綠色設計貢獻率函數及其實證分析*

王光輝 王紅兵中國科學院科技戰略咨詢研究院（籌） 北京 100190

Wang Guanghui Wang Hongbing（Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）

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綠色設計貢獻率函數及其實證分析*

王光輝 王紅兵**
中國科學院科技戰略咨詢研究院（籌） 北京 100190

摘要綠色設計是啟動綠色發展的第一杠桿，區域綠色發展在設計層面的研究離不開綠色設計的定量分析。傳統的綠色設計研究更多強調設計在環境友好型和資源節約型產品層面的表現，尚未對區域層面的綠色設計理論進行定量分析和研究。為全面反映中國各地區綠色設計的真實水平，文章借鑒已有的成熟理論和方法，提出綠色設計本底度、推進度和覆蓋度指數，并由此構建“綠色設計貢獻率函數”，以期更深層次地表征各地區綠色設計的基礎水平、發展潛力和選擇策略等。

關鍵詞綠色設計，本底度指數，推進度指數，覆蓋度指數，貢獻率函數

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.05.003

*資助項目：國家自然科學基金（71541026），中科院科技政策與管理所重大研究任務（Y201201206）

**通訊作者

修改稿收到日期：2016 年5 月3日

隨著可持續發展理念的推廣和應用，綠色設計逐漸成為區域經濟、社會發展的主旋律，其理念最早產生于 20 世紀 60 年代，美國設計理論家巴巴納克在其專著《為真實世界而設計》中強調設計應考慮“有限地球資源”，并提出設計為保護地球的環境服務。新常態背景下，綠色設計充分顯示在生產、消費、流通各個領域的“源頭”環節，既是國家創新工程的重要組成部分，又是供給側結構成功轉換的關鍵點。其中，開展綠色設計基礎理論和定量測算研究是區域綠色和創新發展的基礎，這也逐漸引起社會學者、管理專家和政府官員的關注和重視。

國內外學者已經從不同視角對綠色設計理論及其評價展開探討。產品研發角度的研究主要結合人因工程學等理論，探討如何將設計產品整合與重構，以充分體現產品的環保性、智慧性、舒適性等［1-4］。循環經濟角度的研究更多從循環經濟“3R”原則出發，通過構建相應的指標體系，評價礦產開發、城市建設、生產制造等領域的綠色設計水平［4-8］。環境保護角度的研究主要結合生態環境可持續發展理念，對區域綠色發展的交集最大化問題進行探析［9-11］?，F有綠色設計理論分析及定量研究多集中在兩端，或從微觀層面探討產品的綠色設計過程，或從宏觀層面評價區域綠色發展水平，缺少中觀層面對綠色設計機理的探究。本文借鑒相關理論，設計綠色設計本底度、推進度和覆蓋度函數，并由此構建可定量評價地區綠色設計水平的貢獻率模型。

1 綠色設計維度分析

綠色設計是指借助產品生命周期中與其相關的各類信息，利用并行設計等各種先進設計理論，使產品或區域的綠色設計水平具有技術先進性、環境友好性和經濟合理性的一種系統設計方法。為綜合表征綠色設計的基礎水平、發展潛力和選擇策略，本文將綠色設計維度分為本底度、推進度和覆蓋度。

1.1 綠色設計本底度

綠色設計本底度表示區域具備綠色設計的基礎能力，其主要取決于兩個方面：綠色設計人才要素數量和質量；綠色設計資金投入。本文借鑒“生產函數”理念，構建并提出綠色設計本底度函數，對綠色設計人才和研發資金投入進行集成分析。

1.1.1 本底度函數構建依據

生產函數最早由馬歇爾在其著作《經濟學原理》中提出，隨著學科的交叉發展，生產函數相關理論已廣泛應用到各研究領域［12］。在柯布-道格拉斯生產函數中，決定工業系統發展水平的主要因素是勞動力投入、固定資產和綜合技術水平。根據勞動力產出和資本產出彈性系數 α 和 β 的組合情況，生產函數有三種類型：α+β＞1的遞增報酬型；α+β＜1的遞減報酬型；α+β=1的不變報酬型［13］。柯布-道格拉斯生產函數要求資本和勞動的生產彈性不隨資本與勞動比率變化而變化。綠色設計本底度函數構建是通過已有的要素，盡可能精確地反映一個地區或是國家綠色設計的基礎能力，本文引入投入產出的理念，即通過綠色設計人才和資本兩方面的投入來計算其本底的產出，這與經濟學中生產函數的計算類似。

