基于系统动力学的中国绿色增长评价模型研究

郝 芳， 王 雪 华， 孔 丘 逸

(大连理工大学 管理与经济学部， 辽宁 大连116024)

基于系统动力学的中国绿色增长评价模型研究

郝 芳， 王 雪 华， 孔 丘 逸

(大连理工大学 管理与经济学部， 辽宁 大连116024)

通过易混概念辨析，明确指出绿色增长是社会发展的阶段性解决方案，确定绿色增长着重强调生态创新能力的本质内涵。利用系统动力学建模方法，分析了社会、经济、资境环境和能源4个子系统间的联系制约关系，构建了中国绿色增长评价模型。选取了6种发展模式，对中国2005～2020年绿色增长情况进行了仿真与评价。结果表明：现有生态创新水平不能实现 “十三五”绿色发展目标，只有全面提升各领域的生态创新能力才能实现绿色增长最优，其中源头治理优于末端治理；长期来看，引导居民进行绿色生活，环保成效最为显著。

绿色增长；指标体系；系统动力学模型；模拟仿真

一、引 言

绿色增长概念于2001年Murgai首次明确提出后即获得国际社会的广泛认同，被视为实现可持续发展的关键战略[1-2]。2009年34国部长签订《绿色增长宣言》，宣布把“绿色增长”策略作为应对金融危机的重要手段。随后OECD发布《迈向绿色增长》报告，从定义、必要性、政策框架、评价及实现手段等方面对绿色增长理论进行完整概述[3]，“里约+20”峰会进一步提出绿色发展的时间节点路线图。绿色增长逐渐成为各国寻求新的发展动力和发展优势、实现经济转型、提升国家竞争力的关键助力。

为解决经济与资源、环境之间的矛盾关系，我国提出“绿色发展”概念，强调走效率、和谐、可持续的绿色增长之路。2010年起，绿色发展指数年度报告陆续发布，对各省(市、区)经济发展和资源环境保护情况进行综合评价[4]；武春友组织了绿色增长理论与实践的国际比较研究；冯丹龙提出将绿色增长提升到国家战略高度的全国政协提案。绿色增长理念上升到国家战略层面，成为“十三五”发展的指导思想。

然而，关于绿色增长的研究仍处于初步阶段，一方面，对绿色增长的定义尚未达成一致意见，如OECD认为绿色增长关键是经济增长同时保证自然资产的永续利用[3]9，世界银行提出“包容性的绿色增长概念”，强调经济的高效绿色发展[5]，韩国则更关注于通过发展绿色技术实现绿色革新进而达到经济环境的和谐[6]；另一方面，绿色增长的评价指标和评价模型尚未达成统一，在指标设置方面，OECD、UNESCAP、GGKP、ESCAP等国际组织分别从自然资本、生态效率、投入产出、社会经济环境协调均衡等角度制定评价指标[3]122,[7-9]，墨西哥、捷克等国家对国际组织指标进行细化，在评价指标中加入生产消费、社会公平等因素[10-11]，使其更加切合本国国情；在模型构建方面，系统动力学因其擅长处理周期性、高阶、非线性问题的特点被广泛用于绿色增长等社会经济领域研究：Wei Jin建立了生态足迹(EF)系统动力学，发展了动态的 EF 预测框架[12]，Shen从人口、经济、住房、交通和城市开发土地5个子系统出发，建立了可持续的土地利用和香港城市发展的系统动力学模型[13]，佟贺丰通过对农业、森林、绿色建筑等7个行业从绿色经济的角度进行界定和模拟，得出走绿色发展道路，中国经济可以实现更有质量的增长[14]。

本文通过对绿色增长进行概念定义，以此为基础从社会民生、经济、资源环境和能源4个子系统出发构建我国绿色增长评价指标，进而建立“十三五”发展视角下我国绿色增长系统动力学模型并进行仿真模拟，探索“十三五”时期我国绿色发展策略。

