产业生态学

产业共生网络的研究来自产业生态学理论中的工业企业联合体或共生体以及产业共生理论的产业生态系统研究。产业生态学以及产业共生体等理念是从国外兴起的，研究也比较深入。产业生态学理论引入我国只有短短的十年时间，但随着循环经济、科学发展观等思想的普及，产业生态学及其相关理论与实践也得到了快速的发展。

2.3.1　产业生态学概念

1989年9月，美国通用汽车公司研究部的Robert Frosch和Nicholas Gallopoulos(1989)在《科学美国人》杂志上发表题为《可持续工业发展战略》一文，这是产业生态学领域发表的第一篇论文。文章指出，未来的产业应该对资源开展循环使用而非一次性使用。随后，产业生态学的理论与实践都到了蓬勃的发展。有关产业生态学的定义不下几十种。

国际产业生态学学会^[2]认为:产业生态学提供了一个强有力的多视角工具，通过它可审视工业和技术的影响及其在社会和经济中相关的变化。产业生态学是一个正在形成的领域，它研究产品、过程、工业部门和经济活动中的原料和能源在局地、区域和全球范围的使用与流动。它关注工业通过产品生命周期及与之相关的问题在减少环境负荷方面的潜在作用。

Lowe Ernest(2003)认为:产业生态学是一种以可持续为基础来管理人类活动的方法，这种方法是:①设法将人类系统与自然系统进行充分地结合;②减少对能源和材料的使用;③减少人类活动对自然系统可承受能力产生的生态影响。

耶鲁大学森林与环境学院产业生态学中心的Graedel(2004)认为:产业生态学是人类在经济、文化和技术不断发展的前提下，有目的、合理地去探索和维护可持续发展的方法。产业生态学要求不是孤立而是协调地看待产业系统与其周围环境的关系。这是一种试图对整个物质循环过程——从天然材料、加工材料、零部件、产品、废旧产品到产品最终处置加以优化的系统方法，需要优化的要素包括物质、能量和资本。

2.3.2　产业生态系统

按照现代生物学的观点，生态系统就是生命系统和环境系统在特定空间的组合。在生态系统中，各种生物之间以及生物与非生物的环境因素之间互相作用，关系密切，而且不断地进行着物质交换和能量流动。

产业生态学把整个产业系统作为一个生态系统来看待，认为产业系统中的物质、能源和信息的流动与储存不是孤立的简单叠加关系，而是可以像在自然生态系统中那样循环运行，它们之间相互依赖、相互作用、相互影响，形成复杂的、相互链接的网络系统(Tilley，2003;Wilk，2005; Jouni，2001)。

产业生态系统与自然生态系统概念之间的简单类比不是产业生态学的核心，真正的核心是使产业体系模仿自然生态系统的运行规则，实现人类的可持续发展。同自然生态系统一样，产业生态系统具有四个基本生态系统原则，如表2-3所示。

自然生态系统中存在三类有行为的基本组成，即生产者、消费者和分解者。对于产业生态系统，同样存在这三类角色。生产者是利用原材料生产各种产品的企业，又可以分为初级生产者(即利用水、空气、矿物质等基本环境要素生产初级产品的企业，如冶炼厂、采矿厂等)和高级生产者(即把初级产品进行深加工的企业，如化工、机械等);消费者是不直接生产“物质化”的产品，但利用生产者提供的产品，供自身运行发展，并提供服务功能等，如行政、商业、金融业等;分解者是把工业企业和消费者产生的副产品和废物进行处置、转化和再利用的企业，如废物回收公司、资源再生公司等(Graedel，2004)。

表2-3　产业生态系统的四个基本生态原则

2.3.3　产业共生体的评价

图2-5　产业共生体关联示意图

产业系统内的产品与废物交换和自然生态系统内的资源交换有诸多类似之处，耶鲁大学的Graedel(2004)教授借鉴自然生态系统中食物网的统计指标来评价产业生态系统中的企业共生体。一个指标是物种丰富度S，表示该系统中所包含的物种数量，另一个指标是关联度C，定义为系统内实际发生的联系数量与可能发生的联系最大数量的比值。在食物网中，联系是指物种之间的捕食关系，而在产业共生体中，联系是指企业之间的物质、能量交换。关联度C的计算可以借助于一个矩阵来完成。

