孫家慶， 唐麗敏， 黨琴琴， 曹盛楠

(大連海事大學(xué) 交通運輸管理學(xué)院，遼寧 大連 116026)

0 引 言

集裝箱內(nèi)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(xué)制品的容器，被置于20英尺的集裝箱內(nèi),最理想地利用集裝箱運輸方式.與傳統(tǒng)編織袋類小包裝和噸裝袋物流模式相比，集裝箱內(nèi)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(shù)問題，而且倡導(dǎo)經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性和便利性的經(jīng)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(rèn)同[1-4]，傳統(tǒng)上散貨運輸?shù)念w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(zhuǎn)換成集裝箱內(nèi)襯袋運輸[5].

近年來，綠色物流、港航物流與環(huán)境的關(guān)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(chǎn)與消費大國，化工物流量也隨之迅猛增加，許多學(xué)者[9-11]對化工物流市場、化工物流模式及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等進(jìn)行研究.目前，我國顆?；て肺锪鞔蠖嗳匝赜脗鹘y(tǒng)的袋裝包裝工藝，既浪費資源也給環(huán)境帶來嚴(yán)重影響.隨著顆?；て肺锪饔伞白⒅亟?jīng)濟(jì)性”向“經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性并重”的方向轉(zhuǎn)型，顆粒化工品物流也將逐步采用集裝箱內(nèi)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(nèi)外學(xué)者仍缺少研究.基于此，本文借鑒相關(guān)學(xué)者[12-14]應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)理論的實踐，對顆粒化工品集裝箱內(nèi)襯袋物流模式的經(jīng)濟(jì)效果與政策模擬進(jìn)行深入探討，并基于節(jié)能環(huán)保的視角提出加快推進(jìn)該物流模式的相關(guān)建議.

圖1 顆?；て芳b箱內(nèi)襯袋物流模式

1 系統(tǒng)動力學(xué)模型建立與檢驗

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與假設(shè)

圖2 物流模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖2所示，改進(jìn)的顆?；て肺锪飨到y(tǒng)是由經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、物流和能源所構(gòu)成的一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng).該動態(tài)系統(tǒng)起源于化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值，化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值與顆?；て肺锪髁恐g是相互促進(jìn)的正向關(guān)系.隨著顆?；て肺锪髁康脑龆?大量的能源被消耗，排放的污染物加重環(huán)境污染.環(huán)境污染會制約化學(xué)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，同時也限制顆?；て肺锪髁康目沙掷m(xù)增長.一方面，目前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略從“重經(jīng)濟(jì)增長輕環(huán)境保護(hù)”向“保護(hù)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)增長并重”轉(zhuǎn)變，環(huán)保意識逐漸增強(qiáng);另一方面，化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值增長自然會帶來環(huán)保投資能力增強(qiáng)，擁有環(huán)保技術(shù)的支持，環(huán)境污染的壓力勢必得以舒緩.

本文重點分析物流與經(jīng)濟(jì)、物流與環(huán)境、物流與能源之間的關(guān)系，因此，改進(jìn)的顆?；て肺锪飨到y(tǒng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型主要基于假設(shè)：(1)只考慮化工品物流業(yè)和化學(xué)工業(yè)之間的關(guān)系，未考慮化學(xué)工業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)系;(2)主要考慮化工品物流業(yè)對能源和環(huán)境的影響，未考慮化學(xué)工業(yè)中其他部門對能源和環(huán)境的影響;(3)假設(shè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)定，各種運輸方式的貨物周轉(zhuǎn)量以及能源消耗穩(wěn)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(jié)能減排效果進(jìn)行分析.

1.2 模型因果關(guān)系與反饋結(jié)構(gòu)分析

系統(tǒng)各變量之間的因果關(guān)系見圖3.

圖3 物流模式系統(tǒng)動力學(xué)模型因果關(guān)系

從圖中不難看出模型中包括3條回路.回路1：化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值→+化工品價值總額→+化工品物流總費用→+化工品物流總產(chǎn)值→+顆?；て肺锪髁俊?顆?；て肺锪髻M用→+顆?；て樊a(chǎn)業(yè)增加值→+化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值;回路2：化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值→+化工品價值總額→+化工品物流總費用→+化工品物流總產(chǎn)值→+顆?；て肺锪髁俊?顆?；て肺锪髻M用→+物流能源消耗→+CO2排放→+污染損失→-化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值;回路3：化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值→+環(huán)保投資→+顆粒化工品污染治理費→+CO2減少量→-污染損失→-化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值.

