生态工业园区系统的逻辑模型

生态工业园区系统的逻辑模型_生态工业园系统的

我们将生态工业园区看成是在一定时期、一定空间内由一定的产业实体、工业剩余物、消费者和市场与其所在的自然环境、经济环境和社会环境组成的有机系统。该系统具有一定的大小和结构，企业之间、企业与消费者之间通过市场进行物质循环、能量流通、信息传递、知识交流和技术扩散等，依据生态工业原理模仿自然生态系统的结构，充分利用不同产业、项目或工艺流程之间，资源、主副产品或废物间的横向耦合、纵向闭合、上下衔接、协同共生关系，运用现代化的工业技术、信息技术和经济措施优化配置组合，建立一个物质、能量多层利用、良性循环且转化效率高、经济效益与生态效益并存的产业系统，进而相互作用并形成具有自组织与自调节功能的、以互相消耗工业剩余物为目的的工业共生食物循环链（网）系统。

我们可以看出生态工业园区具有如下特点：

（1）通过不同产业或企业间存在的物质、能量关联和互动关系，形成各产业或企业间的产业生态链或生态网络。

（2）物质和能量在产业生态链中逐级传递，实现闭路循环，不向体系外排出污染物。

（3）生态工业园区是一个开放的系统。在组建生态工业园区时，我们可以在一个比较大的环境范围搜寻入园实体，有目的地进行招商引资。

（4）生态工业园区不只是一个特定产业、特定地理上的概念，而是多个产业（企业）之间以及更大区域范围（甚至全球或者虚拟的）之间关联的概念。

（5）生态工业园区可促使区域内资源和信息最快地流动，实现区域性清洁化生产，促进区域性的生态经济规模化发展。

（6）生态工业园区不单纯局限于经济发展，而是放眼于工业生态关系的连接，把环境保护融于经济活动过程中，实现环境与经济的统一协调发展。

（7）生态工业园区系统要求人们采取一种系统的思维模式，把自然系统视为一个整体模型加以分析和设计。

生态工业是仿照自然生态系统物质循环的方式来规划工业生产系统的一种工业模式，它通过两个或两个以上的生产体系或环节之间的系统耦合，使物质和能量多级利用、高效产出或持续利用。这些生产体系或者环节可以理解为在生态工业园系统中各种各样的主体，这些主体能够根据从外部获得的信息和自身的状态，进行相对独立的决策，完成一定的行为。生态工业园区中总有这么一些相对独立的企业主体，这类主体的行为不但可能会影响其自身的状态，而且还会改变其他主体的状态，这类主体具有主动行为和控制影响其他主体的能力，比如园区中的核心企业。我们为生态工业园区系统建立一个主动主体群，他们是系统中所有具有主动行为的进行剩余物交换主体在模型空间上的逻辑映射，事实上他们代表生态工业园中的企业主体。同时也为生态工业园系统设计了非主动主体，这些主体不具有上述的主动行为能力。它们不能直接改变其他主体的状态，但是它们的状态能作为主体决策的输入信息，对那些企业主体的行为进行作用，进而影响各种企业主体的状态。而企业主体会产生和消化这些非主动性主体，事实上这些主体就是企业工业剩余物或者订单。在模型中，我们将这类非主动性主体抽象为对象。环境是仿真系统上存在的各种主体生存或存在的自然环境和社会环境在模型空间上的逻辑映射。主体之间、主体与对象之间在环境中进行交互，如企业主体之间的通信，主体对象（工业剩余物）的产生排放和吸纳接收等。主体与环境间也可进行各种交互，如企业主体从环境中获得决策信息，其行为结果可能改变环境的状态等。环境的变化对主体的各种行为产生约束和影响，如市场或税率、利率的变化对工业园区系统的影响。

