顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式效果評價

孫家慶， 唐麗敏， 黨琴琴， 曹盛楠

(大連海事大學 交通運輸管理學院，遼寧 大連 116026)

0 引 言

集裝箱內襯袋是一種新型的能夠儲存和運輸各種無危險液體和化學制品的容器，被置于20英尺的集裝箱內,最理想地利用集裝箱運輸方式.與傳統編織袋類小包裝和噸裝袋物流模式相比，集裝箱內襯袋物流模式不僅能解決大宗散裝非危險粉體貨物門到門運輸所涉及的新型包裝載體的技術問題，而且倡導經濟性、安全性、環保性和便利性的經營理念.尤其是隨著綠色物流理念日益在歐美國家得到廣泛認同[1-4]，傳統上散貨運輸的顆粒、粉體等貨物，如谷物、面粉、塑料粒子、各種化工用原料等,也轉換成集裝箱內襯袋運輸[5].

近年來，綠色物流、港航物流與環境的關系在我國得到較為深入的研究.[6-8]隨著我國成為化工品的生產與消費大國，化工物流量也隨之迅猛增加，許多學者[9-11]對化工物流市場、化工物流模式及網絡設計等進行研究.目前，我國顆粒化工品物流大多仍沿用傳統的袋裝包裝工藝，既浪費資源也給環境帶來嚴重影響.隨著顆粒化工品物流由“注重經濟性”向“經濟性和環保性并重”的方向轉型，顆粒化工品物流也將逐步采用集裝箱內襯袋物流模式(見圖1)，但對于這種新型物流模式的效果以及如何加大推廣力度，國內外學者仍缺少研究.基于此，本文借鑒相關學者[12-14]應用系統動力學理論的實踐，對顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式的經濟效果與政策模擬進行深入探討，并基于節能環保的視角提出加快推進該物流模式的相關建議.

圖1 顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式

1 系統動力學模型建立與檢驗

1.1 系統結構與假設

圖2 物流模式系統結構

如圖2所示，改進的顆粒化工品物流系統是由經濟、環境、物流和能源所構成的一個復雜的動態系統.該動態系統起源于化學工業產值，化學工業產值與顆粒化工品物流量之間是相互促進的正向關系.隨著顆粒化工品物流量的增多,大量的能源被消耗，排放的污染物加重環境污染.環境污染會制約化學工業經濟的可持續發展，同時也限制顆粒化工品物流量的可持續增長.一方面，目前我國經濟發展的戰略從“重經濟增長輕環境保護”向“保護環境與經濟增長并重”轉變，環保意識逐漸增強;另一方面，化學工業產值增長自然會帶來環保投資能力增強，擁有環保技術的支持，環境污染的壓力勢必得以舒緩.

本文重點分析物流與經濟、物流與環境、物流與能源之間的關系，因此，改進的顆粒化工品物流系統的系統動力學模型主要基于假設：(1)只考慮化工品物流業和化學工業之間的關系，未考慮化學工業與其他產業之間的關系;(2)主要考慮化工品物流業對能源和環境的影響，未考慮化學工業中其他部門對能源和環境的影響;(3)假設經濟發展穩定，各種運輸方式的貨物周轉量以及能源消耗穩定增長;(4)從顆粒化工品物流模式的CO2排放入手，對物流的節能減排效果進行分析.

1.2 模型因果關系與反饋結構分析

系統各變量之間的因果關系見圖3.

圖3 物流模式系統動力學模型因果關系

從圖中不難看出模型中包括3條回路.回路1：化學工業產值→+化工品價值總額→+化工品物流總費用→+化工品物流總產值→+顆粒化工品物流量→+顆粒化工品物流費用→+顆粒化工品產業增加值→+化學工業產值;回路2：化學工業產值→+化工品價值總額→+化工品物流總費用→+化工品物流總產值→+顆粒化工品物流量→+顆粒化工品物流費用→+物流能源消耗→+CO2排放→+污染損失→-化學工業產值;回路3：化學工業產值→+環保投資→+顆粒化工品污染治理費→+CO2減少量→-污染損失→-化學工業產值.

