（管理科学与工程专业论文）生态产业链运作机制研究.pdf

摘要 构建生态产业链是在企业群落层次上发展循环经济的主要方式，是实现生 态工业的核心环节。生态产业链的结构及其运行机制是决定整个生态产业系统 的稳定性和可持续性的关键因素。本文主要运用博弈论与信息经济学、环境经 济学和自组织理论，对生态产业链的运作机制进行系统研究，本文的主要研究 内容包括以下五个方面： 运用自组织理论剖析了生态产业链的生成机制。应用耗散结构理论分析 框架，阐释了生态产业链系统的开放性及远离平衡态的性质；剖析了生态产业 链中的非线性作用和涨落现象；运用协同理论建立了系统的自组织动力学方程， 通过对方程定态解稳定性的分析，讨论了生态产业链系统热力学分支失稳后收 敛于有序的耗散结构分支上的可能性。 运用博弈论研究了生态产业链中企业和政府的策略选择问题。建立了企 业行为方式选择的静态博弈模型，通过纳什均衡分析得出企业参与生态产业链 的决策依据；构建了政府激励策略选择模型，对其结论给出环境经济学解释； 建立了企业和政府间的动态博弈模型，由子博弈精炼纳什均衡解得出政府最优 补贴率及企业最优反应函数。 对生态产业链合作中的几个关键问题进行了研究。建立了合作伙伴评价 指标体系；提出了基于模糊层次分析法和证据理论结合的合作伙伴选择方法； 应用信息经济学理论建立了生态产业链的逆向选择和道德风险模型；提出了合 作伙伴间共生能量分配的修正s h a p l e y 值法。 运用进化博弈论研究了生态产业链的稳定性问题。首先给出了进化博弈 的基本分析框架；剖析了生态产业链演进过程的进化博弈特性；在此基础上建 立了生态产业链演进的复制动态方程，得出了系统的五个局部不动点；利用 j a c o b i a n 矩阵对不动点进行稳定性分析。 研究了生态产业链中的信息共享机制。首先描述了生态产业链中的信息 流及信息共享的特征；然后分析了生态产业链中信息共享的风险；最后给出信 息共享的方案设计。 文章最后对研究工作进行了总结，并对该领域的相关研究方向进行了展望。 关键词：生态工业；博弈论；生态产业链；循环经济 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a li n d u s t r i a lc h a i n ( e i c ) i st h em a i nm o d eo f d e v e l o p i n gc i r c u l a re c o n o m yi nt h el e v e lo fe n t e r p r i s e sc o m m u n i t ya n dt h ec o r ei n d e v e l o p i n ge c o l o g i c a li n d u s t r i e s 1 1 1 es t r u c t u r ea n do p e r a t i n gm e c h a n i s mo fe i ca r e t h ek e yf a c t o r st h a td e t e r m i n et h es t a b i l i t ya n ds u s t a i n a b i l i t yo fe i c i nt h i sp a p e r , t h e a u t h o rs y s t e m i c a l l ys t u d i e dt h eo p e r a t i n gm e c h a n i s mo fe i cb yu s i n gt h e o r i e so f g a m e t h e o r y ， i n f o r m a t i o n e c o n o m i c s ， e n v i r o n m e n t a le c o n o m i c sa n d s e l f - o r g a n i z a t i o n 1 1 1 em a j o rc o n t e n t so ft h i sp a p e ri n c l u d e ： a na n a l y s i so nt h eg e n e r a t i n gm e c h a n i s mo fe i cb yu s i n gt h et h e o r yo f s e l f - o r g a n i z a t i o n t h e a u t h o r e x p l a i n e dt h e n a t u r eo fo p e n n e s sa n ds t a t eo f f a r - a w a y - f r o me q u i l i b r i u mo fe i cs y s t e mb yu s i n gt h ea n a l y s i sf r a m e w o r ko f d i s s i p a t i v e s t r u c t u r e t h e o r y ；a n a l y z e d t h en o n l i n e a re f f e c t sa n df l u c t u a t i o n p h e n o m e n