（管理科学与工程专业论文）钢铁工业生态化园区系统动力学仿真研究.pdf

摘要 摘要 在经济高速发展的同时，人类对自然生态系统破坏的问题日益突出，对自然 资源的开发和索取大大超过了自然的负荷能力和生态系统的承载力，这造成了一 系列问题，严重阻碍了社会的发展。实践证明，生态工业园能够在减少自然资源 的消耗降低环境负荷的同时使企业保持良好的经济效益。因此，当前很多国家都 在积极的探索生态工业园发展的有效的模式。而钢铁工业生态化园区是生态工业 园在钢铁行业的应用。本文将通过系统动力学仿真研究，找到钢铁工业生态化园 区的发展模式，为钢铁行业发展循环经济实现可持续发展提供策略支持。 本文通过对钢铁工业生态化园区的详细分析，在前人研究的基础上，进行了 创新性研究。首先建立了独特的钢铁工业生态化园区模式体系研究工具；其次， 借助模式体系，找到了建立钢铁工业生态化园区的系统动力学模型的主要变量、 废弃物循环链等重要信息；再次，在此基础上建立了园区的系统动力学模型，该 模型的研究视角独特，未在同类文章中发现此种建模角度，具有较强的创新性； 最后，通过仿真实验，研究了钢铁工业生态化园区可能遇到的问题，并从发展循 环经济角度给出了相应的应对策略。 首先需要国家政策的支持，形成发展生态化园区的良好氛围，包括对废弃物 的排放征收高额税费，对企业的环保科研投入免税并给予相应的奖励等；其次， 当企业找到了循环经济增长点后，园区就找到了发展生态化的动力，则可实现钢 铁工业生态化园区的可持续发展；此时，政府将主要负责营造发展循环经济的良 好氛围、监督监察等工作，防止钢铁工业生态化园区的生态效益和经济效益发生 退化，使园区实现可续的改进。 此外，通过仿真研究本文还发现：在宏观经济低迷的情况下，在园内企业受 到生存压力的影响，园区的“减量化”、“再利用”和“再循环”水平都将面临下降的 风险，其中，“减量化”下降的风险最大；同样，在宏观经济形势良好的情况下， 园内企业为了追去更多的经济利益，不去提高环保水平，也会使园区的“减量化” 水平下降的风险增大，但“再利用”和“再循环”的水平并不会受到很大影响。因此， 建立钢铁工业生态化园区时，无论是经济形势良好时，还是经济形势低迷时，该 更加关注如何避免园区的生态效益的下降，尤其是园区的“减量化”水平。 关键字：钢铁工业生态化园区；系统动力学；仿真模拟；生态工业园；钢铁企业 管理 a b s t r a c t a b s t r a c t w h i l ee c o n o m i ci sr a p i d l yd e v e l o p i n g ，i ti sb e c o m i n gm o r ea n dm o r et h r e a t e n i n g t h ee c o s y s t e m ，a n dt h ee x p l o i t a t i o na n de x h a u s t i o no fn a t u r a lr e s o u r c e si sm u c h h i g h e rt h a nt h ec a p a c i t yo fn a t u r a la n de c o l o g i c a ls y s t e m ，w h i c hh a sc a u s e dal o to f s e r i o u sp r o b l e m s ，a n dh a ss e r i o u s l yh i n d e r e ds o c i a ld e v e l o p m e n t p r a c t i c eh a ss h o w n t h a te c o - i n d u s t r i a lp a r k s ( e i p s ) c a r lh e l pt or e d u c ee n v i r o n m e n t a lb u r d e nw h i l e a l l o w i n ge n t e r p r i s e st om a k ep r o f i t t h e r e f o r e ，w a y st od e v e l o pe c o - i n d u s t r i a lp a r k s e f f i c i e n t l ya r ea c t i v e l ye x p l o r e db ym a n yc o u n t r i e s s t e e le c o - i n d u s t r i a lp a r k s ( s e i p s ) a r eak i n do