結合顆粒化工品物流模式系統的因果關系，運用Vensim，可形成反饋結構圖,見圖4.

1.3 模型參數表達式推導

參數表達式主要采用時間序列回歸及數學推導方式得到.回歸預測用于宏觀經濟數據預測，而數學推導主要用于物流能源消耗的計算.

圖4 物流模式系統動力學模型反饋結構

(1)回歸預測.模型中化工品物流總產值與顆粒化工品物流量、顆粒化工品產業增加值與顆粒化工品物流費用、化工品物流總費用與化工品價值總額等經濟時間序列間的定量關系，通過對數據對數處理后進行計量經濟分析、建立變量之間的回歸模型得出.以顆粒化工品產業增加值與顆粒化工品物流費用之間關系為例，應用EXCEL中散點圖趨勢線得出y=0.867 6x+31.315(其中y表示顆粒化工品產業增加值，x表示顆粒化工品物流費用)，R2=0.923，說明y與x之間的擬合度很高.

(2)數學推導.利用數學推導方法確定物流能源消耗，建立4種運輸方式貨物周轉量、3類能源消耗及CO2排放之間的關系.設第i種運輸方式貨物周轉量為Ti,第i種運輸方式單位貨物周轉量消耗的第j種能源量為Cij，則總能源消費

由于模型中能源單位統一用標準煤替代，所以Cij在模型中意義為第i種運輸方式單位貨運周轉量消耗的標準煤量.

1.4 模型參數的確定

模型預測范圍為2001—2015年，其中2001—2010年為模型的檢驗年，步長為1年.模型參數的確定采用系統動力學常用的參數確定方法，如觀察法、經驗法、估計法、擬合法等.

總產值增長系數：由于化學工業總產值增長率波動較大，模型總產值增長系數以表函數形式反映不同時期內化學工業總產值增長的差異.總產值增長系數決定產業經濟自然增長率.利用Vensim中〈Time〉函數表示2001—2010年實際增長系數，假設預測年(2011—2015年)化學工業總產值增長平穩，根據擬合法將系數設定為0.205滿足模型要求.

化工品物流總費用：根據《中國物流年鑒》可以得到GDP、社會物流總費用、化學工業總產值的歷年數據，通過各變量之間的比例關系可以推導出化工品物流總費用.

顆粒化工品物流總費用：根據經驗法以及相關化工網站的資料，顆粒化工品物流總費用約占化工品物流總費用的三分之一，本文取0.3.

顆粒化工品物流量：根據CNKI年度行業數據分析，可以得到化工品鐵路周轉量的歷年數據，其中，數據顯示顆粒化工品鐵路周轉量約占化工品鐵路周轉量的60%，再根據各種運輸方式下顆粒化工品周轉量的比重可以折算出顆粒化工品總的物流周轉量.

其他已知參數及折算參數見表1.

1.5 模型有效性檢驗

在使用Vensim建模的過程中，使用軟件所提供的編譯檢錯和跟蹤功能，完成對模型結構適用性檢驗及對結構與實際系統的一致性檢驗，因此，以下只需要對模型行為的一致性進行檢驗.

(1)模型行為是否重現參考模式.模型的行為應該能夠重現各種參考模式，不能重現或再現參考行為模式的系統動力學模型是無法應用的.因全國化學工業總產值和化工品價值總額這2個變量具有可比性、準確性，將這2個變量定為檢驗變量.通過模擬獲得的這2個變量的行為模式(見圖5)符合最初的參考模式.

表1 顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式系統動力學模型參數估計

圖5 行為模型模擬結果

(2)統計學方法的檢驗.通過對表2中相對誤差的分析可知，模型的仿真模擬值與歷史值的誤差的絕對值不超過10%，說明運行結果與實際數據高度擬合.經過上述多方檢驗，說明建立的系統動力學模型能有效反映實際系統，可用于進行仿真模擬和政策分析.

