鄭紅星，賀國燕，隋延清

（大連海事大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116026）

1 引言

“十三五”期間，港口發(fā)展面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)，要求港口應(yīng)該在經(jīng)濟、能源和環(huán)境三者協(xié)調(diào)下實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。而目前集裝箱港口高能耗、高排放、低效率的傳統(tǒng)發(fā)展方式已經(jīng)成為制約集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長的枷鎖，為促進集裝箱港口經(jīng)濟、能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，提出合理的綠色增長投資決策方案是成功打開枷鎖的重要一步，因此研究集裝箱港口綠色增長投資決策問題，對實現(xiàn)集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于港口經(jīng)濟綠色增長投資決策的研究成果較為豐富，根據(jù)投資決策的側(cè)重點不同，可以分為港口核心設(shè)備作業(yè)能力投資決策和環(huán)境污染治理能力投資決策兩個方面。

在港口核心設(shè)備作業(yè)能力投資決策方面，Villa[1]以墨西哥港口為研究對象，認(rèn)為加大陸地基礎(chǔ)設(shè)備投資可作為港口改革的重點。Hernandez G D 等[2]指出新技術(shù)的應(yīng)用可以推動港口設(shè)備以及運營能力的提升。Akhavan M[3]指出增加港口基礎(chǔ)設(shè)備投資可有效提升港口的通過能力，為港口貨物吞吐量的增長創(chuàng)造硬性條件。劉沛[4]等指出港口陸路集疏運基礎(chǔ)設(shè)備投資應(yīng)向鐵路基礎(chǔ)設(shè)備投資傾斜，形成鐵路與公路良好競爭的合作局面。

在港口環(huán)境污染治理能力投資決策方面，楊秀妍[5]以天津港為例建立了港口大氣污染物排放清單，指出港口需加大環(huán)保力度，減少大氣污染物隨著吞吐量增加而逐漸加重的趨勢。郭子堅等[6]引入生態(tài)承載力供需平衡指數(shù)，構(gòu)建港口生態(tài)承載力系統(tǒng)動力學(xué)模型，指出增加環(huán)保投資可減少港口生態(tài)壓力。趙黎明等[7]利用系統(tǒng)動力學(xué)建立了港口經(jīng)濟貢獻模型，指出實施節(jié)能減排比單方面加大環(huán)保設(shè)施投資效果更好。郭振峰等[8]、喬文怡等[9]指出加大對環(huán)保措施投入下的節(jié)能減排效果并不理想，應(yīng)以城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整為主，以節(jié)能減排措施為輔。范小莉等[10]、彭宜薔等[11]建立了港口機械排放清單，指出進一步提高清潔能源的使用比例，是港口實現(xiàn)節(jié)能減排的重要措施。

綜上，從研究內(nèi)容上，已有研究大多以港口可持續(xù)發(fā)展結(jié)構(gòu)及能力評價、港城結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟互動作用機理、港口基礎(chǔ)設(shè)施投資政策分析等為主；從研究方法上，主要采用層次分析法、系統(tǒng)動力學(xué)、動態(tài)分析、定性分析等。但是缺少綜合考慮集裝箱港口核心設(shè)備作業(yè)能力和環(huán)境污染治理能力兩個方面，研究如何投資才能有效實現(xiàn)集裝箱港口經(jīng)濟的綠色增長。

系統(tǒng)動力學(xué)作為一門以研究信息反饋為基礎(chǔ)的學(xué)科，適合于非線性因素作用下高階次復(fù)雜時變系統(tǒng)的動態(tài)行為模擬，能夠清晰表達系統(tǒng)的過程機制，并進行時間尺度的推演[12],但目前在集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長的投資決策研究中鮮有應(yīng)用。本文采用系統(tǒng)動力學(xué)理論與方法，在綜合考慮集裝箱港口經(jīng)濟、核心設(shè)備作業(yè)能力和資源環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長仿真模型，研究集裝箱港口核心設(shè)備作業(yè)能力與環(huán)境污染治理能力的內(nèi)在機理，為解決集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長投資提供決策依據(jù)。

