低碳物流發(fā)展的系統(tǒng)動力學(xué)分析

楊光華（湖南涉外經(jīng)濟學(xué)院 管理學(xué)院，湖南 長沙 410205）

YANG Guang-hua (Management School,Hunan International Economics University,Changsha 410205,China)

由于全球氣候變暖，環(huán)境和能源的日益惡化，促使全球越來越注重低碳社會發(fā)展。而物流業(yè)作為能源和碳排放大戶，發(fā)展低碳物流是其發(fā)展趨勢。低碳物流是基于低能源消耗、低污染的一種物流模式，目標是達到最高的物流效率用最少的溫室氣體的排放[1]。當前低碳經(jīng)濟與低碳物流研究方興未艾。

目前國內(nèi)外對低碳物流的研究可以大致分為三個方面：（1）低碳物流發(fā)展的重要性及概念介紹。如戴定一 （2009）簡要介紹物流與低碳經(jīng)濟的關(guān)系，物流中的低碳問題等[2]。陶晶 （2010）認為低碳概念主要由三個核心術(shù)語組成：低碳經(jīng)濟、碳生產(chǎn)率和碳關(guān)稅，低碳物流是其派生出來的子概念[3]。楊子岳 （2011）從物流具體環(huán)節(jié)和整個物流系統(tǒng)兩大方面對低碳物流發(fā)展影響因素與低碳物流定義探討[4]。（2）低碳物流的發(fā)展與實施對策。國內(nèi)外學(xué)者主要從宏觀機制層面和微觀企業(yè)層面進行研究。國內(nèi)主要是宏觀方面，如任稚苑 （2010）提出我國發(fā)展低碳物流的發(fā)展中心和核心要素[5]，周戈文 （2010）通過對比國內(nèi)外低碳物流的發(fā)展狀況，指出了制約我們目前低碳化發(fā)展的五個主要因素[6]。在微觀方面，國外如Alan McKinnon（2008）認為企業(yè)的低碳物流從最根源來考慮碳減排，可以分為重建物流系統(tǒng)、重構(gòu)供應(yīng)鏈等九個步驟[7]。國內(nèi)如周德建 （2010）將 “精細化管理”看作是企業(yè)實行碳減排的有效方法[8]。（3）低碳物流定量分析模型。主要研究物流系統(tǒng)碳排放量計算和針對物流和供應(yīng)鏈的優(yōu)化設(shè)計建立低碳數(shù)學(xué)模型。如Balan Sundarakani（2010）等研究了在整個供應(yīng)鏈中碳排放的足跡，并指出了如何在供應(yīng)鏈中減少碳排放，其研究考察了整個供應(yīng)鏈的碳足跡[9]。夏文匯 （2010）基于VRP模型，在低碳環(huán)境的條件下的鋼鐵企業(yè)物流配送模型[10]。

國內(nèi)外學(xué)者對低碳物流的概念本質(zhì)、低碳物流的發(fā)展障礙與路徑、具體環(huán)節(jié)的碳排放計算等問題進行了較為廣泛的研究，這些對我國低碳物流的研究具有一定意義。但通過相關(guān)文獻分析可知，目前低碳物流研究仍有如下不足。（1）把低碳物流看作一個 “被組織”。大部分研究要么把低碳物流視為政府推動下的低碳經(jīng)濟和物流，要么把低碳物流看作企業(yè)內(nèi)部的事物。其核心思想主要是如何強化政府、企業(yè)的政策和措施，保證低碳物流的發(fā)展。而低碳物流作為一個涉及經(jīng)濟、社會、環(huán)境、能源的綜合系統(tǒng)，應(yīng)該是在內(nèi)外因素相互作用下的一種自我發(fā)展的 “自組織”，外部環(huán)境是條件，而各要素的相互作用、相互發(fā)展的內(nèi)在機制才是低碳物流可持續(xù)發(fā)展的動力。（2）研究多是定性分析，方法較單一，無法形成合力。系統(tǒng)動力學(xué)作為一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，也是一門認識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的交叉綜合學(xué)科，其研究解決問題的方法是一種定性與定量結(jié)合，系統(tǒng)、分析、綜合與推理的方法，以定性分析為先導(dǎo)，定量分析為支持[11]。因此，對低碳物流的研究方法可用更加合理系統(tǒng)分析方法為基礎(chǔ)，通過建立系統(tǒng)動力學(xué)模型仿真分析低碳物流系統(tǒng)，為低碳物流發(fā)展提供幫助。

1 低碳物流的系統(tǒng)分析

低碳物流是經(jīng)濟、環(huán)境、社會的綜合問題，選擇發(fā)展低碳物流時面臨選擇和約束問題。如何對低碳物流系統(tǒng)這樣一個涉及經(jīng)濟、社會、環(huán)境、能源、技術(shù)系統(tǒng)的綜合大系統(tǒng)進行綜合考慮，分析認識包含在其中的不同方面的相互聯(lián)系，需要分析低碳物流系統(tǒng)的主要影響因子系統(tǒng)，通過相關(guān)研究，低碳物流中主要涉及如下子系統(tǒng)。