fe c o - i n d u s t r i a lp a r k sa p p e a r i n gi ni r o na n ds t e e li n d u s t r y i nt h i sp a p e r , t h ew a yt os e i p sw o u l db ee x p l o r e dt h r o u g hs y s t e md y n a m i c s ( s d ) s i m u l a t i o ns t u d y , i no r d e rt op r o v i d es t r a t e g ys u p p o r tf o rt h es t e e li n d u s t r y , d e v l o pc i r c u l a re c o n o m y a n da c h i e v es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t b er e v i e w i n gp r e v i o u ss t u d i e sa n dad e t a i l e da n a l y s i so fs e i p s ，i n n o v a t i v e r e s e a r c hw a sc a r d e do u ti nt h i sp a p e r f i r s t ，a l lc l a s s i f i c a t i o nf r a m e w o r kf o rs e i p s w a sc r e a t e d s e c o n d ，t h r o u g ht h ef r a m e w o r k , s o m em a i ni n f o r m a t i o na b o u ts dm o d e l f o rs e i p sw a sf o u n d ，s u c ha sk e yv a r i a b l e s ，w a s t er e c y c l i n gc h a i n , e t e n e x t , a ns d m o d e lf o rs e i p sw a sb u i l t f i n a l l y , t h r o u g hs ds i m u l a t i o n , t h ep r o b l e m so fs e i p s d e v e l p i n gw e r es t u d i e d ，a n dd e v e l o p i n gs t r a t e g i e sw e r eg i v e nf r o mt h ev i e wo f c i r c u l a re c o n o m y t h em a i nf i n d i n gf r o mt h i ss t u d yi sa sf o l l o w s i nt h eb e g i n n i n g ，p o l i c i e ss h o u l d b em a d et h a ts u p p o r ts e i p si nd e v e l o p i n gr e c y c l i n gs y s t e m a f t e rt h er e c y c l i n g e c o n o m yw a se s t a b l i s h e d ，t h em a r k e tm e c h a n i s mw o u l de n a b l e s e i p st oa c h i e v e m u t u a lp r o m o t i o no fe c o - e f f i c i e n c ya n de c o n o m i cb e n e f i t t h e n ，g o v e r n m e n tw o u l d m a k es p e c i a lp o l i c i e st oh e l ps e i p st oc u l t i v a t en e w r e c y c l i n ge c o n o m i co p p o r t u n i t i e s ， a n df o c u so ns u p e r v i s i o na n di n s p e c t i o n w i t ht h i sm e c h a n i s m ，s e i p sw o u l da