主体是一个使用广泛的概念，其最初来自经济学领域，英文含义表示为“代理”或者“中介”，后来主体的概念被应用到了人工智能学科中，理解为有一定智能行为的主体。复杂适应系统理论的创立者霍兰德（Holland）把主体作为与物理环境进行交互作用、能够独立决策的主体的模型，这些主体既可以是人，也可以是组织。主体这个概念在不同的研究领域有着不同的理解，目前尚无统一的定义。我们在进行基于多主体的建模抽象中，认为主体是在复杂动态环境中执行一定任务的自主或半自主的“活的”主体，它将知识和推理相结合，与环境协同作用、共同进化。一个多主体系统由一组在系统结构中分别担任不同角色的主体组成，这些不同功能和构造的主体利用全局信息、相互间的通信，以及自身的信息、规则进行协作和决策，它们之间错综复杂的相互作用可能表现出单个主体不具有的特性——涌现行为（Emergent Behavior）。它可以在信息不完备的情况下直接模拟组成系统的主体，以及主体与主体之间的相互作用，从而研究系统的整体行为，它充分利用主体具有的自治性，使用框架结构可以灵活组合各种不同性质、不同构造的主体，以模仿人类对多样性、复杂性问题智能活动的适应能力。因此，引入多主体概念构造的智能仿真系统模型，为模仿人类智能活动和适应能力，特别是模拟人类解决复杂问题的智能活动，提供了很好的解决方案。

美国Indigo发展研究所于1992年首先提出了生态工业园（Eco－Industrial Park，EIP）的概念（Cohern Rosemthal，Ramond P．Cote，1993）。一个生态工业园区是一个由若干个制造业企业和服务业企业组成的群落，园区内的企业通过物流、能源的正确设计，模拟生态系统，形成企业间共生网络。在该园区内没有“废物”的概念，我们一律称之为“工业剩余物”。一个生产过程的工业剩余物将会是另一生产过程或另一家企业的原材料，整个生态工业园系统形成一种各种资源（能源、水、原材料等）循环流动的闭环系统（Closed－Loop Circle），从而在提高经济效益的同时，最大限度地减少工业剩余物的排放，最终实现园区工业剩余物的零排放，完成物质的循环利用。

在进行设计多主体系统（Multi－Agent System）的体系结构之前，应该对所研究的生态工业园系统做一个比较全面的分析，从工业剩余物之间的逻辑依赖关系着手，抽象出生态工业园系统的食物链（网）中各个主体。通过文献可以得知，目前的生态工业园系统大致可以分为以下三类：

（1）一个大型集团企业自主营建的生态工业园区，如我国的贵港生态工业园区、鲁北化工生态工业园区等。

（2）自组织平等企业的生态工业园区，如丹麦的Klundberg生态工业园区。

（3）自组织的虚拟的生态工业园区，如生态企业动态联盟（Eco－dynamic Alliance）。

三种生态工业园结构的主要区别在于生态工业园区中各个主体的决策权和它们之间的依赖关系。在第一类生态工业园区中，集团内各个企业根据工业剩余物组织工业生态链，虽然园区中有着一条条的内部工业剩余物食物网链，但各个企业的最终决策权主要集中在集团上，各个企业的依赖关系由集团内部调整；在第二类生态工业园区中，存在一个或几个核心企业，其他企业在某种程度上依赖于该企业，但各个企业都拥有独立的决策权，整个生态工业剩余物食物链按照核心企业的指导方针运作；在第三类生态工业园区中，决策权完全分布，各个主体之间是一种完全平等的关系，而且在地域分布上也不一定在同一个区域内。因此，生态工业园区组织结构的不同，将会导致多主体系统的差异。根据近年来对复杂系统，特别是自组织的研究，得知大量的多样的简单个体聚合在一起，通过相互作用，其整体性能远远不同于个体的性能。如果个体的规则设计得好（并不要求其多么的复杂，相反，通常都是一些简单的规则），那么整体性能会涌现出令人意想不到的完美的结果。这种现象已经从自然界生态环境中得以证明，例如蚁群、鱼群等。另外，这种分布式系统强调Agent和其周围环境的相互作用，在某种程度上，强调正反馈和随机性的作用。

按照循环经济的说法，世界上没有完全的废物，也就是说任何工业剩余物都可以找到它的新用途。于是我们可以在一个比较大的社会环境中，让每个产业实体以互相消耗工业剩余物和追求经济效益为目的相互进行多次博弈，各产业实体自主配对演化，经过一个时间序列以后，这些产业实体将会形成一簇簇的相互消耗工业剩余物的食物链（网），在这个簇中对外排放的工业剩余物为最小并且经济效益为最大，于是将这一簇簇食物链（网）拎出来，刻画出这个产业主体食物链（网）的结构图。每一簇就是一个生态工业园区的雏形，要么把这一簇放在同一个地域空间形成一个生态工业园区，要么不搬迁这些企业而仅仅通过剩余物连接到一起而形成虚拟生态工业园区，而这个簇的结构图就是未来生态工业园区中工业剩余物的流向示意图和生态产业共生蓝图。然后进一步分析食物链网络中的关键节点，研究网络中某一个节点失效时，网络的结构将发生什么变化，找出生态工业园区的备选方案。

