循環經濟系統產業鏈結構復雜性分析及評價

李春蕾，宋華嶺，王傳鵬

(1.山東師范大學管理與經濟學院，山東 濟南，250318；2. 山東工商學院管理科學與工程學院，山東 煙臺，264005)

自鮑爾丁和皮爾斯提出循環經濟開創性思路以來，循環經濟在世界范圍內得到了廣泛研究和推廣。在循環經濟理念的指導下，國外學者對不同領域進行了研究和探討[1-3]。我國于20世紀90年代后期引入循環經濟概念并很快得到國家重視，許多學者對循環經濟的概念、內涵、準則、重點和措施等進行了大量研究[4-6]。

從物質和能量流動的角度來看，循環經濟是一個不斷從簡單到復雜，從低級到高級，從無序到有序方向演化的復雜有機系統。目前，應用復雜系統理論對循環經濟進行的研究集中在定性方面的研究，有些學者[7-9]認為循環經濟系統是一個開放、動態、多層次、非線性的復雜系統，并從政治、企業、社會公眾、宏觀社會環境和產業環境五個維度探討了發展循環經濟互動與協同的關系。牛桂敏[10]在對循環經濟系統進行系統分析后，介紹循環經濟系統的信息分析方法—指標評價法，并分析了循環經濟系統控制與自組織的內容。黎雪林[11]在博士論文中指出循環經濟系統是由自然循環子系統和經濟循環子系統相互耦合而成的自然—經濟復合循環系統，并指出循環經濟的管理體系是由循環經濟倫理、循環經濟主體(政府、企業、公眾)、循環經濟客體(包含制度、體制、機制、技術)和循環經濟實踐體系等四大要素組成。

在循環經濟復雜系統復雜性量化方面，尤其是在產業鏈結構復雜性量化方面，研究成果較少。本文基于擴展的結構復雜性研究理論與評價方法[12-15]，對循環經濟系統產業鏈結構進行復雜性分析，同時建立基于熵復雜信息量度量的循環經濟系統產業鏈結構復雜性評價模型，并對不同循環經濟系統——同煤塔山循環經濟園區和西山煤電集團古交循環經濟園區的產業鏈結構進行復雜性測度實證研究。

1 循環經濟系統產業鏈結構復雜性分析和評價模型的建立

1.1 循環經濟系統產業鏈結構復雜性分析

循環經濟系統是由產業鏈網構成的復雜系統，需要物質、能量和信息的輸入與耗散，是一個耗散系統。循環經濟系統的規模大小、結構復雜程度由循環的范圍區域、產業與產品的特征、循環層次和梯度轉化演變等要素決定。

循環經濟的時空結構特征是以產業鏈的形式，通過物質和能量在一定時間跨度內以及不同層次間流動來實現的。產業鏈也是一個系統，且具有一定有序的結構形態。其形成是系統從無序到有序的演化過程。從社會分工和需求分化的角度，社會分工的精細化與產業劃分的復雜化使得產業與產業之間、一個產業內部各單元之間的界限越來越模糊，從而導致各單元對環境、社會的依賴性越來越強，最終導致產業整體向“有序”化結構發展。從系統自組織的角度，產業系統內部各個要素和事物之間，如果是有規則的聯系和轉化便構成一種“序”結構。產業的發展過程，是產業系統的自組織過程，即在一定條件下，由于產業系統內子系統的相互作用，使系統形成具有一定功能、結構的過程。有序產業結構的形成便構成產業“鏈”的形式。

產業鏈作為循環經濟系統的重要組成部分，其本質是用于描述一個具有某種內在聯系的企業群結構，是一個相對宏觀的概念，存在兩維屬性：結構屬性和價值屬性。循環經濟系統產業鏈結構復雜，主產業系統包括產業鏈系統、各產業的內部生產系統、組織系統、工藝系統、環境系統和節能減排系統等多個相互關聯的子系統。整個系統的特性既體現在各個子系統的單獨特性上，又體現在子系統之間相互關聯耦合的特性上。

1.2 循環經濟系統產業鏈結構復雜性信息熵模型的建立

1.2.1 熵作為復雜性的度量

物理學家勞厄說過：熵與幾率之間的聯系是物理學最深刻的思想之一。本論文依據信息熵的基本意義，求出每個基本評價要素信息量對總體信息量貢獻程度，建立幾率與熵的相互關系，進而求出各評價因素的熵復雜信息量。

(1)

