甘肅省經濟綠色競爭力系統動力學仿真評價及預測

趙冬青，王 欽

（1.甘肅省農業農村廳外資項目管理辦公室；2.蘭州理工大學經濟管理學院，甘肅蘭州 730050）

經濟綠色競爭力是指以綠色發展為核心的經濟發展方式而形成的綠色競爭優勢。2019 年，中國環境與發展國際合作委員會提出把經濟社會發展同生態文明建設統籌起來，進一步發揮生態環境保護的倒逼作用［1］。甘肅省作為生態環境較脆弱的地區，在快速發展其經濟的同時更加需要加強生態文明建設，因此對甘肅省的經濟綠色競爭力水平進行預測、調控及評價是非常必要的。

當前對該領域的研究主要分為綠色競爭力評價和綠色競爭力影響因素兩個部分。在綠色競爭力評價方面，李琳等［2］構建區域綠色競爭力評價指標體系，動態比較和評價中國31 省區市2000—2014 年的制造業綠色競爭力。陳運平等［3］研究發現影響區域綠色競爭力的六大核心因子，并以此基礎構建指標評價體系。在綠色競爭力影響因素方面，王怡等［4］基于環境規制中影響競爭力的成本和差異化因素，深入研究二者關系。楊玉楨等［5］研究發現生態科技創新能力顯著正向影響綠色經濟增長。

考慮影響甘肅省經濟綠色競爭力的多種因素，運用系統動力學構建甘肅省經濟綠色競爭力模型，通過模擬仿真2009—2030 年不同調控政策下綠色競爭力水平，主要解決以下兩個問題：（1）深入了解甘肅省經濟、人口、環境、能源和科研等系統現狀及結構，探求經濟綠色競爭力系統內部各個子系統之間的內在定量關系；（2）預測經濟、人口、環境、科研和能源的未來發展趨勢，針對各個子系統可能存在的問題，提出各種解決方案進行政策模擬，并判斷選擇出較優或劣的調控方案。

1 甘肅省經濟綠色競爭力系統構建

1.1 系統分析

綠色競爭力，是指在健康、環保、可持續的發展狀態下，可以提高區域核心競爭力的能力［6］。本文構建的經濟綠色競爭力系統以經濟綠色系統為研究視角，在考慮數據的可獲得性、可操作性及具有代表性的基礎上，設立了經濟、環境、能源、人口、科技和政府等子系統。構建的系統結構圖如圖1。

（1）經濟子系統。經濟子系統包括GDP、第一二三產業產值、節能投入、環保投入。對其的研究聚焦于產業結構，各產業比重在很大程度上決定了經濟效益、能源消耗以及對環境的影響程度。產業結構不合理會導致大量的能源消耗，并伴隨著污染物排放過量的問題，進而影響區域生態環境。因此，探討一定的資源和環境狀況下產業投資比例對經濟發展的影響十分必要。

（2）環境子系統。環境子系統研究在經濟發展水平和人口增長條件一定時環境可承載力度，以及隨著時間的推移生態環境的變化如何影響經濟綠色發展系統。結合甘肅省生態環境質量現狀，環境子系統主要包括工業固廢、液廢和氣廢等污染排放系統。具體影響如下：1)環境污染總量增加會導致GDP 凈量下降，影響經濟子系統；2)環境污染總量增加影響環境污染指數上漲，導致人口死亡率增加，影響人口子系統。

（3）人口子系統。人口子系統研究不同的人口政策調控下，人口變化趨勢對經濟綠色發展系統的影響。這種影響主要表現為以下幾個方面：1）人口總量影響社會勞動力總量，通過帶動人力資本進而影響GDP 增長率；2）人口總量影響科研人員數量從而影響科技產出；3）人口增長會加大對能源的消耗量，從而影響到能源子系統［6］；4)人口增長會增加污染物的排放，影響環境子系統，污染量經過不斷累積，最后以廢物、廢水和廢氣等方式危害居民的身體健康，從而提高人口的死亡率［7］。

（4）科技子系統。科技子系統研究在經濟總量、能耗總量和環境狀況一定的情形下，技術水平進步對經濟子系統、能源子系統產生的影響。主要表現為：1)科技進步會加大科技產出，進而影響經濟子系統［8］；2)科技進步可以提高能源利用效率，影響能源子系統。