在分析生态工业园区系统时，我们将在一个开放的社会环境中进行，在这个环境中我们涉及的有：企业Agent、政府Agent、银行Agent以及订单Agent等几类主体。每类主体都模仿现实生活的实际操作而进行决策活动，比如管理层对企业要排放的工业剩余物收取排污权交易费，同时对使用接受工业剩余物的企业进行奖励，政府管制通过对税率的调控而引导企业进入生态产业链。企业在正常运营过程中需要生产和完成订单，而在生产订单的时候可能需要银行贷款，这时候，银行机构开始介入。按现行政策银行的利率可以在央行规定的利率的－10%～70%之间浮动，但是往往由于生态工业可能的风险会使银行对生态企业的放贷率下降，而且并不是所有企业的每次申请都能贷得到款，根据实际调查，可能有60%以上需要贷款的企业贷不到款，当然这个比率可以根据国家银根紧缩和放开的具体情况进行调整。如此这般，为了实现经济效益和生态效益，企业之间为了达成剩余物食物消耗链，不断地进行着博弈，不断形成动态合作联盟，同时每个企业时刻对其伙伴企业对象进行评价，对照评价值不断进行学习改进，不断调整食物链（网）的形态。

下面对每个Agent的属性进行抽象，目的是为了以后建立对象，实现计算机模拟。

模型中最多的主体就是企业Agent，它的属性包括：①企业代码1～N；②企业坐标；③生产能力；④利润；⑤CRM表（客户关系表）在企业与企业博弈中进行学习修改；⑥产品销售情况；⑦寿命（为－1则删除，初始为0，可以从外界输入令其死亡）。

在模型中只有一个政府Agent，它的属性为：①排污税费政策；②工业剩余物使用处理的补贴奖励政策。

可以有若干个银行Agent，它控制着银行利率政策，可以决定是否发放贷款，而且可以在国家规定利率范围内决定是否下降或者上浮，其比例为－10%～70%。

这里定义了一个非主动性的主体：订单Agent。这是一个由系统根据市场环境好坏而产生的Agent，它的属性有：①订单量；②收入率（订单收入＝收入率×订单量，这里的订单收入已经考虑了原材料的成本）；③适合该订单的企业集合；④单位订单量所需原材料的品种和量；⑤该订单会排放的工业剩余物的品种和量；⑥该订单可以处理其他的工业剩余物（Industrial Residua）。

在考虑系统界限时，主要的主体为备选入园的企业主体，初始的时候我们在一个比较大的社会区域环境下进行考虑，于是企业Agent的数目可以很多，下面就是企业Agent在运行时的一些规则：

（1）企业总是可以从环境外部取得原材料，假设原材料总能得到保证。

（2）市场将向园区投放订单，生产能力大的企业得到订单的概率要大一些，我们可以分析总订单量大于园区总生产能力以及等于和小于的情况。

（3）企业可以从环境中获得订单（约当数量：这个数量与生产能力是同一个单位），订单可能有收入率高或低（即商品订单的销售收入率：50%～5%）的情况，这个比例可以进行调控以表明市场情况（市场比较好则订单比较多而且收入率也可以比较高，否则反之），比如设置微调按钮，这些订单资料通过公布可以让所有的企业Agent知晓，又比如通过计算机通信协议中的黑板模型等。订单中还有一个属性就是订单适合企业（这是一个企业代码的集合，表示适合订单的企业）为简化计算，订单的期限都设定为一期（如果有好几期可以视为连续的几个订单），订单就是一个个原材料和工业剩余物的比例配套（一个原材料子集合和工业剩余物子集合），可以把订单类型事先输入到一个数据库中。每期在投放订单Agent总量时，可以分成三种情况进行：大于生产能力总和（市场供大于求）、等于生产能力总和（市场供求平衡）、小于生产能力总和（市场供小于求），分别代表供求的各种情况，这些可以在初始设置中定义，也可以在演化过程中加以调控。