如图2-5所示，假设有一个产业共生体，其中包含六家企业A，B，C，D，E和F，可以用表2-4所示的矩阵来计算其关联度，矩阵中的元素“1”表示两个企业之间存在资源交换，元素“0”表示两个企业之间没有发生资源交换。

表2-4　产业共生体关联度计算矩阵

关联度C的计算公式如式(2 2):

式中 S——物种丰富度，为企业个体的数量;

L——矩阵中非零元素的个数。

为了进一步分析这种方法的可行性和适用性，Graedel教授对不同国家的18个产业共生体进行了关联度的计算，包括了14个生态产业园和4个一体化生态系统(IBS)，其中有些是已经运行的，有些还是在规划或建设中的。

首先，Graedel教授分析了这些产业共生体的物种丰富度S和联系数量L之间的关系，如图2-6所示，发现它们之间是高度相关的，置信水平可达95%。说明企业的数量和多样性增加以后，通过交换和共享资源发生联系的可能性也增加了。

图2-6　物种丰富度S与联系数量L的关系

注:图中■表示一体化生态系统(IBS)，◆表示生态产业园(EIP)

其次，Graedel教授又把自然生态系统的关联度与产业共生体的关联度进行比较，发现二者存在某种相似性，它们的中值非常接近，都在0.5～0.6，如图2-7所示。他认为产业共生体有这么高的关联度的原因是，通常都存在一个核心企业(或称为锚固企业，如热电厂)与系统内大部分企业都存在某种联系，或者是整个系统就是围绕核心企业来规划的，从而形成较高的关联度水平。

图2-7　不同类型生态系统的关联度箱形图

注:BIO表示113个生物食物网，IND表示18个产业共生体，EIP表示14个生态产业园，IBS表示4个一体化生态系统。每个箱形图的底边对应于占25%的关联度水平，顶边对应于占75%的关联度水平，中线表示占50%即中值的关联度水平，垂直的竖线表示该系统关联度的全部区间

再次，Graedel教授分析了产业共生体的关联度与其环境绩效之间的关系。他指出，产业共生体关联度的增加，并不意味着系统稳定性的增强及环境表现的改善。定义产业共生体的共生效用U=∑Mi H i，M表示系统内企业之间物质流动的大小，H表示该物质流中有害物质的利用量，用二者的乘积共生效用U来衡量产业共生体的环境绩效。研究表明，关联度C增大，并不意味着M和H一定增大，因此，系统的环境绩效U也不一定增加。

陈定江(2003)对目前常用的工业代谢方法加以拓展，提出采用具有严格数学基础的输入输出分析法来研究网络的复杂性。利用该法，得到了平均路径长度和循环指数这两个深入反映系统结构和物质利用效率的指标;并进一步提出了耦合度的概念及其计算方法，以反映系统各节点通过流的相互关联的紧密程度。他以山东鲁北EIP的硫元素代谢网络为例进行了深入的案例研究，计算了硫代谢系统的平均路径长度、循环指数、耦合度等指标，并对计算结果做了详细的分析和讨论。在系统模型方面，他提出一个基于多主体的产业生态系统演化仿真(Multi-Agent Based Simulation of Industrial Eco-System Evolution，MABSIESE)模型。针对产业生态系统的演化问题建立MAB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。由于该模型的完整实现比较复杂，他对一个相对简单的区域工业水系统演化案例进行分析。结果表明，应用CAS理论可有效反映环境变化和系统底层主体的自适应性行为对整个产业生态系统宏观特征的影响。

宋雨萌(2006)提出了共生网络复杂性分析的应用前景和基本流程，建立了共生网络复杂性分析方法，结合河南省巩义市案例，探讨了适用于较复杂共生网络分析的数据库构建问题。在明确构建必要性的基础上，遵循标度确定、数据收集和网络构建的步骤，提出了真实物质网络、理想物质网络和企业共生网络的数据库构建方式。并根据分析标度，对巩义市案例做了共生网络复杂性分析，计算了其基本参数、分支规模、复杂性判定参数和节点介数等指标，分析了理想物质网络和企业共生网络在规模、聚集性、连通性、复杂性、小世界性、无标度性和节点影响力等方面的特征。研究结果显示:巩义市产业共生系统在一定条件下体现出复杂性，这说明产业共生系统的复杂性取决于系统本身以及要素和标度选择;对理想物质网络，共生系统的耦合水平和稳定性与标度选择密切相关，粒度变细和系统边界跨越可能提高系统复杂度，系统标度的标准化有助于系统体现小世界性，应及时识别并保护系统中的关键节点;对企业共生网络，引入同业竞争/合作关系后，网络的连通程度和企业间要素流动的便捷程度大幅提高，系统的复杂性程度也有所提高。

