[摘要]采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)低碳城市配送系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先根據(jù)低碳城市配送系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系，利用Vensim軟件繪制因果關(guān)系圖和存量流量圖；接著結(jié)合廣州市城市配送系統(tǒng)2001—2013年歷年實(shí)際數(shù)據(jù)和系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，界定模型中的各項(xiàng)參數(shù)，并對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)；然后通過(guò)對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行仿真模擬，預(yù)測(cè)廣州市2020年低碳城市配送系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)，對(duì)比分析減排效果；最后根據(jù)仿真結(jié)果提出廣州市低碳城市配送系統(tǒng)的優(yōu)化方案，以降低城市配送帶來(lái)的碳排放。

[關(guān)鍵詞]低碳；城市配送系統(tǒng)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；Vensim；優(yōu)化

[中圖分類號(hào)]F252.14 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005—152X（2017）03—0078—06

1引言

在低碳經(jīng)濟(jì)備受關(guān)注的今天，實(shí)現(xiàn)各行業(yè)的低碳化運(yùn)作已成為社會(huì)大眾所追求的共同目標(biāo)。物流業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的復(fù)合型服務(wù)產(chǎn)業(yè)，其活動(dòng)總量的提升會(huì)增加燃油消耗，造成大氣污染，同時(shí)物流運(yùn)輸車輛的增加會(huì)帶來(lái)城市交通堵塞等問(wèn)題。因而對(duì)物流相關(guān)活動(dòng)進(jìn)行低碳化的改善成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)隨著我國(guó)城市化步伐的加快，城市規(guī)模迅速擴(kuò)張，城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人口數(shù)量急劇增長(zhǎng)，引起了城市貨運(yùn)需求的急速增加；加上電子商務(wù)的快速發(fā)展，網(wǎng)購(gòu)的頻次越來(lái)越高，快遞配送以及搬家公司等流通領(lǐng)域?qū)ω涍\(yùn)的需求也大幅攀升。為了應(yīng)對(duì)城市配送需求量的增加，更多的配送車輛將會(huì)投入到系統(tǒng)中，而這勢(shì)必會(huì)加劇城市的交通堵塞，減慢通行速度，降低燃料利用率，從而導(dǎo)致更多的碳排放。因此，為了實(shí)現(xiàn)城市配送的可持續(xù)發(fā)展，本文針對(duì)城市配送的特點(diǎn)和各種相關(guān)因素，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，對(duì)城市配送的低碳化進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，降低城市配送所帶來(lái)的碳排放。

2研究現(xiàn)狀

在碳排放影響因素研究方面，日本學(xué)者KAYA Yoichi認(rèn)為一個(gè)國(guó)家或地區(qū)碳排放的推動(dòng)力有4大因素，即人口、人均GDP、單位GDP的能源用量、單位能源用量的碳排放量，提出了著名的Kaya公式。TIAN等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)拉動(dòng)中國(guó)人均碳排放的貢獻(xiàn)率呈指數(shù)增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)因素對(duì)碳排放變動(dòng)的貢獻(xiàn)率為42.9%。張雷認(rèn)為能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的多元化有利于國(guó)家從高碳燃料為主向低碳為主的轉(zhuǎn)變。WANG等研究認(rèn)為降低能源強(qiáng)度是中國(guó)減少碳排放的主要因素，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)對(duì)減少碳排放有重要的促進(jìn)作用。

在配送低碳化研究方面，Maja根據(jù)不同的物流決策水平下貨物運(yùn)輸需求、汽車燃料消耗和相關(guān)二氧化碳排放的影響，對(duì)2020年公路貨物運(yùn)輸?shù)奶甲阚E進(jìn)行了預(yù)測(cè)。Yan Mu研究了二氧化碳捕獲、運(yùn)輸和存儲(chǔ)限制和處理運(yùn)輸和排放業(yè)務(wù)等環(huán)境因素對(duì)物流選址決策的影響。Balan將碳排放問(wèn)題融入到整個(gè)配送網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)作環(huán)節(jié)，構(gòu)建了考慮碳排放量的物流配送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。孫曦從農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域的運(yùn)輸配送環(huán)節(jié)分析了不同運(yùn)輸方式中的能耗和碳排放情況，從理論上提出了我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸配送低碳減排發(fā)展的合理化建議。