ai ne i c ；c o n s t r u c t e das e l f - o r g a n i z a t i o nk i n e t i ce q u a t i o nb yu s i n g s y n e r g e t i ct h e o r ya n dd i s c u s s e dt h ep o s s i b i l i t yo fi n s t a b l et h e r m o d y n a m i cb r a n c h c o n v e r g i n gt oo r d e r l yd i s s i p a t i v es t r u c t u r eb r a n c hi ne i cs y s t e mt h r o u g ha n a l y z i n g t h es t a b i l i t yo fs t e a d ys t a t es o l u t i o no ft h ee q u a t i o n s t u d yo nt h es t r a t e g ys e l e c t i o no ft h ee n t e r p r i s e sa n d g o v e r n m e n ti ne i c t h e a u t h o re s t a b l i s h e das t a t i cg a m em o d e lo ft h ee n t e r p r i s e sb e h a v i o rs e l e c t i o na n d o b t a i n e dt h e d e c i s i o n - m a k i n g b a s i so fe n t e r p r i s e si ne i ct h r o u g ht h en a s h e q u i l i b r i u ma n a l y s i s ；c o n s t r u c t e da m o d e lo fg o v e r n m e n ti n c e n t i v es t r a t e g ys e l e c t i o n ， p r e s e n t e di t sc o n c l u s i o nw i t he n v i r o n m e n t a le c o n o m i c se x p l a n a t i o n s ；e s t a b l i s h e da d y n a m i cm o d e lb e t w e e nt h ee n t e r p r i s e sa n dg o v e r n m e n t ，o b t a i n e dg o v e r n m e n t s o p t i m a ls u b s i d yr a t ea n de n t e r p r i s e s o p t i m a lr e a c t i o nf u n c t i o nf r o ms u b g a m er e f m e d n a s he q u i l i b r i u m a na n a l y s i so nt h ek e yi s s u e so fc o o p e r a t i o ni ne i c 乃ea u t h o re s t a b l i s h e d e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fc o o p e r a t o r s ；p u tf o r w a r dm e t h o d so fc o o p e r a t o rs e l e c t i o n b a s e do nf a h pa n de v i d e n c e s ；e s t a b l i s h e da d v e r s es e l e c t i o na n dm o r a lr i s km o d e l s i ne i cb yu s i n gt h ei n f o r m a t i o ne c o n o m i c st h e o r y ；p u tf o r w a r dt h ea d j u s t e d s h a p l e y - v a l u em e t h o do fs y m b i o t i ce n e r g yd i s t r i b u t i o nb e t w e e nc o o p e r a t o r s s t u d yo nt h es t a b i l i t yo fe i cb yu s i n gt h ee v o l u t i o n a r yg a m et h e o r y f i r s t l yt h e a u t h o rp u tf o r w a r dt h eb a s i cf r a m e w o r ko fa n a l y s i s ；a