二、模型构建

1.概念内涵辨析

明确绿色增长内涵是制定评价指标的基础。绿色增长内涵始终未达成统一，一方面是因为存在生态经济、循环经济、绿色经济等大量易混概念，绿色增长概念边界越来越模糊，另一方面是现有的绿色增长概念定义过于泛化，缺乏对绿色增长特点的鲜明阐述。

梳理各概念含义，发现概念间研究侧重点存在显著差异，有明显层次之分，如图1所示。低碳经济追求高能效、低能耗，强调温室气体排放的可测量、可报告、可核查；循环经济表现在源头预防和全过程治理两方面，遵循“减量化、再使用、再循环”原则，二者具有较强的实践指导性；绿色增长与绿色经济都以高新技术为支撑，强调保护资源环境的同时实现经济快速发展，比低碳经济和循环经济更有宏观性，是社会问题的阶段性解决方案；生态经济追求通过转变宏观经济发展模式实现生态平衡，关键字是宏观，是一种理想的可持续发展的状态，相比之下，绿色增长更具动态性；可持续发展是社会发展的最终目标。因此，绿色增长是一种阶段性和动态性的发展模式。

图1 易混概念层次关系

对比国际组织对绿色增长的定义，发展的最终目的都可以归纳为实现经济、环境、气候、社会的全面协调发展，低碳生产、清洁生产、绿色革新等实现途径的多样化也都以环境改善为导向。在OECD发布的生态创新研究报告中，明确生态创新是“与相关替代事物相比，能带来环境改善的、新的或显著改善的产品(商品和服务)、工艺流程、市场方法、组织结构和制度安排”[15-16]，这与绿色增长的内涵高度一致。因此可以说生态创新完美阐述了绿色增长的理论新意，绿色增长的特点可以概述为生态创新或绿色创新。所以，绿色增长作为阶段性发展目标，强调提升生态创新水平，实现社会、经济、环境资源等的协调发展。

2.评价指标构建

评价指标既要满足科学性、完整性要求，又要立足我国国情和发展现状，突出生态创新的内涵。参考OECD等指标体系，指标应囊括社会、经济、资源环境和政策4大方面[3]122,[7]9,[9]10；对照中国“十三五”规划的主要发展指标，对经济、资源环境、生态气候和社会民生的评价设置是绿色增长指标不可或缺的一部分[17-19]；从目标和途径两方面对生态创新进行分析，生态创新目标不仅是经济增长，同时也是实现环境改善，实现途径包括产品、工艺、市场方法、组织结构与政策制度等方面的变革。综上所述，中国绿色增长模型应涵盖社会、经济、能源、资源环境4个子系统，从模型调节指标和观测指标角度出发设置评价指标如表1所示。

表1 中国绿色增长评价指标体系

其中，社会子系统包括人口和社会民生两大类，人口主要讨论人口总量、自然增长率、老龄化问题，社会民生通过失业率、医疗卫生水平和生活方式反映；经济子系统以GDP为核心，选取第三产业占比作为观测变量；环境子系统中，废水、废气和固体废弃物(总称“三废”污染)是主要的评价指标；能源子系统中，以能源技术低碳化、能源使用高效化为发展导向，使用万元GDP二氧化碳排放量代表经济生产对生态气候的破坏程度，万元GDP能耗表示节能降耗现状。

3.模型结构分析

模型结构分析主要是分析系统因果反馈关系，进而绘制系统因果关系图和系统动力学流图。选取2005至2015年面板数据，时间间隔DT为1年。数据取自《中国统计年鉴》《中国环境统计公报》《中国能源统计年鉴》等年鉴信息，同时借鉴中经网数据库、世界银行等互联网资源。利用SPSS通过回归分析确定系统各因子间的定量关系，缺失数据用插值法补全。

