基于三维状态空间模型的石化企业生态承载力评价研究

孙洪海，肖艳玲，王艳秋

（东北石油大学经济管理学院，黑龙江大庆163318）



基于三维状态空间模型的石化企业生态承载力评价研究

孙洪海，肖艳玲，王艳秋

（东北石油大学经济管理学院，黑龙江大庆163318）

采用生态承载指数模型和状态空间模型相结合的方法测算石化企业的生态承载力，验证三维状态空间模型应用于企业生态效率测算的可行性和适用性，能为石化企业的生态效率状态判断提供理论工具。该方法有助于发现石化企业发展过程中资源、经济、环境之间的问题，从而为相关企业管理者制定可持续发展战略提供决策参考。

石化企业；三维状态空间模型；生态承载力；生态效率

一、引言

生态效率的思想最早起源于20世纪70年代，是由加拿大科学委员会（SCC）提出的，80年代，世界自然保护联盟（IUCN）将生态效率引入世界保护战略，1990年，学者Schaltegger和Sturn首先对生态效率定义给予界定［1］，90年代后，国际上开始兴起对生态效率的研究，不同组织、学者等分别给出了生态效率的定义。最具影响力的是世界可持续发展工商理事会（WBCSD）于1992年给出的生态效率定义，定义中重要的思想是降低资源、能源使用强度，提高可再生资源的使用效率，加强物质回收，减少有毒物质排放，尽量使企业在整个生命周期中对资源的消耗强度、对环境的污染程度降低到与生态承载一致的水平。［2］2000年，该内涵被进一步明确并确定了三大目标：一是减少资源消耗，二是减少对环境的影响，三是增加产品价值。［3］承载力的概念源于自然生态学理论，20世纪20年代，承载力的概念被引入人类生态学领域［4］，1995年，获得诺贝尔经济学奖的Arrow发表的关于“经济、环境、承载力”的文章，引发了学术界对承载力研究的热潮。［5］Bishop于1974年第一次提出环境承载力的定义［6］，有些学者把环境承载力的英文名（ecological carrying capacity）翻译为生态承载力，所以现在提得更多的是生态承载力。本文根据WBCSD提出的生态效率定义，在承载力理论的基础上，将生态承载指数模型和状态空间模型相结合，从经济、资源、环境三个方面来描述石化企业资源使用、环境影响和经济发展的相互作用及互动关系，构建三维状态空间模型，建立评价指标体系，对某石化企业生态效率进行评价。

二、建立石化企业生态承载力指标体系

生态效率作为一种新兴的管理理念，强调企业在实现高利润的同时，要承担保护环境的责任；企业在提升效率、减少环境污染的同时，要节约成本，提升企业竞争力。基于状态空间模型及承载力理论构建的三维状态空间生态承载力模型，对某石化企业从经济、资源、环境三个方面来描述它们之间的相互作用。在三维状态空间中，石化企业是对自然资源、社会环境的施压者，三维状态空间的三个轴分别代表某石化企业的经济运营状况、资源使用状况及企业对社会环境的影响状况，该模型可以准确反映企业经济、资源及环境之间的紧密互动关系。本文结合某石化企业的生产技术特点、生态效率目标、可持续发展的要求，构建石化企业生态承载力指标体系。该体系包括经济、资源、环境三类指标及状态层、变量层，见表1。

表1　石化企业生态承载力指标体系

三、模型的建立和计算

（一）构建三维状态空间模型

状态空间模型由系统中反映要素状态向量的三维状态空间轴组成，是欧氏几何空间进行系统状态定量分析的一种可行方法。三维状态空间轴分别代表经济、资源和环境三要素，空间点代表生态承载状态点，生态承载状态点反映一定时间企业的承载状况，状态空间原点与系统生态承载状态点构成的矢量模反映企业承载力的大小。该种方法是通过定量计算、测度来反映企业承载能力和承载状态的有效方法。