n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f e v o l u t i o n a r yg a m ei nt h ee v o l u t i o no fe i c ；e s t a b l i s h e dar e p l i c a t e dd y n a m i ce q u a t i o n o ft h ee v o l u t i o no fe i ca n do b t a i n e d5l o c a lf i x e dp o i n t si nt h es y s t e m ；a n a l y z e dt h e s t a b i l i t yo ff i x e dp o i n t sb yu s i n gj a c o b i a nm a t r i x s t u d yo nt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n gm e c h a n i s mi ne i c f i r s t l yt h ea u t h o rd e s c r i b e d t h ef l o wo fi n f o r m a t i o na n dt h ef e a t u r e so fi n f o r m a t i o ns h a r i n gi ne i c ；t h e na n a l y z e d t h er i s k so fi n f o r m a t i o ns h a r i n gi ne i c ；f m a l l y ，p u tf o r w a r dt h ep r o g r a md e s i g no f i n f o r m a t i o ns h a r i n g f i n a l l y ，t h ea u t h o rm a d eas u m m a r yo nt h er e s e a r c hw o r ka b o v ea n df o r e c a s t e d t h er e l a t e dr e s e a r c ht r e n do ft h ef i e l di nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：e c o l o g i c a li n d u s t r i e s ；g a m et h e o r y ；e c o l o g i c a li n d u s t r i a lc h a i n ； c i r c u l a re c o n o m y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得拳鲞盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：司考卅 签字日期： 加7 年五月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁注盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：嘭卅 签字日期：- 7 年2 月加e l 导师签名： 扣哆 签字日期：锄 产z 1 月2 一夕日 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 随着工业化进程的不断深入，社会经济发展取得了前所未有的成就，人类 建造了一个崭新的、繁荣的、令人眩目的世界文明。然而，工业活动在推动科 技进步和物质繁荣的同时，也带来了许多问题，在一定程度上表现为反人性和 反自然：自然环境仅仅被当成资源、载体和废弃物消纳者；高消耗、高污染的 线性发展模式致使资源枯竭、环境污染、生态恶化；人们在享受经济繁荣的同 时，也不得不接受愈益频繁的带有人为烙印的自然灾害的侵袭；各国经济高速 发展的同时，也不得不承认日益严重的资源匮乏已成为制约其社会经济进一步 发展的桎梏。 当人们认识到自身发展已经受到威胁的时候，为了解决长久的生存和发展 问题，便开始深入认识自然生态系统和人类经济社会系统本身复杂的运行机制 以及二者的相互作用机制，并试图解决二者之间存在的矛盾和冲突，寻求人类 社会与自然和谐相处的发展道路，由此产生了可持续发展的思想。 在可持续发展思想形成的同时，人们便开始研究如何实现可持续发展的问 题。由于工业生产对环境产生的巨大影响，所以在具体解决这一问题的过程中， 工业生产活动与自然环境的关系最受关注，人们开始按照自然生态系统物质循 环和能量流动规律重构经济系统【1 0 8 1 ，使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的 物质循环过程中。工业生态的思想开始萌芽，并逐渐发展成工业生态学( i n d u s t r i a l e c o l o g y ) 理论；与此同时，国家环境保护战略和行动也经历了从末端治理、过程 控制到生态产业的历史性变革。 生态产业作为一种最新的产业模式，是仿照自然生态过程中物质循环的方 式来规划工业系统的。