c h i e v e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h r o u g ht h es i m u l a t i o n , i tw a sa l s of o u n dt h a t ：i nt h em a c r o e c o n o m i cd o w n t u r n , t h e r ew a sar i s ko fd e c l i n ei nt h el e v e lo fs e i p s r e d u c e ，r e u s ea n dr e c y c l e ，e s p e c i a l l y o nt h er e d u c el e v e l ，b e c a u s eo ft h ep r e s s u r eo fe n t e r p r i s e si ns e i p st os u r v i v e ；i nt h e s i t u a t i o no fg o o dm a c r o e c o n o m i c ，t h e r ew o u l db ear i s ko fd e c l i n ei nt h el e v e lo f s e i p s r e d u c e ，f o re n t e r p r i s e si ns e i p st op u r s u et om o r ee c o n o m i cb e n e f i t ，w h i l e r e u s ea n dr e c y c l el e v e lw o u l dn o tb ea f f e c t e d t h e r e f o r e ，d u r i n gt h ep r o c e s so f d e v e l p i n gs e i p s ，m u c hm o r ea t t e n t i o nw o u l db ep a i dt oa v o i d i n gd e c l i n eo fs e i p s e c o e f f i c i e n c y , e s p e c i a l l yt or e d u c el e v e l ，w h e t h e rt h ee c o n o m i cs i t u a t i o ni sg o o do r b a d k e yw o r d s ：s t e e le c o i n d u s t r i a lp a r k , s y s t e md y n a m i c s ，s i m u l a t i o n ，e c o i n d u s t r i a l p a r k ，s t e e lc o r p o r a t i o nm a n a g e m e n t i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 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。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盈垂型导师签名：旌查垒日期：上型少 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 钢材是人类社会最主要的结构材料，也是产量最大、覆盖面最广的功能材料。 在可预见的未来，钢材仍是一种非常重要且不可替代的材料。2 0 多年来，我国 钢铁工业高速发展，自1 9 9 6 年起钢铁产量已连续1 1 年居世界第一位。2 0 0 6 年 我国钢产量达到4 1 亿吨，是排名第2 至第4 位的日本、美国和俄罗斯三国钢产 量的总和。我国已是世界上最大的钢铁生产和消费国，成为钢铁投资最集中的地 区。当前，我国仍处于城市化和工业化进程中，随着国内固定资产投资增长和汽 车、房地产、装备制造业等主导产业的高速发展，使得钢材需求将在相当长时间 内保持在较高的增长水平。2 l 世纪的中国钢铁工业将仍是国民经济的基础产业， 并且是基础产业中的重要支柱，在全面建设小康社会的发展中将起着非常重要的 作用。 尽管在我国，钢铁工业在国民经济发展中一直占有重要的地位，对我国的经 济建设起着不可替代的作用，关系着国计民生。