2 物流模式效果分析

2.1 環保效果分析

傳統的顆粒化工品物流過程中，并不存在集裝箱、內襯袋，對此，根據模型參數定義，內襯袋、集裝箱占有比例均設置為0.圖6表示內襯袋占有率與物流CO2的排放量的關系.

表2 化學工業產值與化工品價值總額模擬效果對比

圖6 內襯袋占有率與物流CO2排放量的關系

模擬結果顯示，至2015年若顆粒化工品物流模式中全部采用內襯袋包裝，每年可以減排98.31萬t的CO2，相對于傳統的顆粒化工品物流模式而言,內襯袋包裝模式節能減排的效果已經相當顯著.

當集裝箱內襯袋物流模式被全部應用于顆粒化工品物流模式系統中時，內襯袋、集裝箱占有比例均設置為100%;鑒于集裝化的運輸、倉儲、裝卸模式，根據經驗得知集裝箱的貨損污染率為0.2%～1%(本文取1%).由此可以根據模型計算出顆粒化工品物流系統改進后所減少的污染損失.表3為傳統顆粒化工品物流模式下與改進后的顆粒化工品物流模式下污染損失的對比.

表3 污染損失模擬對比 億元

由圖6和表3可知,顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式的環保效果明顯，包裝環節每年可以減排近100萬t的CO2，而減少的環境污染損失更是效果顯著，每年大約可節約環保投資15億元.

2.2 經濟效果分析

通過系統模型的模擬計算，如果顆粒化工品采用“內襯袋+集裝箱”的物流模式，至2015年化工品產值將增加142億元，可見新模式系統經濟效果明顯.2011—2015年化學工業產值變化見表4.

表4 產業增加值模擬對比 億元

3 物流模式的政策模擬與相關建議

3.1 政策模擬

(1)增加環保投入.在原有投資的基礎上，按不同比例追加環保投資，節能減排效果見圖7.至2015年，當環保投資分別增加0.1%，0.3%和0.5%時，CO2排放分別降低4%，12%和21%.

(2)調整運輸方式間貨運周轉比重.公路運輸的CO2排放最大，假設降低顆粒化工品公路貨物周轉量比重分別為2%,3%和5%，分析對節能減排的貢獻程度,模擬結果見圖8和9.從圖8和9中可得:至2015年，當公路貨物周轉量分別降低2%，3%和5%時，CO2排放分別降低10%，16%和26%；能源消耗分別降低7%，11%和18%.

(3)調整能源消費結構.假設提高天然氣消費比重分別為1%,5%和10%，分析對CO2排放的影響，模擬結果見圖10.至2015年,當天然氣比重分別增加1%,5%和10%時,CO2排放分別降低1%，5%和11%.

圖9 降低公路貨運比重對物流能源消耗的影響 圖10 提高天然氣消費比重對物流CO2排放量的影響

3.2 對策建議

顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式的推廣與發展更應該著眼于節能減排的目標.實施節能減排的工作可以從3個方面進行：(1)短期規劃中應增加節能減排財政支出，包括增加環保與科技創新投入;(2)中期規劃中應當調整顆粒化工品物流業中運輸方式比重，降低公路貨物運輸比重，提高鐵路及內河航運比重，國家應加大對鐵路及內河航運網絡的投資，提高其供給;(3)長期規劃中應大力改善能源消費結構，積極開發與推廣新能源，提高液化天然氣等新能源在總能源消耗中的比重，降低環境污染.

4 結束語

本文通過對顆粒化工品集裝箱內襯袋物流模式的系統動力學模型的定量分析，表明該模式具有良好的資源節約性及環保性.此外，在對該物流模式系統進行政策模擬的基礎上，從節能減排角度提出相關對策建議.

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