基于系統動力學的廢棄塑料托盤回收利用仿真分析

趙 林，顧巧論

（天津職業技術師范大學經濟與管理學院，天津 300222）

托盤是用于集裝、堆放、搬運和運輸，放置作為單元負荷物品的水平平臺裝置，是連接運輸、倉儲、包裝、裝卸搬運、流通加工、配送等物流環節的橋梁和紐帶，是確保物流全過程順暢貫通的重要組成因素[1]。塑料托盤是使用聚乙烯（PE）等熱塑性塑料通過注塑、吹塑、吸塑等工藝加工而成的集裝單元器具，聚乙烯主要為低壓高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE），具有很好的抗沖擊性能[2]。目前對于托盤包裝的回收再生利用并未引起物流業足夠的重視，大多數托盤使用壽命終止后當作垃圾焚燒處理，而焚燒又會產生大量廢氣，有悖于綠色、低碳、可持續的發展理念[3]。中國環境保護稅法于2018年初施行，主要針對大氣污染物、水污染物、固體廢物等征稅，環保稅開征后，將形成有效的約束激勵機制。通過環保稅激勵相關方面回收的積極性，鼓勵托盤生產商和回收商的回收再利用活動。廢棄塑料托盤回收后可再生為塑料顆粒，繼續加工成托盤，或與植物纖維共同加工成新型復合材料，具有良好的經濟效益和社會效益。

通過對包裝廢棄物回收機制的探索，盈創再生資源回收公司在北京布設了5 000多臺智能回收機，每回收1個塑料瓶可獲得一定比例的現金返利。廢棄塑料托盤的回收也可借鑒該機制，回收商回收廢棄塑料托盤時給予客戶一定比例的返利金，從而增強客戶的回收積極性，促進托盤回收。關于包裝廢棄物回收的研究，張卉[4]引入生產者責任延伸制度，使政府與生產者相結合來落實生產者的相關責任，建立了包裝共用回收體系系統動力學模型并進行仿真，但只考慮了回收行為受到回收價格的影響。任文君[5]應用系統動力學建立了基于社會福利的包裝廢棄物回收模型，結果表明當政府干預時，實施合理的稅收和補貼政策可以實現最優的生產量、回收量和社會福利的最大化。金大鑫[3]為解決回收渠道不健全問題，建立了工業包裝品回收成本效益模型，運用博弈理論建立了3種回收渠道下的回收體系的經濟效益模型。Dace等[6]建立了包裝稅對包裝廢棄物管理結構和影響包裝生態設計的系統動力學模型，研究表明包裝稅可減少原材料的總消耗量和后續廢棄物的產生。Elia等[7]設計了閉環托盤管理系統并對關鍵因素（如托盤物流網絡、交換系統）進行討論，仿真模型評估了基于成本和時間的關鍵業績指標。Guo等[8]以美國馬里蘭州巴爾的摩市低收入城市社區為案例，基于系統動力學研究干預措施和社會規范影響家庭住宅區的廢棄物處置行為，干預措施包括：提供信息、增加財政激勵、增加街區垃圾桶、強化家庭規則、提高居民回收利用方面的知識等，發現提供信息可以降低垃圾傾倒行為，而強化家庭規則并不能起到作用。

國內外已有運用系統動力學來分析包裝廢棄物的回收行為、回收意識，而較少運用系統動力學分析廢棄塑料托盤回收利用的問題。本文利用Vensim PLE軟件建立廢棄塑料托盤回收系統動力學模型，用以解決廢棄塑料托盤回收率低、回收動力不足等問題。

1 系統動力學模型

1.1 基本假設

（1）考慮托盤的生產總量，不考慮省市地區托盤的數量及托盤的流動情況。

（2）考慮塑料托盤在5～8年使用壽命結束后廢棄托盤的回收再利用問題，不考慮塑料托盤在使用期內的回收交換。

（3）假定托盤的回收能力、再生能力和焚燒處理能力沒有限制。

（4）不考慮托盤運輸途中涉及的路徑規劃、運輸成本、人力資源成本和固定資產投資，只考慮回收成本、再利用成本、維修成本、焚燒成本、環保稅、維修收益、再生收益和回收利潤。