但是，目前我国钢铁业仍然是依 靠资源的高消耗来推动增长的，大部分企业的仍然是其所在地区的污染大户，其 污染物排放占全国比例如下： 废气：2 0 0 5 年全国工业按行业统计废气排放量为2 6 8 0 5 2 亿标立方米，其中 钢铁工业( 包括黑色冶炼压延、黑色矿山，下同) 为5 7 1 3 4 亿标立方米，占全国比 重2 1 3 1 ； 二氧化硫：2 0 0 5 年全国二氧化硫总排放量2 5 4 9 万吨，去掉生活部分，全国 工业按行业统计总量为1 9 8 0 5 万吨，其中钢铁工业1 4 6 5 万吨，占工业排放总量 7 4 。 烟尘：2 0 0 5 年全国烟尘排放量为1 1 8 3 万吨，去掉生活部分，全国工业按行 业统计工业烟尘排放量为8 5 4 9 万吨，其中钢铁工业7 l 万吨，占工业排放总量 8 3 。 粉尘：2 0 0 5 年全国工业按行业统计粉尘排放量为8 2 8 1 万吨，其中钢铁工业 1 2 9 6 万吨，占工业总排放量1 5 6 5 。 废水：2 0 0 5 年全国工业废水排放2 4 3 亿吨，其中钢铁工业1 8 4 1 7 3 亿吨，占 工业废水总排放量的8 5 3 。【l 】详见表1 1 。 因此，我国的钢铁企业迫切需要发展生态工业和循环经济，改变传统的“资 源消费产品废物排放”的单程型物质流模式，实现可持续发展。而钢铁 工业生态化园区是以钢铁企业为核心，依据循环经济理念、工业生态学原理和清 北京工业大学管理学硕士学位论文 洁生产要求而设计建立的一种新型工业园区。它通过物流或能流传递等方式把不 表1 12 0 0 5 年钢铁行业污染物排放量与工业总排放量的比较 t a b l el 一1c o m p a r i s o no fe m i s s i o n sf r o ms t e e li n d u s t r ya n dt h et o t a le m i s s i o no fl n d u s t r yi n2 0 0 5 2 0 0 5 年工业总排放量2 0 0 5 年钢铁行业排放量钢铁行业排放量工业总排放量 废气2 6 8 0 5 2 亿标立方米 5 7 1 3 4 亿标立方米 2 1 3 1 二氧化硫1 9 8 0 5 万吨1 4 6 5 万吨 7 4 烟尘8 5 4 9 万吨7 1 万吨 8 3 粉尘8 2 8 1 万吨1 2 9 6 万吨 1 5 6 5 废水2 4 3 亿吨1 8 4 1 7 3 亿吨 8 5 3 同工厂或企业连接起来，形成共享资源和互换副产品的产业共生组合，建立“生 产者一消费者一分解者”的物质循环方式，使一家工厂的废物或副产品成为另一 家工厂的原料或能源，寻求物质闭环循环、能量多级利用和废物产生最小化【2 】。 但是，各个钢铁企业的情况不一样，它们的经济发展程度、生态化程度不同，它 们建立生态工业园的策略也应是不同的，所以，我们需要建立一个动态的模型， 帮助钢铁企业找到发展钢铁工业生态化园区的合适策略，使钢铁企业实现发展模 式的改变、做到可持续发展。 1 2 研究现状 1 2 1 钢铁工业生态化园区的研究现状 当前，对钢铁工业生态化园区进行研究的较为丰富，既有理论研究又有实证 研究。理论研究主要有：陆钟武列出了一些实现钢铁工业可持续发展的方法，并 提出建立钢铁工业生态化园区的可能和构想，并且提出可能的生态产业链钥 厂+ 水泥厂+ 热电厂+ 化肥厂【3 j 。殷瑞钰、胡长庆等对钢铁工业生态化的进展与前 景进行了分析研究，给出了钢铁工业生态化的内涵和其实现途径，并且提出了钢 铁企业的三大功能一钢铁产品制造功能、能源转换功能和社会废弃物销纳处理功 能，最后提出基于生态工业和循环经济理论的未来钢铁企业发展模式一城市周边 型和港口型生态钢铁企业【4 】【5 1 。殷瑞钰、胡长庆等对钢铁工业生态化园区的发展 模式进行的初步研究。 还有一部分学者进行的是实证研究，例如：安达等主要分析了包钢生态工业 园区的生态工业模式和生态产业链等内容，该文指出包钢的生态模式主要有三 种：钢铁产业群落和稀土产业群落组成的复合共生生态工业园区、钢铁稀土产 业群落与配套群落构成互利共生生态工业体系、钢铁稀土产业群落与生态产业 链上下游补链企业个体形成偏利共生的生态工业体系，主要产业链有：铁矿石 铁精矿烧结矿铁钢- 机械加工产业链、矿石铁精矿烧结矿铁渣一钢渣建筑材料 产业链、矿石一稀土精矿一矿粉稀土功能材料稀土应用材料产业链、煤炭焦炭 煤气一电力产业链1 6 j 。曹辉研究了鞍钢的工业生态系统结构设计等问题，指出鞍钢 第1 章绪论 生态工业园存在两种生态工业模式互利共生和偏利共生生态工业体系，并提 出可能建立的1 2 条主要生态产业链，最后，该文对鞍钢生态园进行了生态位分析 【7 】。黄恩洪研究了济钢发展循环经济的情况，介绍了济钢能源利用及循环经济的 实践及其今后的发展方向和重点，并分析了济钢的减量化潜力、在使用潜力和再 循环潜力【8 】。