低碳物流發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析

楊光華（湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 管理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)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(lái)越注重低碳社會(huì)發(fā)展。而物流業(yè)作為能源和碳排放大戶(hù)，發(fā)展低碳物流是其發(fā)展趨勢(shì)。低碳物流是基于低能源消耗、低污染的一種物流模式，目標(biāo)是達(dá)到最高的物流效率用最少的溫室氣體的排放[1]。當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)與低碳物流研究方興未艾。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)低碳物流的研究可以大致分為三個(gè)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(jiǎn)要介紹物流與低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，物流中的低碳問(wèn)題等[2]。陶晶 （2010）認(rèn)為低碳概念主要由三個(gè)核心術(shù)語(yǔ)組成：低碳經(jīng)濟(jì)、碳生產(chǎn)率和碳關(guān)稅，低碳物流是其派生出來(lái)的子概念[3]。楊子岳 （2011）從物流具體環(huán)節(jié)和整個(gè)物流系統(tǒng)兩大方面對(duì)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(shí)施對(duì)策。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從宏觀(guān)機(jī)制層面和微觀(guān)企業(yè)層面進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)主要是宏觀(guān)方面，如任稚苑 （2010）提出我國(guó)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(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外低碳物流的發(fā)展?fàn)顩r，指出了制約我們目前低碳化發(fā)展的五個(gè)主要因素[6]。在微觀(guān)方面，國(guó)外如Alan McKinnon（2008）認(rèn)為企業(yè)的低碳物流從最根源來(lái)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(gè)步驟[7]。國(guó)內(nèi)如周德建 （2010）將 “精細(xì)化管理”看作是企業(yè)實(shí)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(jì)算和針對(duì)物流和供應(yīng)鏈的優(yōu)化設(shè)計(jì)建立低碳數(shù)學(xué)模型。如Balan Sundarakani（2010）等研究了在整個(gè)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(gè)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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(jì)算等問(wèn)題進(jìn)行了較為廣泛的研究，這些對(duì)我國(guó)低碳物流的研究具有一定意義。但通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)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(gè) “被組織”。大部分研究要么把低碳物流視為政府推動(dòng)下的低碳經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、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(jī)制才是低碳物流可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。（2）研究多是定性分析，方法較單一，無(wú)法形成合力。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為一門(mén)分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，也是一門(mén)認(rèn)識(shí)系統(tǒng)問(wèn)題和解決系統(tǒng)問(wèn)題的交叉綜合學(xué)科，其研究解決問(wèn)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(duì)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(guò)建立系統(tǒng)動(dòng)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(jì)、環(huán)境、社會(huì)的綜合問(wèn)題，選擇發(fā)展低碳物流時(shí)面臨選擇和約束問(wèn)題。如何對(duì)低碳物流系統(tǒng)這樣一個(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、能源、技術(shù)系統(tǒng)的綜合大系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮，分析認(rèn)識(shí)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(guò)相關(guān)研究，低碳物流中主要涉及如下子系統(tǒng)。

（1）國(guó)民經(jīng)濟(jì)

我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)近幾十年來(lái)高速增長(zhǎng)，而且預(yù)計(jì)未來(lái)一二十年仍會(huì)以比較快的速度增長(zhǎng)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和增長(zhǎng)需要大量物流的支撐，據(jù)統(tǒng)計(jì)從1991年至2009年間，國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量對(duì)物流需求系數(shù)從1.5上升為3.0，其需求關(guān)系呈線(xiàn)性關(guān)系[12]。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)的物流增長(zhǎng)需要消耗能源，每一個(gè)百分點(diǎn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)需要0.5～1.0個(gè)百分點(diǎn)的能源增長(zhǎng)，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(guó)物流能源技術(shù)不提高，維護(hù)和發(fā)展同等規(guī)模經(jīng)濟(jì)，我國(guó)物流能源消耗和碳排放比發(fā)達(dá)國(guó)家還要高。

（2）人口增長(zhǎng)和生活水平

人們的生產(chǎn)生活消費(fèi)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(gè)人消耗會(huì)隨著提高。雖然我國(guó)人口增長(zhǎng)速度下降了很多，但我國(guó)人口基數(shù)大，城市化水平低，生活水平也較低。當(dāng)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(jìn)步

技術(shù)進(jìn)步是低碳物流發(fā)展的主要推動(dòng)因子。一方面，物流運(yùn)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(chē)、船、飛機(jī)新設(shè)備新技術(shù)的使用來(lái)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(yùn)輸途徑，公路、鐵路、水運(yùn)、航空、管道等運(yùn)輸線(xiàn)路的規(guī)劃，發(fā)展多式聯(lián)運(yùn)，優(yōu)先低碳運(yùn)輸?shù)蔫F路、水運(yùn)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(kuò)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(yùn)輸業(yè)消耗掉石油的60%，而且隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提高，交通運(yùn)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(yùn)輸替代能源發(fā)展趨勢(shì)中，天然氣目前技術(shù)最成熟、成本低、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，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(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和裝卸搬運(yùn)中電力的擴(kuò)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(lái)說(shuō)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(guó)經(jīng)濟(jì)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(lái)說(shuō)第三產(chǎn)業(yè)比重在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中比重每上升1個(gè)點(diǎn)，物流需求系數(shù)會(huì)下降0.1～0.3個(gè)點(diǎn)。這樣產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)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(shí)