2 集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長系統(tǒng)分析與模型構(gòu)建

2.1 因果關(guān)系圖和反饋回路分析

因果關(guān)系圖是直接反映系統(tǒng)內(nèi)部各個要素之間相互影響關(guān)系的有效方式。港口通過能力、航次數(shù)是影響吞吐量的重要因素，而吞吐量是港口收益的主要來源，伴隨著吞吐量的變化，環(huán)境污染狀況、港口損失成本及環(huán)保投資也隨之發(fā)生改變，結(jié)合集裝箱港口的經(jīng)濟特性，選取港口收益、核心設(shè)備投資額、環(huán)境污染治理能力投資額、環(huán)境污染經(jīng)濟損失、港口通過能力、港口航次數(shù)、到港船舶數(shù)量、港口吞吐量作為集裝箱港口經(jīng)濟子系統(tǒng)指標(biāo)；集裝箱專用機械和水平運輸機械是港口環(huán)境污染物排放的主要貢獻機械類型[10]，其中集裝箱港口機械設(shè)備主要有堆高機、集卡、岸橋、泊位、集裝箱龍門起重機（場橋）、正面吊等[11]，選取集卡、港鐵、岸橋、泊位作為集裝箱港口核心設(shè)備子系統(tǒng)指標(biāo)進行研究；由于港口的生產(chǎn)活動會導(dǎo)致能源、水、土地、岸線等資源消耗以及“三廢”的大量排放[6]，選取能源、COD、固體廢棄物、SO2作為港口資源環(huán)境子系統(tǒng)指標(biāo)。根據(jù)港口內(nèi)部各子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系、相互作用和相互影響的機制，構(gòu)建因果關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長因果關(guān)系圖

反饋環(huán)1 反映了通過港口核心設(shè)備作業(yè)能力投資增加使港口通過能力提高，港口吞吐量增加，港口收益增加，促進了港口經(jīng)濟的發(fā)展；反饋環(huán)2、3 反映了港口能源消耗與污染排放主要來源于港口生產(chǎn)作業(yè)活動，港口吞吐量越大，港口機械作業(yè)設(shè)備運作越頻繁，能源消耗量越大，污染物排放量越大，環(huán)境污染經(jīng)濟損失增加；反饋環(huán)4反映了環(huán)境污染治理能力投資增加，環(huán)境污染存量減少，由環(huán)境污染帶來的經(jīng)濟損失減少。

2.2 集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長系統(tǒng)流圖和動力學(xué)方程

在分析系統(tǒng)因果反饋回路的基礎(chǔ)上，建立集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長系統(tǒng)動力學(xué)模型，如圖2所示，從集裝箱港口經(jīng)濟子系統(tǒng)、核心設(shè)備子系統(tǒng)以及資源環(huán)境子系統(tǒng)構(gòu)建變量體系，共涉及55個變量，其中6 個水平變量，9 個速率變量，其余為輔助變量及常量。

3 實證分析

3.1 模型參數(shù)估計與模型有效性檢驗

以大連某集裝箱港區(qū)為例，運用系統(tǒng)動力學(xué)模型對港區(qū)基本情況進行模擬分析。仿真系統(tǒng)是以2007年為基礎(chǔ)年，以2030年為終點，仿真時間間隔DT=1年，模擬步長取0.625。模擬參數(shù)采用回歸分析、取平均值、斜坡函數(shù)、階躍函數(shù)、表函數(shù)等方法確定，數(shù)據(jù)來源于大連統(tǒng)計局網(wǎng)站、《中國港口年鑒》、《大連統(tǒng)計年鑒》及《大連市環(huán)境狀況公報》等。

利用vensim軟件完成模型的結(jié)構(gòu)和量綱一致性檢驗，選取2007-2016年的仿真結(jié)果與實際數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果見表1，仿真結(jié)果與實際值偏差率小于5%，說明模型擬合精確度較高，適用性較強，能較為準(zhǔn)確的反映集裝箱港口內(nèi)部各要素之間的互動機制，可以作為模擬與預(yù)測的依據(jù)。

表1 主要變量仿真結(jié)果與實際數(shù)據(jù)對比

3.2 仿真結(jié)果分析

圖2 集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長系統(tǒng)動力學(xué)模型

為研究集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長的不同投資方案對港口發(fā)展的變化趨勢，選取核心設(shè)備投資系數(shù)、環(huán)境污染治理能力投資系數(shù)、單位吞吐量固體廢棄物產(chǎn)量、單位吞吐量COD 產(chǎn)量、單位吞吐量SO2產(chǎn)量作為控制變量，設(shè)定時間邊界為2018-2030年，2018年為模擬基準(zhǔn)年，進行仿真模擬，通過對控制變量取不同的值來展現(xiàn)不同的發(fā)展模式。各種發(fā)展模式的控制變量取值具體見表2。