社会、经济、能源、资源环境4个子系统间相互影响、相互作用，关系复杂。反馈回路如图2所示：社会子系统内部，总人口受出生率和死亡率的共同影响；系统之间，社会子系统通过劳动力结构影响经济子系统，通过城镇绿色生活程度影响环境子系统。经济子系统内部，选取科技创新投资代表科技创新能力，与劳动力结构共同作用影响第三产业增加值。根据CD生产函数，固定资产投资影响工业增加值大小，系统之间，经济子系统是其他各子系统的发展基础，是造成环境污染和能源消耗的主要原因。此外，经济子系统还可以通过调整社保就业等财政支出政策影响社会子系统。

环境子系统内部，环境污染程度用“三废”存量表示；在系统之间，城镇生活和工业生产是“三废”排放的主要来源，“三废”排放率从侧面反映出环境治理的技术水平。“三废”处理率受技术水平和环保治理的综合影响，“三废”存量增加意味着环境污染加剧，会缩短人均寿命，影响死亡率变化。

图2 4个子系统反馈回路

能源子系统内部，能源消耗分为两大类：一类是煤、石油、天然气等化石能源的消耗，同时也是二氧化碳的主要来源；另一类是水电、核电、风电等非化石能源的消耗。系统之间，化石能源消耗主要受工业生产影响，非化石能源消耗受技术水平、政策等多方面因素影响。考虑数据易获性，此处选取全社会R&D经费投资代表科技和政策的双重作用。绘制中国绿色增长系统动力学因果关系图，如图3所示。

图3 中国绿色增长系统动力学因果关系图

因果关系图只能描述要素间的相关性和反馈过程，不能对不同性质的变量进行区分。因此需要分析各子系统研究侧重点，选取主要的反馈关系绘制系统流图作进一步研究。产能过剩、结构转型和新工业革命是“十三五”时期面临的主要发展难题；随着城镇化水平的提高，城镇废水、废气和垃圾清运量逐渐成为“三废”排放的重要来源；单位GDP能耗反映经济增长的效率和能源利用效率，是生态创新的主要观测指标，此外，人口死亡率受环境污染和社保医疗支出的双重影响，人口就业率直接影响经济发展，城镇生活方式直接映射为城镇“三废”的排放。因此绘制系统动力学流图，如图4所示。

图4 系统动力学流图

三、模型检验与仿真分析

1.模型检验

在进行模型仿真前，需要对模型进行历史性检验、一致性检验和极端值检验。在历史性检验时，除第三产业占比、“三废”存量、万元GDP二氧化碳排放量和万元GDP能耗4个观测变量外，加入总人口、工业增加值指标，分别代表社会民生系统和经济系统进行拟合结果评估。比较实际值和模拟值大小，二者相对误差绝对值均在5%以内，因此认为拟合效果良好，模型通过历史检验。

运用Model Check和Units Check对模型结构、方程和单位进行自检，模型通过了单位检查和语法检查。对部分参数取极端值，模型依然给出了基本合理的结果，因此系统比较强健，通过极端值检验。

2.基准情景模拟分析

基准情景模拟分析，即在现有生态创新水平不变情况下对“十三五”时期发展进行模拟，选定第三产业占比、万元GDP二氧化碳排放、万元GDP能耗与废气排放量作为观测变量，将基准情景模拟结果和“十三五”规划预期值进行对比，如表2所示。

回顾“十一五”规划和“十二五”规划历史数据，第三产业占比超越第二产业，碳减排成效显著，“三废”存量下降，生态创新能力不断提升，经济、能源、资源环境协调稳步发展，绿色发展水平显著提高。假定现有生态创新水平不变，进行模拟仿真，对比观测指标的基础模拟值和“十三五”发展目标值可以发现，第三产业占比出现降低趋势，而“三废”存量却反弹上扬，即“十三五”经济结构出现回溯倒退现象，这表明环境污染加剧，标志着现有的生态创新能力尚不足以实现“十三五”绿色增长水平优化的目标。基础模拟分析结果表明，第三产业发展主要受科技创新水平和劳动力数量影响，节能环保能力受资源利用率和废物处理率的影响，考虑短期内人口数量波动较小，所以“十三五”时期生态创新能力不足，绿色增长水平降低主要是因为第三产业发展需要更为强大的科技创新能力进行拉动，现有的资源利用率和废物处理能力不能满足节能环保需求，需要进一步提升。以此为基础，产业结构调整和环境保护治理是后续情景分析的重点。

