基于Ucinet軟件的準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征分析

吳爾希，王巧稚，柯麗華，周明洋，張萍萍(1.武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430080；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430080)

礦業(yè)開采與加工是全社會物質(zhì)資源流動的最大產(chǎn)業(yè)，也是固體廢棄物和工業(yè)廢水排放最多的行業(yè)，亟待發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)生態(tài)轉(zhuǎn)型；另一方面，礦產(chǎn)資源的共伴生礦物，生產(chǎn)排放的固體廢棄物、礦井水，開采占用的土地資源，以及大量堆放的尾礦，都有可再生利用的經(jīng)濟價值，具有發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟的巨大潛力。礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園是循環(huán)經(jīng)濟背景下的新型礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式，其本質(zhì)是以礦山企業(yè)為核心，應(yīng)用循環(huán)經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)共生、清潔生產(chǎn)理念，使余熱、廢水、廢棄物、副產(chǎn)品等富余資源在不同企業(yè)間再生利用，形成產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)[1-3]。

以往針對這些礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的研究偏重于對產(chǎn)業(yè)共生情況的定性，欠缺量化分析共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，難以提出有效的循環(huán)化改造建議。 本文從社會網(wǎng)絡(luò)分析法視角出發(fā)，借助Ucinet軟件，對準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)密度、點度中心度和核心-邊緣結(jié)構(gòu)進行分析，識別產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中的核心企業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)中的薄弱點，為提升企業(yè)間的共生對接關(guān)系、加速園區(qū)的生態(tài)化轉(zhuǎn)型提出了建議。

1 準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園概況

準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園主要包括以下企業(yè)：①2個露天礦(哈爾烏素露天煤礦、黑岱溝露天煤礦)；②煤炭洗選廠(神華準格爾能源有限責任公司選煤廠、哈爾烏蘇露天煤礦選煤廠)；③煤矸石發(fā)電廠(神華準格爾能源有限責任公司矸石發(fā)電公司)；④氧化鋁廠(位于準格爾旗大路煤電鋁園區(qū))；⑤炸藥廠(神華準格爾能源有限責任公司炸藥廠)等[2]。目前，準格爾能源集團各產(chǎn)業(yè)協(xié)作程度及產(chǎn)業(yè)共生體系趨向成熟，例如，煤礦產(chǎn)生的廢土經(jīng)過排土場的剝離可用于工業(yè)旅游項目；煤矸石發(fā)電廠產(chǎn)生的廢水可用于露天礦除塵。圖1為準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)。

圖1 準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.1 Industrial symbiosis network of Jungar mining eco-industrial park(資料來源：文獻[2])

2 基于Ucinet軟件的社會網(wǎng)絡(luò)分析法

社會網(wǎng)絡(luò)分析法是20世紀60年代以來社會學大師懷特等由數(shù)學中的圖形理論推導(dǎo)出來的分析方法，能有效測量網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是刻畫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、特性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要分析方法。從數(shù)據(jù)分析，確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，到歸納總結(jié)經(jīng)驗，其主體可以是個體、企業(yè)、獨立組織或各種團體，而行為主體之間的關(guān)系紐帶或聯(lián)系是資源(可以是物質(zhì)的，也可以是非物質(zhì)的)傳送或流動的通道，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系紐帶被看作是網(wǎng)絡(luò)的“結(jié)構(gòu)”，因此社會網(wǎng)絡(luò)分析法是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析方法[4-5]。目前，該方法主要用于產(chǎn)業(yè)集群、城市群等社會研究領(lǐng)域。

在礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)和礦山企業(yè)之間的廢熱利用、廢水梯級利用、副產(chǎn)品交換等物質(zhì)能量流構(gòu)成產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)。本文結(jié)合社會網(wǎng)絡(luò)分析法，對礦業(yè)生態(tài)園區(qū)的以下指標進行定義——產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度、點度中心度和核心-邊緣結(jié)構(gòu)。

2.1 產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度

產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度為企業(yè)間實際共生對接數(shù)量與網(wǎng)絡(luò)中最大對接數(shù)量之比，其表達式見式(1)。

(1)