（5）能源子系統。能源子系統研究化石能源消耗與非化石能源消耗兩種能耗總量對經濟綠色系統的影響，判斷甘肅省能源存量承受力度及兩種能耗狀況。

（6）政府子系統。政府子系統是上述5 個系統的中央調控系統，將5 個子系統聯系在一起。主要負責科研投入、環境保護、計劃生育、經濟結構調整和能源結構調整等不同政策的發布，影響著其他5 個子系統的運行狀態。

圖1 甘肅經濟綠色競爭力系統結構模型

1.2 評價指標

根據前人的研究基礎［8-13］，在遵循科學性、可操作性等原則的基礎上，設置甘肅省經濟競爭力評價指標。由于各個子系統的關鍵指標均指向經濟子系統中的GDP 總量，GDP 總量去除了環境污染損失后便是GDP 凈量，兩者之間的差距可以反映生態與經濟發展之間的協調程度。因此，本文將GDP 凈量作為經濟綠色競爭力目標層評價指標，并分別將經濟子系統中的GDP 總量、科技子系統中的科研產值、環境子系統中的環境污染總量以及能源子系統中的能源消費總量作為評價層指標。由于人口子系統連接到研發子系統、能源子系統、經濟子系統環境子系統，故該系統的評價層指標是上述4 個子系統的所有指標。政府子系統作為中央調控子系統，無需設置評價指標。

2 經濟綠色競爭力系統動力學模型構建

2.1 模型構建

本文選取甘肅省作為經濟綠色競爭力系統的研究對象，通過系統動力學軟件Vensim PLE6.0 構建甘肅省經濟綠色競爭力仿真模型，模型運行時間為2009—2030 年，其中2009—2017 年為模型運行和真實歷史值的檢驗年限，2018—2030 年為系統仿真的預測年限，預測未來的經濟綠色發展趨勢。仿真步長為1 年。文章主要數據來源于《中國統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《中國環境統計年鑒》《甘肅發展年鑒》等資料，數據來源可靠。

2.1.1 因果回路圖

基于上述系統分析，本文所構建的甘肅省經濟綠色競爭力系統因果關系如圖2 所示，每個子系統外部的聯系主要是指其他子系統的輸出將作為外部變量輸入到本系統，自身的內部的變量也不斷輸出給其他系統。

圖2 經濟綠色競爭力系統因果回路圖

2.1.2 系統流圖

因果回路圖能直觀地描述反饋結構的基本方面以及各因子間相互作用的方式和性質，但其做出的分析只是一種定性的描述，而不能作為定量分析。因此，依據各變量的性質，用狀態變量、速率變量、輔助變量等描繪系統的結構圖構建系統模型。以因果關系圖中變量間的相關關系為依據，借助系統動力學Vensim PLE 軟件，建立經濟綠色系統競爭力模型流圖，如圖3 所示。

圖3 甘肅省經濟綠色系統競爭力模型流圖

2.2 模型歷史性檢驗

因統計資料和篇幅限制，本文選取系統中比較核心的幾個變量進行歷史檢驗，分別為地區生產總值（GDP）、總人口和第一二三產業產值，通過系統仿真將仿真結果與歷史數據進行誤差分析。模型驗證時間從2009—2017 年，檢驗結果如表1 所示。依據上述檢驗結果，表1 中各變量仿真值與歷史值間的最大誤差為8.11%。依據系統動力學的建模標準，歷史值與仿真值相對誤差在10%以內，代表模型是有效的，因此本文的模型較真實地反映了現實狀況。

表1 2009—2017 年主要變量歷史檢驗結果

3 政策調控仿真分析

根據各子系統的特點及可能出現的問題，分別著重聚焦經濟子系統中的產業結構、環境子系統的污染排放、科技子系統的研發投資及人才引進、能源子系統的能源轉換等關鍵調控變量，研究在一定的資源及人口環境下，政府子系統發布不同調控政策時，經濟綠色系統指標變量變動情況，具體調控方案如下。

3.1 產業政策視角

產業結構調整一直是產業政策的調控手段，為了明確不同產業結構對于產業的調控效果，設計如表2 所示的政策方案，產業結構政策分別為方案一0.2：0.3：0.5，方案二0.1：0.3：0.6。