1.1.2 本底度函數理論解析

根據柯布-道格拉斯生產函數的基本解析形式，本底度函數將做如下類比和延伸：生產函數的產出“工業生產總值”可類比綠色設計本底度函數的“本底度”；生產函數的“綜合技術水平”可類比本底度函數的整體技術水平“GDP 質量指數”；生產函數的“勞動力投入”可類比本底度函數的“綠色設計工程、技術人員占比”；生產函數的“資本投入”可類比本底度函數的“研究與試驗發展（R&D）投入占比”；生產函數的“勞動力產出彈性系數”可類比本底度函數的“工程師投入產出彈性系數”；生產函數的“資本產出彈性系數”可類比本底度函數的“R&D 經費投入產出彈性系數”。根據以上的延伸關系，本文提出的本底度函數的數學表達式如下：

式中：R表示綠色設計本底度；G（t）為GDP質量指數；L為工程師、技術人員占比；S為研究與試驗發展（R&D）投入占比；a 為工程師投入產出彈性系數；β 為R&D 經費投入產出彈性系數；m 為隨機因子。

綠色設計本底度函數采用變體的柯布-道格拉斯函數，其內涵說明為：本底度 R 取決于有創新性的投入強度，式中采用 R&D 投入比重，說明 R&D 投入水平越高，越有利于綠色設計的提升；采用工程師人數說明具有綠色設計的潛力，此二者恰好符合原柯布-道格拉斯方程中資本和勞動力的貢獻；同時應用 GDP 質量表征該地區的綠色發展水平。

1.2 綠色設計推進度

綠色設計推進度反映區域產品生產或產業鏈對增強綠色屬性設計的推進程度，即通過綠色設計體現“3R”，減少環境污染、能源消耗以及循環再利用的水平。本文將借鑒“彈性系數”理念，構建并設計綠色設計推進度函數。

1.2.1 推進度函數構建依據

彈性系數表示一定時期內相互聯系的兩個經濟指標增長速度的比率，是衡量一個經濟變量的增長幅度對另一個經濟變量增長幅度的依存關系。例如，需求價格彈性是指需求量對價格變動的反應程度，是需求量變化的百分比除以價格變化的百分比，具體包括 3 種類型：當需求量變動百分數大于價格變動百分數，彈性系數大于 1；當前者等于后者，彈性系數等于 1；當前者小于后者，彈性系數小于 1［13］。彈性系數體現的兩個經濟變量之間的依存關系，這種依存關系反映在能源消費量和污染物排放量兩者之間就是綠色設計推進度。

1.2.2 推進度函數理論解析

根據上述彈性系數的概念和計算方法，將其類比延伸到綠色設計推進函數表達式的設計上，分別從空間維度和時間維度兩個方面計算污染物排放量和能源消費量兩者依存關系，據此綠色設計空間推進度函數表達式如下：

式中：Ps反映某國家或地區的相對于其他國家和地區的綠色設計空間推進度，即這一國家或地區的污染物排放量占比與能源消費量占比的匹配關系；Ci和 C 分別表示區域 i 的污染物排放量和各區域污染物排放總量，Ei和 E 表示區域 i 能源消費量和各區域能源消費總量；μ為修正系數，表示區域 i 地區生產總值與各區域生產總值和的比重。各地區不同的發展水平其綠色設計的推進水平也有差別，如果沒有修正系數，單純依靠兩變量的匹配關系，則不能反映發展程度的差別。

在時間維度上，綠色設計推進度的表達式如下：

式中：Pt反映區域綠色設計時間推進度，即國家或地區污染物排放量變化率與能源消費量變化率的依存關系；△Ci和△Ei分別表示區域 i 污染物排放量年度變化率和能源消費量的年度變化率；修正系數 μ 的設計和算法與公式（2）一致。

1.3 綠色設計覆蓋度

綠色設計覆蓋度表示區域內各類綠色設計行業或產業的分布廣度和深度。分布廣度強調地區綠色行業普遍采用綠色設計標準的完整度；分布深度不僅關注綠色設計行業分布，更強調地區綠色設計企業數量及其占比。本文借鑒生態學中“生態位寬度”的理念，提出并構建綠色設計覆蓋度函數。