在生态产业系统中，一系列企业通过企业内部污染预防 和企业间共生合作来实现传统的非链接模式下无法获褥的收益，包括资源消耗 的减少、资源利用率的增加、废弃物产生量的最小化和可以出售的产品种类和 数量的最大化。 生态产业链是生态产业系统最基本的构成单元，也是生态产业系统的最基 本特征【6 2 】。生态产业链是指某一区域范围内的企业模仿自然生态系统中的生产 者、消费者和分解者，以资源( 原料、副产品、信息、资金、人才) 为纽带形成的 具有产业链接关系的企业群落。构建生态产业链以实现区域范围内的物质循环 和能量的梯级利用是实现生态工业的核心环节。生态产业链支撑整个生态产业 第一章绪论 系统的良性运作，链断了则生态产业系统不复存在。生态产业链的结构及其运 行机制是决定整个生态产业系统的稳定性和可持续性的关键因素。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 本文的研究目的在于：通过对生态产业链运作机制的系统化、深层次研究， 进一步丰富现有的工业生态学理论和企业共生理论，同时为工业生态学从概 念、理论向成功的应用试验推进提供理论依据和实践参考。具体的研究目的表 现在如下几个方面：研究基于自组织理论的生态产业链生成机制，为后续研究 奠定基础；利用博弈论分析生态产业链中企业和政府的策略选择，为企业参与 生态产业链提供决策支持；生态产业链合作伙伴的选择问题、伙伴间的激励机 制、分配机制的研究，为生态产业链伙伴间合作关系的处理提供理论支持；基 于进化博弈论的生态产业链演进稳定性研究则给出了生态产业链稳定运行的 条件；生态产业链企业间的信息共享机制的研究为生态产业链的协调运作提供 信息技术支持。 1 2 2 研究意义 1 、理论意义 工业生态学是一门年轻的、正在蓬勃发展的新学科，关于工业生态学、生 态工业园、产业生态系统的研究热潮方兴未艾，其理论、研究内容将随着研究 的深入和实践的扩展而不断完善。本文以生态产业链的运作过程为研究主题， 从管理的角度立足于生态产业系统的微观层面来研究实施生态工业的问题，在 理论上具有重大的创新价值和创新机会。预期研究成果将在理论上指导企业制 定生态产业发展战略和运作方式；将为政府部t l * u 定相关政策法规和机制奠定 理论基础，将是对生态工业理论研究的进一步深化。 2 、实践意义 生态工业是实现可持续发展的重要模式。西方一些发达国家在生态工业实 践方面已有所进展，我国国内“十一五期间以至未来一段时间，也将是生态 工业发展的加速期。但由于缺乏科学的、系统的生态工业理论作为指导，目前 仍存在很多亟待解决的问题。因此，积极研究、探索生态工业的基本理论问题 不仅是理论上的需要，更具有重要的实践意义。本文的研究，其实践意义主要 在于：完善的策略选择机制为生态工业的实施提供了现实的决策参考模式和 2 第一章绪论 政策导向；监督激励机制、伙伴选择和合作机制、信息共享机制的研究将为 我国生态工业的发展提供良好的制度支撑和技术支撑。这对加快我国生态工业 发展具有重要的实践意义。为传统企业集群朝着资源节约型、环境友好型的 生态化方向改造和发展提供科学的指导、有益的借鉴和参考。 1 3 生态产业链的国内外研究现状 生态产业链一般是指，依据生态学和工业生态学的原理，以恢复和扩大自 然资源存量为宗旨，以提高资源基本生产率和满足社会需要为主题，对两种以 上产业的链接进行设计( 或改造) ，并开创为一种新型的产业系统的系统创新活 动，主要通过产品体系规划、元素集成以及数学优化方法，构建材料、产品、 副产品及废物利用的工业生产链，实现物质的最优循环和利用【1 4 9 ，2 0 2 1 。也就是工 业生态系统中甲企业的废物是乙企业的原料，乙企业的废物又成为丙企业的原 料依此类推，把不同企业产生的废物利用到不同阶段的生产过程中，使污 染在生产过程中被消除，这个过程就是生态产业链链接过程，各个生态产业链 共同组成了工业生态系统，来实现工业生态系统的工业代谢功能。 生态产业链设计是生态工业园区、副产品交换网络设计的核心部分，如何 通过工业产业链的链接、系统的集成、共享服务和系统调控实现生态工业物质 利用的减量化、再使用和再循环，实现能源的梯级高效利用，是构建生态工业 体系的重点和基本出发点。 目前关于生态产业链的研究主要集中在以下领域： 生态产业链中物质和能量流动及效果评价研究。包括工业代谢分析、输 入输出分析、物质流动的模式分析、生态产业链经济和环境效益的测算等。 生态产业链的形成机理和企业链接关系的分析。从已有资料看，对生态 链形成机制的研究主要从经济学、制度经济学、市场机制角度的定性分析和生 态链形成的数学建模的定量研究；描述生态链中企业链接关系的博弈分析。 生态产业链的稳定性研究。包括生态产业链的稳定性分析、稳定条件的 求解、生态链中的风险研究等。 7 1 3 1 生态产业链中物质和能量流动研究 l 、工业代谢的理论研究 与自然生态系统相似，工业生态系统同样包括四个基本组成，即生产者、 消费者、再生者和外部环境。工业代谢是模拟生物和自然生态系统代谢功能的 一种系统分析方法，通过分析系统结构变化，进行功能模拟分析和物料、能源 第一章绪论 流动分析，进而研究工业生态系统的代谢机理和控制方法。 