（4）鉴于企业生产能力，假设订单种类不多，订单之间的区别仅在于数量，订单设计得像一个物料表那样，仅仅描述着“产品－原材料（半成品）－企业”的对应关系。

（5）当企业Agent接受的订单量大于自己生产能力的50%（这个比率可以设为可调的）时，可能需要银行贷款，概率为0～100%（这个概率可以服从泊松分布），而且并非所有的订单以及申请都能得到贷款，申请的单位中只有40%～60%（系数1）才能取得贷款，银行贷款＝（订单量－生产能力）×系数1，利息＝（订单量－生产能力）×利率×系数1×系数2（系数2是银行利率浮动系数，按规定可以定在－10%～70%）。

（6）企业到所公布的订单列表中随机挑选合适的订单（企业和订单的相遇为随机，生产能力大的企业往往得到订单的概率也要大一些，所以设定的概率与生产能力成正比，但不绝对），企业根据自己的生产能力、利润决定是否接受订单，对同时遇到的订单则选择“好”的订单。

（7）企业接下订单后，会将自己排放的工业剩余物（企业所排放的工业剩余物与订单有关，每个企业的比率不一样，假设生产能力大的企业在处理剩余物时可能完善一些，所以排放的剩余物相对少一些，否则反之）和自己的位置通过系统进行公布，系统中有一个所有可以提供的原材料和工业剩余物的名称及数量表（在设计时应使工业剩余物有对应的原材料，即工业剩余物是原材料的子集，但是企业在选择原材料时应优先考虑剩余物）。实际上企业可能会在订单的生产过程中改变工业剩余物的种类，但是由于概率在0．5%～0以下，可以说基本上保持不变，所以暂时不予考虑。

（8）所有的工业剩余物都可以在原材料中找到，也就是说任何企业都可以不用工业剩余物而直接使用原材料，并且工业剩余物的价格不一定就低于原材料，但是生态工业或者管理层通过政策要求企业首先选择工业剩余物，所以企业先在工业剩余物中查询合适的材料，然后再在原材料中选择。

（9）企业到系统所公布的内容中寻找合适的工业剩余物与自己所需的原材料相匹配（每次企业的顺序为随机，即企业的排队为随机），企业间的海明距离会增加企业使用工业剩余物的成本（物流成本，两个合作企业Agent的坐标分别为（x1，y1）和（x2，y2）），如能匹配（品种和数量以及价格），并在CRM表（企业对每一个与它合作过的企业进行评价，假设合作过＋1；使企业利润比前次增加则＋1；否则比前次减少－1）中查找该企业信息，对其进行了解，再进行合作博弈，通过多次博弈进行学习改进CRM表，通过综合评判决定是否合作（工业剩余物×0．3＋利润×0．6＋关系×0．1（注：这里的利润为“订单收入－利息－购买工业剩余物成本＋使用工业剩余物奖励”），或者先在关系队列中按合作评分顺序查找，如果评分一样则随机选择），找到合作伙伴，则在他们之间建立连线并用箭头表示工业剩余物的流向，同时减少系统中的工业剩余物。

（10）企业按国家规定的税率进行缴税，税率（0～50%）可以在演化过程中进行调控。

（11）管理层会对使用工业剩余物的企业进行优惠奖励，按处理量的比例（处理量越大，给予的奖励越大）对演化进行调控。

（12）管理层会对企业的工业剩余物排放收取管理费（管理费＝工业剩余物申报量×费率），但是企业往往申报的量小于实际量，于是国家要对企业没有被利用的工业剩余物排放收取管理费（管理费＝没有被利用的工业剩余物的80%×费率（这个费率为0～100%随机）），实际上一般都是按企业申报量进行收费。

（13）企业将计算自己的利润：利润＝订单收入－利息－购买工业剩余物＋使用工业剩余物奖励－排放工业剩余物（指没有被其他企业购买和处理的工业剩余物）的管理费－税。

（14）如果企业连续两年没有找到工业剩余物处理企业或者没有企业处理它的工业剩余物，或者企业连续三年利润为零或以下，则企业被淘汰出局，每期都可能有新的企业加入，加入比例为输入数，可以设一些企业在数据库中（最好能外挂数据库），企业也可以被系统叫停（人为进行定点淘汰）。

