低碳物流發展的系統動力學分析

楊光華（湖南涉外經濟學院 管理學院，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，環境和能源的日益惡化，促使全球越來越注重低碳社會發展。而物流業作為能源和碳排放大戶，發展低碳物流是其發展趨勢。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]。當前低碳經濟與低碳物流研究方興未艾。

目前國內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濟的關系，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語組成：低碳經濟、碳生產率和碳關稅，低碳物流是其派生出來的子概念[3]。楊子岳 （2011）從物流具體環節和整個物流系統兩大方面對低碳物流發展影響因素與低碳物流定義探討[4]。（2）低碳物流的發展與實施對策。國內外學者主要從宏觀機制層面和微觀企業層面進行研究。國內主要是宏觀方面，如任稚苑 （2010）提出我國發展低碳物流的發展中心和核心要素[5]，周戈文 （2010）通過對比國內外低碳物流的發展狀況，指出了制約我們目前低碳化發展的五個主要因素[6]。在微觀方面，國外如Alan McKinnon（2008）認為企業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、重構供應鏈等九個步驟[7]。國內如周德建 （2010）將 “精細化管理”看作是企業實行碳減排的有效方法[8]。（3）低碳物流定量分析模型。主要研究物流系統碳排放量計算和針對物流和供應鏈的優化設計建立低碳數學模型。如Balan Sundarakani（2010）等研究了在整個供應鏈中碳排放的足跡，并指出了如何在供應鏈中減少碳排放，其研究考察了整個供應鏈的碳足跡[9]。夏文匯 （2010）基于VRP模型，在低碳環境的條件下的鋼鐵企業物流配送模型[10]。

國內外學者對低碳物流的概念本質、低碳物流的發展障礙與路徑、具體環節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濟和物流，要么把低碳物流看作企業內部的事物。其核心思想主要是如何強化政府、企業的政策和措施，保證低碳物流的發展。而低碳物流作為一個涉及經濟、社會、環境、能源的綜合系統，應該是在內外因素相互作用下的一種自我發展的 “自組織”，外部環境是條件，而各要素的相互作用、相互發展的內在機制才是低碳物流可持續發展的動力。（2）研究多是定性分析，方法較單一，無法形成合力。系統動力學作為一門分析研究信息反饋系統的學科，也是一門認識系統問題和解決系統問題的交叉綜合學科，其研究解決問題的方法是一種定性與定量結合，系統、分析、綜合與推理的方法，以定性分析為先導，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分析方法為基礎，通過建立系統動力學模型仿真分析低碳物流系統，為低碳物流發展提供幫助。

1 低碳物流的系統分析

低碳物流是經濟、環境、社會的綜合問題，選擇發展低碳物流時面臨選擇和約束問題。如何對低碳物流系統這樣一個涉及經濟、社會、環境、能源、技術系統的綜合大系統進行綜合考慮，分析認識包含在其中的不同方面的相互聯系，需要分析低碳物流系統的主要影響因子系統，通過相關研究，低碳物流中主要涉及如下子系統。

（1）國民經濟

我國國民經濟近幾十年來高速增長，而且預計未來一二十年仍會以比較快的速度增長。國民經濟的發展和增長需要大量物流的支撐，據統計從1991年至2009年間，國民經濟總量對物流需求系數從1.5上升為3.0，其需求關系呈線性關系[12]。經濟增長帶來的物流增長需要消耗能源，每一個百分點經濟增長需要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地位不變，我國物流能源技術不提高，維護和發展同等規模經濟，我國物流能源消耗和碳排放比發達國家還要高。

（2）人口增長和生活水平

人們的生產生活消費需要大量的生產生活資料，而且隨著人們生活水平的提高，生產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展，這些都需要物流的發展，需要增加物流碳排放量，使發展難度增加而受到更多約束。

（3）技術進步

技術進步是低碳物流發展的主要推動因子。一方面，物流運輸業中新能源的使用減少碳排放量；另一方面，物流業中新技術使用也可減少碳排放量。車、船、飛機新設備新技術的使用來節約能源和減少環境污染；區域物流網絡的規劃，優化運輸途徑，公路、鐵路、水運、航空、管道等運輸線路的規劃，發展多式聯運，優先低碳運輸的鐵路、水運發展等。

