基于系統(tǒng)動力學(xué)的廢棄塑料托盤回收利用仿真分析

趙 林，顧巧論

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，天津 300222）

托盤是用于集裝、堆放、搬運和運輸，放置作為單元負荷物品的水平平臺裝置，是連接運輸、倉儲、包裝、裝卸搬運、流通加工、配送等物流環(huán)節(jié)的橋梁和紐帶，是確保物流全過程順暢貫通的重要組成因素[1]。塑料托盤是使用聚乙烯（PE）等熱塑性塑料通過注塑、吹塑、吸塑等工藝加工而成的集裝單元器具，聚乙烯主要為低壓高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE），具有很好的抗沖擊性能[2]。目前對于托盤包裝的回收再生利用并未引起物流業(yè)足夠的重視，大多數(shù)托盤使用壽命終止后當(dāng)作垃圾焚燒處理，而焚燒又會產(chǎn)生大量廢氣，有悖于綠色、低碳、可持續(xù)的發(fā)展理念[3]。中國環(huán)境保護稅法于2018年初施行，主要針對大氣污染物、水污染物、固體廢物等征稅，環(huán)保稅開征后，將形成有效的約束激勵機制。通過環(huán)保稅激勵相關(guān)方面回收的積極性，鼓勵托盤生產(chǎn)商和回收商的回收再利用活動。廢棄塑料托盤回收后可再生為塑料顆粒，繼續(xù)加工成托盤，或與植物纖維共同加工成新型復(fù)合材料，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

通過對包裝廢棄物回收機制的探索，盈創(chuàng)再生資源回收公司在北京布設(shè)了5 000多臺智能回收機，每回收1個塑料瓶可獲得一定比例的現(xiàn)金返利。廢棄塑料托盤的回收也可借鑒該機制，回收商回收廢棄塑料托盤時給予客戶一定比例的返利金，從而增強客戶的回收積極性，促進托盤回收。關(guān)于包裝廢棄物回收的研究，張卉[4]引入生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，使政府與生產(chǎn)者相結(jié)合來落實生產(chǎn)者的相關(guān)責(zé)任，建立了包裝共用回收體系系統(tǒng)動力學(xué)模型并進行仿真，但只考慮了回收行為受到回收價格的影響。任文君[5]應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)建立了基于社會福利的包裝廢棄物回收模型，結(jié)果表明當(dāng)政府干預(yù)時，實施合理的稅收和補貼政策可以實現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)量、回收量和社會福利的最大化。金大鑫[3]為解決回收渠道不健全問題，建立了工業(yè)包裝品回收成本效益模型，運用博弈理論建立了3種回收渠道下的回收體系的經(jīng)濟效益模型。Dace等[6]建立了包裝稅對包裝廢棄物管理結(jié)構(gòu)和影響包裝生態(tài)設(shè)計的系統(tǒng)動力學(xué)模型，研究表明包裝稅可減少原材料的總消耗量和后續(xù)廢棄物的產(chǎn)生。Elia等[7]設(shè)計了閉環(huán)托盤管理系統(tǒng)并對關(guān)鍵因素（如托盤物流網(wǎng)絡(luò)、交換系統(tǒng)）進行討論，仿真模型評估了基于成本和時間的關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)。Guo等[8]以美國馬里蘭州巴爾的摩市低收入城市社區(qū)為案例，基于系統(tǒng)動力學(xué)研究干預(yù)措施和社會規(guī)范影響家庭住宅區(qū)的廢棄物處置行為，干預(yù)措施包括：提供信息、增加財政激勵、增加街區(qū)垃圾桶、強化家庭規(guī)則、提高居民回收利用方面的知識等，發(fā)現(xiàn)提供信息可以降低垃圾傾倒行為，而強化家庭規(guī)則并不能起到作用。

國內(nèi)外已有運用系統(tǒng)動力學(xué)來分析包裝廢棄物的回收行為、回收意識，而較少運用系統(tǒng)動力學(xué)分析廢棄塑料托盤回收利用的問題。本文利用Vensim PLE軟件建立廢棄塑料托盤回收系統(tǒng)動力學(xué)模型，用以解決廢棄塑料托盤回收率低、回收動力不足等問題。

1 系統(tǒng)動力學(xué)模型

1.1 基本假設(shè)

（1）考慮托盤的生產(chǎn)總量，不考慮省市地區(qū)托盤的數(shù)量及托盤的流動情況。

（2）考慮塑料托盤在5～8年使用壽命結(jié)束后廢棄托盤的回收再利用問題，不考慮塑料托盤在使用期內(nèi)的回收交換。

（3）假定托盤的回收能力、再生能力和焚燒處理能力沒有限制。

（4）不考慮托盤運輸途中涉及的路徑規(guī)劃、運輸成本、人力資源成本和固定資產(chǎn)投資，只考慮回收成本、再利用成本、維修成本、焚燒成本、環(huán)保稅、維修收益、再生收益和回收利潤。