（5）假定維修后的托盤質量可靠且能按照托盤原料的市場價格繼續銷售，再生利用的托盤按照再生塑料的價格繼續銷售。

1.2 系統動力學存流圖

系統動力學由美國麻省理工學院Forrester教授創立，是研究信息反饋系統的科學，綜合了系統科學和管理科學的思想[9]。系統動力學包括如下幾種變量：狀態變量、速率變量、輔助變量和常量等。變量與方程共同構成了系統動力學模型。本文構建的系統動力學存流圖如圖1所示。塑料托盤經過5～10年使用后報廢成為廢棄塑料托盤，廢棄塑料托盤的回收受到返利金比例和環保稅額2個因素的影響，回收后一部分可通過維修再利用，另一部分可制作為再生塑料，再生利用過程中產生的廢棄物最后通過焚燒處理。

1.3 系統動力學方程式

系統動力學相關方程式如表1所示。在上述廢棄塑料托盤回收利用存流圖的基礎上，將表1中的方程式附加到圖1所出現的各相關變量上，構建廢棄塑料托盤回收利用系統動力學仿真模型。

3.2 康復醫學促進社會融合 殘疾人、老年人和其他功能障礙者的社會參與能力不同程度受限，通過康復醫學的有效干預，可以促進殘疾人的社會融合。康復醫療強調的是通過功能訓練和必要的輔助措施，改善其功能。通過康復治療改善患者的自理能力，減輕家庭和社會負擔，提高生活質量，并能使患者早日回歸社會。康復醫學近年也在秉承國際社會倡導的全人發展的理念，在提高個體功能水平的同時，越來越多地關注康復服務對象獲得醫療康復服務后的社會參與、機會均等、權利保障等問題。

1.4 關鍵參數及相關變量值

1.4.1 塑料托盤產量的相關參數

據中國物流與采購聯合會托盤專業委員會和中國倉儲協會統計，2016年全國托盤生產總量達到28 380萬片，同比增長5.8%，托盤產量如表2所示[10]。

托盤生產增速與過去相比逐漸放緩，一方面物流市場需求增速放緩，托盤市場需求受到抑制；另一方面隨著托盤質量的提高、托盤共用系統的推進，使得托盤市場需求有所下降。本文假定這種增速放緩趨勢會得到延續，預計到2022年托盤產量達到39 804萬片，將托盤產量設定為關于時間的表函數。從托盤材質結構看，目前木托盤生產量占比較大，達到78%；而塑料托盤由于具有使用壽命長，報廢后可重新回收利用的優點，因此塑料托盤生產增速逐漸加快，已由2010的10%增至2016年的15%[10]；假定這種增速趨于穩定，若按每6年增長5%計算，預計到2022年塑料托盤的占比將達到20%，設定塑料托盤比例為關于時間的表函數。因2010年為初始年份，而2010年托盤保有量為46 194萬片，塑料托盤在2010年的占比為0.1，故將塑料托盤保有量的初始值設置為4619.4萬片。

表2 托盤產量

假定塑料托盤使用5～10年報廢后由回收商負責回收，但是廢棄托盤回收會受到多種因素影響，如返利金和環保稅額等；假設給予客戶的返利金越高，客戶的回收積極性也會相應提高，客戶會將更多的廢棄塑料托盤交還給回收商；同時較高的環保稅額會增加廢棄塑料托盤的處置成本，即稅收成本和焚燒成本，回收商為降低處置成本，會增加回收量，將更多的廢棄塑料托盤進行再生利用，減少焚燒廢棄塑料托盤所造成的成本壓力。

綜上所述，廢棄塑料托盤回收率的方程式表示如下：廢棄塑料托盤回收率=廢棄塑料托盤保有量*（廢棄托盤基本回收率*（1+稅額對回收率的影響因子+返利金額對回收率的影響因子））/回收時間；返利金額對回收率的影響因子=返利金額*α；稅額對回收率的影響因子=環保稅額*α；經反復實驗將α設定為0.01。