式中：d(G)為產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度；n為產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中企業(yè)的總數(shù)；i、j均為網(wǎng)絡(luò)中的企業(yè)，但每一個企業(yè)都對應(yīng)一個假定編號，j為網(wǎng)絡(luò)中始終大于i企業(yè)編號的企業(yè)；rij指企業(yè)之間的共生關(guān)系，若兩企業(yè)間存在關(guān)系，則rij=1,否則，rij=0。產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度能夠反映網(wǎng)絡(luò)中各企業(yè)之間共生關(guān)系的緊密程度。一個共生網(wǎng)絡(luò)密度與企業(yè)間的共生關(guān)系數(shù)呈正比[4]，共生網(wǎng)絡(luò)密度越大，該園區(qū)企業(yè)間的共生對接越頻繁，園區(qū)的循環(huán)利用程度越高。

2.2 點度中心度

點度中心度衡量一個企業(yè)與其他企業(yè)共生對接的個數(shù)，其表達式見式(2)。

CAD(n)=i

(2)

式中：CAD(n)為第n個企業(yè)的絕對中心度；i為與第n個企業(yè)直接共生對接的其他企業(yè)總數(shù)，i越大，該企業(yè)與其他企業(yè)的共生對接關(guān)系越多，擁有更強的供給或消納廢棄資源的能力。

2.3 核心-邊緣結(jié)構(gòu)

核心-邊緣結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)中的企業(yè)分為兩組，其中一組企業(yè)間共生對接緊密，看作核心區(qū)域，另外一組企業(yè)間沒有共生對接關(guān)系，看作邊緣區(qū)域[6-7]。圖2為核心-邊緣關(guān)聯(lián)缺失模型矩陣。圖2中數(shù)字1表示編號為1～5的核心企業(yè)之間存在任意的共生對接關(guān)系，數(shù)字0表示剩余編號的邊緣企業(yè)之間不存在共生對接關(guān)系，而位于主對角線之外的區(qū)域顯示的是核心企業(yè)與邊緣企業(yè)之間的共生對接關(guān)系。核心-邊緣結(jié)構(gòu)有4種模型，主要區(qū)別體現(xiàn)在矩陣的副對角線上。在矩陣的副對角線區(qū)域，核心-邊緣全關(guān)聯(lián)模型全為1；而核心-邊緣無關(guān)模型全為0；核心-邊緣局部關(guān)聯(lián)模型部分為0和1；核心-邊緣關(guān)聯(lián)缺失模型全為·。

本文選取的是核心-邊緣關(guān)聯(lián)缺失模型，該模型不關(guān)注核心企業(yè)與邊緣企業(yè)之間的共生關(guān)系，因此將其視為缺失值。圖2展示的是核心-邊緣關(guān)聯(lián)缺失模型矩陣應(yīng)用到一般產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中，其表達式見式(3)。

(3)

式中：δij為產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的共現(xiàn)矩陣，其中，i、j分別為矩陣的行和列；Ci和Cj分別為i行和j列中的企業(yè)所隸屬的類型(核心或邊緣)，1和0表示企業(yè)之間存在共生對接的有無，·表示缺失值。核心-邊緣結(jié)構(gòu)不僅能夠區(qū)分出共生網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū)域和邊緣區(qū)域，還能計算出核心區(qū)域和邊緣區(qū)域的關(guān)系密度，關(guān)系密度的高低反映了區(qū)域中內(nèi)部企業(yè)共生對接關(guān)系的緊密程度。

圖2 核心-邊緣關(guān)聯(lián)缺失模型矩陣Fig.2 Core-edge association missing model matrix

3 基于Ucinet軟件的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征分析

在產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)里，企業(yè)間形成一種以交換廢棄物、副產(chǎn)品或余熱為基礎(chǔ)的密切聯(lián)系，即為具有共生對接關(guān)系。將圖1產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中的企業(yè)視為節(jié)點，有共生對接的企業(yè)關(guān)系設(shè)置為1，無對接的企業(yè)關(guān)系設(shè)置為0，可構(gòu)建企業(yè)之間的共現(xiàn)矩陣，輸入Ucinet軟件進行分析，得到以下結(jié)果。