刘国中对唐山钢铁工业的研究，对唐山钢铁工业发展环境和资源状 况及钢铁生产价值链进行分析，还使用s w o t 方法进行对唐山钢铁工业分析并给 出战略选择建议p j 。 此外，使用定量方法研究的对钢铁工业生态化园区进行研究的主要有：杨冬 华的研究主要使用定性分析和数据分析的方法，该文进行了大量的案例研究，分 析了宝钢、太钢并重点研究了包钢发展循环经济的情况【1 0 1 。k r i s t i n ad a h l s t r o m 等 将价值链分析与对物质流分析相结合来对英国钢铁部门进行研究，该研究过程还 考虑到了环境因素；对于研究经济环境的相互影响，价值链分析是一种非常有 效的工具，而且价值链分析方法还可以与物质流和生命周期研究相结合，具有广 泛的适用性【1 1 】。朱德莉使用了s w o t 方法分析了我国钢铁工业发展循环经济的状 况，并在此基础上研究了循环经济型钢铁企业的主要发展模式：清洁生产和生态 工业园。作者使用财务分析和成本效益分析两种对钢铁企业清洁生产的经济效 益进行评价，同时，结合柳钢的实例说明清洁生产能够创造良好的经济效益：在 生态工业园部分，作者使用p e t r in e t 工具，建立了离散事件仿真模型，结合包钢 生态工业园的情况对经济效益进行实例研究，证明生态工业园能比清洁生产获得 更多的经济效益【l 2 。 1 2 2 生态工业园的研究现状 在钢铁工业生态化园区之外，关于生态工业园的研究还有很多，这些研究有 助于拓展思路，找到新的研究点和研究方法。m a r i a nr c h e r t o w 对生态工业园进 行了很多基础性研究，并将其分为五类：仅进行为物交换型、单一企业组织型、 同一园区内多企业型、特定地域内的多企业型和更广泛地域内的多企业园区1 1 ) 。 a d j l a m b e r t 、e a b o o n s 对生态工业园内的企业规模和相互关系进行了研究， 他们提出理想中的生态工业园应该有不同规模的企业，这些企业相互协作，形成 稳定生态工业链【1 4 1 。王兆华提出了自主实体共生和复合实体共生两种模式是生态 工业园中最为普遍存在的两种模式，并对不同模式的代表丹麦的卡伦堡生态工业 园( 主实体共生型) 和我国的贵糖集团工业园( 复合实体共生型) 进行了介绍研 究；该文还描研究了生态工业园的工业共生网络的运作模式、生成机理和共生网 络资源循环；他根据生态产业链上的企业间的相互关系，将生态工业园工业共生 网络的运作模式分为了一下四种类型：依托型、平等型、嵌套型和虚拟型【l 引。 r rh e e r e s 、w j vv e r m e u l e n 、e b d ew a l l e 对荷兰和美国的现有生态工业园进 北京工业大学管理学硕士学位论文 行了分析研究，他们对生态工业园评价指标主要包括经济效益和环境效益掣1 6 】。 m a r i a nr c h e r t o w 、王兆华等人对生态工业园的发展模式进行了以定性分析为主 的研究，可以为建立钢铁工业生态化园区的发展模型提供很好的参考。 使用定量工具研究的主要有：冯刚用多目标规划模型研究生态工业系统【l ”。 王艳丽等利用a h p 方法研究生态工业园的柔性问题【l 引。王秀丽等对生态工业链进 行了博弈分析【1 9 】。柴立和等用非平衡统计力学研究了生态工业园的演变过程【2 们。 还用很多是研究生态工业园评价方法的文章，耿勇等使用能值分析研究生态工业 园的经济绩效评价【2 1 1 。马祥陆利用贝叶斯网络对生态工业园的清洁生产评价方法 进行研究瞄】。利用系统动力学方法进行研究的有：王梅灵应用系统动力学的方法 对火电厂生态工业园进行了系统的研究，并使用其模型对朔州火电厂生态工业园 进行了模拟与调控；她的模型中建立了人口子系统、产业子系统、环境资源子系 统、园区收入子系统五个部分【2 3 | 。ek u n s c h 和j s p r i n g a e l 使用系统动力学模型模 拟了消费者行为和持续的税收控制机制对c 0 2 排放的影响的模型。他们使用 v e n s i m 软件进行模拟的；同时，讨论了模糊推理技术与系统动力学模型的联合使 用问题【2 4 1 。杨养锋、薛惠锋利用系统动力学模型对能源重化工工业园环境系统进 行了仿真【2 5 1 。同年，他们( 杨养锋、薛惠锋) 还利用系统动力学工具对锦界生态 工业园的水资源进行了仿真研究与调控1 2 6 1 。此外，邓伟根等将投入产出表应用到 了生态工业园的研究中1 2 n 。通过对以上文献的研究，找到了系统动力学方法，它 可以用来建立仿真模型，可以使钢铁工业生态化园区的模式体系具有很强的可操 作性和指导性。 