生态工业中的宏观经济现象运用研究

经济可持续发展的关键是：让价格和价值体现生态学的客观经济规律。将生态学和经济学结合到一起，计算出各项经济活动的生态费用，把这些费用用补贴和税费的形式计入某种产品或者某种服务的市场价格中。国家管理层在对经济的调整过程中，可以使用很多政策行政手段，比如制定行政法规政策、制定经济政策、利用市场调节政策、增加生态标志、实行许可证贸易等。如今将税费和补贴结合在一起的财政政策已经呈现出一种新的时代标志，政府的税费调控手段可以起到系列的链锁作用，实行起来也特别有效，现在的自然资源已经成为稀有资源，财政改革的目标应该是改革财政体系，使价格能够反映真实情况，以保护自然界支撑经济的能力，以可持续发展为经济发展的目标，本书的研究结果证明，政府财政政策是建设生态经济的理想政策手段。通过市场运作机制征收税费和发放补贴建设生态经济，利用市场本身具有的有效配置资源的效能，利用财政政策来鼓励对环境有促进意义的活动，抑制对环境有破坏性的活动，把经济引向可持续发展的道路。

如果说当代知识经济的主要技术载体是以信息技术和生物技术为主导的高新技术，那么生态经济的技术载体就是环境无害化技术或者环境优化技术。前面已经论述生态工业是由大量的企业经过物质能量的相互消耗而构成的复杂系统，运用复杂适应性（CAS）理论，我们通过计算机软件建立每个企业（产业）的个体模型，这样的在计算机仿真系统中的企业模型被称为Agent，然后让这些Agent遵循一定的简单规则相互作用，最后通过观察这群Agent整体作用后涌现出来的结果，通过调整这些Agent的属性分析不同的演化涌现现象，找到产业进行生态聚集的规律，并用这些规律解释和理解现实生态工业中的宏观经济现象，运用Agent研究生态工业是一种研究生态经济科学的新方法。

通过上面介绍的模型，我们可以总结出，一般情况下运用多Agent模型进行建模可以有下面几个步骤：

（1）在现实社会找出有倾向的分析重点，对现实社会问题进行抽象，同时为了简化问题，往往需要设定一系列边界条件和假设；

（2）根据上面的假设建立Agent的个体模型，完成个体Agent的属性以及Agent之间的相互作用规则；

（3）通过计算机实现仿真，观察在某些特定的环境下生态工业社会的涌现结果和动态演进；

（4）根据观察结果得出结论，从而对现实社会现象进行解释和警示；

（5）根据实际情况调整模型中的参数和规则，观察调整这些参数或者规则以后模型的涌现和演进结果，分析它们将如何变化和发展。

这其中，比较重要和关键的是第一步和第二步，也就是从现实生态工业社会中抽象出假设、从实际模型中抽象出概念模型，这一过程需要人们对仿真对象进行深入研究，并为以后对属性的调整埋好伏笔，它决定了人工仿真模型的实用程度。

在研究中我们对丹麦卡伦堡生态园区、中国贵糖生态工业园区、广东南海国家生态工业示范园区、鲁北化工以及浙江的衢州巨化工业园区的生态产业机制进行了分析和抽象，整理出了一般生态工业园区的属性和运行机制，建立了逻辑上的概念模型，从中体会到生态工业园区的成员都是可以在政府宏观管制下进行自我控制的行为和状态，尽管会受到工业园区中其他成员和市场环境的影响，但是它们都有自己的独立决策和行动能力，有一定的自治性。任何生态工业园区系统都处于一个市场环境中，园区成员都会接受和感知来自市场和园区本身的内部环境的各种输入和变化，并做出相应反应。园区成员作为一个理想的经济实体，必然会在可能的条件下追求其本身利益（效用）的最大化，所以成员Agent会利用一切可能的机会来采取主动的行为，以实现自己的利益目标。园区成员之间存在着资源、信息、经济上的相互依赖关系，单个成员为了实现自身的目标必须寻求与其他成员之间的交互和协调。

