆向指標需要進行一致化處理。既可以通過取倒數(shù)變?yōu)檎蛑?標，即yij= 1/xij(xij>0)；也可 以通 過減法 取得一致化，即yij=M?xij，其中M為指標xij的一個允許的上界。由于減法一致化方法下的綜合評價結(jié)果更為穩(wěn)定[12]，故對逆向指標進行減法一致化處理，得到原始指標轉(zhuǎn)換矩陣Y=(yij)m×n。

3.1.2 各子系統(tǒng)因子分析

以SPSS19.0對各子系統(tǒng)進行因子分析。

(1)標準化處理

使用標準化處理法(Z-Score法)對原始指標轉(zhuǎn)換矩陣Y進行無量綱化處理，使標準化樣本矩陣方差為1，均值為0。得標準化矩陣Z=(zij)m×n：

其中，yij為原始指標轉(zhuǎn)換值為矩陣Y中第j項原始指標轉(zhuǎn)換值的均值，sj為矩陣Y中第j項原始指標轉(zhuǎn)換值的標準差。

其中，m為評價樣本數(shù)。

(2)因子分析適宜檢驗

一般認為，KMO值小于0.5不適宜做因子分析[13]。通過因子分析適宜性檢驗，得各子系統(tǒng)KMO檢驗和Bartlett 球度檢驗結(jié)果(如表2所示)。各子系統(tǒng)KMO值均大于0.5，sig.(顯著性水平)均為0.000，適宜進行因子分析。

(3)主因子提取及權(quán)重

按照初始特征值大于1，累積方差貢獻率大于85%的原則提取主因子，得各子系統(tǒng)主因子數(shù)、主因子特征值和方差貢獻率，并按歸一化方法確定主因子權(quán)重(如表3所示)。除技術(shù)子系統(tǒng)主因子累積方差貢獻率均達到87%以上外，其他各子系統(tǒng)累積方差貢獻率均達到92%以上，具有顯著的代表性，變量絕大部分信息都能得到主因子的解釋，因子提取效果比較理想。

(4)因子旋轉(zhuǎn)

由于技術(shù)子系統(tǒng)只抽取了一個主成分，無法進行旋轉(zhuǎn)。利用SPSS19.0 對除技術(shù)子系統(tǒng)以外的其他各子系統(tǒng)建立因子載荷矩陣，并進行最大方差正交旋轉(zhuǎn)，使因子載荷相對集中，以突出主因子意義，得各子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣。

(5)計算各子系統(tǒng)因子得分及評價值

對各子系統(tǒng)進行回歸，根據(jù)各子系統(tǒng)因子得分系數(shù)矩陣與各變量標準化值計算因子得分FAC。設(shè)經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)綜合評價值分別為VES、VSS、VRS、VENS、VTS。

根據(jù)各子系統(tǒng)因子得分及主因子權(quán)重，計算各子系統(tǒng)綜合評價值，其計算公式為：

表2 各子系統(tǒng)KMO 和Bartlett 球度檢驗結(jié)果Table 2 KMO and Bartlett sphericity inspection result of every subsystem

根據(jù)式4～8，計算得各子系統(tǒng)各評價年度綜合評價值(如表4所示)。同時，根據(jù)各子系統(tǒng)各評價年度綜合評價值，可得基于因子分析法的城市燃氣各子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展變化趨勢(如圖3所示)。

3.1.3 各子系統(tǒng)評價

由表4及圖3可知，城市燃氣各子系統(tǒng)發(fā)展總體呈上升趨勢，但表現(xiàn)有所差別。技術(shù)子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)增長較為顯著，經(jīng)濟子系統(tǒng)波動較大，而資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)前期增長較快而后期相對平緩。

(1)經(jīng)濟子系統(tǒng)波動幅度較大。2002年底市政公用事業(yè)市場化改革后，受外商投資及非公有資本進入燃氣投資領(lǐng)域許可等限制條件，燃氣行業(yè)投資額等指標增長相對較慢，經(jīng)濟子系統(tǒng)發(fā)展徘徊不前。2007年后受城市燃氣優(yōu)先發(fā)展政策影響，經(jīng)濟子系統(tǒng)發(fā)展逐步好轉(zhuǎn)。2011—2012年，受主營業(yè)務(wù)成本率升高和工業(yè)成本費用利潤率下降等多重影響，經(jīng)濟子系統(tǒng)增長乏力。隨著2013年天然氣存量氣與增量氣價格調(diào)整政策的實施，有效刺激了城市燃氣天然氣利用需求，經(jīng)濟子系統(tǒng)增長顯著。

(2)社會子系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定增長。2002—2006年社會子系統(tǒng)保持穩(wěn)定增長，燃氣行業(yè)就業(yè)人數(shù)和就業(yè)人員工資持續(xù)得到提高。受天然氣利用優(yōu)先保障民用氣政策的積極影響，2007—2011年社會子系統(tǒng)增長有所加快。2012年后，社會子系統(tǒng)增長速度非常明顯，民生得到較大改善。