1 2 3 系统动力学方法的应用现状 除了上面介绍的利用s d 方法研究生态工业园的文章，还有很多使用系统动 力学方法研究类似模拟和决策支持的文章，这些文章对于我将来的研究很有帮 助。主要有：左其亭等建立了研究社会经济生态环境关系的系统动力学模型； 但是该文章仅分析了社会经济系统与生态环境系统耦合关系，并建立了动力学方 程，但没有建立因果关系图，也没有进行模拟仿真【2 引。宁晓倩等分析了项目的时 间成本问题，该文通过建立系统动力学模型描述了项目过程，并模拟研究了项目 中各变量，特别是返工对项目时间和成本的影响，可以帮助项目管理者确定目标 时间和成本【2 圳。汪彦博对石家庄水环境承载力进行了系统动力学研究，该文建立 了石家庄水环境承载力的s d 模型，并针对问题提出了石市水环境持续发展方案， 并在分析比较各个方案后得出一个经济和环境协调发展的综合方案，从而为决策 提供了科学的依据1 3u 。蔡建民研究了项目的风险管理问题，该文以青岛某房地产 项目实施阶段的风险管理为例，说明了s d 与传统项目管理方法结合，将大大增 强对项目的分析能力和控制能力p 。侯燕等建立了可持续固体废弃物管理的s d 第1 章绪论 | n nn n nn 鼍曼! 量! 皇曼皇皇! 曼! ! 曼昌曼皇曼皇皇! 詈量曼! 詈! 皇詈! ! ! ! 皇曼! ! ! 曼! ! ! 曼曼舅! 皇曼喜皇毫富詈曼曼鼍 模型，并使用了v e i l s 砷软件进行了仿真模拟，该模型主要是对垃圾的循环利用的 分析控制的，但并没有讨论固废的循环利用对经济的影响f 3 2 1 。侯燕等又对昆明市 生活垃圾管理系统进行了s d 仿真，这次他们建立了一个交大的模型，也加入了 经济变量，但主要分析的是投资的部分，对效益的内容讨论较少【3 3 】。阎清卿使用 系统动力学研究赤峰市可持续发展的能力，该文章建立了人口、经济、资源、环 境、科技和教育六个子系统研究赤峰市可持续发展的能力【3 4 1 。 国外方面，主要有：v a s s i l i o sk a r a v e z y r i s 等建立固体废弃物管理的s d 预测模 型，该模型还使用了模糊逻辑，这增强了该模型的有效性【3 5 】。p a t r o k l o sg e o r g i a d i s 等研究了环境参数对供应链的影响，该文研究了环境因素在有生产循环的单一商 品供应链中的长期影响，作者建立的s d 模型可以环境因素对生产和消费者需求 的长期决策进行仿真【3 6 】。y a n f e n go u y a n g 等使用s d 模型研究了由消费者需求产 生长尾效应在单梯队供应链中的影响，该文还阐述了模型扩展到多梯队供应链的 可能旧。h b r i a nh w a m g 等在利用s d 模型研究供应链管理时，还加入了混沌理 论，该模型可以用来观察多层次供应链中的变量和混沌级别，管理供应链中的相 关因素并减少系统中的混乱【3 引。a d o l f oc r e s p om a r q u e z 等使用s d 研究了投资的决 策支持系统，该文建立的模型将消费者价值和商业目标联系到一起，该模型可以 对消费者反应和商业结果进行情景分析，并得出最优的投资策略1 3 9 1 。gc h u n g 等 研究了水的供应管理问题，该文章建立了一个一般的水供应规划模型，该模型包 括水源、使用者、收费设备及水和废水处理设备等部分，并且可以进行不同情景 的仿真预测m 】。j t ml i n 等也将s d 用于项目管理的研究中，作者建立了一个 d y n a m i cd e v e l o p m e n tp r o c e s sm o d e l ( d d p m ) ，用来管理交互且反复发展过程， 并提出改进的建议，该文对手机发展项目进行案例分析，证明了该模型的有效性 。o z g ek a r a n f i l 等对如何管理人体水平衡疾病经行了系统动力学研究【4 2 1 。 1 3 研究方法及主要工作 1 3 1 研究内容 本论文的主旨在于通过对钢铁工业生态化园区的系统动力学仿真，提出生态 园的改进方案和发展策略。首先，本文将建立一个可以用来描述钢铁工业生态化 园区的模式体系，通过该模式体系对钢铁工业生态化园区进行详细分析，在此基 础上建立出详细的系统动力学模拟模型，确定主要调控变量和相应的反应变量， 并使用v e n s i m 软件实现，进行各种情景下仿真实验。最后，根据该模型的模拟 结果制定出钢铁工业生态化园区的发展策略。 