2.3.4　生态产业园

1.生态产业园的概念

生态产业园是对产业生态学理论的具体应用，EIP是在生态学、生态经济学和循环经济理论的指导下，依据系统工程和产业生态原理而设计的一种新型工业组织形态;将一定地域内的多种具有不同生产目的的产业，按照物质循环和能源梯级利用，与产业共生原理组织起来，构成一个从“摇篮”到“坟墓”，乃至从“摇篮”到“摇篮”的利用资源的、具有完整生命周期的产业链和产业网，以最大限度地降低对生态和环境的负面影响，求得多产业综合发展的产业集团和生态产业的聚集场所(李有润等，2001;柯金虎，2002)。

早在20世纪90年代初期，加拿大达尔湖西大学和美国康奈尔大学的学者们就对产业园的发展进行了初步构思。在1992年，美国Indigo发展研究所首先提出了生态产业园的概念，并于1993年在美国环境管理委员会(EPA)上向全体会员介绍了这一概念(Cohern-Rosemthal et al，1993)。1995年EPA在一项环境技术规划中列入了一项EIP项目，并且建议总统可持续发展委员会将EIP作为示范项目进行推广。在除美国以外的其他地方，如亚洲、欧洲、南美洲、澳大利亚以及南非和纳比米亚等地也建立了许多生态产业园项目，据初步统计，至少有60项，仅日本就有30多项(Fleig，2001)。

生态产业园与传统的产业园在很多方面存在相似性，都拥有一些彼此距离很近的资产设施、大量入驻的企业，共同分享园区内的基础设施和服务。一般还有一家企业协会，生态产业方法对产业园发展的创新之处就是集中在了持续改善园区的环境绩效和经济表现(Lowe et al，1997;Kassinis，1997;Wallner，1997;Spurlock et al，1980)。在产业生态学的文献中，生态产业园最初被描述为在考虑某些物质化学联系可能性的情况下用来管理材料和能源流动的一种有效方式。更多的是，环境学家将它作为实现废物最小化的一种工具，通过建立特殊的联系，减少需要丢弃的固体废弃物、原材料的投入和运输成本，从而减小对环境的破坏。Sagar和Frosch认为生态产业园的概念可以被描述为“在一个确定的地理区域范围内，有组织地创造的一个园区，主要是便于材料的再循环或再使用”(Ayres，1996)。

1995年，Raymond P.Cote和Hall提出了这样的定义①:生态产业园是一个保护自然和经济资源的产业系统，它通过降低在生产、使用原料和能源、安全保障以及加工处理过程中的成本来提高运营效率、产品质量、劳动者健康水平和公共形象，同时通过使用和销售废料来提供创造收入来源的机会。Cote的定义强调了生态产业园在提高生态效率和创造市场机会方面所起的作用，是对生态产业园最终所追求结果的一种描述，但他未对如何才能实现这些效果进行描述。

1996年10月，美国总统可持续发展委员会(1996)提出了两个重要的生态产业园定义:^[3]生态产业园是指在某一社区范围内的各企业相互协作，共同高效率地分享社区内的各种资源(信息、原料、水、能量、基础设施和自然居所)，从而获得经济效益和环境质量的提高，最终实现社区内的人、经济和环境均衡发展。②生态产业园是一个对原材料和能量交换进行精心规划过的产业系统，在这个系统内通过尽可能少地投入能量和原料而实现废物产生的最小化，从而建立经济、生态和社会的可持续发展。

第一个定义强调了生态产业园与社区的合作，这对从整体上提高生态系统的效率是非常重要的;第二个定义从经济、生态和社会的可持续上对生态产业园进行了描述，对更全面地了解生态产业园具有重要作用。

以上几个定义都是从正面来描述什么是生态产业园，Triangle研究院和Indigo发展研究所(1994)从相反的角度指出真正的生态产业园不应仅包括表2-5中的某一项内容。

在借鉴以上生态产业园定义的基础上，Lowe(2001)在亚洲银行项目“Introduction to Eco-Industrial Parks”^[4]中对生态产业园的定义进行了全面总结，基本得到产业生态学者的接受:

表2-5　生态产业园区的内容

生态产业园是一个由制造业企业和服务业企业组成的群落。它通过在管理包括能源、水和材料这些基本要素在内的环境与资源方面的合作来实现生态环境与经济的双重优化和协调发展,最终使该企业群落寻求一种比每个公司优化个体表现就会实现的个体效益的总和还要大得多的群体效益。简言之,生态产业园区的目标就是要改善参与公司的经济表现,同时最大限度地减少其环境影响。

Lowe的定义强调了以下三个方面:①生态产业园中企业进行合作的范围和内容;②生态产业园中企业创造的整体效益要大于单个企业之和;③生态产业园的首要目标就是为企业创造良好的经济效益，其次才是环境效益。它澄清了生态产业园中的一些模糊概念，提高了将该理念应用到实践中去和在各地进行推广的可操作性。

2.生态产业园的国内外实践

丹麦:生态产业园发展的雏形是丹麦的卡伦堡(Kalundborg)产业共生体(埃尔克曼，1999)，它是在20世纪70年代初逐步形成的。当初，卡伦堡市的几个重要企业试图在减少费用、废料管理和更有效地使用淡水等方面寻求革新，它们之间建立了紧密、相互协作的关系。80年代以后，当地主管部门意识到这些企业自发地创造了一种新的体系，并给予了积极支持，将其称为“产业共生体”，这是生态产业园发展的雏形，也是产业生态学的第一个实践，同时是目前国际上最成功的生态产业园区。

美国:美国是世界上最为积极投身于生态产业园规划和建设的国家(Ed，et al，1993)。从1993年开始，美国已有20个城市的市政当局与大公司合作规划建立生态产业园。1995年，美国总统可持续发展委员会(PCSD)指定了四个示范区进行实际应用研究，它们是巴尔的摩MD，Cape Charles VA，Brownsville TX和Chattanooga TN。美国环保局(EPA)也于1999年资助两个生态产业园区建设。目前，美国已经有20个生态产业园，涉及生物能源开发、废物处理、清洁工业、固体和液体废物的再循环等多种行业多个层次，并各具特色。

加拿大:加拿大自1992年开始在Burnside产业园区开始进行生态产业园区改造的试验(Lote，et al，1998)，这一工业区汇集了有着废物和能量交换潜力的多种制造和服务行业。据最近对其共生和能量再循环的一体化生态产业园区可能的研究，加拿大40个产业园区中有9个被认为具备很强的生态产业园发展的可能性。其中涉及的核心工业有蒸汽生产、造纸、包装、化学工业(苯乙烯、聚氯乙烯)、生物燃料、发电、钢铁、石油提炼、水泥等。其后，其他一些分布在加拿大各地的产业园区也逐步开展了向生态产业园区转型的计划。

欧洲其他国家:生态产业园在欧洲的奥地利、瑞典、爱尔兰、法国、英国、意大利等国家也正在迅速发展。荷兰的鹿特丹港将建成以石油工业和石油化工工业及其支持行业为主的生态产业园。德国在发展循环经济方面走在世界前列，1996年德国提出了新的《循环经济与废弃物管理法》，把废弃物提高到发展循环经济的思想高度，并建立了配套的法律体系。目前，英国建立在曼切斯特机场旁的Londonderry生态产业园正处于规划建设阶段。法国的Oree，作为欧洲环境合作伙伴的发起机构之一，正致力于它的PALME计划。PALME计划并不着重于建立物质能量的循环网络，而是侧重于环境管理，可以促进企业间废物和余能的交换。到1995年，已有Sophia Esterel等5个工业园，在PALME指导下取得了PALME的生态认证标志(金涌，等，1998)。

日本:日本提出了与生态产业园类似的零排放社会的概念(Morikawa，2000)。日本是发达国家中循环经济立法最全面的国家，立法的目标是建立一个“资源循环型社会”。已颁布了7项相关法律，集中体现了循环经济的3R原则。目前在日本大约有60个产业生态园项目在运行和开发。山梨市Kokubo生态产业园最早采用循环措施，自从1975年开始就采用了多种多样的措施，以废纸的收集、再循环作为第一步，此产业园的目标是成为一个实现零排放的生态产业园，而且此产业园是完全自我演化和自我管理的，政府没有发挥直接的作用，项目高度突出了合作的重要性。