在低碳城市配送系統(tǒng)的研究方法上，陶冶等采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，對(duì)能源的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了研究，具體考慮了能源價(jià)格、能源稅率、邊際成本等因素對(duì)能源消耗量的影響。Yong-Ju采用模型研究的方法，將碳排放交易機(jī)制考慮在內(nèi)研究多車型的低碳路徑優(yōu)化問(wèn)題，以車輛使用成本和碳排放成本之和最小作為優(yōu)化目標(biāo)建立了一個(gè)混合型整數(shù)規(guī)劃模型，并用禁忌搜索算法進(jìn)行求解。McKinnon A.C.用實(shí)證研究法，根據(jù)國(guó)際上公路貨物運(yùn)輸碳鏈的計(jì)算方法對(duì)不同公路運(yùn)輸方式估計(jì)碳的排放量，并采用相關(guān)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證分析。

可以看出，關(guān)于城市配送的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究主要側(cè)重于配送選址、路徑優(yōu)化等微觀應(yīng)用研究方面，相比之下，從低碳、綠色化、碳排放計(jì)量的角度研究城市配送系統(tǒng)的文獻(xiàn)卻很少。同樣，對(duì)于低碳城市的研究，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)、綠色物流、交通配送等相關(guān)領(lǐng)域也進(jìn)行了大量的研究，但大部分僅局限于國(guó)家政策、評(píng)價(jià)指標(biāo)以及管理體系等，對(duì)低碳物流尤其是低碳城市配送的研究很少，并且利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)低碳城市配送進(jìn)行系統(tǒng)性研究就更少。因而本文將利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)城市配送的低碳化進(jìn)行研究。

3低碳城市配送系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

3.1系統(tǒng)邊界

低碳城市配送系統(tǒng)起源于國(guó)民經(jīng)濟(jì)（如圖1）。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了城市配送業(yè)的發(fā)展；城市配送業(yè)在發(fā)展過(guò)程中由于眾多的物流活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的能源消耗和碳排放，在一定程度上加重了環(huán)境污染；環(huán)境污染會(huì)制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，從而也制約了城市配送業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及環(huán)保投資的增加，一定程度上緩解了碳排放和能源消耗的壓力。

3.2系統(tǒng)因果關(guān)系分析

結(jié)合上文對(duì)低碳城市配送系統(tǒng)的邊界分析，利用Vensim軟件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了因果關(guān)系分析，各個(gè)因素間的關(guān)系及反饋回路如圖2所示，可知低碳城市配送系統(tǒng)模型共有三條回路：

回路1：GDP→+城市配送貨物周轉(zhuǎn)量→+能源消耗總量→+能源消耗成本→+城市配送成本→+城市物流業(yè)配送增加值→+GDP

回路2：GDP→+城市配送貨物周轉(zhuǎn)量→+能源消耗總量→+二氧化碳排放量→+二氧化碳污染量→+碳污染損失→+GDP

回路3：GDP→+環(huán)保投資→+城市配送二氧化碳治理費(fèi)→+二氧化碳減少量→+二氧化碳污染量→+碳污染損失→+GDP

3.3存量流量圖

通過(guò)對(duì)低碳城市配送系統(tǒng)的各個(gè)影響因素的分析，結(jié)合不同變量間的因果關(guān)系，利用Vensim軟件繪制出了低碳城市配送系統(tǒng)的存量流量圖，如圖3所示。

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可以促進(jìn)城市配送業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)城市配送需求增加，使得城市貨物周轉(zhuǎn)量也相應(yīng)增加。貨物周轉(zhuǎn)量的增加會(huì)導(dǎo)致汽油車、天然氣車、柴油車等運(yùn)輸車輛在配送過(guò)程中的能源消耗增加，使得城市配送的成本相應(yīng)增加，實(shí)現(xiàn)的行業(yè)總產(chǎn)值也相應(yīng)增加，從而帶來(lái)城市物流配送業(yè)增加值的提高，進(jìn)一步促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。但是，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展會(huì)帶來(lái)能源消耗的增加和碳排放的增多，為了抑制這一現(xiàn)象，需要進(jìn)行環(huán)保投資和治理以改善能源和大氣狀況，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為資金的投入提供了可能，使得環(huán)境污染能夠得到有效治理和控制。