3.仿真模拟分析

仿真方案即对影响生态创新能力的调控指标进行预设。选取经济、社会、能源、资源环境的不同发展切面作为情景设置侧重点，设置±5%作为调节阈值，选定6种不同仿真方案进行对比分析。

(1) 基础模拟：即基准情境模拟分析，不作调整。

表2 指标对比——基础模拟与“十三五”目标

(2) 调整产业结构模式：单位GDP财政支出增加5%，科技投资比例提高5%，第二产业从业人员降低5%，固定资产投资降低5%，第二产业固定资产投资比例降低5%，主要变化方面是调整财政支出、科技创新能力和劳动力结构，降低固定资产投资比例，最终达到提高第三产业增加值占比的产业结构调整目的。

(3) 环境保护—末端治理模式：末端治理主要指提高“三废”处理率，“三废”治理程度主要依赖于技术能力的提高，此处设置废水处理率提高5%，废气处理率提高5%，因为固体废弃物处理率已接近100%，不另做处理。

(4) 环境保护—源头治理模式：工业生产是“三废”排放的重要来源，源头治理主要指通过降低工业“三废”排放量，达到降低环境污染的目的。此处设置第二产业从业人员降低5%，第二产业固定资产投资降低5%，工业用水重复利用率提高5%，万元工业增加值废气排放量、工业固体废弃物产生量均降低5%。

(5) 社会福祉型模式：在本文模型中，社会福祉主要表现在就业率和生活方式上，本模式设置社会保障和就业支出提升5%，人均生活垃圾清运量和人均污水排放量降低5%。

(6) 绿色增长模式：绿色增长依赖于各子系统生态创新水平的同步提高，因此设置科技投资增加5%，第二产业从业人员降低5%，固定资产投资降低5%，第二产业固定资产比例降低5%表示经济调控，工业用水重复利用率增加5%，万元工业增加值废气排放量、固体废弃物产生量降低5%表示从生产角度进行生态环境调控，人均生活垃圾清运量和人均污水排放量降低5%，表示从转变生活方式角度向绿色生活方式转换。

对6种不同方案进行模拟仿真，结果如图5～图8所示，其中标号1直线代表绿色发展模式，标号2直线代表调整产业结构模式，标号3直线代表社会福祉发展模式，标号4代表环境保护—源头治理模式，标号5代表环境保护—末端治理模式，标号6代表基础模式。

在整体表现方面，与基础模拟结果相比，其余5类模式在4项指标上均表现出显著提高，而且对应不同模式特点也实现了发展目的优化。产业结构调整模式下，万元GDP能耗下降，万元GDP二氧化碳排放降低，第三产业占比提高；环境保护—末端治理、环境保护—源头治理以及社会福祉型3种以环境保护为重心的发展模式下，“三废存量”下降。对比各观测指标的综合表现，问题依然十分突显：

(1)调整产业结构模式下两极分化严重：相比于万元GDP二氧化碳排放和万元GDP能耗的显著降低及第三产业增加值的大幅提升，“三废”存量同样居高不下；

(2)社会福祉型发展模式结果利弊明显：虽然第三产业占比提升，“三废”存量下降，万元GDP能耗和万元GDP二氧化碳排放仍然处于较高水平；

(3)环境保护—源头治理模式和环境保护—末端治理模式，都是只在短期内降低了“三废”排放量；

(4)综观来看，绿色增长模式在各观测指标值上都呈现出压倒式的优异表现，是最优的发展方式。

在具体指标方面，不同发展模式下，“三废”存量指标模拟结果差异较大，也更具现实指导意义。相比末端治理模式，源头治理和绿色生活两种模式下“三废”存量降幅更大，治理效果更为出色。而且从长期来看，相比环境污染治理，引导社会向绿色生活方式转变，“三废”存量同比增速最低，表现出的污染治理效率更高。