表3 各子系統(tǒng)主因子及權(quán)重Table 3 Principle factors and its weight of every subsystem

表4 基于因子分析法的各子系統(tǒng)評價值Table 4 Evaluation of estimate of every subsystem based on factor analysis method

(3)資源子系統(tǒng)發(fā)展前緊后松。2007年前，國內(nèi)天然氣產(chǎn)量、國內(nèi)液化石油氣產(chǎn)量和天然氣供氣總量持續(xù)保持增長，為資源子系統(tǒng)快速發(fā)展做出了重要貢獻。2007—2012年，資源子系統(tǒng)發(fā)展基本處于徘徊狀態(tài)。隨著國內(nèi)液化石油氣產(chǎn)量和液化石油氣終端消費量恢復性增長，2012年后資源子系統(tǒng)發(fā)展逐步扭轉(zhuǎn)頹勢。

(4)環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展穩(wěn)中趨緩。2002—2009年環(huán)境子系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定增長。2010年后，環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展相對平緩。萬元收入能源消費量、廢水排放量指標以及固體廢物綜合利用率指標頻繁波動，造成相互抵消，致使環(huán)境子系統(tǒng)無法實現(xiàn)有效快速增長。

(5)技術(shù)子系統(tǒng)增長最為顯著。2002—2008年，科技活動人員數(shù)、R&D項目數(shù)、R&D項目全時當量和項目經(jīng)費等指標增長較緩慢，技術(shù)子系統(tǒng)保持緩慢增長。2009—2014年，受科技活動人員數(shù)、R&D項目數(shù)、R&D項目全時當量和項目經(jīng)費等指標的快速增長，技術(shù)子系統(tǒng)發(fā)展顯著加快。

3.2 城市燃氣系統(tǒng)整體可持續(xù)發(fā)展水平測度與評價

城市燃氣可持續(xù)發(fā)展水平是系統(tǒng)發(fā)展能力、協(xié)調(diào)能力和持續(xù)能力的綜合表現(xiàn)，反映了某一時點城市燃氣系統(tǒng)的整體可持續(xù)發(fā)展能力或水平狀況。

3.2.1 綜合評價值的標準化處理

城市燃氣系統(tǒng)的任一狀態(tài)點S(t)均是由經(jīng)濟維(xt)、社會維(yt)、資源維(zt)、環(huán)境維(ut)、技術(shù)維(kt)的坐標值構(gòu)成(如圖2所示)。為了消除各子系統(tǒng)所得綜合評價值在數(shù)量級上的差異，保持各子系統(tǒng)評價結(jié)果原有數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，需要對各子系統(tǒng)的綜合評價值進行標準化法(Z-score)處理，并以處理值作為城市燃氣可持續(xù)發(fā)展水平測度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。xt、yt、zt、ut、kt分別為經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和技術(shù)子系統(tǒng)在狀態(tài)點的評價值的標準化值。

3.2.2 城市燃氣可持續(xù)發(fā)展能力、協(xié)調(diào)能力、持續(xù)能力及可持續(xù)發(fā)展水平

(1)發(fā)展能力

若以狀態(tài)點S(t)與目標點M之間的歐氏距離MS(t)來表示狀態(tài)點S(t)離開臨界點向目標點M移動程度和能力大小，MS(t)數(shù)值越小，狀態(tài)點S(t)與目標點M的距離就越近，發(fā)展能力就越強，則城市燃氣可持續(xù)發(fā)展能力MS(t)可以用下式表示：

(2)協(xié)調(diào)能力

若以cosθ(t)作為城市燃氣系統(tǒng)運動軌跡擬合最優(yōu)路徑軌跡的度量，當cosθ(t)值越大，表示夾角θ(t)越小，狀態(tài)點S(t)就越接近于最佳運動軌跡QM，狀態(tài)點S(t)偏離QM越遠，θ(t)變大，cosθ(t)值逐漸變小，協(xié)調(diào)能力變差，則城市燃氣可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)能力cosθ(t)可以表示為：

其中，QM=。

圖3 基于因子分析法的各子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展趨勢圖Fig. 3 Sustainable development tendency of every subsystem based on factor analysis method

即：

(3)持續(xù)能力

若以投射點S′(t)與臨界點Q之間的歐式距離QS′(t)代表狀態(tài)點S(t)離開臨界點向目標點M持續(xù)運動能力，QS′(t)距離越長就越接近目標點，發(fā)展就越可持續(xù)，則城市燃氣可持續(xù)發(fā)展的持續(xù)能力可以表示為：

(4)可持續(xù)發(fā)展水平

以SD(t)表示城市燃氣可持續(xù)發(fā)展水平，是系統(tǒng)遠離不可持續(xù)狀態(tài)的能力和接近理想狀態(tài)能力的綜合表現(xiàn)。在任一狀態(tài)下，城市燃氣可持續(xù)發(fā)展水平可表示為：