某石化企业的生态效率状况可以通过企业的承载空间的承载力状态来反映。状态空间的三个轴分别表示资源、经济、环境，如图1所示。图1曲面为某石化企业生态承载曲面，高于该承载曲面的点，如B点，表示该企业处于超载状态，在曲面上的点，如C点，表示该企业处于满载状态，低于该曲面的点，如A点，表示该企业处于可载状态。

图1　某石化企业三维状态空间模型

评价某石化企业生态效率的生态承载力模型，即三维状态空间模型为：式中，ECC为企业生态承载力；为有向矢量模；xi为理想状态值，i=1，2，…，n；ω为xi轴的权重。

（二）模型计算步骤

第一，确定企业承载力值，即规划值或理想值，ECCi，i=1，2，…，n；

第二，确定指标权重ωi，i=1，2，…，n；

第三，确定指标现状值ECSi，i=1，2，…，n；

第五，计算企业生产所产生的实际生态压力，即在经济、环境、资源三维状态空间中，点距离原点的加权距离

第七，判断企业的实际承载状况，当D＞ECC时表示超载，当D=ECC时表示满载，当D＜ECC时表示可载。［7］

（三）模型计算

某石化企业建于1962年，是以炼化生产为主，集工程技术、矿区服务、多种经营为一体的大型企业，其将节能管理纳入工艺技术管理，多措并举，取得了一定成效。该企业节能降耗管理的最大特点是“精到每个人，细到每个点”，即将节能降耗指标层层细化分解到每个岗位，采取各种优化方案，如停运重整精馏系统、拆除闲置装置、关停水煤浆锅炉、对伴热系统实施优化、探索性地关停装置内蒸汽伴热线93条等，优化方案的实施使装置的能耗大大降低，污水回用工程开车正常，降低了污水排放。整合蒸汽系统、燃料系统、低温热系统，为优化方案的实施提供了条件。通过积极引入新技术，实行工艺流程、质量管理、节能减排同步运作，近些年某石化企业在节能减排方面取得了突破性进展。下面以某石化企业为例，验证三维状态空间模型应用于企业生态效率测算的可行性，为企业的生态效率状态判断提供理论依据，同时，也使某石化企业了解自己所处的生态效率状态，为制定可持续发展战略提供理论依据。

1.采用层次分析法（AHP）确定权重

AHP法包括两个步骤：一是请相关专家对指标体系进行重要度比较和评分，构建判断矩阵，然后根据判断矩阵的特征向量确定下级指标对上级指标的贡献率。二是进行一致性检验。为保证指标权重的合理性和科学性，本文选取10名生态效率方面的专家及企业从事相关工作的人员进行评分，去掉一个最高分和一个最低分，最后根据平均值得到两两对比的比重值，再进行一致性检验。

一级指标判断矩阵如表2所示。

表2　一级指标判断矩阵

计算得到的一级指标权重向量为（0.121，0.341，0.538）T，经一致性检验，结果具有满意的一致性。

二级指标判断矩阵如表3所示。

表3　二级指标判断矩阵

计算得到的二级指标权重向量为（0.125，0.101，0.177，0.241，0.090，0.266）T，经一致性检验，结果具有满意的一致性。

同理，分别计算每个二级指标下三级指标的权重向量，进行一致性检验，获得各级指标权重后，再通过各级指标的组合权重确定各指标的最终权重。指标权重如表4所示。

表4　各级指标权重

2.构造向量

某石化企业生态承载力的指标分为两类：一类是反映企业发展的正指标，即承压类指标；一类是反映对企业发展施加压力的逆指标，即压力类指标。计算构造向量，=ECSi（opr）ECCi时，承压类指标=ECCi/ECSi，压力类指标=。

本文采用问卷调查和访谈两种方式，收集某石化企业2010年的相关数据，一部分数据通过企业获得，一部分数据通过国家环保局发布的石油炼制行业清洁生产标准获得。根据收集的某石化企业生态效率指标理想值及现状值，依据三维状态空间模型原理，计算得到ECS*i，见表5。

表5　某石化企业生态效率指标理想值、现状值及?