3.1 產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度分析

通過Ucinet軟件中network→cohesion→density路徑計算，準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度為0.133 3，標準差為0.339 9。目前，共有15家企業(yè)參與到準格爾產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中，而衣慶燾[8]發(fā)現(xiàn)同樣擁有15家企業(yè)的重慶市建橋工業(yè)園區(qū)、濰坊濱海開發(fā)區(qū)生態(tài)工業(yè)園和新疆天業(yè)集團生態(tài)工業(yè)園的整體網(wǎng)絡(luò)密度分別為0.158 3、0.098 5、0.095 2。由此可見，準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園與其他生態(tài)園區(qū)相比整體網(wǎng)絡(luò)密度處于中高水平，主要原因是園區(qū)不斷引入的長期合作項目，例如煤炭伴生資源綜合利用研發(fā)及工程示范項目、神華30萬t氧化鋁示范項目等。由于這些項目加強了企業(yè)之間的協(xié)同合作，使得廢棄資源在園區(qū)內(nèi)得到了充分利用。

3.2 點度中心度分析

利用Ucinet軟件內(nèi)嵌的Netdraw軟件繪制了準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園點度中心性網(wǎng)絡(luò)圖，如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)圖中圖案面積越大，點度中心度越高。點度中心度越高的企業(yè)與其他企業(yè)建立共生對接數(shù)量越多，消納或提供廢棄資源的能力亦越強，在產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中處于越為核心的位置。

進一步通過Ucinet軟件中network→centrality→degree路徑計算，準格爾礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園的平均點度中心度為1.867，核心企業(yè)包含氧化鋁廠、煤礦、矸石電廠排土場等7個企業(yè)，結(jié)果見表1。

圖3 點度中心性網(wǎng)絡(luò)圖Fig.3 Degree centrality network

表1 準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園點度中心度排名表Table 1 Rank of degree centrality in Jungar miningeco-industrial park

在準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園中，氧化鋁廠和煤礦的絕對點度中心度最高。因為準格爾礦區(qū)中擁有豐富、優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，且煤炭開采產(chǎn)生豐富多樣的副產(chǎn)品。其次煤炭經(jīng)矸石電廠燃燒產(chǎn)生的粉煤灰中富含氧化鋁，為提高粉煤灰制備氧化鋁的效率，氧化鋁廠先后引入了“酸法”“堿法”和“酸堿聯(lián)合法”提取技術(shù)。酸法提取氧化鋁產(chǎn)生鐵紅副產(chǎn)品，堿法制備氧化鋁產(chǎn)生硅沉淀廢棄物。由于煤炭副產(chǎn)品的多樣性、氧化鋁副產(chǎn)品鏈的衍生，使得煤礦和氧化鋁廠的共生對接關(guān)系數(shù)高于其他企業(yè)。氧化鋁廠不僅提高了廢棄資源的綜合利用，還促進了整個礦區(qū)經(jīng)濟的循環(huán)發(fā)展。然而粉煤灰提取氧化鋁的投資和生產(chǎn)成本過高，導(dǎo)致企業(yè)的積極性不強。鑒于此，政府可在相關(guān)政策上給予支持，例如可將粉煤灰產(chǎn)生的氫氧化鋁列入國家資源綜合利用目錄，享受相關(guān)的稅收優(yōu)惠政策；對粉煤灰提取氧化鋁的重點實驗室給予一定的資金支持等。

3.3 核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析

核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析的目的是研究社會網(wǎng)絡(luò)中哪些節(jié)點處于核心地位，哪些節(jié)點處于邊緣位置[5]。核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中企業(yè)之間共生對接關(guān)系的強弱程度，將網(wǎng)絡(luò)中的企業(yè)分為2個區(qū)域，即核心區(qū)域和邊緣區(qū)域，處于核心區(qū)域的企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)中占有比較重要的地位。 通過Ucinet軟件中network→core/periphery→continuous路徑計算，核心-邊緣將2個礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園一分為二，一部分為核心成員，另一部分為邊緣成員。準格爾礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園的核心成員有6個，分別是污泥處理廠、準能設(shè)備維修廠、煤礦、排土場、氧化鋁廠和矸石電廠；邊緣成員有9個，分別為污水處理廠、生態(tài)農(nóng)業(yè)牧場、炸藥廠、工業(yè)旅游、洗選廠、鎵產(chǎn)品加工廠、鐵紅加工車間、碳酸鋰產(chǎn)品車間和排矸場。