（5）假定維修后的托盤質(zhì)量可靠且能按照托盤原料的市場價格繼續(xù)銷售，再生利用的托盤按照再生塑料的價格繼續(xù)銷售。

1.2 系統(tǒng)動力學(xué)存流圖

系統(tǒng)動力學(xué)由美國麻省理工學(xué)院Forrester教授創(chuàng)立，是研究信息反饋系統(tǒng)的科學(xué)，綜合了系統(tǒng)科學(xué)和管理科學(xué)的思想[9]。系統(tǒng)動力學(xué)包括如下幾種變量：狀態(tài)變量、速率變量、輔助變量和常量等。變量與方程共同構(gòu)成了系統(tǒng)動力學(xué)模型。本文構(gòu)建的系統(tǒng)動力學(xué)存流圖如圖1所示。塑料托盤經(jīng)過5～10年使用后報廢成為廢棄塑料托盤，廢棄塑料托盤的回收受到返利金比例和環(huán)保稅額2個因素的影響，回收后一部分可通過維修再利用，另一部分可制作為再生塑料，再生利用過程中產(chǎn)生的廢棄物最后通過焚燒處理。

1.3 系統(tǒng)動力學(xué)方程式

系統(tǒng)動力學(xué)相關(guān)方程式如表1所示。在上述廢棄塑料托盤回收利用存流圖的基礎(chǔ)上，將表1中的方程式附加到圖1所出現(xiàn)的各相關(guān)變量上，構(gòu)建廢棄塑料托盤回收利用系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型。

3.2 康復(fù)醫(yī)學(xué)促進社會融合 殘疾人、老年人和其他功能障礙者的社會參與能力不同程度受限，通過康復(fù)醫(yī)學(xué)的有效干預(yù)，可以促進殘疾人的社會融合?？祻?fù)醫(yī)療強調(diào)的是通過功能訓(xùn)練和必要的輔助措施，改善其功能。通過康復(fù)治療改善患者的自理能力，減輕家庭和社會負擔(dān)，提高生活質(zhì)量，并能使患者早日回歸社會?？祻?fù)醫(yī)學(xué)近年也在秉承國際社會倡導(dǎo)的全人發(fā)展的理念，在提高個體功能水平的同時，越來越多地關(guān)注康復(fù)服務(wù)對象獲得醫(yī)療康復(fù)服務(wù)后的社會參與、機會均等、權(quán)利保障等問題。

1.4 關(guān)鍵參數(shù)及相關(guān)變量值

1.4.1 塑料托盤產(chǎn)量的相關(guān)參數(shù)

據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會托盤專業(yè)委員會和中國倉儲協(xié)會統(tǒng)計，2016年全國托盤生產(chǎn)總量達到28 380萬片，同比增長5.8%，托盤產(chǎn)量如表2所示[10]。

托盤生產(chǎn)增速與過去相比逐漸放緩，一方面物流市場需求增速放緩，托盤市場需求受到抑制；另一方面隨著托盤質(zhì)量的提高、托盤共用系統(tǒng)的推進，使得托盤市場需求有所下降。本文假定這種增速放緩趨勢會得到延續(xù)，預(yù)計到2022年托盤產(chǎn)量達到39 804萬片，將托盤產(chǎn)量設(shè)定為關(guān)于時間的表函數(shù)。從托盤材質(zhì)結(jié)構(gòu)看，目前木托盤生產(chǎn)量占比較大，達到78%；而塑料托盤由于具有使用壽命長，報廢后可重新回收利用的優(yōu)點，因此塑料托盤生產(chǎn)增速逐漸加快，已由2010的10%增至2016年的15%[10]；假定這種增速趨于穩(wěn)定，若按每6年增長5%計算，預(yù)計到2022年塑料托盤的占比將達到20%，設(shè)定塑料托盤比例為關(guān)于時間的表函數(shù)。因2010年為初始年份，而2010年托盤保有量為46 194萬片，塑料托盤在2010年的占比為0.1，故將塑料托盤保有量的初始值設(shè)置為4619.4萬片。

表2 托盤產(chǎn)量

假定塑料托盤使用5～10年報廢后由回收商負責(zé)回收，但是廢棄托盤回收會受到多種因素影響，如返利金和環(huán)保稅額等；假設(shè)給予客戶的返利金越高，客戶的回收積極性也會相應(yīng)提高，客戶會將更多的廢棄塑料托盤交還給回收商；同時較高的環(huán)保稅額會增加廢棄塑料托盤的處置成本，即稅收成本和焚燒成本，回收商為降低處置成本，會增加回收量，將更多的廢棄塑料托盤進行再生利用，減少焚燒廢棄塑料托盤所造成的成本壓力。