在研究国内外生态工业园区建设中我们可以发现，某些管理者们过分强调了剩余物资源的闭路循环，走入了单纯构建闭环链以实现工业剩余物循环利用的怪圈，甚至在一片空白地上规划一个新园区的时候也是这种思维。忽视了生态工业园区复合生态系统自身结构和功能的优化，当把大量的资源浪费后再特意地设置剩余物循环再利用系统，本身就是一种严重的浪费。我们的建模思想是建立在一个企业自然原有状态的基础上，通过政府管制宏观政策的疏导，进行合理匹配和博弈，在演化后稳定生成。

从规则可以看出，我们所研究的这种生态经济系统并不是一个封闭的系统。在系统中，生产单位必须从系统外面吸收资金、原材料、劳动力等生产要素，引进生产技术、生产产品，然后它的产品被输出经济系统，输入到消费市场参加流通、参与竞争。其实，在整个系统的每一个环节中都会有物质和能源的流动，这些物质和能源的流出会成为下一级生产单位的原材料或能源参加生产。同理，它也会产生工业剩余物，并且也会成为下一级生产单位的生产原料。依此类推，直至最后一个生产单位的产品和工业剩余物成为第一个或者其他生产单位的原材料，形成循环。

“共生”一词人们并不陌生，早在1879年德国真菌学家德贝里就已提出，自此历经百余年，共生学说已在生物学领域成为一专门学说，对共生的研究也已经从生物学拓展到生态、社会、经济领域并取得了卓越的成效，显示出蓬勃的生命力。

在生物学上，种群之间的相互关系有互助的也有对抗的，也有这两者之间的其他各种方式。对共生而言，共生双方一般都是正的相互作用，而寄生则是指对一方物种有利的情况。共生具有三要素：共生单元、共生模式、共生环境。共生单元是指构成共生体或共生关系的基本能量生产和交换单位，它是形成共生体最基本的结构单元。比如在自然界中的地衣就不是单一的植物，而是藻类与真菌的共生体，在这里藻类和菌类就是共生单元，而在生态产业剩余物食物链共生体中，每一个企业生产过程可以看成是一个共生单元。共生模式，也称共生关系，是指共生单元相互作用的方式或相互结合的形式，比如竞争关系、偏利寄生关系、偏害寄生关系和互惠共生关系。共生环境是指共生模式存在发展的外生条件，共生单元以外的所有因素的总和构成共生环境，比如与生态企业共生体对应的生态环境、市场环境和社会环境。模仿自然生态系统，可以把生态工业园看做是一个生物群落，其中的原料初级加工厂、深加工厂或转化厂、制造厂、各种原材料供应商、废弃物处理厂等都可看做是不同的生物种群。根据它们在工业园中发挥的作用和所处的地位不同也可以分为生产者企业、消费者企业和分解者企业多种资源通过类似于生物链的生态工艺关系相互依存、相互制约，形成以资源为纽带的具有产业衔接关系的企业联盟。该联盟内没有“废物”的概念，一个生产过程的“产业剩余物”将会是另一生产过程或另一家企业的原材料，从而形成一种资源循环流动的“食物链”和“食物网”，形成互利共生网络，达到物质能量的最大利用。

生态工业园区的“食物链”和生态学中的食物链一样，也是上下游的能量循环关系。但是，如果仅考虑单链的关系，其稳定性将极差，它会因其中任一个环节缺失而使整个链环断裂。所以，在自然界中，通过捕食与被捕食的关系，各个食物链错综复杂地联系在一起，构成食物网，食物网因其生物的多样性，在各个生态位上都有较多物种或者同一物种的较多数量而使食物网比较稳定，其中因某种生物的死亡或绝种而导致某一个或几个环节断裂，并不会导致整个食物网的崩溃，这时会有同一生态位的其他物种或同一物种的其他个体来填补，这种食物网能保持一种有较大弹性的平衡。