核心-邊緣結(jié)構(gòu)不僅能對產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)進行核心區(qū)域和邊緣區(qū)域分類，而且能對核心區(qū)域和邊緣區(qū)域的特征進行分析。表2為準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的核心-邊緣密度矩陣。

表2 準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園核心-邊緣密度矩陣Table 2 Core-edge density matrix Jungarmining eco-industrial park

準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園核心區(qū)域密度為0.267，邊緣區(qū)域密度為0.000。因為邊緣區(qū)域中的企業(yè)處于產(chǎn)業(yè)共生鏈上最后一級消費者，使得邊緣區(qū)域毫無產(chǎn)業(yè)共生對接關(guān)系。核心區(qū)域企業(yè)間建立的產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系不緊密，而且過于單一，一旦矸石電廠、煤礦和排土場中的一家企業(yè)運行不暢，將會導(dǎo)致整個產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)破碎。由此可見，核心區(qū)域還需進一步加強共生對接關(guān)系。目前，準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園存在著煤炭循環(huán)利用技術(shù)和煤炭污染治理技術(shù)發(fā)展不足的問題，使得整個礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)無法高效運行。準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的核心區(qū)域企業(yè)原材料主要以煤炭資源為主，有著潛在的煤炭副產(chǎn)品(如煤矸石、煤礦鷹巖等)利用的可能，但是受循環(huán)利用技術(shù)條件的限制，煤炭副產(chǎn)品的循環(huán)利用效果并不顯著，鑒于此，核心區(qū)域企業(yè)需要采購提質(zhì)增效的設(shè)備，不僅能提高副產(chǎn)品循環(huán)利用率，還能增強核心區(qū)域企業(yè)與與其相連企業(yè)的聯(lián)系，并以此提高準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的核心區(qū)域密度。此外，西澳大利亞大學成功研究出粉煤灰可以作為土壤改良劑[9]。如果矸石電廠秉持資源共享原則，與生態(tài)農(nóng)業(yè)牧場建立共生對接關(guān)系，不僅可以變廢為寶，改善生態(tài)農(nóng)業(yè)牧場的土壤環(huán)境，還能增加產(chǎn)業(yè)共生對接，提高整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論與展望

本文研究的關(guān)鍵在于運用社會網(wǎng)絡(luò)分析法，對準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的網(wǎng)絡(luò)特征進行量化分析，識別網(wǎng)絡(luò)中核心企業(yè)和共生網(wǎng)絡(luò)的薄弱點，并基于此，為園區(qū)提供針對性的解決方案，使得園區(qū)的循環(huán)化改造有了理論的支撐。本文是借助Ucinet軟件對準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)實現(xiàn)定量分析，得到的結(jié)論如下所述。

1) 從整體角度看，準格爾礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)相比其他生態(tài)工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)密度偏高，說明廢棄資源在園區(qū)中得到了循環(huán)利用。

2) 從個體角度看，點度中心度最大的氧化鋁廠和煤礦在產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中與其他企業(yè)建立共生對接數(shù)量最多，反映出企業(yè)對廢棄資源有很強的消納和供給能力，使得企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)位置更為核心。

3) 從團體角度看，園區(qū)中邊緣區(qū)域企業(yè)毫無共生對接關(guān)系，核心區(qū)域中企業(yè)共生對接關(guān)系過于單一，整個產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)存在破碎的風險。

社會網(wǎng)絡(luò)分析法能夠清晰地分析出礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，但是本文只將該方法應(yīng)用于單一類型礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園中。 因此，在下一步研究中，力爭將該方法推行到多樣性的礦業(yè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)，并為園區(qū)的生態(tài)化轉(zhuǎn)型提供可行性解決方案。