基于SD的集装箱港口经济绿色增长投资决策

郑红星，贺国燕，隋延清

（大连海事大学 交通运输工程学院，辽宁 大连 116026）

1 引言

“十三五”期间，港口发展面临着新的机遇与挑战，要求港口应该在经济、能源和环境三者协调下实现可持续发展。而目前集装箱港口高能耗、高排放、低效率的传统发展方式已经成为制约集装箱港口经济绿色增长的枷锁，为促进集装箱港口经济、能源和环境的协调发展，提出合理的绿色增长投资决策方案是成功打开枷锁的重要一步，因此研究集装箱港口绿色增长投资决策问题，对实现集装箱港口经济绿色增长具有重要意义。

国内外学者关于港口经济绿色增长投资决策的研究成果较为丰富，根据投资决策的侧重点不同，可以分为港口核心设备作业能力投资决策和环境污染治理能力投资决策两个方面。

在港口核心设备作业能力投资决策方面，Villa[1]以墨西哥港口为研究对象，认为加大陆地基础设备投资可作为港口改革的重点。Hernandez G D 等[2]指出新技术的应用可以推动港口设备以及运营能力的提升。Akhavan M[3]指出增加港口基础设备投资可有效提升港口的通过能力，为港口货物吞吐量的增长创造硬性条件。刘沛[4]等指出港口陆路集疏运基础设备投资应向铁路基础设备投资倾斜，形成铁路与公路良好竞争的合作局面。

在港口环境污染治理能力投资决策方面，杨秀妍[5]以天津港为例建立了港口大气污染物排放清单，指出港口需加大环保力度，减少大气污染物随着吞吐量增加而逐渐加重的趋势。郭子坚等[6]引入生态承载力供需平衡指数，构建港口生态承载力系统动力学模型，指出增加环保投资可减少港口生态压力。赵黎明等[7]利用系统动力学建立了港口经济贡献模型，指出实施节能减排比单方面加大环保设施投资效果更好。郭振峰等[8]、乔文怡等[9]指出加大对环保措施投入下的节能减排效果并不理想，应以城市产业结构调整为主，以节能减排措施为辅。范小莉等[10]、彭宜蔷等[11]建立了港口机械排放清单，指出进一步提高清洁能源的使用比例，是港口实现节能减排的重要措施。

综上，从研究内容上，已有研究大多以港口可持续发展结构及能力评价、港城结构及经济互动作用机理、港口基础设施投资政策分析等为主；从研究方法上，主要采用层次分析法、系统动力学、动态分析、定性分析等。但是缺少综合考虑集装箱港口核心设备作业能力和环境污染治理能力两个方面，研究如何投资才能有效实现集装箱港口经济的绿色增长。

系统动力学作为一门以研究信息反馈为基础的学科，适合于非线性因素作用下高阶次复杂时变系统的动态行为模拟，能够清晰表达系统的过程机制，并进行时间尺度的推演[12],但目前在集装箱港口经济绿色增长的投资决策研究中鲜有应用。本文采用系统动力学理论与方法，在综合考虑集装箱港口经济、核心设备作业能力和资源环境等因素的基础上，构建集装箱港口经济绿色增长仿真模型，研究集装箱港口核心设备作业能力与环境污染治理能力的内在机理，为解决集装箱港口经济绿色增长投资提供决策依据。

2 集装箱港口经济绿色增长系统分析与模型构建

2.1 因果关系图和反馈回路分析

因果关系图是直接反映系统内部各个要素之间相互影响关系的有效方式。港口通过能力、航次数是影响吞吐量的重要因素，而吞吐量是港口收益的主要来源，伴随着吞吐量的变化，环境污染状况、港口损失成本及环保投资也随之发生改变，结合集装箱港口的经济特性，选取港口收益、核心设备投资额、环境污染治理能力投资额、环境污染经济损失、港口通过能力、港口航次数、到港船舶数量、港口吞吐量作为集装箱港口经济子系统指标；集装箱专用机械和水平运输机械是港口环境污染物排放的主要贡献机械类型[10]，其中集装箱港口机械设备主要有堆高机、集卡、岸桥、泊位、集装箱龙门起重机（场桥）、正面吊等[11]，选取集卡、港铁、岸桥、泊位作为集装箱港口核心设备子系统指标进行研究；由于港口的生产活动会导致能源、水、土地、岸线等资源消耗以及“三废”的大量排放[6]，选取能源、COD、固体废弃物、SO2作为港口资源环境子系统指标。根据港口内部各子系统之间相互联系、相互作用和相互影响的机制，构建因果关系图如图1所示。

图1 集装箱港口经济绿色增长因果关系图

反馈环1 反映了通过港口核心设备作业能力投资增加使港口通过能力提高，港口吞吐量增加，港口收益增加，促进了港口经济的发展；反馈环2、3 反映了港口能源消耗与污染排放主要来源于港口生产作业活动，港口吞吐量越大，港口机械作业设备运作越频繁，能源消耗量越大，污染物排放量越大，环境污染经济损失增加；反馈环4反映了环境污染治理能力投资增加，环境污染存量减少，由环境污染带来的经济损失减少。