（1）國民經(jīng)濟

我國國民經(jīng)濟近幾十年來高速增長，而且預(yù)計未來一二十年仍會以比較快的速度增長。國民經(jīng)濟的發(fā)展和增長需要大量物流的支撐，據(jù)統(tǒng)計從1991年至2009年間，國民經(jīng)濟總量對物流需求系數(shù)從1.5上升為3.0，其需求關(guān)系呈線性關(guān)系[12]。經(jīng)濟增長帶來的物流增長需要消耗能源，每一個百分點經(jīng)濟增長需要0.5～1.0個百分點的能源增長，而物流的能源消耗占到總能源消耗的25%左右。如果石化能源的主導(dǎo)地位不變，我國物流能源技術(shù)不提高，維護和發(fā)展同等規(guī)模經(jīng)濟，我國物流能源消耗和碳排放比發(fā)達國家還要高。

（2）人口增長和生活水平

人們的生產(chǎn)生活消費需要大量的生產(chǎn)生活資料，而且隨著人們生活水平的提高，生產(chǎn)生活資料的個人消耗會隨著提高。雖然我國人口增長速度下降了很多，但我國人口基數(shù)大，城市化水平低，生活水平也較低。當維持人們生活水平提高和城市化發(fā)展，這些都需要物流的發(fā)展，需要增加物流碳排放量，使發(fā)展難度增加而受到更多約束。

（3）技術(shù)進步

技術(shù)進步是低碳物流發(fā)展的主要推動因子。一方面，物流運輸業(yè)中新能源的使用減少碳排放量；另一方面，物流業(yè)中新技術(shù)使用也可減少碳排放量。車、船、飛機新設(shè)備新技術(shù)的使用來節(jié)約能源和減少環(huán)境污染；區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，優(yōu)化運輸途徑，公路、鐵路、水運、航空、管道等運輸線路的規(guī)劃，發(fā)展多式聯(lián)運，優(yōu)先低碳運輸?shù)蔫F路、水運發(fā)展等。

（4）物流能源結(jié)構(gòu)

在物流中，低碳能源使用的擴大可大大降低物流業(yè)的碳排放量。目前在物流特別是交通運輸業(yè)消耗掉石油的60%，而且隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高，交通運輸業(yè)在石油消耗中的比重正逐漸上升。在分析不同交通運輸替代能源發(fā)展趨勢中，天然氣目前技術(shù)最成熟、成本低、競爭力強，碳排放量比汽柴油少二分之一至四分之三，正受到關(guān)注[13]。另外，鐵路運輸、倉儲和裝卸搬運中電力的擴大使用也可減少部分石油的碳排放量。

（5）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中一、二、三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的比例與物流需求有很大的關(guān)聯(lián)性，一般來說作為第一二產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)、采掘業(yè)、工業(yè)的比重越大，物流需求越大，第三產(chǎn)業(yè)的服務(wù)業(yè)比重加大可使物流業(yè)的需求量有一定的下降。目前我國經(jīng)濟正處于由第二產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)向第三產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)發(fā)展，一般來說第三產(chǎn)業(yè)比重在國民經(jīng)濟中比重每上升1個點，物流需求系數(shù)會下降0.1～0.3個點。這樣產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化也會促使物流量需求系數(shù)下降，碳排放速度降低。

（6）低碳政策與低碳意識

低碳政策和低碳意識的提高也可減少碳排放。對于低碳物流來說建立低碳物流發(fā)展的相關(guān)政策法律，應(yīng)制定一定的低碳新法，對一些能源、環(huán)保、資源等的法律作進一步修改，以及建立低碳物流認證體系，落實節(jié)能減排責任制，發(fā)展我國的綜合性碳排放權(quán)交易市場和碳金融市場。 另外增強全社會的節(jié)能減排意識，為低碳物流提供生存空間應(yīng)發(fā)揮政府導(dǎo)向作用，加強低碳教育和培訓(xùn)，使企業(yè)自覺使用低碳模式，人們生活消費低碳模式。最終使人們低碳覺悟得以提高來降低碳排放。

（7）制度創(chuàng)新機制

制度創(chuàng)新與機制環(huán)境也是促使低碳物流發(fā)展的重要手段，為此，必須推進資源能源價格形成機制改革，推進環(huán)境產(chǎn)權(quán)制度建設(shè)，推進 “綠色物流”體系建設(shè)等，才能為其發(fā)展創(chuàng)造良好的制度環(huán)境。

2 低碳物流系統(tǒng)模型構(gòu)建

根據(jù)上面對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，確定系統(tǒng)邊界及要素確定，建立因果循環(huán)圖和存量流程圖。

2.1 因果循環(huán)圖

因果循環(huán)圖是表示系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)的重要工具，利用Vensim-PLE系統(tǒng)動態(tài)模擬軟件，迅速表達關(guān)于系統(tǒng)動態(tài)形成原因的假說。通過對低碳物流系統(tǒng)分析，利用Vensim-PLE軟件繪制低碳物流系統(tǒng)因果循環(huán)圖，如圖1所示。