1.3.1 覆蓋度函數構建依據

生態位是生態學的重要理論基礎，最早由 Grinnell 于1917 年提出，其將生態位定義為“一個種群在生態系統中所占據的位置及其與相關種群之間的功能關系與相互作用”。生態位理論的核心概念指標是生態位寬度和生態位重疊度。其中，“生態位寬度”是指生物所利用的各種不同資源的總和，通常可以借用多維空間精確化描述生態位寬度。近年來，隨著交叉科學的發展和普及，生態位理論的應用領域已經超越了生態學的范疇，滲透到社會經濟發展相關領域?，F實生活中，某一種群的生態位通常是介于最大生態位和最小生態位之間的某個數值，本文將以此為基礎構建綠色設計覆蓋度函數。

1.3.2 覆蓋度函數理論解析

基于“生態位寬度”的上述定義，本文進行如下類比和延伸：生態學的“動物競爭取食”類比綠色設計領域的“行業區域布局”；“某物種在 s 種食物資源中取食”類比“所有評價區域內有 s 類綠色設計行業”；“取每種食物的個體數 N1…Ni…Ns”類比“綠色設計企業在各行業中的數量 N1…Ni…Ns”；“取食第i種食物的個體數在總數中的比例 Pi”類比“某區域第 i 類綠色設計企業數占綠色設計企業總數的比例 Pi”；“某物種的生態位寬度 B”類比“區域綠色設計覆蓋度指數 E”。根據上述類比關系，結合綠色設計覆蓋度對行業分布廣度和寬度的要求，本文對生態位寬度的計算公式進行改進，提出綠色設計覆蓋度函數公式如下：

式中：E 表示綠色設計覆蓋度；Pi為第 i 類綠色設計企業數占比；μ 為綠色設計企業數占比參數，即區域綠色設計企業數量與綠色設計企業總數量的比值；Ni為第 i 類綠色設計生產企業數量；s為綠色設計生產企業類別總數；此外，與“生態位寬度”的定義方式和度量公式對比，“綠色設計覆蓋度”的理論解析增加了參數 μ，該參數主要反映分布情況一致但企業分布數量不同的區域之間的差別。

2 綠色設計貢獻率的函數解析

綠色設計研究是一項復雜的系統工程，為全面反映和評價區域綠色設計的真實水平，本文提出并創制“綠色設計貢獻率函數”，以期從宏觀上更深層次地表征區域綠色設計基礎水平、發展潛力和選擇策略。

2.1 綠色設計貢獻率函數內涵

本文提出并創制的“綠色設計貢獻率函數”是區域綠色設計能力的綜合評價模型，在理論上，該函數模型試圖回答 3 個問題：（1）各地區具有發展綠色設計的基礎潛力有多大？（2）各地區綠色設計的持續和推進情況如何？（3）各地區推行綠色設計的廣度和深度水平？在應用上，“綠色設計貢獻率函數”與單純的綠色設計發展水平評價不同，它并不是只考慮地區綠色設計的推進水平，同時也考慮綠色設計的協調能力，以及還考慮到綠色設計的發展基礎。因此，“綠色設計貢獻率函數”無論在理論的開拓上，還是從實際的應用上，都具有鮮明的定量化特色。

2.2 綠色設計貢獻率函數的理論解析

“綠色設計貢獻率函數”的理論模型，是在可持續發展理論的基礎上，圍繞著綠色設計本底度、推進度、覆蓋度設計。圖1中 O 到 G 的矢量，代表了規范意義下地區綠色設計的最佳發展行為，即綠色設計貢獻率。凡是偏離或背離這個矢量，均被認為是在不同程度上對于綠色設計發展行為的失誤。

根據綠色設計貢獻率函數的三維理論，綠色設計貢獻率函數同時受綠色設計本底度、推進度和覆蓋度函數的影響，其具體的理論解析公式如下：

（1）OB 表征區域綠色設計“本底度”，主要是應用綠色設計領域的“柯布-道格拉斯變體函數”，對各地區 GDP 質量指數、工程師人數、R&D 投入占比情況進行整合，以期實現對區域范圍內綠色設計本底情況的表征。

圖1 綠色設計貢獻率函數的三維理論解析

（2）OT 表征區域綠色設計“推進度”，主要是利用經濟學中“彈性系數”的計算方式，從空間和時間兩個維度，核算各地區三廢產生情況和能源消費情況的彈性關系，以期實現對區域范圍內綠色設計推進情況的表征。