綜上所述，廢棄塑料托盤回收率的方程式表示如下：廢棄塑料托盤回收率=廢棄塑料托盤保有量*（廢棄托盤基本回收率*（1+稅額對回收率的影響因子+返利金額對回收率的影響因子））/回收時間；返利金額對回收率的影響因子=返利金額*α；稅額對回收率的影響因子=環(huán)保稅額*α；經(jīng)反復(fù)實驗將α設(shè)定為0.01。

1.4.2 塑料托盤價格的相關(guān)參數(shù)

由于塑料托盤的市場價格是基于原材料等因素影響而變動的，故假定將塑料托盤的原材料——高密度聚乙烯（HDPE）價格作為塑料托盤的市場價格，將HDPE塑料再生料價格作為塑料托盤再生塑料市場價格[11]，采用移動平均法，預(yù)測了2018—2022年原料和再生料價格，按照單片托盤重量為0.02 t（20 kg）計算，經(jīng)整理后塑料原料和再生塑料價格如表3所示，將塑料托盤價格和再生塑料價格以表函數(shù)表示。

表3 塑料原料和再生塑料價格

《環(huán)境保護稅法》中關(guān)于環(huán)保稅的計算方法為：環(huán)保稅=污染物*污染當(dāng)量值*稅額，環(huán)保稅中規(guī)定大氣污染物稅額為1.2～12元/kg[13]，假定廢棄塑料托盤的污染當(dāng)量為1，則廢棄塑料托盤的稅額為24～240元/片。

Bengtsson等[12]提供了塑料托盤的制造數(shù)據(jù)，每19.4 kg的托盤由19.4 kg的HDPE原料制造而成，在該生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生0.2 kg的HDPE廢棄物。假定每片托盤20 kg，再生利用過程中會產(chǎn)生0.2 kg左右廢棄物，維修率假定為0.1，故再利用率設(shè)定為0.89。

綜上所述，模型的相關(guān)變量值如表4所示。

表4 模型相關(guān)變量值

2 仿真分析

2.1 不同返利金比例對回收率和回收利潤的影響

假設(shè)環(huán)保稅額為0，返利金比例為0.1～0.9時，對模型進行仿真，得出不同返利金比例對廢棄塑料托盤回收率和回收利潤的影響圖2所示。

圖2 不同返利金比例對廢棄塑料托盤回收率和回收利潤的影響

從圖2可知，返利金比例與廢棄塑料托盤回收率呈正相關(guān)，即返利金比例越高，廢棄塑料托盤回收率越高，從客戶那里可回收的報廢托盤越多。一方面返利金越高越好，能夠最大程度減少廢棄塑料托盤的存量；另一方面返利金比例越低，曲線越平滑，即返利金越低對廢棄塑料托盤回收率的敏感性越低，表明客戶的回收意愿較弱。2015年前曲線增長較為平緩，在2015年出現(xiàn)波動，主要原因是2015年塑料托盤原料價格和再生塑料價格有所下降，即返利金比例越高（如返利金比例為0.9），對于塑料托盤價格波動的敏感性越高，2015年后雖然價格走勢較為平緩，但基于廢棄塑料托盤保有量逐年擴大，回收商可以回收更多的廢棄塑料托盤以滿足再生利用的需要，故在2015年后回收率出現(xiàn)快速增長。不同返利金比例對回收利潤的影響如表5所示。

表5 不同返利金比例對回收利潤的影響

從表5可以看出，返利金比例與回收利潤呈負相關(guān)，返利金比例越高，回收利潤越小，當(dāng)返利金比例為0.1、0.2和0.3時，在模型仿真的年限內(nèi)，回收商都能獲利。返利金比例為0.1時回收利潤最高；返利金比例為0.2的回收利潤次之；當(dāng)返利金比例為0.4時，從2012年開始回收才能獲利；當(dāng)返利金比例為0.5時，從2013年開始回收才能獲利，但在2016年會出現(xiàn)虧損；當(dāng)返利金比例為0.6或0.7時，只有在2015年時才能盈利，其他年份都會虧損；當(dāng)返利金比例為0.8或0.9時，回收商不能獲利。

2.2 不同環(huán)保稅額對回收率和回收利潤的影響

假設(shè)返利金比例為0，環(huán)保稅額為24～240時，對模型進行仿真，得出不同環(huán)保稅額對廢棄塑料托盤回收率的影響如圖3所示，不同環(huán)保稅額對回收利潤的影響如圖4所示。

圖3 不同環(huán)保稅額對廢棄塑料托盤回收率的影響

圖4 不同環(huán)保稅額對回收利潤的影響

從圖3可以看出，環(huán)保稅額與廢棄塑料托盤回收率呈正相關(guān)，即提高環(huán)保稅額廢棄塑料托盤回收率也隨之上升，即較高的環(huán)保稅額能夠約束回收商行為，激發(fā)回收商回收積極性，從而提高廢棄塑料托盤回收率。