2.2 存量流量圖

存量流量圖是在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上進一步區(qū)分變量性質(zhì)，用更加直觀的符號刻畫系統(tǒng)要素之間的邏輯關(guān)系，明確系統(tǒng)的反饋形式和控制規(guī)律，為深入研究系統(tǒng)打基礎(chǔ)的圖形表示法。在分析低碳物流系統(tǒng)的因果聯(lián)系基礎(chǔ)之上，建立物流碳排放減少的系統(tǒng)存量流量圖，如圖2所示。

2.3 主要模型參數(shù)

本文包括物流碳排放量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、物流能源結(jié)構(gòu)、低碳政策、技術(shù)水平5個狀態(tài)變量，以及10個速率變量和37個輔助變量，在此基礎(chǔ)上再確定其它參數(shù)及其取值。在參數(shù)估計過程中，由于部分相關(guān)數(shù)據(jù)難以獲得，本文利用數(shù)學(xué)方法計算得出，并在適當范圍內(nèi)采用相關(guān)數(shù)據(jù)予以代替。

3 系統(tǒng)仿真模擬

3.1 系統(tǒng)仿真

在VENSM軟件中輸入變量公式，對于系統(tǒng)動力學(xué)模型來說，需要通過多次模擬，反復(fù)修改才能成功。VENSM軟件提供了查錯和模型驗證 （check model和units check）的方法，所有的方程都建立完成后，通過這些工具即可以對模型進行修正，直到檢驗通過后才能進行基本模擬。本模型選擇湖南省2010年的相關(guān)數(shù)據(jù)進行仿真[14]，以模型得到的2011年的預(yù)測結(jié)果作為仿真的驗證數(shù)據(jù)。系統(tǒng)動力學(xué)流圖中輸入以上的初始數(shù)據(jù)、常量以及全部公式進行系統(tǒng)仿真。軟件輸出的湖南省物流碳排放仿真曲線如圖 3所示。結(jié)果顯示，湖南省按正常國民經(jīng)濟增長速度（2015，10.38；2020，8.95；2025，7.48；2030，5.94；2035，4.48），其物流碳排放量在2035年將達到12 649萬噸。

3.2 政策模擬

為了提高系統(tǒng)的政策決策作用，通過變換相關(guān)的關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)取值來模擬湖南省不同物流發(fā)展情況，得出不同的物流碳排放量仿真結(jié)果，從而為湖南省低碳物流發(fā)展政策提供相關(guān)依據(jù)。

3.2.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響

在國民經(jīng)濟增長和總量相同的情況下，一般來說，隨著第三產(chǎn)業(yè)比重加大，物流需求量會減少，這樣隨著物流量的減少，物流碳排放量增長也會減慢。將湖南省第三產(chǎn)業(yè)比例由2010年的39%，每年增長1%比，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4中線條1，結(jié)果表明，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，物流碳排放量比正常情況有所減少，但減排效果不是特別明顯。在2035年大約10 141萬噸。

3.2.2 技術(shù)進步的影響

將創(chuàng)新能力、新技術(shù)使用、科技投入分別增長0.1～0.2個點，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4中線條2，結(jié)果表明，由于技術(shù)的進步，物流能源結(jié)構(gòu)的改善，非石化能源比例的上升，物流碳排放量會減少。在2035年大約8 180萬噸。

3.2.3 政策強制的影響

將國家低碳政策，企業(yè)和民眾低碳意識，以及制度創(chuàng)新等政策因子增加1，加大政策因素，仿真結(jié)果如圖4線條3，結(jié)果表明，政策強制對減少物流碳排放量最多，在2035大約7 266萬噸。

4 結(jié)論分析

通過物流碳排放發(fā)展仿真曲線和政策模擬曲線可知：（1）政策制度建設(shè)是低碳物流發(fā)展的基礎(chǔ)。在法制社會中，政府可以通過一系列政治和經(jīng)濟上的政策法規(guī)，使政府和企業(yè)有更大的壓力與約束選擇低碳物流模式和技術(shù)等，當然這些政策措施的實現(xiàn)需要廣泛公眾參與支持，需要社會低碳意識的提高。對于物流企業(yè)來說，也是理性選擇低碳物流的經(jīng)濟性，每個消費者都有經(jīng)濟理性。因此，如光有行政性而沒市場競爭力的低碳物流技術(shù)等，難以推廣和形成規(guī)模。（2）技術(shù)因素對降低物流碳排放影響顯著。對低碳物流發(fā)展來說，應(yīng)該通過物流低碳技術(shù)的研發(fā)和推廣，逐步建立起多元化的低碳技術(shù)體系，推廣物流節(jié)能與環(huán)保的技術(shù)措施，促進能源效率的提高，從而減少碳排放量。其二，可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推廣清潔能源，積極發(fā)展環(huán)保型車輛、集裝箱運輸、運輸線路優(yōu)化等現(xiàn)代運輸方式，優(yōu)先發(fā)展軌道運輸、水運等低碳運輸技術(shù)。（3）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有助于降低物流碳排放。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，第三產(chǎn)業(yè)的提高，只不過是降低了物流需求量，因此，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)只有助于物流碳排放降低。因此低碳物流的發(fā)展主要依靠政策制度建設(shè)和技術(shù)因素。

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