表2 產業政策方案

模擬仿真發現合理的產業結構調整對提高生產總值起到了良好的效果。當選用方案二時效果最好，此時產業比例結構為0.1：0.3：0.6，這說明未來應當加大第三產業資產投入比例，促進甘肅省產業結構轉型，提高產業效益從而帶動經濟增長，預測在這一方案下，到2030 年GDP 總量將達到18 019.3 億元，GDP 凈量將達到17 088.4 億元。具體如圖4 所示。

圖4 產業結構調整下生產總值、凈值變動

3.2 環保政策視角

加大環保力度，可以降低因污染造成的損失，但是防控污染會產生一定的成本，為了判斷環保力度能否提升甘肅省綠色經濟，特設計環保政策方案，如表3 所示。

表3 環保政策方案

根據表3 設計的環保政策方案，逐漸加大污染物排放控制力度，降低污染物排放比率。當實施污染物排放比率控制時，環境污染總量和環境污染經濟損失會減小，生產總值與凈生產總值增高，且控制污染物排放比率越強，生產總值與凈生產總值越高，在實施污染物排放控制政策前后，凈生產總值差距較為顯著。這說明控制污染物排放比率可以直接提高GDP 總量，同時通過降低環境污染總量有效降低污染損失值，間接提高GDP 凈量，即降低環保與經濟發展之間的差距，實現經濟與生態發展進一步協調。具體見圖5。

圖5 環保調控政策下生產總值、凈值變動及污環境污染變動

3.3 研發政策視角

為比較在只加大研發投資、只提高人才引進因子和既加大研發投入又提高人才引進因子3 種情形下科技產出及GDP 變動情況，設置3 種研發政策方案進行仿真模擬，如表4 所示。

表4 研發政策方案

發現增大研發投資與提高人才引進因子均能夠提高科技產出，進而提高生產總值，但是相較于人才引進因子，增大研發投資對于加大甘肅省科技產出效果更為顯著，在當同時增大研發與提高人才引進時，科技產出及GDP 總量增加效果最好。因此甘肅省應當著重于研發投資加大，帶動科技產出，進而帶動GDP 增長，具體如圖6 所示。

圖6 研發調控政策下科技產出變動

3.4 能源政策視角

從能源政策視角切入，研究能源投資轉換率的改變對能源消耗的影響，設置不同的能源政策方案進行仿真模擬，如表5 所示。

仿真發現能源投資轉換率的提高可以降低能源消費總量，進而降低單位GDP 能耗，具體變動如圖7 所示，因此甘肅省應當在能源轉換率方面加大努力投入，從而降低能源消耗，拉動區域GDP 增長。

表5 能源政策方案

圖7 能源調控政策下能源消費量變動

3.5 人口政策視角

合理調控人口、把握人才占比是實現區域經濟綠色競爭力進一步提升的重要影響因素。為了判斷高素質人才在人口中的占比，特設置人口政策方案，如表6 所示。

表6 人口政策方案

調整普通高校在校學生占總人口比重，模擬仿真發現當普通高校在校學生占總人口比重越來越大時，將會帶動研發人員數量增加，進而增大科技產出；科技產出增大會帶來科技進步，進而提升科技增長率，從而降低能源消耗總量；科技產出還可以直接增加GDP 總量，但同時帶來少量環境污染，增大環境污染總量，但是由于科技帶動污染增加要小于GDP 增量，最終GDP 凈量呈現增加趨勢。說明甘肅省如果注重加強素質教育，改善人口素質結構，將會實現科技進步、GDP 增長環境與資源的同步提升，具體見圖8。

圖8 不同人口政策下評價指標變動

3.6 組合政策調控視角

為了對整體系統進行綜合分析，在上述子系統分析的基礎上，設置組合政策方案，如表7 所示。

表7 組合政策方案

表7（續）

通過逐漸加大有利變量同時降低損失變量，形成3 種由低到高的方案，仿真3 種組合方案下的GDP 變動情況，結果如圖9 所示。由仿真結果可知，不同組合政策下GDP 總量與GDP 凈量的大小排序為方案三＞方案二＞方案一，這說明甘肅省經濟綠色競爭力水平在各個子系統方面均有提升的空間，應當對產業結構調整、研發投入、能源消耗、環境保護和人口調控5 個子方面均加大努力投入。