結(jié)合顆?；て肺锪髂Ｊ较到y(tǒng)的因果關(guān)系，運用Vensim，可形成反饋結(jié)構(gòu)圖,見圖4.

1.3 模型參數(shù)表達(dá)式推導(dǎo)

參數(shù)表達(dá)式主要采用時間序列回歸及數(shù)學(xué)推導(dǎo)方式得到.回歸預(yù)測用于宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)預(yù)測，而數(shù)學(xué)推導(dǎo)主要用于物流能源消耗的計算.

圖4 物流模式系統(tǒng)動力學(xué)模型反饋結(jié)構(gòu)

(1)回歸預(yù)測.模型中化工品物流總產(chǎn)值與顆?；て肺锪髁?、顆粒化工品產(chǎn)業(yè)增加值與顆?；て肺锪髻M用、化工品物流總費用與化工品價值總額等經(jīng)濟(jì)時間序列間的定量關(guān)系，通過對數(shù)據(jù)對數(shù)處理后進(jìn)行計量經(jīng)濟(jì)分析、建立變量之間的回歸模型得出.以顆?；て樊a(chǎn)業(yè)增加值與顆?；て肺锪髻M用之間關(guān)系為例，應(yīng)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(chǎn)業(yè)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(shù)學(xué)推導(dǎo).利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)方法確定物流能源消耗，建立4種運輸方式貨物周轉(zhuǎn)量、3類能源消耗及CO2排放之間的關(guān)系.設(shè)第i種運輸方式貨物周轉(zhuǎn)量為Ti,第i種運輸方式單位貨物周轉(zhuǎn)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(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)量消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤量.

1.4 模型參數(shù)的確定

模型預(yù)測范圍為2001—2015年，其中2001—2010年為模型的檢驗?zāi)?，步長為1年.模型參數(shù)的確定采用系統(tǒng)動力學(xué)常用的參數(shù)確定方法，如觀察法、經(jīng)驗法、估計法、擬合法等.

總產(chǎn)值增長系數(shù)：由于化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值增長率波動較大，模型總產(chǎn)值增長系數(shù)以表函數(shù)形式反映不同時期內(nèi)化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值增長的差異.總產(chǎn)值增長系數(shù)決定產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)自然增長率.利用Vensim中〈Time〉函數(shù)表示2001—2010年實際增長系數(shù)，假設(shè)預(yù)測年(2011—2015年)化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值增長平穩(wěn)，根據(jù)擬合法將系數(shù)設(shè)定為0.205滿足模型要求.

化工品物流總費用：根據(jù)《中國物流年鑒》可以得到GDP、社會物流總費用、化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值的歷年數(shù)據(jù)，通過各變量之間的比例關(guān)系可以推導(dǎo)出化工品物流總費用.

顆粒化工品物流總費用：根據(jù)經(jīng)驗法以及相關(guān)化工網(wǎng)站的資料，顆?；て肺锪骺傎M用約占化工品物流總費用的三分之一，本文取0.3.

顆?；て肺锪髁浚焊鶕?jù)CNKI年度行業(yè)數(shù)據(jù)分析，可以得到化工品鐵路周轉(zhuǎn)量的歷年數(shù)據(jù)，其中，數(shù)據(jù)顯示顆?；て疯F路周轉(zhuǎn)量約占化工品鐵路周轉(zhuǎn)量的60%，再根據(jù)各種運輸方式下顆?；て分苻D(zhuǎn)量的比重可以折算出顆粒化工品總的物流周轉(zhuǎn)量.

其他已知參數(shù)及折算參數(shù)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(jié)構(gòu)適用性檢驗及對結(jié)構(gòu)與實際系統(tǒng)的一致性檢驗，因此，以下只需要對模型行為的一致性進(jìn)行檢驗.

(1)模型行為是否重現(xiàn)參考模式.模型的行為應(yīng)該能夠重現(xiàn)各種參考模式，不能重現(xiàn)或再現(xiàn)參考行為模式的系統(tǒng)動力學(xué)模型是無法應(yīng)用的.因全國化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值和化工品價值總額這2個變量具有可比性、準(zhǔn)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?；て芳b箱內(nèi)襯袋物流模式系統(tǒng)動力學(xué)模型參數(shù)估計

圖5 行為模型模擬結(jié)果

(2)統(tǒng)計學(xué)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(jié)果與實際數(shù)據(jù)高度擬合.經(jīng)過上述多方檢驗，說明建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型能有效反映實際系統(tǒng)，可用于進(jìn)行仿真模擬和政策分析.