（3）OF 表征區域綠色設計“覆蓋度”，主要是利用生態學中“生態位”的思想，對各地區綠色設計企業的行業分布面及其各主要行業內企業分布數量進行描述，以期實現對區域范圍內綠色設計分布廣度和寬度的表征。

（4）OG 表征綜合性的區域綠色設計“貢獻率”，不僅考慮地區綠色設計的發展基礎，還平行地關注區域綠色設計的推進水平和協調情況，即“綠色設計貢獻率”是綠色設計本底度、推進度和覆蓋度函數在平衡狀態下的路徑最優化表征。

總之，“綠色設計貢獻率函數”同時受到其“本底度”（基礎維）、“推進度”（發展維）、“覆蓋度”（空間維）影響，三者雖各自獨立對于綠色設計貢獻率的形成起作用，但只有三者共同作用才能實現區域綠色設計貢獻率函數的最優化。

3 中國綠色設計貢獻率的實證分析

基于上述理論方法，本文對全國 31 個省、自治區和直轄市（不包括香港、澳門、臺灣省）的綠色設計本底度、推進度、覆蓋度和貢獻率水平進行定量測算和分析。本研究的相關數據主要來自于《中國統計年鑒2014》《中國區域經濟統計年鑒 2014》《中國環境統計年鑒2014》以及相關省市環保局的公報數據等。

3.1 綠色設計本底度的地區評價

基于綠色設計本底度函數的理論解析，本文對全國部分省、自治區和直轄市的綠色設計本底度指數進行評價和分析，相應的評價結果如表 1 所示。

綠色設計本底度指數前10名的省（區、直轄市）包括北京、上海、天津、浙江、廣東、江蘇、福建、山東、湖北、遼寧。除湖北省外，本底度較高的區域主要集中在東部地區，這說明綠色設計在工業技術能力基礎較高的東部地區更具發展潛力。綠色設計本底度指數后 10 名的?。▍^）則為海南、內蒙古、江西、廣西、甘肅、青海、云南、貴州、新疆、寧夏。除海南省外，本底度指數較低的?。▍^）幾乎全部位于中西部地區，這些地區經濟發展還處于工業化初期到中期的過渡階段，其在產業鏈條上基本上處于中間加工環節，綠色設計基礎要素相對匱乏。

3.2 綠色設計推進度的地區評價

基于綠色設計空間推進度和時間推進度函數的理論解析，本文對全國部分省級單位的綠色設計推進度指數進行整合和分析，相應的評價結果如表 2 所示。

表 1 地區綠色設計本地度指數及排名

表 2 地區綠色設計推進度指數及排名

綠色設計推進度指數前10名的?。▍^、市）包括江蘇、廣東、山東、浙江、上海、北京、河北、四川、遼寧。除四川、湖北外，推進度較高的區域基本集中在東部地區，說明綠色設計在工業化程度較高的東部地區更容易推進，這些地區從理念上比較重視綠色設計的推廣。綠色設計推進度指數后10名的省（區）則為廣西、陜西、黑龍江、新疆、貴州、青海、甘肅、海南、江西、寧夏。除黑龍江、海南省外，空間推動度較低的省份幾乎全部位于中西部地區，這些地區是我國轉型發展過程中產業轉移的重點區域，相應地區應注重產業升級，強調生產工藝的綠色化，提升綠色設計的推進度水平。

3.3 綠色設計覆蓋度的地區評價

基于綠色設計覆蓋度函數的理論解析，本文對全國部分省、自治區和直轄市的綠色設計覆蓋度指數進行評價和分析，相應的評價結果如表 3 所示。

表 3 地區綠色設計覆蓋度指數

綠色設計覆蓋度指數前 10 名的?。▍^、市）包括北京、浙江、山東、廣東、江蘇、上海、福建、四川、天津、重慶。除四川省和重慶市外，這些省（區）幾乎全部位于東部地區，這些地區綠色設計行業的種類較廣、企業數量較多及其產業的整體水平較高。綠色設計覆蓋度指數位于后 10 名的省（區）則為青海、遼寧、貴州、湖北、江西、甘肅、河北、新疆、廣西、湖南。除遼寧省和河北省外，覆蓋度指數較低的省份幾乎全部位于中西部地區，這些地區綠色設計行業種類較窄、企業數量較少且其產業的整體水平較低，之后相關省份的發展戰略應更多關注綠色設計行業。