我们在设计生态工业园区的“食物链”时，尽可能考虑食物链（网）的开放性，允许它们在一个比较大的环境下选择入园企业，这样可以减少单链情况。

按照生态系统共生的相互作用关系，企业生产过程之间的关系可以用表3．1来描述。

表3．1　共生企业相互作用表

续表

注：表中“0”表示没有任何相关影响；“＋”表示对一个单元有积极作用；“－”表示对该单元有抑制。

从表3．1中可以看出，七种相互作用模式可以归纳为三种基本类型：对集群积极作用、对集群消极作用、对集群无利无害的作用（或利害相等）。

在理论上，在一个工业系统中，企业之间发生的相互作用都能涉及所有以上七种情况。但实际上就生态企业集群而言，却是追求的第六种情形——互利共生模式和第五种情形——偏利寄生共生模式，而尽量避免做损人不利己或害人又害己的事情。对第三种情形，就要从系统的角度来考虑它们利弊的总和，系统将坚持利大于弊的原则进行演化发展。

模拟自然生态系统的生态工业园就是要充分回收利用生产和消费过程中产生的工业剩余物，其中不仅包括可以作为原材料的废弃物（如固体废弃物、废水、废气等），而且也包括可以作为能量的废弃物（如热蒸汽、水等）。原材料投资是很多制造业企业中的一项主要费用，生态工业园的建立，可以在一定程度上解决企业原材料和能源的来源问题，从而提高了企业的经济效益。同时，对企业来讲也节省了处理废弃物的费用、废物运输中的交通费用和废物交易费用。

位于东京的联合国大学的Gunter Pauli曾经发起过“零排放”的创新研究项目。他的研究成果表明，虽然许多中小企业无力独自承担环境管理的成本，但他们可能会通过共享环境管理的服务而实现环境和经济的双重利益，扶持这些企业发展的工业园区可能减少废物的排放，并减轻对废物处理设施的需求压力。工业共生是有实际意义的，值得推广。他同时也指出了促进工业剩余物交换的机会。

图3．1给出了一个物质流动关系的示意图，从中可以看出物质的流动脉络。

图3．1　物质流动关系示意图

按照生态工业园区系统的所有权关系来划分，又可分为独立生态工业园区和集团生态工业园区。所谓独立生态工业园区，是指生态工业园区中的产业实体都具有独立的法人资格，双方不存在所有权上的隶属关系，均为独立主体，它们完全受市场机制的调控，仅仅是在利益的驱动下组合到一起来，这种生态工业园区通过艰难的谈判和利益的诱惑才能走到一起，在利益得不到满足时，它们可能会结束这种合作关系。当然，随着整个产业集群的扩展，将提供更多的共生机会，使得更多的“共生伙伴”加入到这一“共生系统”中，这完全是一种自组织自适应共生集群模式，这种共生模式的代表性案例就是丹麦的卡伦堡生态工业园。还有一种共生模式是集团生态工业园区，它是指所有参与共生的企业受控于一家大型集团公司，它们是该集团可以组建和规划的一个生态共生团体，在设计之初就决定了所参与的共生单元是集团的下属分公司或其某一生产车间，是一个事先设计好了的、然后就按规划进行布局的生态工业共生系统。这种共生模式的代表性案例就是中国山东鲁北生态工业园区。独立生态工业园区和集团生态工业园区是目前生态工业系统共生联合体中两种最为普遍的形式。

工业生态整合内容包括：

（1）构建产业生物群落。进行“恰当的”产业活动组合，使生产中的物质流、能量流得到最优化利用，如“甘蔗—蔗渣—纸浆—造纸”、“肥料—水泥”、“炼钢—肥料—水泥”等。

（2）一个理想的工业生态系统由资源开采者或物质制造者、物质处理者（制造商）、废料处理者和消费者构成，通过集约和再循环，使系统内不同行为者之间的物质流远远大于系统与环境之间的输入／输出物质流。

（3）根据质量守恒定律，进行工业代谢研究，分析构成工业活动全部物质的流动与储存。建立物质结算表，描述物质流动路线和动力学机制，揭示物质的物理和化学状态。

（4）对产业体系进行“生态结构重组”，即把剩余物作为资源重新使用，封闭物质循环系统，尽量减少消耗性排放，产品与经济活动非物质化，能源脱碳。

（5）改变现在的技术战略。根据“生态结构重组”的目标重新制定技术战略，重点是发展生态技术。

（6）改进工业体系。主要目的是提供高质量的综合服务，而不是生产和销售新产品。在服务经济社会里，资源和物质的最优化使用将是财富产生的源泉。因此，应延长产品使用寿命，以降低资源流动速度；集约使用物质，以缩小资源流动规模。