图5 仿真模拟——第三产业占比

图6 仿真模拟——万元GDP能耗

图7 仿真模拟——万元GDP二氧化碳排放

图8 仿真模拟——三废存量

四、结论与建议

按现有生态创新能力计算，中国“十三五”时期结构优化升级、节能环保成效不能达到预期目标。根据仿真模拟结果，只有提升全领域的生态创新水平才能实现国家的全面绿色化发展。据此，对中国“十三五”绿色发展提出如下建议：

(1) 加强政策引导，合理分配财政支出

去产能和去库存的要求使降低固定资产投资成为大势所趋，这必将导致第二产业增加值增速下降，为了确保经济的稳步增长，保持第三产业产值提升成为发展重点。第三产业快速增长需要科技创新能力的提升和充足的人员保障，因此应加大财政科技投资力度来提升科技水平，加大社保就业力度来提高就业人数，推动“大众创业、万众创新”政策引导劳动人员向第三产业分流。

(2) 提升创新能力，明确环境治理重点

环境治理投入回报有高低之分，在环境子系统中，对污染物源头治理相比于终端治理水平的技术投入可以获得更高的回报率。为实现更好的环境保护效果，应继续加大源头污染控制，提高源头治理技术创新水平。

(3) 加大宣传力度，转变城镇生活方式

经济发展带动城镇化率不断提升，城镇“三废”排放在排污总量中占比逐渐加大，成为不容忽视的环境问题。提高全民绿色生活意识，降低城镇污水排放量和垃圾清运量可以有效降低环境“三废”存量，而且治理效果要优于环境治理投入。因此应加大宣传力度推动社会生活方式向绿色化进行转变。

[1] MURGAI R. The green revolution and the productivity paradox: evidence from the Indian Punjab[J]. Agricultural Economics,2001,(25)：199-209.

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[3] OECD. Towards Green Growth[R]. Paris：OECD,2011.

[4] 国家统计局中国经济景气监测中心.中国绿色发展指数年度报告——省际比较2010-2015 [R]. 北京：北京师范大学出版社,2015.

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[19] 中华人民共和国国务院. 中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要[R]. 北京：人民出版社，2016.

System Dynamics-Based Research on the Evaluation Model of China Green Growth

HAO Fang， WANG Xuehua， KONG Qiuyi

( Faculty of Management and Economics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China )

This paper proposes that green growth is a periodic solution of social development through clarifying relevant ambiguous concepts, and emphasizes eco-innovation capability as the essential connotation of green growth. Based on system dynamics model, the paper conducts a comprehensive analysis of the relationship among society, economy, resources environment and energy consumption in China and constructs an evaluation model of green growth. Six kinds of development mode are chosen to simulate and evaluate the green development in China during 2005 and 2020. It is shown that the current eco-innovation cannot realize the original goals of the 13th Five-Year Plan and only if the ecological innovation capacity is comprehensively improved in various fields can the optimal green growth be achieved. Source controlling can be more effective than end treatment, and in the long term, guiding people to establish a green lifestyle may lead to the most significant outcome.

green growth; indicator system; system dynamics model; simulation

10.19525/j.issn1008-407x.2017.03.006

2016-07-12;

2016-10-24

国家自然科学基金重大国际(地区)合作项目：“绿色增长理论与实践的国际比较研究”(71320107006)；国家社科基金重点项目：“区域中心城市绿色转型要素的协同演化研究”(14AZD090)

郝芳(1990-)，女，河北保定人，大连理工大学管理与经济学部硕士研究生，研究方向为信息管理、数据分析，E-mail：haofangdlut@163.com；王雪华(1968-)，女，山东阳谷人，教授，主要从事复杂系统分析研究；孔丘逸(1993-)，女，江西抚州人，大连理工大学管理与经济学部硕士研究生，研究方向为工业工程。

F061.3

A

1008-407X(2017)03-0039-07