3.4 綠色設計貢獻率的地區評價

基于“綠色設計貢獻率函數”的理論解析，本文進一步對全國相關省、市、自治區的綠色設計貢獻率指數進行核算和分析，相應的統計結果如表 4 所示。

綠色設計貢獻率指數前10名的?。▍^、直轄市）包括北京、上海、浙江、廣東、江蘇、山東、天津、福建、四川、河南。除河南省和四川省外，這些省（區）幾乎全部位于東部地區，說明東部地區是我國綠色設計貢獻率較高的地區，這些地區綠色設計的發展水平和發展潛力均位于全國前列。綠色設計貢獻率指數后10名的?。▍^）則為青海、貴州、新疆、甘肅、江西、廣西、黑龍江、內蒙古、寧夏、吉林。除黑龍江省和吉林省外，貢獻率指數較低的省份幾乎全部位于中西部地區，這些地區或綠色設計發展水平低，其發展戰略上應更多關注綠色設計行業。

表 4 地區綠色設計貢獻率指數

4 結論

在可持續發展理念的牽引下，綠色設計理論已在能源革命、互聯網+、智慧城市、精細化工等方面得到廣泛應用。但學界尚未對其基本理論和方法進行機理層面的定量研究，本文即以綠色設計評價的理論建模為研究對象，通過借鑒相關學科的成熟理論，提出綠色設計本底度、推進度、覆蓋度的函數模型，并結合綠色設計理念的形成機理，構建區域綠色設計貢獻率函數，并對其進行實證分析。

本文在定量分析環節得到的主要結論如下：（1）綠色設計本底度、推進度、覆蓋度的省域評價具有較強的區域溢出效應，三者均較高的區域主要集中在東部地區，這說明綠色設計在工業技術能力基礎較高的地區更具發展潛力、推進速度以及覆蓋廣度和寬度，而本底度指數較低的省份多位于中西部地區，這些地區在產業鏈條上基本上處于中間加工環節，產業發展主要依靠資源和勞動力要素驅動，綠色設計基礎要素相對匱乏。（2）將綠色設計三維函數集成后的綠色設計貢獻率指數同樣具有區域溢出效應，東部地區是我國綠色設計貢獻率較高的地區，這些地區相對先進的綠色設計能力可以有效引領經濟社會的轉型升級，而綠色設計貢獻率指數較低的省份幾乎全部位于中西部地區，這些地區或綠色設計發展水平低，或綠色設計提升潛力低，之后相關省份的發展戰略應更多關注綠色設計行業。

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王光輝 中科院科技戰略咨詢院（籌）助理研究員，博士。研究方向為可持續發展、輿論動力學和社會穩定預警。參與項目包括中科院創新團隊項目“社會穩定預警研究”、國家自然科學基金委項目“非常規社會事件中社會輿論形成、演化、引導、干預的系統建模與仿真分析”等。E-mail: wangguanghui@casipm.ac.cn

Wang Guanghui Ph.D., assistant professor of Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences. Research direction include sustainable development, opinion dynamics, and social stability. Projects have involved the programs funded by National Natural Science Foundation of China, and Innovative Research Team Program of Chinese Academy of Sciences. E-mail: wangguanghui@casipm.ac.cn

王紅兵 男，中科院科技戰略咨詢院（籌）助理研究員，博士。研究方向為可持續發展和社會穩定預警。E-mail: hbwang82@163.com

Wang Hongbing Male, Ph.D., assistant professor of Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences. Research direction include sustainable development, and social stability. E-mail: hbwang82@163.com

專題：綠色設計Green Design

Green Design Contribution Rate Function and Its Empirical Analysis

Wang Guanghui Wang Hongbing
（Institutes of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）

AbstractGreen design is the primary lever to initiate green development. Studies on regional green development on the phase of research cannot be conducted without quantitative analyses on green design. In traditional studies on green design, more emphasis is laid on the performances of environment-friendly and resource-saving products; neither quantitative analyses nor quantitative analyses have been conducted on green design theories in terms of region. To fully reflect the actual level of green design in various regions in China, green design background concentration index, green design promotion index, and green design coverage index have been proposed in the study with reference to existing mature theories and methodologies and “Green Design Contribution Rate Function” is thus constructed and established so as to present the basic level, development potentials and selection strategies of green design in various regions macroscopically in a deeper sense.

Keywordsgreen design, background concentration index, promotion index, coverage index, contribution rate function