1.2.2 評價要素的確定與其熵復雜信息量

以熵作為尺度來測度循環經濟系統產業鏈結構的復雜性，其評價維度模型如圖1所示。

圖1 循環經濟系統結構復雜性評價樹圖

1)節點：設系統在點j處發生物質的喂給，即原料的輸入點也是產品的輸出點，點j稱為節點。其中1≤j≤m，m為節點總數。

2)群落等級：指循環經濟系統中產業鏈的等級層次結構。群落等級越多，復雜性越大。節點j的群落等級復雜性信息量為：

(2)

其中n為群落等級總數，則產業鏈群落等級總復雜性信息量為：

(3)

3)m為節點總數：代謝跨度：指代謝上游產業直接喂給代謝下游產業的數目。代謝跨度越大，上、下層關系數越大，復結構越復雜。設節點j的代謝跨度為x2j，節點j的代謝跨度復雜性信息量為：

(4)

則產業鏈代謝跨度總復雜性信息量為：

(5)

4)節點度數：指進入和輸出節點的鏈條數。設節點j的度數為x3j，節點j的度數復雜性信息量為：

(6)

則產業鏈節點度數的總復雜性信息量為：

(7)

其中m為節點總數。

5)關系數：循環經濟系統中不同層次間和各個要素間的橫向與縱向間的相互關系的數目，它是度量循環經濟系統產業鏈結構復雜性的重要指標。這里定義關系集合R={r1：直接喂給關系，r2：間接喂給關系，r3：在較高級別上并列關系，r4：在較低級別上并列關系，r5：在同一級別上并列關系}。

(8)

m為節點總數。

則產業鏈節點關系數的總復雜性信息量為：

(9)

m為節點總數。

6)節點連通度：在產業鏈的各節點上，從產業鏈起始節點出發經過此節點到達末端節點的產業鏈的條數。節點的連通度越大，該節點與產業鏈上其它節點聯系越緊密，產業鏈結構越復雜。設節點j的連通度為x5j，所有節點的連通度之和為x5，則節點j的連通度復雜性信息含量為：

(10)

m為節點總數。

則產業鏈節點連通度總復雜性信息量為：

(11)

1.2.3 統一復雜性信息量的計算

定義一個n維復雜信息力能尺度空間，W=W1×W2×…Wn為n維熵空間，n為W的第一次劃分Wi的維度，ni為分量Wi的維數。若設Φ是一個影像，由Φ：W1×Wi×…Wn→Hn所定義，那么Φ是H上的n維張量。

(12)

這是在能分量Wi-1的之后分量Wi需要產生的全部復雜信息力能信息量，則

(13)

(14)

是全部張量的熵值，為全部需要產生的復雜信息量。

(15)

2 實證研究：典型煤炭行業循環經濟系統產業鏈結構復雜性測度

依據上述模型，對同煤塔山循環經濟園區和西山煤電集團古交循環經濟園區產業鏈結構進行復雜性測度評價，二者產業鏈結構如圖2、3所示。

圖2 西山煤電集團古交循環經濟產業鏈結構圖

圖3 同煤集團塔山循環經濟產業鏈結構圖

對上面兩個循環經濟產業鏈運用上述評價模型進行計算，計算結果如表1、2所示。

表1 西山煤電集團古交循環經濟系統產業鏈結構復雜性評價表

表2 同煤集團塔山循環經濟系統產業鏈結構復雜性評價表

由表1、表2得西山循環經濟園區和塔山循環經濟園區產業鏈結構復雜性要素的熵信息含量向量為：

h西山=(0.3219,0.1483,0.4567,0.1715,0.0813)

h塔山=(0.1505,0.0484,0.1942,0.1532,0.0894)

由式(15)計算得兩者總的復雜性信息含量分別為W西山E=0.8574，W塔山E=0.3527。

上述數據表明，古交循環經濟園區產業鏈結構復雜性因素——群落等級、代謝跨度和節點度數的熵信息含量明顯大于塔山，關系數兩者基本持平，而節點連通度稍低于塔山循環經濟，這與直觀感覺比較吻合。群落等級、代謝跨度和節點度數對循環經濟產業鏈結構復雜性貢獻較大，因而對循環經濟系統來說，要降低復雜性應從這幾個方面入手。

3 結束語

循環經濟系統產業鏈設計可通過總結經驗教訓或借鑒于先進的模式，吸收新的結構方面的知識信息，應用于產業鏈的改進，使產業鏈的結構優化，以減少其結構復雜性。依據此理論與方法可以對具體不同的循環經濟產業鏈進行結構復雜性評價，劃分研究對象的復雜性分類級別，為減少復雜性、實行簡約化設計與運行提供理論依據。

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