自然生态系统中由食性关系所建立的各种生物之间的营养关系形成一系列猎物与捕食者的链锁称“食物链”，自然生态系统中的食物链是很复杂的，其复杂程度因生态系统的不同而异，一个自然生态系统实际上就是分布于空间中的开放的能量系统，而食物链（网）是这一系统以物种为分析单位的最常用的模型，食物链（网）形象地说明了自然生态系统中各物种之间的关系。食物链（网）还直观地表明生态系统中生物物种的多样性，对于系统的稳定极其重要，食物链越短、食物网结构越复杂，则该系统的抗干扰能力越差。在产业生态网络系统中也同样存在着类似食物网的关系，网络中的不同成分的主体可看做生态网络中的生物种群，维系它们之间关系的剩余物和利益可以看成是它们的食物，于是它们之间也就同样存在着这样一种交叉供养的食物网关系。我们研究的生态工业园区是一个建立在开放环境下的系统，有着和自然生态系统食物链关系极其相似的特点。

在研究中我们选择复杂性科学为方法论，对生态工业园区系统进行抽象和建模，得到问题后以遗传算法、演化博弈论、神经网络，以及复杂网络等一些方法进行了探讨，其中的研究成果为以后的生态工业园区信息系统提供了基本算法，为进一步抽象多Agent模型进行了铺垫，继而运用定性和定量相结合的方法，用Swarm进一步进行演化仿真，更加直观地对生态工业园区系统进行观察和分析，揭示了生态工业园区的企业生态聚集演化以及其柔性调控方法，避免了以前的生态工业园区在建立时漫长的谈判或者协商过程，减少了交易成本，通过观察仿真结果可以直接描述出上下游企业的连接。

我们在整个系统的研究中得到了一些结论：

（1）生态工业园区系统是一个复杂适应性系统。

（2）生态工业园区系统的聚集可以通过仿真事先予以明确，然后在实际运作中可以对照仿真结果按图索骥实现产业生态化。

（3）政府管制管理部门在制定政策的时候可以通过仿真演化观察该项政策举措可能带来的影响，从而调整政策力度或者方向，使政策有的放矢。

（4）通过仿真实验我们发现生态工业的链接越简单越脆弱，越复杂系统抵御外力干扰的能力反而越强，这给实现虚拟生态工业园区的物质能源交换和梯级使用提供了理论依据。

（5）经济仿真不但可以描述宏观现象，还能部分刻画出微观连接，多主体系统没有一个全局的控制系统，每个主体只拥有部分的、不完备的信息或者只求解部分问题的能力，每个主体可以运用其有限的视野不断地进行演进，我们追求这种演进中达到的一种“涌现”现象。

（6）对生态工业园区多主体建模的一个好处就是数据可以分散处理和存储，能够实现异步计算。

我们在一个比较大的环境下建立生态工业园区（虚拟生态工业园区），建立更广泛的物质能量交换网络，增加交易频率，通过事先仿真预测指出了最佳上下游园区中产业实体的连接路径，减少了搜寻成本，降低了漫长的谈判过程，从而降低了交易费用，并且在园区产业生态食物链出现问题时可以在第一时间得出备选方案或者次优方案，规避了一些风险。

本研究的主要贡献：

（1）通过对生态工业园区系统演化的建模，从实践上对离散的、非完全理性建模理论进行了完善，建立了生态工业园区系统演化建模方法。

（2）把握生态工业共生关系的环境和经济双重特征，建立一套有效的经济效益奖励和惩罚机制，研究关键节点对链（网）的影响，分析政策面上的利率、税费等因素的调控对形成链（网）的作用，以可视化的因素分析和敏感性调整的方法考虑生态因素对经济效益的影响，从实践上避免在制定相应政策的随意行为。成果可为政府经济规划部门、环境保护部门以及财税部门制定政策之前的仿真沙盘模拟，利用仿真结果可以减少实际政策运行后带来的风险。