圖4表明：環(huán)保稅額的增長與回收利潤呈正相關(guān)，即提高環(huán)保稅額，回收利潤也相應(yīng)提高，雖然較高環(huán)保稅額增加了企業(yè)賦稅的壓力，但由于環(huán)保稅對回收行為有巨大的刺激作用，會約束企業(yè)積極進行回收活動，從而提高回收率。一方面回收率提高所帶來的再生收益和維修收益的增加抵消了所繳納的環(huán)保稅；另一方面環(huán)保稅額越低，曲線越平緩（如環(huán)保稅額為24元時），表明環(huán)保稅額越低對回收利潤價格波動的敏感性越低。由于2015年和2016年托盤價格和再生塑料市場價格處于較低水平，回收利潤相應(yīng)也出現(xiàn)了下降。

2.3 情景仿真

當(dāng)返利金比例為0.1、0.2和0.3時回收才能獲利，因此選取返利金比例為0.1、0.2和0.3以及環(huán)保稅額為 24、48、72、96、120 所組成的 12 種干預(yù)措施進行情景仿真，情景仿真如表6所示。

表6 情景仿真

不同干預(yù)措施對廢棄塑料托盤回收率的影響及回收利潤的影響分別如圖5和圖6所示。

圖5 不同干預(yù)措施對廢棄塑料托盤回收率的影響

圖6 不同干預(yù)措施對回收利潤的影響

從圖5可知，塑料托盤回收率呈2個增長階段：2015年前是緩慢增長階段，各干預(yù)措施對廢棄塑料托盤回收率的影響差異較小；2015年后是快速增長階段，較高的環(huán)保稅額和返利金比例對回收率的影響更為明顯。這表明在塑料托盤發(fā)展的初期，由于塑料托盤保有量較低，能夠回收的廢棄塑料托盤也是有限的，因此不同的環(huán)保稅和返利金對托盤回收率的影響較小；而隨著塑料托盤保有量的增加，潛在的廢棄塑料托盤產(chǎn)量增加，較高的環(huán)保稅和返利金的政策組合更有利于提高廢棄塑料托盤的回收率。

從圖6可知，干預(yù)措施4能夠獲得最高的回收利潤，干預(yù)措施3次之，2016年前干預(yù)措施2的回收利潤接近于干預(yù)措施3，從企業(yè)盈利的角度看，較高的環(huán)保稅和較低的返利金比例能夠給回收商帶來可觀的經(jīng)濟利潤，但從環(huán)境保護角度，并不能最大程度地回收廢棄塑料托盤。在2010年干預(yù)措施10、11和12均出現(xiàn)了虧損，表明雖然較高的環(huán)保稅和返利金的政策組合能夠大幅度提高廢棄塑料托盤的回收率，但卻是不經(jīng)濟的。受到原材料價格和再生塑料價格的雙重影響，在2015年和2016年回收利潤出現(xiàn)波動，較低的返利金比例對于因價格波動所造成的利潤下降的影響較小，而較高的返利金比例對于這種價格波動的影響反應(yīng)強烈。

3 結(jié)語

本文運用系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件VensimPLE對廢棄塑料托盤回收活動進行了仿真分析，得出以下結(jié)論。

（1）從企業(yè)盈利的角度看，較高的環(huán)保稅和返利金組合并不能帶來最優(yōu)的回收利潤，在初期還會出現(xiàn)虧損，而較高的環(huán)保稅和較低的返利金所組成的干預(yù)措施，在提高回收率的情況下能夠帶來更為可觀的回收利潤。因此，國家應(yīng)制定較為嚴(yán)格的環(huán)保稅來約束相關(guān)方面的回收行為，從而提高廢棄塑料托盤的回收率，由于企業(yè)具有經(jīng)濟人特性，其會盡可能降低返利金比例來獲得最大回收利潤。

（2）從環(huán)保角度看，較高的環(huán)保稅和返利金比例所組成的干預(yù)措施能夠最大程度提高廢棄塑料托盤的回收率，更多的廢棄塑料托盤得到再生利用，有利于減少污染，促進資源再生。因此，政府應(yīng)通過補貼等政策鼓勵企業(yè)提高返利金比例，促進經(jīng)濟效益和環(huán)保效益的整體提升。

本文建立的模型還存在局限性和有待完善的地方，針對回收行為的影響因素，只考慮到了環(huán)保稅和返利金比例，而其他相關(guān)因素如環(huán)保意識、回收距離等也需要繼續(xù)深入研究；針對不同類型的托盤，如木質(zhì)托盤、金屬托盤、復(fù)合托盤等的回收問題也需要繼續(xù)討論。