长期以来，林业决策部门在确定木材运输方式时，仅从运输速度的快慢及方便与否来考虑，没有进行科学的技术经济比较，致使具有有利的水路运输条件的企业也盲目地"弃水就陆"，采用单一的运输模式——木材陆运，造成运输成本大幅度提高，运输企业经济效益下降。通过对南方人工林伐区常用4种木材运输作业模式(汽车运材、农用车运材、船运木材和排运木材)的经济效益、生态效益和社会效益，以及综合效益的分析与评价，从而确定最佳木材运输作业模式，为林业生产部门合理选择木材运输作业模式提供科学依据。

1 三大效益分析 1.1 经济效益分析 1.1.1 汽车运材

汽车运材单位成本由汽车运费(包括燃润费、折旧费、保修费、养路费、大修费、轮胎费、司机工资和管理费等)、装卸费和汽车运材道修建费分摊3项组成，按式(1)计算

(1)

式中：C_qy为汽车运材单位成本(元·m^-3)；C_q1为汽车运费，按0.60元·m^-3km^-1计；C_q2为装卸费，5.07元·m^-3；C_q3为汽车运材道修建费分摊(元·m^-3)；L_qy为汽车运距(km)。

汽车运材道修建费分摊与新建道路的造价(造价与道路等级、地形地质条件有关)、长度及森林资源的出材量等有关，按式(2)计算

(2)

式中：d₁为汽车运材道造价，便道一般条件取20 000元·km^-1，困难条件取30 000元·km^-1；A为伐区面积(hm²)；q₀为单位面积出材量(m³·hm^-2)；L_qd为新建汽车道(便道)长度(km)。

把式(2)及其他参数代入式(1)，同时引入树种修正系数γ(松、杉、杂分别取为1、0.83、1.25)，得

(3)

1.1.2 农用车运材

农用车运材单位成本由农用车运费(包括燃润费、折旧费、保修费、养路费、大修费、轮胎费、司机工资和管理费等)、装卸费和农用车运材道修建费分摊3项组成，按式(4)计算

(4)

式中:C_ny为农用车运材单位成本(元·m^-3)；C_n1为农用车运费，按0.42元·m^-3km^-1计；C_n2为装卸费，4.87元· m^-3；C_n3为农用车运材道修建费分摊(元·m^-3)；L_ny为农用车运距(km)。

农用车运材道修建费分摊，按式(5)计算

(5)

式中:d₂为农用车运材道造价，一般条件取10 000元·km^-1，困难条件取15 000元·km^-1；A为伐区面积(hm²)；q₀为单位面积出材量(m³·hm ^-2)；L_nd为新建农用车道长度(km)。

把式(5)及其他参数代入式(4)，并引入树种修正系数γ，得

(6)

1.1.3 船运木材

船运木材单位成本与航道条件、船舶类型有关，一般由船运运费、装卸费组成，即

(7)

式中:C_cy为船运木材单位成本(元·m^-3)；C_m1为船运运费(元·m^-3km^-1)；C_m2为装卸费，7.00元·m^-3；L_cy为船运运距(km)。

据调查，不同船型的船运运费(闽江流域)如下：50 t级以下的小型自航船平均为0.20元·m^-3km^-1，100~300 t级的自航船约为0.15元·m^-3km^-1，驳船的运费小于0.10元·m^-3km^-1。

大多数林业采育场分布在闽江支流的中上游，在流域电站梯级开发尚未全部完成时，一般只能通行小型船舶，将各项参数代入式(7)，并引入树种影响系数γ，得

(8)

1.1.4 排运木材

由于闽江属于通航河川，近年来在流域内相继修建了许多梯级电站，形成库区，水流速度大大降低，对人工放排造成了一定的影响，有的河段流速已接近于零，不适合人工放排了。只有在流速较大的干支流上游才能进行人工排运木材。排运木材的单位成本由编拆排人工费、放排运费、编排辅助材料费和河道整治费分摊等4项组成，即

(9)

式中:C_py为排运木材单位成本(元·m^-3)；C_p1为排运运费，0.10元·m^-3km^-1；C_p2为编拆排人工费，6.25元·m^-3；C_p3为编排辅助材料费，2.81元·m^-3；C_p4为河道整治费分摊(元·m^-3)；L_py为排运运距(km)。

一般河道整治费为1 500元·km^-1左右，并且河道整治完后，沿河的林业采育场、林场等生产单位都可共享该河道资源，进行木材水运。所以分摊到每立方米木材上的河道整治费，实际上是很小的，按0.50元·m^-3计算。将各参数代入式(9)，并引入树种修正系数γ，得

(10)

为便于分析比较不同木材运输作业模式的经济效益，假定各种作业模式是在同一种作业条件下进行。试验伐区调查与工艺设计资料：马尾松林分，伐区面积12.6 hm²，平均材积0.22 m³·株^-1，4.0 m材长，坡度26°，出材量1 134 m³，已有支线运材道长度(从中间楞场至山上楞场的长度，结合实际，假定为42 km)等条件是相同的。假定该伐区同时具备上述4种运材作业模式的运材条件，在山上楞场处恰有可供进行木材水运(船运或排运)的临时性码头。

根据《福建省林业生产统一定额》¹⁾，分别对4种运材作业模式的运材成本按式(1)~式(10)进行计算，结果见表 1。

1) 福建省林业厅.1996.福建省林业生产统一定额.106-125

1.2 生态效益分析

人工林伐区运材作业方式有陆路运输和水路运输2种形式。陆路运材对林地生态环境的影响，主要是在修建运材道路时对地表土壤的干扰破坏；运材过程中各种运材设备对道路路面产生的压实作用，以及路面和边坡在雨水的冲刷下引起的水土流失；运材设备(汽车或农用车)运材时所排放的有害尾气对周围环境(空气、植被和水质等)的污染等。水路运材对生态环境的影响，主要表现在整治河道时对河岸两侧土壤和水体的干扰破坏。