1 9 9 4 年a y r e s 等人提到了企业内部和企业之间的能量流、劳动力流、资金 流、信息流和知识流，并开创性地提出了工业代谢示意图和工业代谢生物学模 型以及工业模型【l l 】。近年来，一些学者提出了研究原料与能源流动更具体的新 方法，j o o s t e n 等人于1 9 9 8 年提出了原料流动分析新方法s t r e a m ( s t a t i s t i c a l r e s e a r c hf o r a n a l y z i n g m a t e r i a l s t r e a m s ) 5 3 j 。采用这种方法对荷兰的造 纸和木材流动进行了分析【7 0 j 。 陈定江在其博士论文中利用化学工程、生态学、系统工程的理论和方法， 从系统的分析、集成与演化三个方面对工业生态系统中物质流、能量流的交换、 连接展开研烈1 0 0 。徐大伟分析了工业生态链梯级循环物质流模式并给出了数学 表达模型【1 8 5 1 。 2 、输入输出分析 生态学家h a n n o n ( 1 9 7 3 ) 提出可应用输入输出分析( i o a ) 模型对自然生态系统 中复杂的物流和能流进行分析，并进一步指出这一模型适用于任何由守衡流 ( c o n s e r v a t i v ef l o w ) 构成的系统。p a t t e n 和f i n n 等( 19 7 6 ，19 7 7 ) 应用i o a 方法分析 了锥泉( c o n es p r i n g ) 、热带雨林自然生态系统中营养物质的流动情况【l 吲。 p a t t e n ( 19 9 5 ) 还将i o a 扩展为效用输入输出分析( u t i l i t yi n p u t - o u t p u ta n a l y s i s ) ，该 方法可定量揭示各物种在食物网中的重要程度以及系统由于物种共生而获得的 效用【7 6 1 。 i o a 在工业生态学研究中也得到应用。b a i l e y ( 2 0 0 0 ) 意识到工业生态系统中 的物质流和能量流分析是工业生态学一个基本的问题，其重要性如同在生物生 态学中研究自然生态系统中的营养物质流和能量流 1 8 s 。 3 、物质流动的模式分析 徐大伟等以工业代谢为理论基础，参照r h m a y 关于生态系统稳定性和复 杂性的论点，提出了简化的生态产业链的梯级循环( 包括企业间的互循环和企业 内的自循环) 物质流模式及其数学表达模型1 8 5 1 ，对建立工业生态系统中生态产业 链之间梯级循环的物质流关系、揭示工业生态系统中物质代谢及循环流动机理 具有一定的启发作用。 4 、效益评价研究 a l l e n b y b r ( 1 9 9 9 ) 提出使废物变成有用的下游企业的输入，将有可能完全实 现或接近完全实现物质的内部循环，即可实现零废物输出咀1 2 】。d e n h o n d e ( 2 0 0 0 ) 也论证了实现再循环、再使用的闭环物质流是增加生态效益的第一步【3 0 1 。 a s s e f a g ( 2 0 0 4 ) 贝l j 给出了基于计算机技术的技术链评价工具，用来管理和分析生 4 第一章绪论 态产业链或生态工业网络输入输出的生态数据和经济数据【1 3 1 。f i c h t n e r 等( 2 0 0 4 ) 给出了企业间能量交换的仿真评价方法，用来计算企业间能量交换带来的技术 的、经济的、生态的效剥3 7 1 。c h e r t o w m a r i a n r 等人( 2 0 0 5 ) 给出了工业共生中合 作伙伴的经济、环境方面的费用和效益的定量计算方法。并指出虽然在合作伙伴 中利益的分配往往不均衡，但政府干预可以帮助建立更为有序的交换原则【2 4 1 。 1 3 2 生态产业链形成机理和企业关系的分析 l 、生态产业链形成机理的定性分析 关于生态工业园内共生产业链形成机理方面的研究，传统经济学理论认为， 产业共生通过企业集群特性可以产生集聚经济效应，获得规模经济和范围经济， 进而使共生体获得竞争优势。同时，在市场机制下，王缉慈【”9 】分析指出促使企 业产生主动集聚的主要诱因有：运费和能源的节约、资源基础设施的共享以及 信息的快速流动和管理的配合。郭莉【l ”】从工业共生进化的经济、环境和技术三 要素出发，分析指出“在工业共生的形成和进化过程中，经济效益是关键，环 境效益是基础，技术创新是主要推动力，任何一个方面与其他两个方面息息相 关。”杜曼【1 1 0 j 从企业的角度指出，企业形成共生体是对生产要素共同需求的结果， 生态工业共生体的运行动力本质上在于经济利益。王虹等【1 5 8 1 从生态工业园中企 业的社会和经济属性，以及其决策的关键约束条件出发进行推导，也得出类似 结论。王兆华等 1 6 9 】贝0 从新制度经济学交易费用理论分析指出，共生产业链的形 成机理主要是在于节省交易费用，进而达到降低成本，以成本战略增强竞争力 的目的。蔡小军掣盯】指出共生产业链的形成机理实际上是一个复杂的系统过程， 该过程是生态产业链各个体通过寻求一种制度安排，以合理利用整条共生产业 链的内、外资源，在尽量保护环境的同时，形成低成本、差异化或者两者结合 的竞争优势。 在国外，随着生态工业园建设热潮的兴起，生态产业链链接关系的研究进 一步深入发展。