颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式效果评价

孙家庆， 唐丽敏， 党琴琴， 曹盛楠

(大连海事大学 交通运输管理学院，辽宁 大连 116026)

0 引 言

集装箱内衬袋是一种新型的能够储存和运输各种无危险液体和化学制品的容器，被置于20英尺的集装箱内,最理想地利用集装箱运输方式.与传统编织袋类小包装和吨装袋物流模式相比，集装箱内衬袋物流模式不仅能解决大宗散装非危险粉体货物门到门运输所涉及的新型包装载体的技术问题，而且倡导经济性、安全性、环保性和便利性的经营理念.尤其是随着绿色物流理念日益在欧美国家得到广泛认同[1-4]，传统上散货运输的颗粒、粉体等货物，如谷物、面粉、塑料粒子、各种化工用原料等,也转换成集装箱内衬袋运输[5].

近年来，绿色物流、港航物流与环境的关系在我国得到较为深入的研究.[6-8]随着我国成为化工品的生产与消费大国，化工物流量也随之迅猛增加，许多学者[9-11]对化工物流市场、化工物流模式及网络设计等进行研究.目前，我国颗粒化工品物流大多仍沿用传统的袋装包装工艺，既浪费资源也给环境带来严重影响.随着颗粒化工品物流由“注重经济性”向“经济性和环保性并重”的方向转型，颗粒化工品物流也将逐步采用集装箱内衬袋物流模式(见图1)，但对于这种新型物流模式的效果以及如何加大推广力度，国内外学者仍缺少研究.基于此，本文借鉴相关学者[12-14]应用系统动力学理论的实践，对颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式的经济效果与政策模拟进行深入探讨，并基于节能环保的视角提出加快推进该物流模式的相关建议.

图1 颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式

1 系统动力学模型建立与检验

1.1 系统结构与假设

图2 物流模式系统结构

如图2所示，改进的颗粒化工品物流系统是由经济、环境、物流和能源所构成的一个复杂的动态系统.该动态系统起源于化学工业产值，化学工业产值与颗粒化工品物流量之间是相互促进的正向关系.随着颗粒化工品物流量的增多,大量的能源被消耗，排放的污染物加重环境污染.环境污染会制约化学工业经济的可持续发展，同时也限制颗粒化工品物流量的可持续增长.一方面，目前我国经济发展的战略从“重经济增长轻环境保护”向“保护环境与经济增长并重”转变，环保意识逐渐增强;另一方面，化学工业产值增长自然会带来环保投资能力增强，拥有环保技术的支持，环境污染的压力势必得以舒缓.

本文重点分析物流与经济、物流与环境、物流与能源之间的关系，因此，改进的颗粒化工品物流系统的系统动力学模型主要基于假设：(1)只考虑化工品物流业和化学工业之间的关系，未考虑化学工业与其他产业之间的关系;(2)主要考虑化工品物流业对能源和环境的影响，未考虑化学工业中其他部门对能源和环境的影响;(3)假设经济发展稳定，各种运输方式的货物周转量以及能源消耗稳定增长;(4)从颗粒化工品物流模式的CO2排放入手，对物流的节能减排效果进行分析.

1.2 模型因果关系与反馈结构分析

系统各变量之间的因果关系见图3.

图3 物流模式系统动力学模型因果关系

从图中不难看出模型中包括3条回路.回路1：化学工业产值→+化工品价值总额→+化工品物流总费用→+化工品物流总产值→+颗粒化工品物流量→+颗粒化工品物流费用→+颗粒化工品产业增加值→+化学工业产值;回路2：化学工业产值→+化工品价值总额→+化工品物流总费用→+化工品物流总产值→+颗粒化工品物流量→+颗粒化工品物流费用→+物流能源消耗→+CO2排放→+污染损失→-化学工业产值;回路3：化学工业产值→+环保投资→+颗粒化工品污染治理费→+CO2减少量→-污染损失→-化学工业产值.

结合颗粒化工品物流模式系统的因果关系，运用Vensim，可形成反馈结构图,见图4.

1.3 模型参数表达式推导

参数表达式主要采用时间序列回归及数学推导方式得到.回归预测用于宏观经济数据预测，而数学推导主要用于物流能源消耗的计算.

图4 物流模式系统动力学模型反馈结构

(1)回归预测.模型中化工品物流总产值与颗粒化工品物流量、颗粒化工品产业增加值与颗粒化工品物流费用、化工品物流总费用与化工品价值总额等经济时间序列间的定量关系，通过对数据对数处理后进行计量经济分析、建立变量之间的回归模型得出.以颗粒化工品产业增加值与颗粒化工品物流费用之间关系为例，应用EXCEL中散点图趋势线得出y=0.867 6x+31.315(其中y表示颗粒化工品产业增加值，x表示颗粒化工品物流费用)，R2=0.923，说明y与x之间的拟合度很高.

(2)数学推导.利用数学推导方法确定物流能源消耗，建立4种运输方式货物周转量、3类能源消耗及CO2排放之间的关系.设第i种运输方式货物周转量为Ti,第i种运输方式单位货物周转量消耗的第j种能源量为Cij，则总能源消费

由于模型中能源单位统一用标准煤替代，所以Cij在模型中意义为第i种运输方式单位货运周转量消耗的标准煤量.

1.4 模型参数的确定

模型预测范围为2001—2015年，其中2001—2010年为模型的检验年，步长为1年.模型参数的确定采用系统动力学常用的参数确定方法，如观察法、经验法、估计法、拟合法等.