根据常用的4种运材作业模式对生态环境可能造成的影响大小，用专家调查法和相对比较法(何宗明, 1996；张正雄等, 2000; 张正雄，2002；周新年等, 2000; 2001)，其生态效益评价值(权重系数)见表 2。

1.3 社会效益分析

社会效益评价是通过其评价指标体系来进行的。评价指标体系通常包括以下几个方面：社会进步系数、增加就业人数、健康水平提高系数、精神满足程度、生活质量改善、社会结构优化等(周新年，1994)。但对于具体生产规模不大的伐区木材生产作业系统来说，可以用作业安全性、劳动强度大小、社会进步系数(包括作业机械化程度、劳动生产率水平)等来评价。由于各种作业模式的社会效益目前尚无直接的量化指标，因此采用专家法和相对比较法对4种运材作业模式的社会效益进行量化处理。常用4种运材作业模式的社会效益评价结果见表 3。

2 多目标决策综合评价法的基本原理

对4种可行的运材作业模式的综合效益评价，选择出类似于试验区条件的最佳伐区运材作业模式，实际上是一个多目标决策问题。多目标决策方法主要是形成Pareto优化集合并选择出优化方案(钱颂迪，1990)。

首先，将不同量纲的目标项换算成同一效用单位(Ufile)，求出每1个目标的最大值V_max和最小值V_min。当目标值为V_max时，U_max=1.0；当目标值为V_min，U_min=0.1。其余U值一般按式(11)和式(12)换算，即

(11)

(12)

式(11)为递增关系式，式(12)为递减关系式。当目标值越大越好时，选用式(11)，否则选用式(12)。

假设有2个方案：A₁和A₂，令

(13)

(14)

式(13)和式(14)为效用函数。式中的λ_j(j=1，2，…，N)是每个目标的相对权重值，它们满足。

如果U(A₁)≥U(A₂)，说明方案A₂为被支配方案，可以精简。

在多目标决策中，权重系数的确定是关键的一步，一般采用相对比较法确定。设有N个目标，对N个目标的任意2个之间进行比较，采用专家调查法获得每个目标各自的相对权重。如V_i重要程度是V_j的4倍，则取λ_ij=0.8，λ_ji=0.2。比较次数为R＝ C_N²。

这些λ值之间具有下列关系：

(15)

每个目标的权重为：；总和为：。

如果目标数较多，可借鉴层次分析法的思想，即将N个目标进行归类合并，形成M个主目标(M＜N)，先计算出M个主目标的相对权重，后计算每个主目标内各子目标的相对权重。则

(16)

求得每个目标权重λ_i后，再求各方案的综合评价值。记第i方案的综合评价值W_i为

(17)

最后，根据W_i值的大小可选出优化方案。

3 4种运材作业模式综合效益与作业模式选优

将人工林伐区4种运材作业模式的综合效益(综合评价值)作为总目标，下分为3个主目标，即经济效益、生态效益和社会效益。经济效益评价指标用运材作业成本V₁(元·m^-3 )，数据见表 1；设V₂为运材段生态效益评价指标，数据见表 2；社会效益评价指标用作业安全性、劳动强度和社会进步系数等指标，设V₃、V₄、V₅分别表示作业安全性、劳动强度、社会进步系数等，数据见表 3。

3.1 4种运材作业模式的各效益指标计算

将4种运材作业模式对应的经济效益、生态效益和社会效益等指标分别进行计算，结果见表 4。

3.2 4种运材作业模式各目标的效用值计算

将表 4中的5个指标测定值用式(11)或式(12)换算成统一的效用值U。对于作业安全性、社会进步系数等2项指标，其数值越大越好，则采用递增关系式(11)；而其余各指标的数值是越小越好，故采用递减关系式(12)换算，结果见表 5。

3.3 人工林伐区4种运材作业模式优化 3.3.1 4种运材作业模式主目标的权重系数计算

考虑到人工林经营的主要目标是用材林，以经济效益为主，兼顾生态效益和社会效益。据专家调查法和相对比较法确定经济效益、生态效益和社会效益的相对权重分别为0.50、0.33、0.17，计算结果见表 6。

3.3.2 4种运材作业模式的综合评价值计算

将表 5中的数据分别代入式(17)进行计算，得到4种运材作业模式的综合评价值，结果见表 7。

由表 7可知，从综合效益评价值来看，作业模式Ⅲ的综合评价值(0.903)最高，即为最优作业模式，其余按综合评价值由大到小排列优选依次为模式Ⅳ、模式Ⅱ、模式Ⅰ。

4 结论

通过对南方人工林伐区常用4种运材作业模式的经济效益、生态效益和社会效益以及综合效益分析与评价，结果表明：在相同的作业条件下，作业模式Ⅲ即船运木材为最优作业模式，作业模式Ⅳ(排运木材)为次优作业模式，其余综合效益由大到小依次为：模式Ⅱ、模式Ⅰ。因此，为了实现人工林资源的可持续利用和林业的可持续发展，建议林业生产决策部门在选择人工林伐区运材作业模式时，在有水路运输条件的伐区，应优先选择船运木材或排运木材；在无水路运输条件的伐区，则应优先选择农用车运材。