1.4.2 塑料托盤價格的相關參數

由于塑料托盤的市場價格是基于原材料等因素影響而變動的，故假定將塑料托盤的原材料——高密度聚乙烯（HDPE）價格作為塑料托盤的市場價格，將HDPE塑料再生料價格作為塑料托盤再生塑料市場價格[11]，采用移動平均法，預測了2018—2022年原料和再生料價格，按照單片托盤重量為0.02 t（20 kg）計算，經整理后塑料原料和再生塑料價格如表3所示，將塑料托盤價格和再生塑料價格以表函數表示。

表3 塑料原料和再生塑料價格

《環境保護稅法》中關于環保稅的計算方法為：環保稅=污染物*污染當量值*稅額，環保稅中規定大氣污染物稅額為1.2～12元/kg[13]，假定廢棄塑料托盤的污染當量為1，則廢棄塑料托盤的稅額為24～240元/片。

Bengtsson等[12]提供了塑料托盤的制造數據，每19.4 kg的托盤由19.4 kg的HDPE原料制造而成，在該生產過程中會產生0.2 kg的HDPE廢棄物。假定每片托盤20 kg，再生利用過程中會產生0.2 kg左右廢棄物，維修率假定為0.1，故再利用率設定為0.89。

綜上所述，模型的相關變量值如表4所示。

表4 模型相關變量值

2 仿真分析

2.1 不同返利金比例對回收率和回收利潤的影響

假設環保稅額為0，返利金比例為0.1～0.9時，對模型進行仿真，得出不同返利金比例對廢棄塑料托盤回收率和回收利潤的影響圖2所示。

圖2 不同返利金比例對廢棄塑料托盤回收率和回收利潤的影響

從圖2可知，返利金比例與廢棄塑料托盤回收率呈正相關，即返利金比例越高，廢棄塑料托盤回收率越高，從客戶那里可回收的報廢托盤越多。一方面返利金越高越好，能夠最大程度減少廢棄塑料托盤的存量；另一方面返利金比例越低，曲線越平滑，即返利金越低對廢棄塑料托盤回收率的敏感性越低，表明客戶的回收意愿較弱。2015年前曲線增長較為平緩，在2015年出現波動，主要原因是2015年塑料托盤原料價格和再生塑料價格有所下降，即返利金比例越高（如返利金比例為0.9），對于塑料托盤價格波動的敏感性越高，2015年后雖然價格走勢較為平緩，但基于廢棄塑料托盤保有量逐年擴大，回收商可以回收更多的廢棄塑料托盤以滿足再生利用的需要，故在2015年后回收率出現快速增長。不同返利金比例對回收利潤的影響如表5所示。

表5 不同返利金比例對回收利潤的影響

從表5可以看出，返利金比例與回收利潤呈負相關，返利金比例越高，回收利潤越小，當返利金比例為0.1、0.2和0.3時，在模型仿真的年限內，回收商都能獲利。返利金比例為0.1時回收利潤最高；返利金比例為0.2的回收利潤次之；當返利金比例為0.4時，從2012年開始回收才能獲利；當返利金比例為0.5時，從2013年開始回收才能獲利，但在2016年會出現虧損；當返利金比例為0.6或0.7時，只有在2015年時才能盈利，其他年份都會虧損；當返利金比例為0.8或0.9時，回收商不能獲利。

2.2 不同環保稅額對回收率和回收利潤的影響

假設返利金比例為0，環保稅額為24～240時，對模型進行仿真，得出不同環保稅額對廢棄塑料托盤回收率的影響如圖3所示，不同環保稅額對回收利潤的影響如圖4所示。

圖3 不同環保稅額對廢棄塑料托盤回收率的影響

圖4 不同環保稅額對回收利潤的影響

從圖3可以看出，環保稅額與廢棄塑料托盤回收率呈正相關，即提高環保稅額廢棄塑料托盤回收率也隨之上升，即較高的環保稅額能夠約束回收商行為，激發回收商回收積極性，從而提高廢棄塑料托盤回收率。