总产值增长系数：由于化学工业总产值增长率波动较大，模型总产值增长系数以表函数形式反映不同时期内化学工业总产值增长的差异.总产值增长系数决定产业经济自然增长率.利用Vensim中〈Time〉函数表示2001—2010年实际增长系数，假设预测年(2011—2015年)化学工业总产值增长平稳，根据拟合法将系数设定为0.205满足模型要求.

化工品物流总费用：根据《中国物流年鉴》可以得到GDP、社会物流总费用、化学工业总产值的历年数据，通过各变量之间的比例关系可以推导出化工品物流总费用.

颗粒化工品物流总费用：根据经验法以及相关化工网站的资料，颗粒化工品物流总费用约占化工品物流总费用的三分之一，本文取0.3.

颗粒化工品物流量：根据CNKI年度行业数据分析，可以得到化工品铁路周转量的历年数据，其中，数据显示颗粒化工品铁路周转量约占化工品铁路周转量的60%，再根据各种运输方式下颗粒化工品周转量的比重可以折算出颗粒化工品总的物流周转量.

其他已知参数及折算参数见表1.

1.5 模型有效性检验

在使用Vensim建模的过程中，使用软件所提供的编译检错和跟踪功能，完成对模型结构适用性检验及对结构与实际系统的一致性检验，因此，以下只需要对模型行为的一致性进行检验.

(1)模型行为是否重现参考模式.模型的行为应该能够重现各种参考模式，不能重现或再现参考行为模式的系统动力学模型是无法应用的.因全国化学工业总产值和化工品价值总额这2个变量具有可比性、准确性，将这2个变量定为检验变量.通过模拟获得的这2个变量的行为模式(见图5)符合最初的参考模式.

表1 颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式系统动力学模型参数估计

图5 行为模型模拟结果

(2)统计学方法的检验.通过对表2中相对误差的分析可知，模型的仿真模拟值与历史值的误差的绝对值不超过10%，说明运行结果与实际数据高度拟合.经过上述多方检验，说明建立的系统动力学模型能有效反映实际系统，可用于进行仿真模拟和政策分析.

2 物流模式效果分析

2.1 环保效果分析

传统的颗粒化工品物流过程中，并不存在集装箱、内衬袋，对此，根据模型参数定义，内衬袋、集装箱占有比例均设置为0.图6表示内衬袋占有率与物流CO2的排放量的关系.

表2 化学工业产值与化工品价值总额模拟效果对比

图6 内衬袋占有率与物流CO2排放量的关系

模拟结果显示，至2015年若颗粒化工品物流模式中全部采用内衬袋包装，每年可以减排98.31万t的CO2，相对于传统的颗粒化工品物流模式而言,内衬袋包装模式节能减排的效果已经相当显著.

当集装箱内衬袋物流模式被全部应用于颗粒化工品物流模式系统中时，内衬袋、集装箱占有比例均设置为100%;鉴于集装化的运输、仓储、装卸模式，根据经验得知集装箱的货损污染率为0.2%～1%(本文取1%).由此可以根据模型计算出颗粒化工品物流系统改进后所减少的污染损失.表3为传统颗粒化工品物流模式下与改进后的颗粒化工品物流模式下污染损失的对比.

表3 污染损失模拟对比 亿元

由图6和表3可知,颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式的环保效果明显，包装环节每年可以减排近100万t的CO2，而减少的环境污染损失更是效果显著，每年大约可节约环保投资15亿元.

2.2 经济效果分析

通过系统模型的模拟计算，如果颗粒化工品采用“内衬袋+集装箱”的物流模式，至2015年化工品产值将增加142亿元，可见新模式系统经济效果明显.2011—2015年化学工业产值变化见表4.

表4 产业增加值模拟对比 亿元

3 物流模式的政策模拟与相关建议

3.1 政策模拟

(1)增加环保投入.在原有投资的基础上，按不同比例追加环保投资，节能减排效果见图7.至2015年，当环保投资分别增加0.1%，0.3%和0.5%时，CO2排放分别降低4%，12%和21%.

(2)调整运输方式间货运周转比重.公路运输的CO2排放最大，假设降低颗粒化工品公路货物周转量比重分别为2%,3%和5%，分析对节能减排的贡献程度,模拟结果见图8和9.从图8和9中可得:至2015年，当公路货物周转量分别降低2%，3%和5%时，CO2排放分别降低10%，16%和26%；能源消耗分别降低7%，11%和18%.

(3)调整能源消费结构.假设提高天然气消费比重分别为1%,5%和10%，分析对CO2排放的影响，模拟结果见图10.至2015年,当天然气比重分别增加1%,5%和10%时,CO2排放分别降低1%，5%和11%.

图9 降低公路货运比重对物流能源消耗的影响 图10 提高天然气消费比重对物流CO2排放量的影响

3.2 对策建议

颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式的推广与发展更应该着眼于节能减排的目标.实施节能减排的工作可以从3个方面进行：(1)短期规划中应增加节能减排财政支出，包括增加环保与科技创新投入;(2)中期规划中应当调整颗粒化工品物流业中运输方式比重，降低公路货物运输比重，提高铁路及内河航运比重，国家应加大对铁路及内河航运网络的投资，提高其供给;(3)长期规划中应大力改善能源消费结构，积极开发与推广新能源，提高液化天然气等新能源在总能源消耗中的比重，降低环境污染.

4 结束语

本文通过对颗粒化工品集装箱内衬袋物流模式的系统动力学模型的定量分析，表明该模式具有良好的资源节约性及环保性.此外，在对该物流模式系统进行政策模拟的基础上，从节能减排角度提出相关对策建议.

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