卡伦堡生态工业园区n o v o n o r d i s k 副总裁j o r g e n c h r i s t e n s e n 认 为卡伦堡之所以能够成功是因为企业链中的企业所从事的产业不同但却彼此适 合，安排上正确且有利可图从而激发了企业参与的积极性；企业的参与是自愿 的，与规章部门之间是一种密切合作的关系【9 4 】。k o r h o n e n ( 2 0 0 1 ) 强调产业生态系 统的构建应保持四个基本生态特征，即循环性、多样性、本地化和渐进性 5 4 1 。 l o w e e a ( 2 0 0 2 ) 指出生态工业园设计中最为重要的原理是设计“闭环”系统【6 5 1 。 p e l l e n b a r gp h ( 2 0 0 2 ) 分析了地方中介组织在创造企业链接的机会和运输服务中 所起的重要作用【77 1 。e m t a i r a h , t a r e q ( 2 0 0 5 ) 分析t - r 业共生网络在培育区域技术 第一章绪论 创新方面的潜在贡献。概括了共生网络对创新过程产生影响的三个因素，并通 过分析瑞典第一个工业共生项目所发挥的作用来支持自己的观点【7 。c l a y t o n , a n t h o n y ( 2 0 0 2 ) 尝试将一种以网络为基础的市场机制用于支持生态工业的发展， 即建立电子的废物交换网络来更好地为发展中国家或贫穷国家提供发展生态工 业的机会【25 | 。 2 、，生态产业链规划的数学建模研究 建立生态工业系统数学规划模型可以使其设计和管理建立在定量分析的基 础上。 ( 1 ) 复合实体工业生态系统的数学规划模型 复合实体工业生态系统建模的思路为：在一种统一的系统总体目标指导下， 生态工业系统中生态产业链的成员各自进行调整，在满足约束条件的情况下实 现系统总体目标。 b a i l e y ( 1 9 9 7 ) 以卡伦堡工业生态系统为研究对象，利用软件s t e l l a 建立系 统动态响应模型，并在此基础上构建了一个多目标线性规划模型：优化目标包 括成员之间物料和能量的供应与需求之间偏差最小、整个系统的废物排放最小； 优化变量是各控制变量，如蒸汽产生速率、蒸汽调整时间等【1 6 j 。 因特网上的一个虚拟组织s m a r t g r o w t h ( 1 9 9 8 ) 开发了一个工业生态系统设计 软件包d i e t ( d e s i g n i n g i n d u s t r i a l e c o s y s t e m s t 0 0 1 ) t 8 5 】，它的功能包括：考察系 统成员各种组合的可行性，在经济、环境和社会效益目标间进行权衡；估算建 立工业共生关系后的生态效率：计算成员的环境和经济上的收益。该软件包的 核心是一个线性规划模型，它将e i p 成员的利润近似地表示为其每一项产出量 的线性函数，成员面临的资源、环境等方面的限制也近似表示为线性不等式。 目标函数包括废物净产生量最小化、园区成员负担费用最小化、园区净收入最 大化、创造更多就业机会等。d i e t 可与美国环境署开发的f e t ( f a c i l i t ye n e r g yt 0 0 1 ) 软件包结合使用，f e t 可提供一系列不同类型、参数可调的企业模块以快速搭 建d i e t 所要研究的工业生态系统。 王曙光( 1 9 9 8 ) 提出了一个最小排放社区决策支持系统的多目标混合整数非 线性规划( m m e di n t e g e rn o n - l i n e a rp r o g r a m m i n g ，m i n l p ) 模型【1 6 3 1 。模型的整数 变量用以表示项目的投资与否，受投资总额的约束；模型的非线性简单地体现 在某一分目标函数与整数变量结合的一些约束上。 这些模型在表达系统的结构及链接约束方面都缺乏灵活性，清华大学陈定 江在其博士论文中提出一个关于生态工业园( e i p ) 的混合整数非线性规划( m i x e d i n t e g e rn o n l m e a rp r o g r a m m i n g ，m i n l p ) 模型，其功能和地位与d i e t 的线性规 6 第一章绪论 划模型相当，但它的特点是引入了逻辑表达式约束和非线性约束，增加了模型 的表达能力1 1 0 0 。该模型包括成员模型和链接模型，成员模型作为模块，通过链 接模型组合成不同拓扑结构的e i p 模型。成员模型主要表达生态产业链成员的 物、能、资金等输入和输出间的关系。链接模型除了表达与链接相关的物、能 平衡关系外，还引入了逻辑表达式来表达e i p 成员间的链接约束，并转换成由 整数变量和连续变量组成代数不等式约束，最后用数学规划软件包l i n g o 实现 和求解m i n l p 模型。 ( 2 ) 自主实体工业生态系统的系统仿真模型 利用数学规划法得到的生态工业系统集成方案可以保证整个系统利益的最 大化。但这样的方案在实施过程中常常遇到障碍。在当前的市场经济的环境下， 每个企业都具有自主决策能力，它独立地根据市场、政策等外界环境条件的变 化做出自己的响应，以自身利益的最大化为目标。