基于三系统协同发展的循环型工业体系构建——以纺织产业为例

时间：2024-08-31

郗永勤，陈齐樑

(福州大学经济与管理学院，福州 350116)

基于三系统协同发展的循环型工业体系构建
——以纺织产业为例

郗永勤，陈齐樑

(福州大学经济与管理学院，福州 350116)

循环型工业本质上是一个涵盖经济、社会与生态子系统的复杂系统。通过分析子系统内部和系统间的主要运行机理，提出子系统内部相互耦合及子系统间物质流动与协同发展的体系架构,基于对纺织产业的实证研究，探究循环型工业体系的构建路径，并从行政体系、市场体系、消费体系等视角出发，提出促进三系统协同发展、实现循环型工业体系有效运行的对策。

循环型工业；经济/社会/生态子系统；三系统协同；纺织产业

从党的十七大首提生态文明概念至今，生态文明建设已经上升到国家战略的高度，但我国面临的资源环境压力并未缓解。2015年，我国一次能源生产总量为36.2亿吨标准煤，而一次能源消费总量却高达43.0亿吨标准煤，产量无法满足需求；其中煤炭占能源消费总量的64.0%，太阳能、核电、水电等非化石能源占比仅为12.0%，能源利用结构并不合理。同年，全国338个地级以上城市中，环境空气质量超标占比超过78%，全国5118个地下水水质监测点中，较差级与极差级的监测点高达61.3%，环境形势并不乐观。工业是资源消耗及环境污染大户，探索建构完善的循环型工业体系，对于我国实现生产方式与产业结构向低消耗、低污染、高附加值方向转变，具有重要的理论价值和现实意义。

建构循环型工业体系是一个复杂的系统工程。应在系统思想的指导下，全面分析体系结构、组分与构成要素，通过各要素的相互匹配、协调共生，实现工业的可持续发展。本文将探究实现循环发展的工业体系构建途径，以期转变“高消耗、高排放、高污染”的工业增长方式，全面推进绿色、集约、高质量、高效益的新型工业化建设。

一、循环型工业发展的相关研究

循环型工业要求在能源开发利用、产品生产与营销、废弃物回收再利用等全过程，践行减量化、资源化、再利用原则，转变“大量消耗、大量生产、大量废弃”的粗放增长方式，强调能源开发利用、生产环节的生态设计以及物质资源的循环利用等各环节的协同运作，以促进工业可持续发展。

关于能源的开发利用。循环型工业以低碳排放为主要特征，通过能源技术创新、增加森林碳汇等手段，形成以低消耗、低排放为标志的工业发展方式。不少学者基于系统的视角，探索在生产源头实现能源节约集约利用的途径。如Toshihiko Nakata等(2010)以系统理论为基础设计了能源系统，通过分析系统要素的相互作用及相关技术的有效性与适用性，探究运用能源系统实现低碳循环发展的路径[1]。王浩等(2009)基于系统工程优化模型，提出技术市场驱动的中长期能源规划，以实现降低企业生产活动成本的目的[2]。刘勇(2015)通过物流、能流、碳流的工业代谢——实物型投入产出分析，提出包括碳交易、碳税、低碳技术等在内的促进工业园区循环低碳化的途径[3]。

关于生产环节的生态设计。循环型工业奉行节约高效的生产方式，倡导清洁生产与可持续消费理念，强调生产过程中的环境保护与生态修复。为环境而设计(DfE)则遵循了循环型工业对生态设计的环保性要求。Sage Calamari等(2015)以室内纺织品为例，探讨了为环境而设计的过程，包括资源利用、消费者需求识别、创意探索、样本及产品设计等[4]。需要指出的是，关于生态设计的相关研究离不开对技术的关注，总体上看，循环经济相关技术的发展经历了末端控制、无废工艺、清洁生产、污染预防等不同阶段。在资源环境压力不断增大的背景下，更加要求政府、企业、公众等力量协同引领技术的生态转向，建立涵盖“清洁生产技术、减量技术、资源化技术和系统化技术等”[5]在内的循环经济技术体系。