低碳政策和低碳意識(shí)的提高也可減少碳排放。對(duì)于低碳物流來(lái)說(shuō)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(duì)一些能源、環(huán)保、資源等的法律作進(jìn)一步修改，以及建立低碳物流認(rèn)證體系，落實(shí)節(jié)能減排責(zé)任制，發(fā)展我國(guó)的綜合性碳排放權(quán)交易市場(chǎng)和碳金融市場(chǎng)。 另外增強(qiáng)全社會(huì)的節(jié)能減排意識(shí)，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(qiáng)低碳教育和培訓(xùn)，使企業(yè)自覺(jué)使用低碳模式，人們生活消費(fèi)低碳模式。最終使人們低碳覺(jué)悟得以提高來(lái)降低碳排放。

（7）制度創(chuàng)新機(jī)制

制度創(chuàng)新與機(jī)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(jìn)資源能源價(jià)格形成機(jī)制改革，推進(jìn)環(huán)境產(chǎn)權(quán)制度建設(shè)，推進(jìn) “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(duì)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(dòng)態(tài)模擬軟件，迅速表達(dá)關(guān)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)形成原因的假說(shuō)。通過(guò)對(duì)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(jìn)一步區(qū)分變量性質(zhì)，用更加直觀(guān)的符號(hào)刻畫(huà)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(gè)狀態(tài)變量，以及10個(gè)速率變量和37個(gè)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(jì)過(guò)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(jì)算得出，并在適當(dāng)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(duì)于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)多次模擬，反復(fù)修改才能成功。VENSM軟件提供了查錯(cuò)和模型驗(yàn)證 （check model和units check）的方法，所有的方程都建立完成后，通過(guò)這些工具即可以對(duì)模型進(jìn)行修正，直到檢驗(yàn)通過(guò)后才能進(jìn)行基本模擬。本模型選擇湖南省2010年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真[14]，以模型得到的2011年的預(yù)測(cè)結(jié)果作為仿真的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。系統(tǒng)動(dòng)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(jìn)行系統(tǒng)仿真。軟件輸出的湖南省物流碳排放仿真曲線(xiàn)如圖 3所示。結(jié)果顯示，湖南省按正常國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(dá)到12 649萬(wàn)噸。

3.2 政策模擬

為了提高系統(tǒng)的政策決策作用，通過(guò)變換相關(guān)的關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)取值來(lái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和總量相同的情況下，一般來(lái)說(shuō)，隨著第三產(chǎn)業(yè)比重加大，物流需求量會(huì)減少，這樣隨著物流量的減少，物流碳排放量增長(zhǎng)也會(huì)減慢。將湖南省第三產(chǎn)業(yè)比例由2010年的39%，每年增長(zhǎng)1%比，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4中線(xiàn)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(wàn)噸。

3.2.2 技術(shù)進(jìn)步的影響

將創(chuàng)新能力、新技術(shù)使用、科技投入分別增長(zhǎng)0.1～0.2個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4中線(xiàn)條2，結(jié)果表明，由于技術(shù)的進(jìn)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(huì)減少。在2035年大約8 180萬(wàn)噸。

3.2.3 政策強(qiáng)制的影響

將國(guó)家低碳政策，企業(yè)和民眾低碳意識(shí)，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(xiàn)條3，結(jié)果表明，政策強(qiáng)制對(duì)減少物流碳排放量最多，在2035大約7 266萬(wàn)噸。

4 結(jié)論分析

通過(guò)物流碳排放發(fā)展仿真曲線(xiàn)和政策模擬曲線(xiàn)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(huì)中，政府可以通過(guò)一系列政治和經(jīng)濟(jì)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(dāng)然這些政策措施的實(shí)現(xiàn)需要廣泛公眾參與支持，需要社會(huì)低碳意識(shí)的提高。對(duì)于物流企業(yè)來(lái)說(shuō)，也是理性選擇低碳物流的經(jīng)濟(jì)性，每個(gè)消費(fèi)者都有經(jīng)濟(jì)理性。因此，如光有行政性而沒(méi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)降低物流碳排放影響顯著。對(duì)低碳物流發(fā)展來(lái)說(shuō)，應(yīng)該通過(guò)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(jìn)能源效率的提高，從而減少碳排放量。其二，可以?xún)?yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推廣清潔能源，積極發(fā)展環(huán)保型車(chē)輛、集裝箱運(yùn)輸、運(yùn)輸線(xiàn)路優(yōu)化等現(xiàn)代運(yùn)輸方式，優(yōu)先發(fā)展軌道運(yùn)輸、水運(yùn)等低碳運(yùn)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(guò)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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