（4）物流能源結構

在物流中，低碳能源使用的擴大可大大降低物流業的碳排放量。目前在物流特別是交通運輸業消耗掉石油的60%，而且隨著經濟發展和生活水平提高，交通運輸業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展趨勢中，天然氣目前技術最成熟、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）產業結構

產業結構中一、二、三產業結構的比例與物流需求有很大的關聯性，一般來說作為第一二產業的農業、采掘業、工業的比重越大，物流需求越大，第三產業的服務業比重加大可使物流業的需求量有一定的下降。目前我國經濟正處于由第二產業占主導向第三產業占主導發展，一般來說第三產業比重在國民經濟中比重每上升1個點，物流需求系數會下降0.1～0.3個點。這樣產業結構的變化也會促使物流量需求系數下降，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展的相關政策法律，應制定一定的低碳新法，對一些能源、環保、資源等的法律作進一步修改，以及建立低碳物流認證體系，落實節能減排責任制，發展我國的綜合性碳排放權交易市場和碳金融市場。 另外增強全社會的節能減排意識，為低碳物流提供生存空間應發揮政府導向作用，加強低碳教育和培訓，使企業自覺使用低碳模式，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）制度創新機制

制度創新與機制環境也是促使低碳物流發展的重要手段，為此，必須推進資源能源價格形成機制改革，推進環境產權制度建設，推進 “綠色物流”體系建設等，才能為其發展創造良好的制度環境。

2 低碳物流系統模型構建

根據上面對系統結構的分析，確定系統邊界及要素確定，建立因果循環圖和存量流程圖。

2.1 因果循環圖

因果循環圖是表示系統反饋結構的重要工具，利用Vensim-PLE系統動態模擬軟件，迅速表達關于系統動態形成原因的假說。通過對低碳物流系統分析，利用Vensim-PLE軟件繪制低碳物流系統因果循環圖，如圖1所示。

2.2 存量流量圖

存量流量圖是在因果關系圖的基礎上進一步區分變量性質，用更加直觀的符號刻畫系統要素之間的邏輯關系，明確系統的反饋形式和控制規律，為深入研究系統打基礎的圖形表示法。在分析低碳物流系統的因果聯系基礎之上，建立物流碳排放減少的系統存量流量圖，如圖2所示。

2.3 主要模型參數

本文包括物流碳排放量、產業結構、物流能源結構、低碳政策、技術水平5個狀態變量，以及10個速率變量和37個輔助變量，在此基礎上再確定其它參數及其取值。在參數估計過程中，由于部分相關數據難以獲得，本文利用數學方法計算得出，并在適當范圍內采用相關數據予以代替。

3 系統仿真模擬

3.1 系統仿真

在VENSM軟件中輸入變量公式，對于系統動力學模型來說，需要通過多次模擬，反復修改才能成功。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年的相關數據進行仿真[14]，以模型得到的2011年的預測結果作為仿真的驗證數據。系統動力學流圖中輸入以上的初始數據、常量以及全部公式進行系統仿真。軟件輸出的湖南省物流碳排放仿真曲線如圖 3所示。結果顯示，湖南省按正常國民經濟增長速度（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

為了提高系統的政策決策作用，通過變換相關的關鍵的系統參數取值來模擬湖南省不同物流發展情況，得出不同的物流碳排放量仿真結果，從而為湖南省低碳物流發展政策提供相關依據。

3.2.1 產業結構的影響

在國民經濟增長和總量相同的情況下，一般來說，隨著第三產業比重加大，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。將湖南省第三產業比例由2010年的39%，每年增長1%比，系統仿真結果如圖4中線條1，結果表明，由于產業結構調整，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 技術進步的影響

將創新能力、新技術使用、科技投入分別增長0.1～0.2個點，系統仿真結果如圖4中線條2，結果表明，由于技術的進步，物流能源結構的改善，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，企業和民眾低碳意識，以及制度創新等政策因子增加1，加大政策因素，仿真結果如圖4線條3，結果表明，政策強制對減少物流碳排放量最多，在2035大約7 266萬噸。

4 結論分析

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

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