圖4表明：環保稅額的增長與回收利潤呈正相關，即提高環保稅額，回收利潤也相應提高，雖然較高環保稅額增加了企業賦稅的壓力，但由于環保稅對回收行為有巨大的刺激作用，會約束企業積極進行回收活動，從而提高回收率。一方面回收率提高所帶來的再生收益和維修收益的增加抵消了所繳納的環保稅；另一方面環保稅額越低，曲線越平緩（如環保稅額為24元時），表明環保稅額越低對回收利潤價格波動的敏感性越低。由于2015年和2016年托盤價格和再生塑料市場價格處于較低水平，回收利潤相應也出現了下降。

2.3 情景仿真

當返利金比例為0.1、0.2和0.3時回收才能獲利，因此選取返利金比例為0.1、0.2和0.3以及環保稅額為 24、48、72、96、120 所組成的 12 種干預措施進行情景仿真，情景仿真如表6所示。

表6 情景仿真

不同干預措施對廢棄塑料托盤回收率的影響及回收利潤的影響分別如圖5和圖6所示。

圖5 不同干預措施對廢棄塑料托盤回收率的影響

圖6 不同干預措施對回收利潤的影響

從圖5可知，塑料托盤回收率呈2個增長階段：2015年前是緩慢增長階段，各干預措施對廢棄塑料托盤回收率的影響差異較小；2015年后是快速增長階段，較高的環保稅額和返利金比例對回收率的影響更為明顯。這表明在塑料托盤發展的初期，由于塑料托盤保有量較低，能夠回收的廢棄塑料托盤也是有限的，因此不同的環保稅和返利金對托盤回收率的影響較小；而隨著塑料托盤保有量的增加，潛在的廢棄塑料托盤產量增加，較高的環保稅和返利金的政策組合更有利于提高廢棄塑料托盤的回收率。

從圖6可知，干預措施4能夠獲得最高的回收利潤，干預措施3次之，2016年前干預措施2的回收利潤接近于干預措施3，從企業盈利的角度看，較高的環保稅和較低的返利金比例能夠給回收商帶來可觀的經濟利潤，但從環境保護角度，并不能最大程度地回收廢棄塑料托盤。在2010年干預措施10、11和12均出現了虧損，表明雖然較高的環保稅和返利金的政策組合能夠大幅度提高廢棄塑料托盤的回收率，但卻是不經濟的。受到原材料價格和再生塑料價格的雙重影響，在2015年和2016年回收利潤出現波動，較低的返利金比例對于因價格波動所造成的利潤下降的影響較小，而較高的返利金比例對于這種價格波動的影響反應強烈。

3 結語

本文運用系統動力學仿真軟件VensimPLE對廢棄塑料托盤回收活動進行了仿真分析，得出以下結論。

（1）從企業盈利的角度看，較高的環保稅和返利金組合并不能帶來最優的回收利潤，在初期還會出現虧損，而較高的環保稅和較低的返利金所組成的干預措施，在提高回收率的情況下能夠帶來更為可觀的回收利潤。因此，國家應制定較為嚴格的環保稅來約束相關方面的回收行為，從而提高廢棄塑料托盤的回收率，由于企業具有經濟人特性，其會盡可能降低返利金比例來獲得最大回收利潤。

（2）從環保角度看，較高的環保稅和返利金比例所組成的干預措施能夠最大程度提高廢棄塑料托盤的回收率，更多的廢棄塑料托盤得到再生利用，有利于減少污染，促進資源再生。因此，政府應通過補貼等政策鼓勵企業提高返利金比例，促進經濟效益和環保效益的整體提升。

本文建立的模型還存在局限性和有待完善的地方，針對回收行為的影響因素，只考慮到了環保稅和返利金比例，而其他相關因素如環保意識、回收距離等也需要繼續深入研究；針對不同類型的托盤，如木質托盤、金屬托盤、復合托盤等的回收問題也需要繼續討論。