通過仿真模擬研究四種方案的實施效果，仿真結(jié)果如圖3所示。

自然增長模式下，集裝箱港口經(jīng)濟雖然呈現(xiàn)增長狀態(tài)，但是經(jīng)濟發(fā)展帶來的資源環(huán)境問題日益嚴(yán)峻；與自然增長模式相比，核心設(shè)備綠色投資模式下，港口通過能力提升，吞吐量得到小幅度上升的同時，環(huán)境污染量相對減少；對比核心設(shè)備綠色投資模式與環(huán)境污染治理能力投資模式，環(huán)境污染治理能力投資模式未對集裝箱港口吞吐量產(chǎn)生影響，由于港口收益增長緩慢帶來的環(huán)境污染治理能力投資相對減少，則出現(xiàn)了圖3所示的COD 存量呈現(xiàn)先增后降的發(fā)展趨勢，以及SO2存量仍略大于核心設(shè)備綠色投資模式下的SO2存量的現(xiàn)象；對比協(xié)調(diào)發(fā)展模式與核心設(shè)備綠色投資模式，協(xié)調(diào)發(fā)展模式下集裝箱港口吞吐量與港口收益增長的同時，污染物排放與能源消耗得到大幅度下降，實現(xiàn)了集裝箱港口經(jīng)濟的綠色增長。因此，協(xié)調(diào)發(fā)展模式下，將環(huán)境污染治理能力投資中部分額度轉(zhuǎn)投到核心設(shè)備的綠色化上，盡可能實現(xiàn)作業(yè)流程零排放；提高集裝箱港口設(shè)備作業(yè)能力，減少作業(yè)單耗，是實現(xiàn)集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長的最優(yōu)模式。

表2 仿真方案表

3.3 投資建議

根據(jù)以上仿真結(jié)果分析，得出了實現(xiàn)系統(tǒng)整體最優(yōu)化的最佳方案，結(jié)合集裝箱港口核心設(shè)備作業(yè)能力與環(huán)境污染治理能力投資決策的實際情況，本文提出以下投資建議：

（1）適當(dāng)增加集裝箱港口核心設(shè)備綠色投資，推行清潔生產(chǎn)作業(yè)工藝。繼續(xù)推進以天然氣等清潔能源為燃料的集裝箱港口作業(yè)設(shè)備的應(yīng)用，大力推進集裝箱港口機械設(shè)備“油改電”、“油改氣”工作，引導(dǎo)輕型、高效、電能驅(qū)動和變頻控制的集裝箱港口作業(yè)設(shè)備的發(fā)展；提升靠港船舶使用岸電技術(shù)，以降低船舶在港?？科陂g污染氣體的排放；優(yōu)化運輸結(jié)構(gòu)，提高集裝箱港口設(shè)備的作業(yè)效率，降低裝卸單耗。

（2）加大環(huán)境污染治理能力投入，集約利用集裝箱港口自然資源。實施固體廢棄物分類處理，提高集裝箱港口固體廢棄物“減量化、再利用、資源化”水平；注重污水的有效處理和回收利用，完成對已有污水處理設(shè)備工藝技術(shù)進行改造；充分利用集裝箱港口地區(qū)風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能等可再生能源豐富的優(yōu)勢，提高可再生能源使用比例。

4 結(jié)論

在經(jīng)濟新常態(tài)下，如何實現(xiàn)集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長是目前集裝箱港口發(fā)展的關(guān)注焦點，而集裝箱港口核心設(shè)備的污染物排放和能耗已經(jīng)成為集裝箱港口經(jīng)濟增長中需要考慮的關(guān)鍵因素。本文以此為背景，在綜合考慮集裝箱港口經(jīng)濟子系統(tǒng)、核心設(shè)備子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立了集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長系統(tǒng)動力學(xué)模型，揭示了系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的互動機理。以大連某港區(qū)為例驗證了模型的實用性，并借助系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型進行發(fā)展模式模擬。研究結(jié)果表明：在提高集裝箱港口核心設(shè)備作業(yè)能力投資的同時，將部分環(huán)境污染治理能力投資以適當(dāng)?shù)谋壤D(zhuǎn)投到集裝箱港口核心設(shè)備綠色化上，從源頭減少污染物的產(chǎn)生，可有效實現(xiàn)集裝箱港口經(jīng)濟的綠色增長。

本文在考慮集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長背景下，對集裝箱港口核心設(shè)備作業(yè)能力以及環(huán)境污染治理能力的投資效應(yīng)進行了深入研究，有助于豐富和拓展集裝箱港口經(jīng)濟綠色增長的理論研究。但并未得到兩者確切的投資比例，還有待進一步的深入研究。

圖3 四種方案的系統(tǒng)變量對比曲線