北京工业大学管理学硕士学位论文 1 3 2 研究方法与技术路线图 论文的研究方法是首先采用文献研究法了解目前钢铁工业生态化园区、生态 工业园模式体系构建、系统动力学等的研究现状，结合钢铁工业的实际的情况， 应用生态工业园和管理科学与工程的理论知识构建钢铁工业生态化园区模式体 系，再根据该模式体系建立相关的系统动力学模型，并利用v e n s i m 软件实现模 拟控制和实证研究。 系统动力学可以充分考虑社会经济管理系统的特点，强调系统结构与系统行 为动态性的关系。它把无生命系统和有生命系统在整体上作为动态系统来把握， 认为在所研究的系统中存在信息反馈环，使用系统工程的思想方法把整个系统分 为若干子系统，明确作用于子系统间或子系统内部的因果关系，从而建立系统的 数学模型。它在验证模型的有效性后，有针对性地改变系统条件来进行多次方针 计算，以谋求问题的解决，为制定战略、政策、做出决策等提供依据。 由此可以看出，系统动力学是研究钢铁工业生态化园区的有效工具。本文将 选择s d 作为主要研究工具。研究路线如图1 1 所示： r， 理为i 论研 篓蠢1 行l 的力立工 基学系具 础模统 型动建 区生钢厂 的态铁j 分化工1 析园业l 结研厂 论究 1 0 9 0 吨钢可比能耗，k g t ! 五5 0 9 0 0夕8 0 7 8 0 吨钢废水排放量，t ( n 1 3 ) t 叟0g 0野0 6 o 吨钢c o d 排放量，嘞 卯2郢5卯9 0 9 吨钢烟粉尘排放量，k g t 1 1 05 2 0g 0 4 0 石油类排放量，k g t 郢0 1 5如0 4 0翊1 2 0 o 1 2 0 s 0 2 排放量，k g t ! 1 0q 0三2 5 2 5 生产水循环利用率， 猡5之9 39 0 9 0 高炉渣利用率， 1 0 0 猡5兰9 0 9 0 转炉渣利用率， 1 0 0猡5兰9 0 9 0 含铁尘泥利用率， 1 0 0 猡59 0 9 0 高炉煤气回收利用率， 1 0 0猡5矽3 9 0 转炉煤气回收热量，k g c e t 兰2 3筮l之1 8 行业平 行业平均 行业平均 1 2 态化园区均标准均标准标准标准 维持生存型钢铁工业生行业平均行业平行业平均= 行业平均 1 2 态化园区标准均标准标准标准 政策扶持型钢铁工业生 行业平 行业平 行业平均 行业平均 态化园区均标准均标准标准标准 0 0 0 0 2 ，0 0 0 0 3 - l e - 0 0 7 木i n t e g e r ( 科研投入累积4 l e + 0 0 6 ) ，0 0 0 0 2 ) u 1 1 i t s ：d m n l 烟粉尘处理费率= 政策对废气处理费率的影响l o o k u p ( 政策变量) u 血t s ：i u 在b 厂r 政策变量= 3 u n i t s ：d m n l ( 注：政策变量为1 表示政府仅进行限制，不鼓励环保；政策 变量为2 表示政府支持环保；政策变量为2 表示政府特别支持) 政策对废气处理费率的影响l o o k u f ( ( i ，6 0 0 ) - ( 3 ，2 0 0 0 ) ，( 1 ，9 0 0 ) ， ( 2 ，12 0 0 ) ，( 3 ，15 0 0 ) ) u 1 1 i t s ：d m n l 政策对科研的影响l o o k u p ( ( 1 ，1 ) - ( 3 ，9 ) 】，( 1 ，1 ) ，( 2 ，6 ) ，( 3 ，9 ) ) u 1 1 i t s ：d m n l s 0 2 处理费= s 0 2 产生量* s 0 2 处理费率 u i l i t s ：r m b 腭r e a r 科研投入流量3 = 科研投资3 u 1 1 i t s ：i t m b y e a r 吨钢用水量= 2 1 0 u m t s ：d m n l 科研投入累积3 = i n t e g ( 科研投入流量3 ，0 ) u i l i t s ：r m b 新水资源消耗量累积= i n t e g ( 新水消耗量，o ) u m t s ：t 水的循环经济利润= 循环水量水循环的利润产生率 u m t s ：r m b y e a r 科研投资比率3 = 0 0 6 2 i j n i t s ：d m n l 第3 章钢铁工业生态化园区模式体系研究 水的循环经济支出= 科研投资3 u n i t s ：r m b y e a r 水循环的利润产生率= 2 5 9 u n i t s ：r m b t 科研投资3 = i ft h e ne l s e ( 水循环的投资利润率 = 0 ，水的循环经济利润科 研投资比率3 ，o ) u n i t s ：r m b y e a r 新水消耗量= 生产用水量循环水量 