2.2 集装箱港口经济绿色增长系统流图和动力学方程

在分析系统因果反馈回路的基础上，建立集装箱港口经济绿色增长系统动力学模型，如图2所示，从集装箱港口经济子系统、核心设备子系统以及资源环境子系统构建变量体系，共涉及55个变量，其中6 个水平变量，9 个速率变量，其余为辅助变量及常量。

3 实证分析

3.1 模型参数估计与模型有效性检验

以大连某集装箱港区为例，运用系统动力学模型对港区基本情况进行模拟分析。仿真系统是以2007年为基础年，以2030年为终点，仿真时间间隔DT=1年，模拟步长取0.625。模拟参数采用回归分析、取平均值、斜坡函数、阶跃函数、表函数等方法确定，数据来源于大连统计局网站、《中国港口年鉴》、《大连统计年鉴》及《大连市环境状况公报》等。

利用vensim软件完成模型的结构和量纲一致性检验，选取2007-2016年的仿真结果与实际数据进行对比，结果见表1，仿真结果与实际值偏差率小于5%，说明模型拟合精确度较高，适用性较强，能较为准确的反映集装箱港口内部各要素之间的互动机制，可以作为模拟与预测的依据。

表1 主要变量仿真结果与实际数据对比

3.2 仿真结果分析

图2 集装箱港口经济绿色增长系统动力学模型

为研究集装箱港口经济绿色增长的不同投资方案对港口发展的变化趋势，选取核心设备投资系数、环境污染治理能力投资系数、单位吞吐量固体废弃物产量、单位吞吐量COD 产量、单位吞吐量SO2产量作为控制变量，设定时间边界为2018-2030年，2018年为模拟基准年，进行仿真模拟，通过对控制变量取不同的值来展现不同的发展模式。各种发展模式的控制变量取值具体见表2。

通过仿真模拟研究四种方案的实施效果，仿真结果如图3所示。

自然增长模式下，集装箱港口经济虽然呈现增长状态，但是经济发展带来的资源环境问题日益严峻；与自然增长模式相比，核心设备绿色投资模式下，港口通过能力提升，吞吐量得到小幅度上升的同时，环境污染量相对减少；对比核心设备绿色投资模式与环境污染治理能力投资模式，环境污染治理能力投资模式未对集装箱港口吞吐量产生影响，由于港口收益增长缓慢带来的环境污染治理能力投资相对减少，则出现了图3所示的COD 存量呈现先增后降的发展趋势，以及SO2存量仍略大于核心设备绿色投资模式下的SO2存量的现象；对比协调发展模式与核心设备绿色投资模式，协调发展模式下集装箱港口吞吐量与港口收益增长的同时，污染物排放与能源消耗得到大幅度下降，实现了集装箱港口经济的绿色增长。因此，协调发展模式下，将环境污染治理能力投资中部分额度转投到核心设备的绿色化上，尽可能实现作业流程零排放；提高集装箱港口设备作业能力，减少作业单耗，是实现集装箱港口经济绿色增长的最优模式。

表2 仿真方案表

3.3 投资建议

根据以上仿真结果分析，得出了实现系统整体最优化的最佳方案，结合集装箱港口核心设备作业能力与环境污染治理能力投资决策的实际情况，本文提出以下投资建议：

（1）适当增加集装箱港口核心设备绿色投资，推行清洁生产作业工艺。继续推进以天然气等清洁能源为燃料的集装箱港口作业设备的应用，大力推进集装箱港口机械设备“油改电”、“油改气”工作，引导轻型、高效、电能驱动和变频控制的集装箱港口作业设备的发展；提升靠港船舶使用岸电技术，以降低船舶在港停靠期间污染气体的排放；优化运输结构，提高集装箱港口设备的作业效率，降低装卸单耗。

（2）加大环境污染治理能力投入，集约利用集装箱港口自然资源。实施固体废弃物分类处理，提高集装箱港口固体废弃物“减量化、再利用、资源化”水平；注重污水的有效处理和回收利用，完成对已有污水处理设备工艺技术进行改造；充分利用集装箱港口地区风能、太阳能、地热能、海洋能等可再生能源丰富的优势，提高可再生能源使用比例。

4 结论

在经济新常态下，如何实现集装箱港口经济绿色增长是目前集装箱港口发展的关注焦点，而集装箱港口核心设备的污染物排放和能耗已经成为集装箱港口经济增长中需要考虑的关键因素。本文以此为背景，在综合考虑集装箱港口经济子系统、核心设备子系统和资源环境子系统的基础上，建立了集装箱港口经济绿色增长系统动力学模型，揭示了系统内部各要素之间的互动机理。以大连某港区为例验证了模型的实用性，并借助系统动力学仿真模型进行发展模式模拟。研究结果表明：在提高集装箱港口核心设备作业能力投资的同时，将部分环境污染治理能力投资以适当的比例转投到集装箱港口核心设备绿色化上，从源头减少污染物的产生，可有效实现集装箱港口经济的绿色增长。

本文在考虑集装箱港口经济绿色增长背景下，对集装箱港口核心设备作业能力以及环境污染治理能力的投资效应进行了深入研究，有助于丰富和拓展集装箱港口经济绿色增长的理论研究。但并未得到两者确切的投资比例，还有待进一步的深入研究。

图3 四种方案的系统变量对比曲线