圖9 不同政策下生產總值、凈值變動

努力投入往往伴隨著成本的增加，因此努力投入應當有側重點，對于影響較大的系統因素應當著重加強努力投入，影響不顯著的可以相對減少投入。基于此種考慮，將不同系統下的政策進行相互比較，研究具體哪種政策可以使經濟綠色競爭力較高或較劣。具體設置方案如下面幾張表所示，表8 為初始政策，表9、表10、表11、表12、表13 分別為具體政策調整方案。

表8 初始政策方案

表9 產業政策方案

表10 環保政策方案

表11 研發政策方案

表12 能源政策方案

表13 人口政策方案

基于表8—表13 設置變量參數，經仿真分析，得到圖10 所示的結果。圖10 中曲線1 代表初始政策方案，曲線2 代表人口政策方案，曲線3 代表能源政策方案，曲線4 代表研發政策方案，曲線5 代表環保政策方案，曲線6 代表產業政策方案。GDP總量在不同方案下的大小順序為：研發政策方案＞人口政策方案＞產業政策方案＞環保政策方案＞能源政策方案＞初始政策方案，GDP 凈量在不同方案下的大小順序為：研發政策方案＞環保政策方案＞人口政策方案＞產業政策方案＞能源政策方案＞初始政策方案。這說明在當前政策下甘肅省經濟綠色發展依然有可以提升的空間，政府可以在各個領域抓經濟綠色發展。但是，若想要取得較為顯著經濟提升效果，應當首先側重于加強研發投入和提高人口素質，其次適當調整產業結構和加強環保控制，最后注意控制能源消耗；若想在經濟與環境發展之間實現協調，應當首先側重于加強研發投入和注重環境保護，其次再考慮提升人口素質和合理調整產業結構，最后考慮加強能源消耗的控制。因此，為了實現在顯著提高甘肅省經濟效益的同時協調生態與經濟綠色發展，最好的方案是研發政策，其次是環保政策，另外政府還應當控制合理的人口素質結構、產業結構和能源消耗，以促進未來甘肅省經濟與綠色協調發展，從而在整體上提升甘肅省經濟綠色競爭力。

圖10 不同政策下生產總值、凈值變動

由于篇幅有限，隨機抽選10 年不同政策下2009—2030 年的GDP 總量及GDP 凈量仿真及預測結果制表（表14、15），可以清晰地看出GDP 總量主要受到研發政策及人口政策的影響，GDP 凈量主要受到研發政策及環保政策的影響。在實施研發政策下，GDP 總量與GDP 凈量均達到歷年最高，預測到2030 年，GDP 總量將達到18 623.7 億元，GDP凈量將達到17 633.9 億元，遠遠高于其他政策下的GDP 總量及凈量。

另外，在環保政策下GDP 總量與GDP 凈量的差值最小，其他政策下該差值較大，而差值代表著環境污染損失值的大小，可以反映甘肅省經濟與生態之間的協調度。上述結果說明，只有選擇降低環境污染排放，加大環境質量控制才可以顯著實現污染損失值的減小，促進環境與經濟統一協調發展。因此，甘肅省應當在加強研發投入與環境保護兩方面有所側重。

表14 2009—2030 年不同政策下生產總值變動仿真結果

4 結語

本文基于系統動力學理論，構建了甘肅省經濟綠色競爭力系統模型，根據可能存在的問題，仿真分析比較不同政策調控下甘肅省經濟綠色競爭力水平變動，找出未來政策調控側重點，同時預測了2018—2030 年經濟、人口、環境、科研和能源的發展趨勢，為甘肅省經濟綠色發展現存問題提供對策及建議。

從仿真結果來看，甘肅省在研發、產業、人口、能源和環保5 個方面均有較大調控改進空間，其中，研發投入對于甘肅省經濟綠色競爭力系統的影響最大，其次依次為環保、人口、產業結構、能耗等影響因素。因此，甘肅省需要將加大研發投入放在首位，以創造科技產出；其次應對加強污染物排放控制有所側重，以促進環境與經濟協調綠色發展；最后考慮加大素質教育投入，改善人口素質結構。另外，可以在資金寬裕的情況下，適當加大產業及能源方面的投入以調整產業結構和有效控制能耗，最終實現甘肅省經濟綠色競爭力在環境承載力度與稀缺資源的雙重約束下進一步提升。