（3）从动态和系统的观点把握生态工业园区系统演化的方式、途径、机理和动因，完善理论体系框架，克服生态产业实践的盲目性和片面性。

（4）纵观以前各种网络交易模式，无外乎都是将交换双方往网上一搬了事，让交换双方自行解决配对问题。我们设计的生态工业园区系统架构不但利用系统所拥有的知识以及专家的知识为企业从技术上进行策划，提供产业剩余物上下游交换平台，而且还从经济和生态两个方面对参与交换的企业进行配对选优仿真，在定义各企业和剩余物产品的属性和配对规则以后，进行仿真演化，直至得到帕累托最优生态工业园区系统产业共生（链）网，该技术为本项研究的核心竞争力，也是本课题的重要创新点。

首先，实际上，我们研究生态工业系统时，企业和企业群落所减少的是生产过程中的工业剩余物（废弃物），但是经济系统所产生的剩余物远不止这一来源，产品自身在经过消费过程时也会产生大量的其他剩余物，比如包装等。甚至在产品生命周期完结后，本身也成了一种剩余物，汽车消费就是一个很好的例子。由于这些剩余物已经跳出了生产过程，可能就需要在社会层面建立分解者的角色，对此类剩余物建立综合回收和循环利用体系。另外，对实在不能再生循环的剩余物，还需要进行环境无害化处理。同时，我们应该注意到最主要的是形成工业共生体系的主要物流并不是剩余物流，而更是产品流。如果忽略产品之间的关联而只盯住废物或者副产品，则不能抓住工业发展的本质，我们在研究时不能偏颇。

其次，剩余物资源化的前提主要是有一定的剩余物供应量和经济可行的分离再生技术，这样剩余物才可能被其他企业所利用，为了弥补这一点我们可以采用“综合集成研讨厅”技术博采众长，对前期是否可能有上下游剩余物利用关系进行论证和设计。

为了便于研究，我们不得不集中精力和目标在主要矛盾的解决上，以上的一些问题还有待进一步研究和深入实践。

最后，鉴于我国至今尚无世界上承认的、真正意义上的生态工业园区，生态工业理论也在发展建设之中，研究中的疏忽和遗漏在所难免，也敬请各位专家和同行批评指正。

在进行研究时，基于我国自己的复杂性科学体系，根据钱学森院士提出的“从定性到定量综合集成法”思想，我们对工业剩余物交换网平台进行了系统构思。第一，对建立区域产业剩余物交换网的研究很大程度上既要考虑许多定量的问题，也要考虑许多定性的问题，定性与定量相结合将是其最基本的特点。“定性与定量相结合”就是把专家的定性知识或定性的判断同定量模型以及定量数据的描述有机地结合起来，以实现定性知识与定量数据之间的相互转化。在解决生态产业问题时，涉及生物、生态、环保、化工、规划、管理、工业、农业等方方面面，就需要把各方面的专家及专门知识、各种分析方法、各种模型和工具、各种数据和信息有机地结合在一起，通过“综合集成”的人—机网络环境系统，同时利用计算机和人（专家）的长处，建立剩余物交换网基本构架。第二，由于是各方面专家共同合作研究，知识的结合和积累、协作和研讨将是系统所支持的基本工作方式。对于剩余物交换网管理系统来说，就要为之提供相应的通信、网络、人机接口等技术支持，为它们之间的交互以及它们与系统的交互提供方便。第三，由于研究的问题可能会涉及许多仿真系统、数据库系统等的支持，于是剩余物交换网管理系统就应具有多种模型交互、分布式交互仿真的能力。建立剩余物交换网的过程是一个学习的过程，知识采集是系统的基础和依据，对产业食物链信息资料的查找和检索将是研究人员必需的过程，剩余物交换网系统将满足与互联网接驳的并可从中挖掘所需信息的需求。第四，剩余物交换网系统是一个能够不断积累学习、自我增长的系统，是一个推陈出新不断演进的系统，其知识库、模型库、数据仓库、文档库、专家库都在不断更新，不单单只是简单的积累，而是通过演化选优、不断进化，将群体智慧、信息技术、决策技术以及建模技术集成起来，建立以剩余物交换为中心的知识集成系统。

