工業共生網絡節點重要度綜合評價

歐陽甫宣

摘要：生態工業園的可持續運行依托于核心生產項目的支撐作用，對工業共生網絡進行節點重要度評價具有現實意義。運用復雜網絡理論，提出工業共生網絡節點重要度多指標綜合評價方法，并以蘇北某生態工業園區為例進行實證分析，其結果證明該方法對實際工業共生網絡節點重要度評價的有效性。

Abstract： The sustainable operation of eco-industrial parks relies on the support of core production projects. It is of practical significance to evaluate the importance of nodes in industrial symbiosis networks. The complex network theory is used to propose a multi-index comprehensive evaluation method for industrial symbiosis network nodes. An ecological industrial park in Northern Jiangsu Province is taken as an example for empirical analysis. The results show that this method is effective in evaluating the importance of industrial symbiosis network nodes.

關鍵詞：工業共生；復雜網絡；節點重要度；綜合評價

Key words： industrial symbiosis；complex network；node importance；comprehensive evaluation

中圖分類號：TP393.0 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0076-03

0 引言

工業園區作為中國第二產業的重要支撐，在積極為社會創造經濟財富的同時，對自然資源產生了龐大的消耗，對生態環境也造成了巨大的壓力，為了解決這一經濟發展上的難題，生態工業園應運而生。生態工業園的可持續運轉依賴于園區內核心項目的協調作用，有針對性地對核心項目做出有效的管理，對其生產資源進行合理配置，不僅能提高資源的利用率，還可以增強系統的穩定性，因此對園區內生產項目進行重要度評估具有現實意義。

復雜網絡拓撲結構的異質性，決定了網絡中節點的不平等性，導致處于不同位置的節點表現出不均等的抗毀性。因此，通過發掘重要性節點，并采取有效的手段對這類節點進行保護，可以提高整個網絡的穩定性。在社會網絡分析的視角下，節點中心性可以衡量節點的重要性；在系統網絡分析的視角下，常用的方法有節點刪除法和節點收縮法。總體而言，學者們的研究角度不盡相同，但是都強調了節點的重要度評估具有實用價值。

1 生態工業園共生網絡的構建

本文以蘇北某生態工業園為例，該生態工業園將鹽化工產業作為核心，以鹽鹵水作為原料，主要發展純堿與離子膜燒堿項目，結合尖端的生產技術，產出了丁酮肟、硝酸、氯乙酸、環氧氯丙烷、鄰甲苯胺、硫丹醇、聚氨酯、甘氨酸等多種應用范圍廣的產品，并引入了新型建材產業等充實了園區的生態產業鏈。該工業園秉承產業關聯度強、資源節約、環境友好的原則，以打造純堿、燒堿和鹽鹵水綜合利用為三大支柱項目為目標，從而推動園區工業產業可持續發展。

本文將生態工業共生網絡抽象為無向的復雜網絡，以園區內生產項目為節點，以項目之間的物質、能量交換為邊并使用Ucinet軟件NetDraw工具，得到該生態工業園的網絡拓撲結構，如圖1所示。

2 生態工業共生網絡節點重要度綜合評價

2.1 評價指標選取

定義1 度中心性（Cd）

度中心性則表示為節點i的節點度與網絡中可能存在的最大節點度之間的比值，其表達式為：

其中ki為網絡中節點i的節點度。

介數中心性的表達式為：

其中ghj為節點h到節點j的最短路徑的總數，ghj（i）為節點h與j經過節點i的最短路徑的條數。

接近中心性的表達式為：

其中dij為任意兩個節點i和j間的最短路徑所含邊數。

2.2 基于NF-TOPSIS的節點重要度綜合評價算法

相關文獻曾提出基于TOPSIS的節點重要度綜合評價模型，原文的模型更傾向于無向無權網絡，對于工業共生網絡并不適用，本文充分考慮工業共生網絡中生產項目的生產能力，提出基于NF-TOPSIS的節點重要性綜合評價方法，算法步驟如下：

步驟1：構造標準化矩陣R。設工業共生網絡中有n個節點，m個節點重要度評價指標，第i個節點的第j個指標值記為aij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m），構成決策矩陣A為：

本文選取的指標皆為效益型指標，但是參與決策的指標量綱不統一，為便于比較，須對指標矩陣做如下標準化：

步驟3：計算距離。分別計算每個節點評價向量到正理想解的距離D+和負理想解的距離D-：

步驟4：計算待評價對象相對最優方案的貼近度Ci，其公式如下：

3 實證分析—以蘇北生態工業園為例

本文以蘇北生態工業園為例，通過Matlab7.0編程，計算各個節點的中心性指標，并根據中心性值的大小找出各指標排名前10的節點，如表1所示，從表中可以看出，不同指標的排序也并不一致，但指標評價顯然是片面的。在該工業共生網絡中存在大量具有相同度中心性的節點，顯然這些節點的重要度未必相同，例如節點20的度中心性排在前列，然而農藥項目僅僅是主產業鏈中的衍生項目，對生態園區的運轉作用并不大，對于這類節點的破壞，僅僅使得網絡的通信冗余度減少，并不影響網絡的整體通信能力；介數中心性基于網絡的最短路徑，反映了節點對流的控制能力，然而在實際工業共生網絡中重要的流并非就沿著最短路徑傳播的；接近中心性依托的是網絡中節點的距離，刻畫了節點的位置中心性，卻忽視了節點的通信能力，因此對工業共生網絡節點重要度進行多指標綜合評價具有現實意義。endprint

根據綜合評價模型計算出該工業共生網絡的節點評價向量到正理想解的距離D+和到負理想解的距離D-以及貼近度Ci，并對貼近度Ci進行排序，如表1所示，表中給出排名前10的節點。

在該工業共生網絡中，節點4不僅對相鄰節點的直接貢獻度較大，其本身也處于相對核心位置，而且對流也具有較強的控制能力，該項目的衍生物在產業鏈中的流動覆蓋面大，如果氯氣項目的運營遭到停滯，整個生態園區資源的配置都會出現極大的漏洞，因此其Ci值最大；節點1位于網絡中最核心的位置，其介數值也最大，節點3的刪除會導致整個網絡的通信距離增大，因此貼近度值次之。可以看出，排名靠前的節點在網絡的拓撲結構中都占據了重要位置，如果它們遭到了破壞，整個網絡將不再連通。

4 結論

本文面向工業共生網絡，以發現網絡中重要節點為主要目標，重點從網絡的拓撲結構出發，通過基于TOPSIS的多指標綜合評價模型發現網絡中的重要節點。根據本文的評價模型尋找園區內的重要項目，并通過有效的手段對其進行保護，提高工業共生網絡的魯棒性，從而避免園區內支撐項目遭到破壞引起級聯效應導致整個園區停止運行。

下一步研究需要進一步模擬實際的工業共生網絡，將工業園當作有向加權網絡來進行分析，并融入能量流、信息流對節點的影響，同時對節點的權重分析進行改進，讓最終的評價結果更貼近實際工業共生網絡，進一步提高網絡的穩定性和可靠性。

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