循环经济系统产业链结构复杂性分析及评价

李春蕾，宋华岭，王传鹏

(1.山东师范大学管理与经济学院，山东 济南，250318；2. 山东工商学院管理科学与工程学院，山东 烟台，264005)

自鲍尔丁和皮尔斯提出循环经济开创性思路以来，循环经济在世界范围内得到了广泛研究和推广。在循环经济理念的指导下，国外学者对不同领域进行了研究和探讨[1-3]。我国于20世纪90年代后期引入循环经济概念并很快得到国家重视，许多学者对循环经济的概念、内涵、准则、重点和措施等进行了大量研究[4-6]。

从物质和能量流动的角度来看，循环经济是一个不断从简单到复杂，从低级到高级，从无序到有序方向演化的复杂有机系统。目前，应用复杂系统理论对循环经济进行的研究集中在定性方面的研究，有些学者[7-9]认为循环经济系统是一个开放、动态、多层次、非线性的复杂系统，并从政治、企业、社会公众、宏观社会环境和产业环境五个维度探讨了发展循环经济互动与协同的关系。牛桂敏[10]在对循环经济系统进行系统分析后，介绍循环经济系统的信息分析方法—指标评价法，并分析了循环经济系统控制与自组织的内容。黎雪林[11]在博士论文中指出循环经济系统是由自然循环子系统和经济循环子系统相互耦合而成的自然—经济复合循环系统，并指出循环经济的管理体系是由循环经济伦理、循环经济主体(政府、企业、公众)、循环经济客体(包含制度、体制、机制、技术)和循环经济实践体系等四大要素组成。

在循环经济复杂系统复杂性量化方面，尤其是在产业链结构复杂性量化方面，研究成果较少。本文基于扩展的结构复杂性研究理论与评价方法[12-15]，对循环经济系统产业链结构进行复杂性分析，同时建立基于熵复杂信息量度量的循环经济系统产业链结构复杂性评价模型，并对不同循环经济系统——同煤塔山循环经济园区和西山煤电集团古交循环经济园区的产业链结构进行复杂性测度实证研究。

1 循环经济系统产业链结构复杂性分析和评价模型的建立

1.1 循环经济系统产业链结构复杂性分析

循环经济系统是由产业链网构成的复杂系统，需要物质、能量和信息的输入与耗散，是一个耗散系统。循环经济系统的规模大小、结构复杂程度由循环的范围区域、产业与产品的特征、循环层次和梯度转化演变等要素决定。

循环经济的时空结构特征是以产业链的形式，通过物质和能量在一定时间跨度内以及不同层次间流动来实现的。产业链也是一个系统，且具有一定有序的结构形态。其形成是系统从无序到有序的演化过程。从社会分工和需求分化的角度，社会分工的精细化与产业划分的复杂化使得产业与产业之间、一个产业内部各单元之间的界限越来越模糊，从而导致各单元对环境、社会的依赖性越来越强，最终导致产业整体向“有序”化结构发展。从系统自组织的角度，产业系统内部各个要素和事物之间，如果是有规则的联系和转化便构成一种“序”结构。产业的发展过程，是产业系统的自组织过程，即在一定条件下，由于产业系统内子系统的相互作用，使系统形成具有一定功能、结构的过程。有序产业结构的形成便构成产业“链”的形式。

产业链作为循环经济系统的重要组成部分，其本质是用于描述一个具有某种内在联系的企业群结构，是一个相对宏观的概念，存在两维属性：结构属性和价值属性。循环经济系统产业链结构复杂，主产业系统包括产业链系统、各产业的内部生产系统、组织系统、工艺系统、环境系统和节能减排系统等多个相互关联的子系统。整个系统的特性既体现在各个子系统的单独特性上，又体现在子系统之间相互关联耦合的特性上。

1.2 循环经济系统产业链结构复杂性信息熵模型的建立

1.2.1 熵作为复杂性的度量

物理学家劳厄说过：熵与几率之间的联系是物理学最深刻的思想之一。本论文依据信息熵的基本意义，求出每个基本评价要素信息量对总体信息量贡献程度，建立几率与熵的相互关系，进而求出各评价因素的熵复杂信息量。

(1)