当自身的利益与整体利益发 生冲突时，如果没有外界( 如上级管理部门) 的强制，它通常不会从整体利益出发 来决定自己的行为。这就是由自主实体为主构成的生态工业系统相对于主要由 复合实体构成的生态工业系统的重要区别，典型代表如丹麦的卡伦堡生态工业 园区及其它大多数的生态工业园区。 与复合实体型生态工业系统相比，自主实体型生态工业系统的实现需要一 个更长的发展过程。卡伦堡生态工业系统从起步到建成总共花了约3 0 年的时间 才算初具规模，目前还在不断的发展变化之中，原有的一些链接会发生变化甚 至被打破，新的链接再产生。该系统一个显著的特点是：它的形成是“自下而 上的自组织过程，即通过企业间的谈判协商，从对自身经济利益和环境约束 的考虑出发，以双边合同的形式确定实施工业共生方案，而不是某个整体长期 规划实施后的结果。卡伦堡生态工业系统的形成还与企业对外界环境“刺激” 的响应有关，这种刺激包括人们环境和资源保护意识的增加以及国家、区域环 境法规政策的制定等等。当一些企业通过工业共生获益之后，对其它企业也或 多或少地产生一种导向的作用。 总之，整个系统如同自然界生态系统的进化过程，其成员不断地进行自我 调整和完善以适应环境，也影响着环境，系统在此过程中不断地向前发展演化。 面对这一现实情况，生态工业系统的建模研究需要一种新思路来加以指导。相 对于m i n l p 模型的自上而下的建模思路，陈定江在其论文中应用复杂适应系统 理论( c o m p l e xa d a p t i v es y s t e m ，c a s ) 研究了一个基于多主体的系统演化仿真 ( m u l t i a g e n tb a s e ds i m u l a t i o no fi n d u s t r i a le c o s y s t e me v o l u t i o n ，m a b s i e s e ) 模 型。模型的重要构件包括企业主体、管理者主体和消费者主体等。该模型主要 第一章绪论 解决两方面的问题：主体动作时序的控制和主体间信息的交流。在案例研究部 分，由于完整地实现m a b s i e s e 受到诸多现实条件的限制，作者以一个相对简 单的、虚拟的区域工业水系统的演化案例来验证上述的研究思路。 3 、生态产业链中的博弈研究 生态产业链博弈研究主要体现在基于博弈论的生态工业系统能值分析、经 济群落中上下游企业的复制动态进化博弈分析、生态工业网络中企业投机行为 的博弈分析、生态产业链接过程中的博弈分析。 l o uhh ，k u l k a m ima ，s i n 曲a ( 2 0 0 2 ) 用纳什均衡理论进行了工业生态系统 能值分析的案例研究【删，分别讨论了为达到经济和环境目标的企业最优生产策 略，论证了两个目标之间的冲突。 魏小平( 2 0 0 5 ) 结合数量生态学和进化博弈论的相关研究手段，在工业生态学 的基础上，对经济群落中的工业生态链接机制的形成进行了尝试性研刭1 74 1 。在 企业的决策属于“慢速学习类型的有限理性决策、企业对自身废弃物的处理 只存在外循环而不涉及自循环两个重要前提假设下，得出了如下研究结论： 在任何现代经济群落中，企业之间存在着相互构建生态链接的“自我持续机制”， 而且，其形成速度以及最终规模与经济群落中既有的“生态型 企业比例高度 相关；具备生态关联的上、下游企业行为偏好是存在差别的；旨在纠正上 游企业排放废弃物所产生负外部性影响的环境税，能够促进上游企业向生态型 企业转变。 王兆华( 2 0 0 3 ) 在其博士论文中通过建立博弈模型对工业共生网络中企业的 投机行为进行了分析 1 7 0 】。并通过对最优值对应均衡点的分析得出下面的结论： 所有网络企业均采取非合作行为情况下的单阶段博弈的均衡解为各企业的贡 献都为负；合作行为即各企业贡献均为正，为工业共生网络运作过程中重复 博弈的均衡解。 本文作者建立了静态博弈模型以分析生态链中企业的不同利益动机及存在 利益冲突。并通过对纳什均衡解的分析，给出了符合博弈主体经济利益要求的 生态产业链形成的条件【1 6 4 1 。 本文作者利用两阶段动态博弈模型来分析生态链构建过程中政府确定对企 业的补贴率以及企业确定投资水平的博弈过程。用逆向归纳法求出该动态博弈 的子博弈精炼纳什均衡，并对均衡结果进行了分析。针对分析结果提出对政府 行为的建议，以促使生态产业链构建的顺利进行【1 6 5 j 。 第一章绪论 1 3 3 生态产业链的稳定性研究 s c h l a r b ( 2 0 0 1 ) 就企业群落的外部环境( 包括政策、技术、文化等因素) 做了详 细的分析，指出环境系统对于提升企业群落的稳定性具有关键性作用。在政府、 公共部门和社区等多方参与的基础上，构建城镇以上区域范围的生态工业系统 具有广泛的多样性和灵活性【删。王兆华等( 2 0 0 2 ) 。7 1 】分析了生态工业园的企业链 中存在的四个方面的不容忽视的问题。孙风芹 1 5 0 提出生态工业园的组织结构还 十分脆弱，存在着极其不稳定的因素，一旦企业链中某个环节出现问题将给整 个生态工业园带来极大的冲击，甚至使其陷于瘫痪状态之中。有关生态工业园 的企业链稳定性的研究是一个急需着手解决的问题。