3.计算结果

为了方便计算，首先将指标权重进行归一化处理，得出各指标权重，如表5所示。根据表5及上述公式计算某石化企业的实际生态承载力，即三维状态空间中点到原点的加权距离D：

企业的总生态承载力为

四、结论

本文采用三维状态空间模型对某石化企业生态承载力状况进行分析，得出以下结论：

某石化企业的实际生态承载力为12.49，企业的总生态承载力为11.98，根据石化企业生态承载力判断依据，该企业生态承载力处于超载状态，说明该企业目前生态效率状况偏离企业生态效率发展目标。

通过对表5中各指标权重及理想值、现值等数据进行深入分析，发现该企业污水中酚含量、废气排放量、原油加工损失率等指标偏高，处于超载状态。工业废水处理率、工业废气处理率等指标为1，处于满载状态。新鲜水使用量、单位原油耗水量、工业污水单排量、污水中含油量、污水中硫化物含量等指标偏低，处于可载状态。

通过应用三维状态空间模型对该石化企业进行生态承载力评价发现，该石化企业需要在以下几方面进一步改进完善，以促进企业生态效率的提高，实现企业可持续发展的目标。一是该企业应在生产工艺技术上进行改进，尤其是节能技术的改进；二是企业应对资源使用效率进行改进，如水、原材料、能源的使用效率；三是企业应改进污染物的处理技术，提高污染物的处理率。

本文采用状态空间模型和生态承载指数模型相结合的方法来描述企业的经济、环境、资源的相互作用，通过状态空间的三个轴准确描述企业经济发展、资源使用、环境保护紧密相连的互动关系，采用生态承载指数模型和状态空间模型相结合的方法测算石化企业的生态承载力并进行实例分析，进一步验证了三维状态空间模型应用于企业生态效率测算的可行性和适用性，为企业生态效率状态判断提供理论依据。该方法有助于发现石化企业发展过程中资源、经济、环境间的问题，为相关企业管理者制定可持续发展战略提供参考。

［1］Willard B.The Sustainability Advantage：Seven Business Case Benefits of a Trip le Bottom Line［M］.Gabriol Island：New Society Publishers，2002.

［2］Bjrn Stigson.Eco-efficiency Creating More Value with Less Impact［M］.New Youk：WBCSD，2000：5-36.

［3］WBCSD.Measuring Eco-efficiency：A Guide to Reporting Company Performance［R］.Geneva：World Business Council for Sustainable Development，2000.

［4］高吉喜.可持续发展理论探索——生态承载力理论、方法与应用［M］.北京：中国环境科学出版社，2001.

［5］Arrow K，Bolin B，Costanza R，et al.Economic Growth，Carrying Capacity and the Environment［J］.Science. 1995，268：520-521.

［6］许联芳，杨勋林，王克林，等.生态承载力研究进展［J］.生态环境，2006，15（5）：1111-1116.

［7］孙源远.石化企业生态效率评价研究［D］.大连：大连理工大学，2009.

责任编辑：张岩林

Evaluation of Ecological Carrying Capacity of Petrochem ical Enterprises based on 3D State Space M odel

SUN Honghai，XIAO Yanling，WANG Yanqiu
（Economic Management Institute，Northeast Petroleum University，Daqing，Heilongjiang 163318，China）

A new approach is proposed to calculate the ecological carrying capacity of petrochemical enterprises，using the method of ecological carrying capacity index model and the state spacemodel.The feasibility and applicability of applying the three dimensional state spacemodel to the calculation of enterprise ecological efficiency are tested.The results show that thismethod is helpful in finding the problems of resources，economy and environment in the development of petrochemical enterprises.

petrochem ical enterprises；three-dimensional state spacemodel；ecological carrying capacity；eco-efficiency

X22；F424

A

1673-5595（2016）01-0007-04

10.13216/j.cnki.upcjess.2016.01.0002

2015-10-01

国家社会科学基金项目（14BJY072）

孙洪海（1968—），男，吉林双阳人，东北石油大学经济管理学院博士研究生，研究方向为能源经济、生态效率评价。