关于物质资源的循环利用。循环型工业强调构筑“资源—产品—废弃物—资源”的闭路循环。微观层面上，闭路循环理念主要体现为循环型企业的建设，要求生产环节形成的废弃物(包括中间废弃物)经回收处理后，作为原料或替代物再次进入生产流程。中观层面上，建构思路表现为仿照“生产者—消费者—分解者”的循环路径，建立园区集成系统，实现物质、水、能源、信息、技术、设施等要素的集成[6]。宏观层面上，循环型工业则强调更大区域、更高层次的产业循环发展，如德国通过建立包装废弃物街头回收系统(kerbside system)与上交式回收系统(bring system)，促成全社会的废弃物资源循环利用。

从系统论的观点来看，循环型工业体系的研究对象涉及“经济—社会—生态”复合系统的运动及发展规律，体系构成应体现经济、社会和生态层面的系统思维。1989年，罗伯特·福布什就曾提出建立类似于自然生态系统的工业生态系统，促进工业系统物质、资源和信息的高效流动，为运用系统思维构建循环型工业体系奠定了理论基础。实践中，无论是企业的资源利用、工业园区的协同发展，还是产业集群发展，都无法忽视“整体—系统”设计的重要性。要协调工业发展与经济、社会、生态三者间的关系，就必须建立涵盖经济系统、社会系统、生态系统且系统间互动协同的工业体系。循环型工业体系的建构是一项复杂的系统工程。目前，国内外相关研究更多是基于经济、社会系统等层面，对生态系统研究不足，如忽视自然资源要素维护、生态产业链维护的重要性。本文将从经济、社会、生态子系统以及子系统间的协同发展等方面，探究循环型工业体系的构建途径。

二、循环型工业的三系统协同发展

根据系统科学观点，系统是由两个以上可以相互区别的要素构成的具有特定功能的集合体[7]。显然，循环型工业体系是一个包含诸多相互作用、相互制约的要素，并具有特定功能的有机整体，其本质是一个涵盖经济、社会与生态子系统的复合系统。各子系统内部和子系统之间相互作用、相互促进，统一于循环型工业体系构建的实践中。

(一)经济子系统(核心系统)的设计

经济子系统是循环型工业体系的核心组成部分，由企业、园区及产业系统构成。企业是系统构建的起点，承担着相关技术研发、设备购置、废弃物收集运送等职能。不同类型、不同规模的企业聚集形成园区，承担着区域内物质能源集中供应、废弃物集中回收等职能。目前，我国国家级、省级工业园区达到1400多个，创造了近60%的工业GDP。园区的循环化改造对于循环型工业的构建具有极为重要的影响。此外，以物质流动为纽带所形成的交易关系在企业与园区间不断延展，则形成了产业网络系统。各系统除了按客观规律自组织运行外，还在更高层面相互耦合，推进整个经济子系统的有序发展。

企业是经济子系统的基本单位，设计过程必须考虑企业的技术研发、工艺优化、废弃物收集运送等职能。要建立以清洁生产为基础的“资源利用—清洁生产—产品营销—废物回收”的四维系统，注重生产全过程的控制。为降低工业废物处理成本和配送成本，尽可能实现经济效益和环境效益的最大化，企业间组成共生体[8]，并以园区的形式存在。工业园区实质上是区域内各要素的集成系统：第一，能源集成。园区要进行能源总量的控制及优化配置，如通过热电联产方式从源头上减少能源消耗。第二，物质集成。强调企业间通过横向耦合和资源共享实现物质的闭合流动，促进物质梯级利用。第三，信息集成。园区要对废弃物的组成及流向、市场走向等信息进行有效集成。通过“提高系统信息流的流速”[9]，实现系统优化并增加系统效益。以物质流动为纽带所形成的交易关系在企业与园区间不断延展，形成产业网络系统。这种结构的复杂性“更逼近于区域经济的现实”[10]，反映出系统的思想。温宗国等(2016)[11]在对我国47个循环化改造园区的686个重点支撑项目的研究中发现，产业链项目占比超过1/3，可见基于链核产业的循环型工业体系构建，是目前生态设计的关键环节。因此，产业层面的生态化设计要遵循“横向耦合、纵向闭合”原则：一是构建不同企业、项目、工艺流程间的耦合关系以及产品、副产品、废弃物间的物质、信息、价值流流向；二是推进产业链向中下游延伸，实现资源的闭环流动。