在研究剩余物交换网络时，我们发现这是一个动态的网络，有很多来自外部和内部的成本因素影响着网络中的节点企业，比如其间的交易成本、搜寻成本（寻找合适的剩余物供需关系的企业）、谈判成本（漫长过程）、履约成本（一方督促另一方履约）、风险成本（网络稳定性和安全性，比如一个节点企业对生产做出重大调整时影响着与其连接的另一方，网络上一个关键环节节点断掉，则整个网络面临瘫痪的风险）、其他成本（自然灾害、政策变化、技术突破等），于是只有应用当代信息技术尤其是Internet技术，使得依托这一技术大空间建立体现综合集成思想的系统成为可能。由图7．1我们可以看出系统是这样运行的：首先需要邀请客户加盟我们的剩余物交换网，这些客户既可以是剩余物排放单位实体，也可以是剩余物吸收单位实体，客户在实际生产运行过程中可能会提出剩余物（包括废弃物）的处理请求，这个步骤是分布式的，即客户可以在全球的任何区域提出请求；系统收到剩余物处理请求后，要求输入剩余物品名（化学成分）、纯度、要求处理数量、批次间隔、流量等数据，直接进入到剩余物交换网管理系统中。这是一个基于寻优算法的多主体生态产业仿真系统，系统自动以最短距离先行对该区域的剩余物食物链进行仿真实验，看是否能将该剩余物融入所在区域的产业生态食物链。如果能，则进入基于多Agent的仿真系统进行效益分析；如若不能，则进入综合集成专家系统。这是一个近似综合集成研讨厅的体系，在我们的剩余物交换网系统中专门建立了一个专家管理系统，对所签约的专家进行了分类，并为专家提供了一个研讨平台，无论专家在什么地方只要能登录上网，一切都由专家管理系统解决。专家可以在这个系统上举行会议、讨论、评判，可以通过本体论、语义网等各种方式调用系统的知识库、模型库、文档库，进行数据挖掘，并对客户所提出的问题在规定时间内提出解决方案。如果还是不能解决，将在互联网上公开进行课题招标，这既是一个课题招标，也是一个专家招募过程，如果有人能承接完成则可以吸收入专家库（可以是个人或团体），并进行签约。对专家库中的专家也要有经常的评判，通过对该专家解决问题和处理问题的能力分析，对专家库中的专家进行及时梳理。专家应将所提出的剩余物在最近的区域范围内融入到生态产业食物链中，找到剩余物处理的下家。在得到专家对剩余物处理意见以后，还要进行经济效益和生态效益的分析，这就是基于多Agent的仿真系统，通过这个系统还可以研究专家所得处理方案的柔性，分析这个方案经济上、技术上以及生态上的可行性，进行了一番仿真实验以后，最后得出一个可行的剩余物生态食物链（网）。

图7．1　工业剩余物交换网系统架构

在构建一个高效、便捷、实用的剩余物交换网系统时，如图7．2所示，系统的通信层可由网络、数据库层和协议层（包括HTTP、XML、VRML等）构成，进入系统以后有一个基于多主体生态产业仿真系统，它是用户进入系统后第一道系统仿真程序，该程序在接受了系统的输入以后，结合数据库、知识库、模型库为用户找寻生态产业食物链。信息管理层是一个需要自行开发的协同信息管理平台，负责系统管理、会议管理、专家管理、信息管理、库管理、通信服务等。在此基础上，构建了一组基于本体论的可以进行数据挖掘的协同工具，为基于Internet的协同设计提供较为全面的支持。而仿真模拟服务器将提供一些多Agent仿真模型，可以对专家所提出的剩余物交换网络进行仿真实验，还可以从经济和生态两个方面论证产业生态食物链的可行性。整个系统提供统一的基于Web的用户界面，由于所设计的生态结构涉及多专家协同实时交互，在此环境下系统提供分布式的多模式协同设计工具，这是一个基于Internet以及数据仓库具有数据挖掘功能的协同信息管理平台，它具备良好的可扩充性和可裁剪性，集成在平台之上的、面向产业生态设计需求的协同工具功能独立，有大量的数据库、方法库和模型库可以引证，可动态增减，亦可独立使用。因此，整个系统具有开放性和柔性，可支持多种协同设计模式。