3.2.3 城市燃氣可持續(xù)發(fā)展水平總體評價

將城市燃氣各子系統(tǒng)年度評價值標準化值代入上式(9～13)，計算得各評價年度城市燃氣系統(tǒng)發(fā)展能力、協(xié)調(diào)能力、持續(xù)能力和整體可持續(xù)發(fā)展水平變化趨勢(如圖4所示)。

(1)發(fā)展能力曲線MS(t)持續(xù)下降，狀態(tài)點S(t)不斷向理想目標點M靠近。

(2)協(xié)調(diào)能力曲線cosθ(t)基本呈倒Z型分布，cosθ(t)值逐步趨近于1，夾角θ(t)逐漸變小，城市燃氣系統(tǒng)運動軌跡不斷向最優(yōu)運動軌跡靠攏，協(xié)調(diào)能力顯著增強，整體協(xié)調(diào)性較高。

(3)持續(xù)能力曲線穩(wěn)步增長，狀態(tài)點S(t)向目標點M持續(xù)運動能力不斷增強，城市燃氣系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性不斷提高。

(4)可持續(xù)發(fā)展水平曲線呈持續(xù)增長趨勢，城市燃氣系統(tǒng)遠離不可持續(xù)狀態(tài)的能力和接近理想狀態(tài)能力持續(xù)得到提升，可持續(xù)發(fā)展水平不斷提高。

4 結(jié)論

因子分析法在城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價中的創(chuàng)新性應(yīng)用，為推進城市燃氣持續(xù)發(fā)展提供了重要依據(jù)。從總體上看，城市燃氣各子系統(tǒng)發(fā)展均呈上升趨勢，為實現(xiàn)系統(tǒng)整體可持續(xù)發(fā)展水平的不斷提高提供了有效支撐。城市燃氣系統(tǒng)發(fā)展不斷向可持續(xù)發(fā)展目標移動并逐步靠近，系統(tǒng)整體的發(fā)展能力不斷增強，在滿足城鎮(zhèn)經(jīng)濟社會發(fā)展需要和提高人民群眾生活質(zhì)量方面體現(xiàn)了較好的成長性，夯實了城市燃氣可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。城市燃氣系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)性較高，城市燃氣行業(yè)各類要素之間相互配合得當，逐步實現(xiàn)良性循環(huán)和協(xié)同互動，各子系統(tǒng)發(fā)展較為平衡。城市燃氣系統(tǒng)向可持續(xù)發(fā)展目標延續(xù)不斷的運動，城市燃氣行業(yè)發(fā)展具有較強的連續(xù)性，為城市燃氣行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了質(zhì)量保證。在城市燃氣系統(tǒng)發(fā)展能力、協(xié)調(diào)能力和持續(xù)能力共同作用下，城市燃氣行業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平處在不斷提高的過程中。

圖4 城市燃氣系統(tǒng)發(fā)展能力、協(xié)調(diào)能力、持續(xù)能力和可持續(xù)發(fā)展水平變化趨勢Fig. 4 Variation trend of development ability, coordination ability, sustainability and level of sustainable development of city gas system

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Evaluation of sustainable development of city gas based on factor analysis

WANG Zhongyuan1,2, LUO Dongkun1
1 School of Business Administration, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China 2 Kunlun Energy Company Limited, Beijing 100101, China

Research into sustainable development of urban gas is relatively sparse, and the evaluation of sustainable development based on the overall research into urban gas in China is still blank. Guided by system theory and analytic hierarchy processes (AHP), this paper took the sustainable development system of China's urban gas as a whole research object, and constructed the city gas sustainable development evaluation index system which consists of 5 subsystems and 47 specific indicators through primaries and screening indexes. On the basis of collecting and arranging a large amount of original index data, the authors analyzed and evaluated the sustainable development system of urban gas by using the factor analysis method. During 2002-2014, the development of each subsystem has shown an upward tendency, but with different performance. The economic subsystem fluctuates more widely, while the social subsystem continues to grow steadily. The resource subsystem developed fast early on and slowly in the latter stage. The development of the environment subsystem is best described as stable and slow, and the growth of the technology subsystem is most remarkable. Based on the multidimensional spatial structure model of urban gas subsystem movement, and combining the factor analysis evaluation results, this work calculates the development capacity, coordination ability, sustainable ability and sustainable development level of the urban gas system, and then evaluates its sustainable development. Overall, the development capacity of urban gas systems is increasing, the whole system reflects a high degree of coordination, and the sustainable ability has been improved steadily. Under this joint action, the sustainable development level of city gas industry has been increasing continuously.

city gas; sustainable development; evaluation index system; factor analysis

*通信作者, wzhy@cnpc.com.cn

2017-07-05

國家科技重大專項“頁巖氣開發(fā)經(jīng)濟評價方法研究”(2012ZX05018-005-04)資助

王中元, 羅東坤.基于因子分析法的城市燃氣可持續(xù)發(fā)展評價. 石油科學通報, 2017, 04: 536-545

WANG Zhongyuan, LUO Dongkun. Evaluation of sustainable development of city gas based on factor analysis. Petroleum Science Bulletin, 2017, 04: 536-545. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2017.04.050

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.04.050

(編輯 付娟娟)