赵禹骅等 2 0 s 分析了工业生 态链的风险，强调增加工业生态链稳健性的政策设计指向应针对工业生态链的 特征风险，讨论了单源性风险与多源性风险的逻辑关系，指出单源性是范围经 济、规模经济、协同经济的必要条件，认为园区化是增强工业生态链稳健性和 统一资源效率与经济效率的最有效方法。汪毅等【1 5 6 】研究了生态产业链接方面的 风险问题，分析了3 个方面9 个可能的风险因素，该研究包括了工业生态链所 特有的风险和一般企业共有的风险，对实践分析工作有一定的指导意义。 1 3 4 当前研究中存在的主要问题 通过上述文献综述可以发现，当前的研究内容纷繁复杂，研究视角不一而 足，还有很多问题有待于研究解决。其中主要问题和不足有： l 、目前研究多侧重于概念层次，对于该领域所涉及的深层次问题的研究还 刚刚起步，鲜有涉及生态产业运作过程中的微观层面，从概念、理论向成功的 应用试验推进还缺乏系统性的系统理论支持。 2 、研究成果大多是基于某一国家、某一区域、某一行业生态工业发展的规 划和设计，当环境改变时结论就要发生变化，以致适用于解决生态工业发展所 面临的共性问题的研究成果很少。 3 、研究成果大多基于生态工业实践环节的某些具体问题，解决方案更多的 是来自一些经典的生态工业系统所提供的经验。而对生态工业实践的核心一生 态产业链的理论研究相对较少。 4 、在为数不多的理论研究文献中，大多又集中在环境和化工技术领域，从 技术上探讨生态产业链接的可能性和可行性。从管理的角度研究生态产业链链 接关系的成果比较零散，缺乏系统的、深层次的研究。因此，开展生态产业链 的研究在理论上具有重大的创新价值和机会。 9 第一章绪论 1 4 本文研究内容 本文在研究中所应用的基础理论有博弈论与信息经济学、环境经济学、自 组织理论、系统科学、生态学、生态工业学和循环经济理论等。在分析现有理 论文献的基础上，对生态工业园生态产业链运作机制问题进行研究。本文研究 思路如图1 1 ，各章主要研究内容如下： 第l 章是整篇文章的铺垫。首先说明论文选题背景和论文研究的目的和意 义；然后分析了国内外生态产业链的研究现状；指出了当前研究中存在的问题； 介绍了本文研究内容和方法，最后提出了本文拟解决的问题。 第2 章为后面的专题研究提供理论支持。对工业生态学相关理论，包括工业 生态学、循环经济、食物链理论和生态工业园的主要研究内容进行评析。 第3 章运用自组织理论剖析生态产业链的生成机制。应用耗散结构理论分析 框架、采取定性分析和定量描述相结合的具体手段阐释了生态产业链系统的开 放性及远离平衡态的性质；剖析了生态产业链中的非线性作用和涨落现象。在 研究上述生态产业链生成的自组织条件的基础上，运用协同理论，确定生态产 业链系统的序参量，进而建立系统的自组织动力学方程，通过对方程定态解稳 定性的分析，讨论了生态产业链系统热力学分支失稳后收敛于有序的耗散结构 分支上的可能性。 第4 章运用博弈论和外部性理论研究了生态产业链中企业和政府策略选择 问题。首先用外部性理论建立了企业参与生态产业链下的社会纯收益和私人纯 收益及外部成本的关系模型，得出社会纯收益最大化的条件；建立了企业行为 方式选择的静态博弈模型，通过纳什均衡分析得出企业参与生态产业链的决策 依据；建立了生态产业链构建中企业和政府间的动态博弈模型，用逆向归纳法 求出该动态博弈的子博弈精炼纳什均衡，并对均衡结果进行了分析。针对分析 结果提出对政府激励行为的建议。 第5 章研究了生态产业链中的合作机制。首先建立了生态链合作伙伴评价指 标体系；提出了基于模糊层次分析法( f a h p ) 和证据理论结合的生态产业链合作 伙伴选择方法；应用委托代理理论建立了生态产业链中的逆向选择和道德风险 模型；提出了合作伙伴问共生能量分配的修正s h a p l e y 值法。 第6 章运用进化博弈论研究了生态产业链的稳定性问题。首先给出了进化博 弈的基本分析框架：剖析了生态产业链演进过程的进化博弈特性；在此基础上 建立了生态产业链演进的复制动态方程，得出了系统的5 个局部不动点；利用 j a c o b i a n 矩阵对不动点进行稳定性分析；最后，分析了生态产业链演进稳定性 1 0 第一章绪论 的影响因素。 第7 章研究了生态产业链中的信息共享机制。首先描述了生态产业链中的信 息流及信息共享的特征；然后分析了生态产业链中信息共享的风险；最后给出 信息共享的方案设计。 第8 章对全文进行总结，并对生态产业链领域的进一步研究作简单展望。 i 国内外文献检索、确定本文研究 i l 方向和内容 i 相关理论主要内容述评 1 i r 基于耗散结构理论和协同理论的生态产业链 生成机制研究 i 基于博弈论的生态产业链中企业和政府 行为方式选择分析 i ：态产业链运行中企业间的合作机制研究( 伙伴选择、 委托代理机制、分配机制) i 基于进化博弈论的生态产业链 运行稳定性研究 i 生态产业链信息共享机制研究 图1 1 本文研究思路图 1 5 本文拟解决的主要问题 本文拟解决以下四个方面的问题： 1 、生态产业链中企业行为方式选择和政府激励策略选择的定量分析。 2 、上下游企业间信息不对称引发的委托代理问题。 3 、建立生态产业链形成过程的自组织动力学方程。 4 、生态产业链演进稳定性的定量分析。 第二章生态产业链理论基础 第二章生态产业链理论基础 工业生态学理论是生态产业链的重要研究基础，循环经济理论、食物链理 论以及生态工业园理论与实践都与