2 物流模式效果分析

2.1 環(huán)保效果分析

傳統(tǒng)的顆?；て肺锪鬟^程中，并不存在集裝箱、內(nèi)襯袋，對此，根據(jù)模型參數(shù)定義，內(nèi)襯袋、集裝箱占有比例均設(shè)置為0.圖6表示內(nèi)襯袋占有率與物流CO2的排放量的關(guān)系.

表2 化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值與化工品價值總額模擬效果對比

圖6 內(nèi)襯袋占有率與物流CO2排放量的關(guān)系

模擬結(jié)果顯示，至2015年若顆粒化工品物流模式中全部采用內(nèi)襯袋包裝，每年可以減排98.31萬t的CO2，相對于傳統(tǒng)的顆粒化工品物流模式而言,內(nèi)襯袋包裝模式節(jié)能減排的效果已經(jīng)相當(dāng)顯著.

當(dāng)集裝箱內(nèi)襯袋物流模式被全部應(yīng)用于顆?；て肺锪髂Ｊ较到y(tǒng)中時，內(nèi)襯袋、集裝箱占有比例均設(shè)置為100%;鑒于集裝化的運輸、倉儲、裝卸模式，根據(jù)經(jīng)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(jù)模型計算出顆粒化工品物流系統(tǒng)改進(jìn)后所減少的污染損失.表3為傳統(tǒng)顆?；て肺锪髂Ｊ较屡c改進(jìn)后的顆?；て肺锪髂Ｊ较挛廴緭p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(nèi)襯袋物流模式的環(huán)保效果明顯，包裝環(huán)節(jié)每年可以減排近100萬t的CO2，而減少的環(huán)境污染損失更是效果顯著，每年大約可節(jié)約環(huán)保投資15億元.

2.2 經(jīng)濟(jì)效果分析

通過系統(tǒng)模型的模擬計算，如果顆?；て凡捎谩皟?nèi)襯袋+集裝箱”的物流模式，至2015年化工品產(chǎn)值將增加142億元，可見新模式系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效果明顯.2011—2015年化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值變化見表4.

表4 產(chǎn)業(yè)增加值模擬對比 億元

3 物流模式的政策模擬與相關(guān)建議

3.1 政策模擬

(1)增加環(huán)保投入.在原有投資的基礎(chǔ)上，按不同比例追加環(huán)保投資，節(jié)能減排效果見圖7.至2015年，當(dāng)環(huán)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(diào)整運輸方式間貨運周轉(zhuǎn)比重.公路運輸?shù)腃O2排放最大，假設(shè)降低顆粒化工品公路貨物周轉(zhuǎn)量比重分別為2%,3%和5%，分析對節(jié)能減排的貢獻(xiàn)程度,模擬結(jié)果見圖8和9.從圖8和9中可得:至2015年，當(dāng)公路貨物周轉(zhuǎn)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(diào)整能源消費結(jié)構(gòu).假設(shè)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(jié)果見圖10.至2015年,當(dāng)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?；て芳b箱內(nèi)襯袋物流模式的推廣與發(fā)展更應(yīng)該著眼于節(jié)能減排的目標(biāo).實施節(jié)能減排的工作可以從3個方面進(jìn)行：(1)短期規(guī)劃中應(yīng)增加節(jié)能減排財政支出，包括增加環(huán)保與科技創(chuàng)新投入;(2)中期規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)調(diào)整顆?；て肺锪鳂I(yè)中運輸方式比重，降低公路貨物運輸比重，提高鐵路及內(nèi)河航運比重，國家應(yīng)加大對鐵路及內(nèi)河航運網(wǎng)絡(luò)的投資，提高其供給;(3)長期規(guī)劃中應(yīng)大力改善能源消費結(jié)構(gòu)，積極開發(fā)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(huán)境污染.

4 結(jié)束語

本文通過對顆?；て芳b箱內(nèi)襯袋物流模式的系統(tǒng)動力學(xué)模型的定量分析，表明該模式具有良好的資源節(jié)約性及環(huán)保性.此外，在對該物流模式系統(tǒng)進(jìn)行政策模擬的基礎(chǔ)上，從節(jié)能減排角度提出相關(guān)對策建議.

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