u n i t s ：t y e a r 废水量= 生产用水量 u n i t s ：讹a r 水的循环经济效益累积= i n t e g ( 水的循环经济利润水的循环经济支出，o ) u n i t s ：r m b 水循环的投资利润率= o 2 5 3 9 u n i t s ：d m n l 水循环率= i ft h e ne l s e ( ( 0 9 7 5 + 1 e 0 0 5 * i n t e g e r ( 科研投入累积3 l e + 0 0 7 ) ) l ，1 1 9 8 7 0 0 0 0 1 * i n t e g e r ( 科研投入累积2 l e + 0 0 7 ) ，1 ) 北京工业大学管理学硕士学位论文 u m t s ：d m n l 吨钢铁渣副产品利润产生率= 钢铁渣副产品的投资利润率* 3 4 3 8 8 2 5 5 u n i t s ：i 己m b 厂r 放大系数= 全社会钢产品需求量钢产品产量 u l l i t s ：d m n l 废钢的循环经济利润= 使用废钢所节省的生铁量( 生铁价格废钢价) u i l i t s ：r m b y e a r 废钢的循环经济利润存量= i n t e g ( 废钢的循环经济利润废钢的循环经济 支出，0 ) u 1 1 i t s ：r m b 废钢的循环经济支出= 科研投资2 u m t s ：r m b y e a r 废钢价格= 3 1 0 0 u m t s ：r m b t 废钢年使用量= ”铁素消耗量( 炼钢) ”+ 废钢铁使用系数 u i l i t s ：1 仃| e a t 废钢使用量累积= i n t e g ( 废钢年使用量，0 ) u 1 1 i t s ：t 废钢铁使用系数= i f t h e n e l s e ( ( 0 0 6 31 3 + e x p ( 3 3 + 1 5 2 9 e - 0 0 9 * 科研投入累 积2 ) ( i + e x p ( 一3 3 + 1 5 2 9 e - 0 0 9 * 科研投入累积 2 ) ) ) o 5 ，0 5 ，0 0 6 313 + e x p ( 一3 3 + 1 5 2 9 e - 0 0 9 * 科研投入累积2 ) ( i + e x p ( - 3 3 + 1 5 2 9 e - 0 0 9 木科研投入累积 2 ) ) ) u 1 1 i t s ：d m n l 钢材成材率= o 7 0 6 u n i t s ：d m n l 钢铁渣的循环经济存量= i n t e g ( 钢铁渣的循环经济利润钢铁渣的循环经济 支出，0 ) u 1 1 i t s ：r m b 钢铁渣的循环经济利润= 钢铁渣副产品的产量宰吨钢铁渣副产品的利润产生 率 u 血t s ：r m b y e a r 钢铁渣的循环经济支出= 科研投资1 u 1 1 i t s ：i 岫y e a r 钢铁渣副产品的生产率= 1 0 5 5 9 u i l i t s ：d m n l 钢铁渣副产品的投资利润率= 0 1 8 5 4 第3 章钢铁工业生态化园区模式体系研究 u 1 1 i t s ：d m n l ”固废循环量l ( 自循环) ”= 固体废弃物产生量钊固废循环率1 ( 自循环) ” u 1 1 i t s ：1 w e a r ”固废循环量2 ( 综合利用) 一固体废弃物产生量利固废循环率2 ( 综合利用) ” u m t s ：1 w 色8 1 ”固废循环率l ( 自循环) ”= 0 2 2 8 2 u i l i t s ：d m n l ”固废循环率2 ( 综合利用) ”= i ft h e ne l s e ( ( 0 6 1 8 2 + e x p ( - 1 3 8 + 7 4 6 5 e - 0 0 9 幸 科研投入积累1 ) ( i + e x p ( 1 3 8 + 7 4 6 5 e 一0 0 9 科研投入积累1 ) ) ) 1 ，1 ，0 6 18 2 + e x p ( 1 3 8 + 7 4 6 5 e 0 0 9 * 科研投入积累1 ) ( i + e x p ( 1 3 8 + 7 4 6 5 e 一0 0 9 幸科研投入积 累1 ) ) ) u n i t s ：d m n l ”固废循环利用量3 ( 其它) 性固体废弃物产生量”固废环量1 ( 自循环) ”- ”固废 循环量2 ( 综合利用) ” u i l i t s ：t y e a r 固体废弃物产生量= 钢产品产量幸固体废弃物产生率 u n i t s ：1 w 色a r 固体废弃物产生率= 0 4 313 u i l i t s ：