图7．2　区域产业剩余物交换网系统的层次

以当年浙江某个工业园区的改造为例，对园区当时所有产品和工艺体系的分析表明，当时存在着60多种化工产品，绝大多数生产规模小，相互之间的关联不密切，缺乏支柱性的、基于技术特长或市场的系列化产品，企业的剩余物中只有少数具有明显经济效益的部分得到了利用，大部分作为废物排放，企业排出的工业剩余物主要还是以自行回收利用为主，其中仅有很少一些提供给园区内、外的一些企业作为原料使用。针对这种情况，就有专家对园区的工艺体系和规划产品进行了改进，分析了园区内四种主要物质（硫酸、氨、碱和氯），代谢分析结果表明，园区内大量生产的某种化学物质（对苯二胺）对园区污水酸碱度影响显著。通过选取重点企业提出工艺改进，建议采取包括原料替代、催化剂替代、溶剂替代、反应条件和分离条件改变等具体措施来减少园区内氯的使用量，避免有毒化学品的使用和维持园区污水酸碱度基本平衡。从产品的绿色化、原料的绿色化、工艺的绿色化和剩余物再资源化出发，专家还建议园区不应再发展环境污染严重的硝基氯苯及其衍生物系列，而应结合当地丰富的农产品资源和临近某集团化工基地的优势，开发生物化工产品以及相关产品的加工生产等。

我们知道，威廉姆斯在科斯的交易费用理论的基础上，进一步研究了交易费用的决定因素，提出了区分不同交易的三个维度，即资产专用性、不确定性和交易次数。他认为，资产的专用性越强，不确定性越强；交易频率越低，则交易费用越高。所以在研究中，生态工业园区可以通过降低其资产的专用性，比如园区的公共设施和社区建设，来扩大自身的生产经营范围和经营规模。在研究生态工业园区系统中，应该先确定园区信息网络的核心，通过对园区信息的收集、组织、处理、调配，使得园区的管理层和园区内的产业实体都能共享园区的信息和资源。从政府管理层面来讲，在进行项目投资伊始，就要通过园区的信息管理系统分析制定园区招商评价指标体系，同时提供各种指标的量化数据，参加系统的演化和信息支持，再辅以决策者的经验，以综合研讨厅的模式确定投资项目的经济、生态和社会效益，从日常数据采集处理操作层面上，需要建立一个园区管理信息中心，通过它定时探测和收集园区各个Agent的各项经济和环境指标，对园区企业的污染物排放进行及时检测和跟踪，并对信息进行有效的管理和查询，比如数据处理、数据查询、数据统计、高级功能和数据挖掘等，对于具体或者偶然的空气污染排放和河流污染事故从源头找寻解决措施。在这里我们仅仅只是给出了一个框架，而园区生态管理还包括园区ISO14000环境管理体系、基础设施建设绿色化、APELL（Awareness and Preparedness for Emergencies on a Local Level，地方层面上警惕和防备紧急事故）计划、园区生态公告计划及废弃物和副产品交换系统、园区景观绿化等。我们还有很长的路要走，自2000年我国第一个生态工业园区实践伊始，生态工业园区实践在我国仅仅有六七年的时间，与国外研究相比，起步较晚，但进展较快，且力度较大，中国生态工业园区实践也由此成为国际上令众多专家关注的焦点。为我国生态工业园区建设尽自己一些绵薄之力，正是本书追求和为之努力的方向。