在生态整合过程中，会有一些困难和障碍：

（1）工业剩余物的相关信息和技术的缺乏。中小企业在技术和资金上的缺乏，造成其对于处理工业剩余物没有积极性。

（2）没有相应的信息共享机制。中小企业之间没有很好的信息交互平台，往往因为缺乏信息而错失良机。

（3）缺乏再制品以及循环使用的产品、材料和市场营销推动策略。人们会认为再制品或循环材料的质量和品质不及市场上其他产品，而导致一般民众以及厂商的接受意愿不足。

（4）缺乏有效率的回收系统。比如可回收品的回收渠道，过度包装使得回收更加困难。

（5）缺乏大众减废教育计划。整个民众的环保意识还有待提高，特别是政府可持续发展思想的真正贯彻。

（6）没有一个工业剩余物交换平台。中小企业也会自行相互交换其工业剩余物，但是由于缺少一个相应的交换机制，巨大的交易成本会使这些中小企业望而却步。

（7）相关法律法规还不健全。在我国还缺少一部有关可持续发展的法律，使得有些企业即使安装了相应的环保装置，也只是在应付检查的时候偶尔一用，平时还是直接排放，而法律对此却没有办法约束。

产业生态化要求把物质生产过程主要内容的产业活动纳入生态系统的循环中，把产业活动对自然资源的消耗和对环境的影响置于生态系统物质能量的总交换中，实现产业活动和生态系统的良性循环和可持续发展。对于产业生态化整合的研究包括经济学、生态学、仿生学和产业生态学，在分析生态工业园区时，甚至在地理上相距很远的若干企业或园区仍可组成一个“事实上的”生态工业园区，只要他们是按照生态工业的思想在进行组织和运转。由此，一个城市的老城区和新城区之间，不同的工业区域之间，跨县、跨市甚至于跨省的不同区域或园区之间都可以组成一个更大范围的生态工业网络，但是这个网络一定要考虑物流和成本的问题（即所涉及的工业剩余物是否能运输，运输成本有多大）。对建立这种以工业剩余物为食物链的网络型的生态工业园区，重点是要依靠资源共享和工业剩余物相互消耗关系建立起一个相对稳定的经济关系，并由此促成资源和工业剩余物流动关系的长期化，由此保证生态产业网络的稳定运行，即便是链中某些节点出现问题，系统仍然可以组建下一次平衡，在次优的方式下运行链接。

在进行生态工业园区的系统仿真时，我们首先考虑由生产者主体（包括基础企业、中间企业和最终企业）、消费者主体（包括个人、家庭和政府）、分解者主体（剩余物处理者），以及市场环境组成，按上游企业、中游企业和下游企业之间的关系经过博弈构成一个食物链，多个食物链组成食物网。其次考虑主体之间的交互协议可以采用基于投标机制的合同网协议等，主体组织协议可以采用动态联盟的方法确定。最后通过模拟的方法建立系统物质交换与均衡的模型，加入协同进化演化的机制（如经过改进的遗传算法、免疫算法等），考察生态工业园区系统在不同管理策略（如组织策略、控制策略和发展策略等）下的演化结果及其稳定性。同时对这个食物网进行因素分析，找到关键节点，寻找可替代方案，一旦已经稳定的生态工业循环链中的节点出现问题，立即启动应急措施。

本章借鉴丹麦卡伦堡生态工业共生园区的实际运行模式进行了系统分析，试图抽象出生态工业园区的概念模型，运用生态学的共生原理对系统进行了理解和把握。在进行系统建模之前把现实问题用一些简单的规则和一些关键属性描述出来，整理出逻辑模型，通过对现实的生态工业园区的分析，在取得了园区Agent之间的联系实质以后，进行属性和规则的抽象，逐步去伪存真、反复推敲，去除那些不相关或关联度较小的属性和规则，获得系统概念逻辑模型，为下一步进行系统的定量和定性分析打好基础。