1.2.2 评价要素的确定与其熵复杂信息量

以熵作为尺度来测度循环经济系统产业链结构的复杂性，其评价维度模型如图1所示。

图1 循环经济系统结构复杂性评价树图

1)节点：设系统在点j处发生物质的喂给，即原料的输入点也是产品的输出点，点j称为节点。其中1≤j≤m，m为节点总数。

2)群落等级：指循环经济系统中产业链的等级层次结构。群落等级越多，复杂性越大。节点j的群落等级复杂性信息量为：

(2)

其中n为群落等级总数，则产业链群落等级总复杂性信息量为：

(3)

3)m为节点总数：代谢跨度：指代谢上游产业直接喂给代谢下游产业的数目。代谢跨度越大，上、下层关系数越大，复结构越复杂。设节点j的代谢跨度为x2j，节点j的代谢跨度复杂性信息量为：

(4)

则产业链代谢跨度总复杂性信息量为：

(5)

4)节点度数：指进入和输出节点的链条数。设节点j的度数为x3j，节点j的度数复杂性信息量为：

(6)

则产业链节点度数的总复杂性信息量为：

(7)

其中m为节点总数。

5)关系数：循环经济系统中不同层次间和各个要素间的横向与纵向间的相互关系的数目，它是度量循环经济系统产业链结构复杂性的重要指标。这里定义关系集合R={r1：直接喂给关系，r2：间接喂给关系，r3：在较高级别上并列关系，r4：在较低级别上并列关系，r5：在同一级别上并列关系}。

(8)

m为节点总数。

则产业链节点关系数的总复杂性信息量为：

(9)

m为节点总数。

6)节点连通度：在产业链的各节点上，从产业链起始节点出发经过此节点到达末端节点的产业链的条数。节点的连通度越大，该节点与产业链上其它节点联系越紧密，产业链结构越复杂。设节点j的连通度为x5j，所有节点的连通度之和为x5，则节点j的连通度复杂性信息含量为：

(10)

m为节点总数。

则产业链节点连通度总复杂性信息量为：

(11)

1.2.3 统一复杂性信息量的计算

定义一个n维复杂信息力能尺度空间，W=W1×W2×…Wn为n维熵空间，n为W的第一次划分Wi的维度，ni为分量Wi的维数。若设Φ是一个影像，由Φ：W1×Wi×…Wn→Hn所定义，那么Φ是H上的n维张量。

(12)

这是在能分量Wi-1的之后分量Wi需要产生的全部复杂信息力能信息量，则

(13)

(14)

是全部张量的熵值，为全部需要产生的复杂信息量。

(15)

2 实证研究：典型煤炭行业循环经济系统产业链结构复杂性测度

依据上述模型，对同煤塔山循环经济园区和西山煤电集团古交循环经济园区产业链结构进行复杂性测度评价，二者产业链结构如图2、3所示。

图2 西山煤电集团古交循环经济产业链结构图

图3 同煤集团塔山循环经济产业链结构图

对上面两个循环经济产业链运用上述评价模型进行计算，计算结果如表1、2所示。

表1 西山煤电集团古交循环经济系统产业链结构复杂性评价表

表2 同煤集团塔山循环经济系统产业链结构复杂性评价表

由表1、表2得西山循环经济园区和塔山循环经济园区产业链结构复杂性要素的熵信息含量向量为：

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)计算得两者总的复杂性信息含量分别为W西山E=0.8574，W塔山E=0.3527。

上述数据表明，古交循环经济园区产业链结构复杂性因素——群落等级、代谢跨度和节点度数的熵信息含量明显大于塔山，关系数两者基本持平，而节点连通度稍低于塔山循环经济，这与直观感觉比较吻合。群落等级、代谢跨度和节点度数对循环经济产业链结构复杂性贡献较大，因而对循环经济系统来说，要降低复杂性应从这几个方面入手。

3 结束语

循环经济系统产业链设计可通过总结经验教训或借鉴于先进的模式，吸收新的结构方面的知识信息，应用于产业链的改进，使产业链的结构优化，以减少其结构复杂性。依据此理论与方法可以对具体不同的循环经济产业链进行结构复杂性评价，划分研究对象的复杂性分类级别，为减少复杂性、实行简约化设计与运行提供理论依据。

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