3.4廣州市低碳城市配送系統(tǒng)分析

3.4.1城市配送。廣州市2001-2013年交通系統(tǒng)公路貨運(yùn)量見表1（數(shù)據(jù)來(lái)自廣州市統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)年鑒，表2，表3同），包括運(yùn)輸車輛數(shù)、貨物運(yùn)輸量及貨物周轉(zhuǎn)量。從表中數(shù)據(jù)可以看出近些年廣州市城市配送業(yè)發(fā)展迅猛，貨物周轉(zhuǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng)。

3.4.2經(jīng)濟(jì)發(fā)展。廣州市2001-2013年各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2，包括了地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）及各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值。可以看出，近些年廣州市城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，GDP持續(xù)快速增長(zhǎng)，由此帶來(lái)了社會(huì)消費(fèi)品零售總額的增長(zhǎng)，促進(jìn)了城市配送的需求。

3.4.3能源消費(fèi)。廣州市2001-2013年各產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)總量見表3?？梢钥闯觯S著廣州經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，近年來(lái)廣州市能源消耗量逐年增加，各產(chǎn)業(yè)對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)。

3.4.4碳排放。目前廣州市投入城市配送運(yùn)輸?shù)能囕v包括汽油車、柴油車和天然氣車。見表4，不同種類能源消費(fèi)的碳排放系數(shù)不同，其中柴油的碳排放系數(shù)最高，天然氣的碳排放系數(shù)最低。因而，可以通過(guò)對(duì)運(yùn)輸車進(jìn)行改造，發(fā)展清潔可再生能源作為燃料，降低能耗高的運(yùn)輸車的比重，從而降低單位能源的污染物排放，以降低整體的碳排放量。

3.5廣州市低碳城市配送模型參數(shù)界定

模型的預(yù)測(cè)范圍為2001到2020年，2001到2013年為該模型的檢驗(yàn)?zāi)?。模型中涉及到各種參數(shù)，參數(shù)值的確定采用了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)常用的確定方法，如經(jīng)驗(yàn)法、估計(jì)法和擬合法等。

對(duì)于GDP與貨物周轉(zhuǎn)量的關(guān)系，根據(jù)前文中廣州市2001-2013年的GDP與貨物周轉(zhuǎn)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，確定了GDP與貨物周轉(zhuǎn)量的關(guān)系表達(dá)式：y=0.000 086x+0.502。其中，y表示貨物周轉(zhuǎn)量（億t·km），x表示GDP（億元），R²=0.887，線性擬合程度好。

對(duì)于單位能源消耗的確定，由于城市配送中使用的運(yùn)輸車類型不同，使用的能源種類不同，因而將不同車的能源消耗轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)煤（見表5），以便于計(jì)算。

模型中其他已知參數(shù)有：各運(yùn)輸車的排放系數(shù)、各運(yùn)輸車的貨物周轉(zhuǎn)量比、治理效率、污染損失系數(shù)等，這些已知的數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)能源年鑒等。其中，污染損失系數(shù)是由環(huán)保部根據(jù)治理成本法計(jì)算得出的（見表6）。

3.6模型檢驗(yàn)

3.6.1運(yùn)行檢驗(yàn)。為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性，選取不同的時(shí)間仿真步長(zhǎng)進(jìn)行了仿真分析，分別選取1年、0.5年、0.25年進(jìn)行運(yùn)行仿真，結(jié)果顯示，模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)行為基本穩(wěn)定。同時(shí)采用靈敏性測(cè)試，對(duì)模型中某些參數(shù)進(jìn)行估計(jì)和測(cè)試。將環(huán)保投資增加20%，即環(huán)保投資系數(shù)從0.015 9增加至0.019 08，可以看到兩種情況下的二氧化碳污染量對(duì)比（如圖4所示），可以看到其變化規(guī)律符合模擬需求。

3.6.2歷史檢驗(yàn)。為了檢驗(yàn)仿真模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)是否一致，選取sD模型中的2個(gè)主要變量“GDP”、“城市配送貨物周轉(zhuǎn)量”，將2001-2013年仿真運(yùn)行的結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)相對(duì)比，從表7可知，誤差絕對(duì)值在10%以內(nèi)，考慮到社會(huì)政策、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的隨機(jī)性和變動(dòng)性，該模型運(yùn)行結(jié)果的可靠性比較高。