亚洲发展中国家:亚洲其他发展中国家中生态产业园区也有所发展，泰国产业园主管部门计划项目目前有28处，亚洲银行还资助了Sanmut Prakarn省的CPIE项目。在菲律宾和印度也有很多的生态产业园计划，例如菲律宾的Laguna国际产业园、轻工业与科学园、Carmelray产业园、LIMA、Laguna技术园等，印度的Naroda、Tirupur纺织工业、泰米尔Nadu制革业、造纸/制糖业等，此外还有印尼的Lingkungan(LIK)、Tangerang、三宝垄、Industri Zona Maris等(Hauff，2000)。

我国:我国自1999年开始启动生态产业示范园区的建设试点工作，截止2011年底，通过验收批准命名的国家生态产业示范园区共15个，批准建设的国家生态产业示范园区共44个。

3.生态产业园的综合评价

为了促进我国生态产业和循环经济的发展，实现社会、经济和环境的可持续发展，原国家环保总局于2003年12月31日印发了《国家生态产业示范园区申报、命名和管理规定(试行)》、《生态产业示范园区规划指南(试行)》、《循环经济示范区申报、命名和管理规定(试行)》和《循环经济示范区规划指南(试行)》四项文件(环发［2006］208号)。管理规定围绕环保部门的职权，旨在重点解决国家生态产业示范园区和循环经济示范区建设管理中的申报程序、申报条件、建设规划、专家论证、批准示范建设、命名、监督管理等问题。两个指南主要对生态产业示范园区和循环经济示范区的特征、规划原则、规划步骤、规划方法、指标体系和文本编制等进行了详细说明。

在《生态产业示范园区规划指南(试行)》^[5]中提出生态产业园区应按照下述四类指标体系进行规划建设:

(1)经济发展指标:如经济发展水平指标(GDP年平均增长率、人均GDP、万元GDP综合能耗、万元GDP新鲜水消耗等)，经济发展潜力指标(科技投入占GDP的比例、科技进步对GDP的贡献率等)。

(2)生态产业特征指标:如有无成熟的生态产业链，重复利用指标(水资源重复利用率、原材料重复利用率、能源重复利用率等)，柔性特征指标(产品种类、原材料的可替代性等)，基础设施建设指标(如信息网络系统、废物处理共享设施等)。

(3)生态环境保护指标:如环境保护指标(环境质量、污染物排放达标情况、污染物处理处置等)，环境绩效指标(万元GDP工业废水产生量、万元GDP工业固体废物产生量、万元GDP工业废气产生量、万元GDP有毒有害废物产生总量)，生态建设指标(可再生能源所占比例、人均公共绿地面积、园区绿地覆盖率等)，生态环境改善潜力(环保投资占GDP的比重等)。

(4)绿色管理指标:如政策法规制度指标(园区内部管理制度的制定、实施，企业管理制度的制定、实施等)，管理与意识指标(开展清洁生产的企业所占比例、园区企业ISO14001认证率、生态产业培训等)。

同时，国家环保总局还根据三种不同类型的生态产业园区制订了验收的基本条件和指标。其中，静脉产业类生态产业园区标准由经济发展、资源循环与利用、污染控制和园区管理四部分组成，并进一步细分为20个指标;综合类生态产业园区标准由经济发展、物质减量与循环、污染控制和园区管理四部分组成，进一步细分为21个指标;行业类生态产业园区标准由经济发展、物质减量与循环、污染控制和园区管理四部分组成，并进一步细分为19个指标。各地在进行具体生态产业园区的建设规划时，根据自身的建设背景和实际情况，规划编制部门会结合自身的特点，设定一套指标体系。

国内还有许多学者，对生态产业园区的综合评价指标体系进行了理论探讨。如黄鹍(2004)等人通过频度统计法、理论分析法、专家咨询法来设置、筛选指标，再应用主成分分析和独立性分析，选择内涵丰富又相对独立的指标构成具体评价指标体系，目标层定义为生态产业园区可持续发展水平，包括三个准则层，分别是园区发展水平、园区发展潜力和园区发展协调度，每一准则层下还有若干领域层和指标层的具体指标。

张彩虹(2004)等人采用层次分析法和模糊评价法来分析产业园区生态系统的健康状况，选取了活力、组织结构、弹性、生态系统服务功能和人群健康状况五个要素作为主准则层，每个要素还有下一级指标。通过评价后得到隶属度的高低来找出影响产业园区生态系统健康的限制因子，从而制定相应的生态规划，使园区向健康方向发展。