4模擬仿真分析

4.1增加治理投資

在增加治理投資方面，一方面可以增加環(huán)保投資，使得城市配送業(yè)的投資增加；另一方面是增加二氧化碳治理投資系數(shù)。如圖5、6所示，利用Vensim軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，方法一是增加環(huán)保投資20%和40%，方法二是增加治理投資20%和40%。從表8數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出到2020年兩種方法均達(dá)到了一定的減排效果。

4.2降低運(yùn)輸車單位能耗

利用Vensim軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，將柴油車單位能耗與汽油車單位能耗同時(shí)降低10%、20%和30%，模擬運(yùn)行的2020年二氧化碳污染量和能源消耗總量結(jié)果如圖7、8所示，從表9數(shù)據(jù)可知，單位能耗的降低能夠有效減少能源消耗量，并且能夠帶來(lái)碳排放量的降低。

4.3降低排放系數(shù)

運(yùn)輸車輛在進(jìn)行配送作業(yè)時(shí)，汽油、柴油等化石燃料會(huì)不斷消耗產(chǎn)生大量C02等大氣污染物。利用Ven-sim軟件將以化石能源作為燃料的柴油車和汽油車排放系數(shù)分別降低10%、20%、30%進(jìn)行模擬，觀察2020年的運(yùn)行結(jié)果，如圖9、10所示。通過(guò)表10和表11的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，降低柴油和汽油的排放系數(shù)均能有效地降低碳排量。

通過(guò)以上各種方案的模擬，可以看出，在低碳城市配送系統(tǒng)中，通過(guò)加大環(huán)保相關(guān)的治理投資、降低運(yùn)輸車輛的單位能耗以及降低化石能源的排放系數(shù)均可對(duì)二氧化碳減排起到一定的效果。

通過(guò)仿真模擬結(jié)果可知，降低配送車輛的單位能源消耗值對(duì)碳減排的貢獻(xiàn)可達(dá)到50%以上，對(duì)節(jié)能的貢獻(xiàn)可達(dá)到30%以上。因而，實(shí)現(xiàn)配送車輛單位能耗的減少可以有效促進(jìn)節(jié)能減排，具體的措施包括改進(jìn)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)、增加燃油效率、構(gòu)建更便捷的公路設(shè)施系統(tǒng)、加快節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和推廣等。同時(shí)在城市配送中，柴油車和汽油車是目前使用最多的配送運(yùn)輸工具，天然氣車的應(yīng)用量很少，但相較柴油和汽油，天然氣的碳排放系數(shù)是最低的，并且天然氣是可再生能源，因而可以通過(guò)增加天然氣車的比重來(lái)減少碳的排放。與此同時(shí)，增加環(huán)保方面的投資也是很有必要的，通過(guò)對(duì)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的開發(fā)研究、對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和防治以及對(duì)已污染區(qū)進(jìn)行治理均對(duì)環(huán)境有利。

5結(jié)語(yǔ)

2012年以來(lái)我國(guó)先后啟動(dòng)了兩批共42個(gè)低碳省區(qū)和低碳城市試點(diǎn)。廣州市作為我國(guó)第二批低碳試點(diǎn)城市，在實(shí)行低碳城市配送方面，需要立足于本地情況，積極探索有效的措施。本文在對(duì)廣州市低碳城市配送系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)仿真分析探尋到了優(yōu)化措施。在增加治理投資方面，一方面加大對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和防治，對(duì)已污染區(qū)進(jìn)行治理；另一方面需要推動(dòng)低碳技術(shù)在運(yùn)輸工具中的應(yīng)用，加快低能耗、低排放量運(yùn)輸車輛的發(fā)展，并為企業(yè)提供一定的補(bǔ)貼或減免稅等優(yōu)惠政策。在降低運(yùn)輸車單位能耗方面，可以從多個(gè)方面人手，比如改進(jìn)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)、增加燃油效率、構(gòu)建更便捷的公路設(shè)施系統(tǒng)、加快節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和推廣等，這些均是比較可行且效果顯著的方法。在降低排放系數(shù)方面，由于城市配送業(yè)的能源消耗較大，造成了大量的碳排放，一方面可以對(duì)現(xiàn)有以化石能源作為燃料的運(yùn)輸車輛進(jìn)行引擎改良、加裝尾氣凈化裝置等來(lái)降低碳排放系數(shù)；另一方面可以逐步推廣新型可替代燃料在配送車輛中的應(yīng)用，加大低碳節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和推廣，從源頭解決碳排放的問(wèn)題，推進(jìn)廣州低碳城市建設(shè)。