(二)社会子系统(拓展系统)的设计

资源的循环利用是社会子系统持续运作的基础。它遵循着“产品—废弃物—再生产品”资源循环路径，涉及生产生活及消费方式。根据组织结构大小的不同，社会子系统可以分为社区系统与社群系统。社区资源的高效利用是社会子系统有效运作的基础。地区性的社区构成社群，实现社群层面的资源综合利用，关键是发展静脉产业，构建包括政府、市场、社会等在内的多元主体互动体系。显然，这是一个复杂的系统工程。

据统计，2015年全国城市生活垃圾清运量达1.9亿t，其中焚烧处理占比超过1/3，资源利用效率仍有待提升。社区研究是社会研究的起点，建立生态社区需要建设包括节能、节水、垃圾分类、绿化等在内的硬件设施及社区居民参与的软件机制，以促进社区废弃物再生市场的发展。社区废弃物再生利用按工艺可分解为资源回收系统和资源化系统，二者构成社区废弃物资源高效循环利用模式[12]。资源回收系统(前期系统)不改变废弃物性能，主要是通过简单的修复净化、物理破碎分离等方式对废弃物进行回收，如塑料瓶回收、玻璃回收等。资源化系统(后期系统)以前期回收为基础，运用化学、生物技术实现再利用，如对废弃物中所含有机物热分解来生产炭黑、可燃气体等。社群可以理解为地区性的社区，社区间资源的有效交换促进了生态社区网络的形成，为更大区域的资源综合利用提供了可能。这一过程需将社会生产、消费环节产生的废弃物转化为再生资源，并加工成产品。通过构建静脉产业群体系，以更有效地衔接动脉产业，促进回收、物质转换、末端处置与再生资源消费等环节的协同运转。静脉产业本质上是一个产业群体系，要保证体系的稳定性，需要足够的技术与信息支持，以实现链条上各节点产业间的合作交易。此外，要统筹建立包括税收优惠政策与产业政策等在内的政府引领体系、包括资源定价机制与环境产品供给机制在内的市场引导体系以及社会参与和监督体系，使社区、社群系统在循环型工业体系框架下集成提升。

(三)生态子系统(依托系统)的设计

生态子系统为经济、社会子系统提供资源，并接收来自后者的废弃物，是多重反馈的动态开放系统。它包括自然与工业生态系统，是构建循环型工业体系的依托系统。维护生态子系统的自组织性，对体系的稳定运行具有重要的作用。

生态资源是生态系统的核心组分，也是经济、社会子系统运行的基础。在一定承载力范围内，自然生态系统具有自我调节的功能，能通过系统内各要素组成的生态链形成良性循环，保证生态子系统的功能输出。但生产要素集约化下的经济发展方式，仍只是把资源环境当作经济增长的配套要素，而非内生变量，这种集约化不能与良性循环概念相等同。因此，不仅要通过制度设计，强化对环境资源要素的市场化配置与监管，提升资源要素维护能力，更需要强化工业与自然生态系统间的耦合关系，引导工业生态系统仿照后者的能量流动方式进行运作。构建涵盖工业产业上、中、下游的物质资源流动链，对链上节点企业进行合理利益配置，从而有效衔接自然生态系统，保证生态子系统各要素间保持合理的结构与组合关系，实现输入输出物质流、能量流及信息流的协同。

(四)子系统间的协同

研究循环型工业体系的运行机理，首先要分析经济、社会与生态子系统内部及系统间的资源流动方式。经济子系统是核心系统，物质流动路径表现为“资源—产品—废弃物—再生资源”，经济子系统通过资源的输入与废弃物的输出与生态子系统发生作用，并通过可回收利用的废弃物资源与人力资源的输入以及产品的输出与社会子系统进行联系。社会子系统是拓展系统，物质流动的路径是“产品—废弃物—再生产品”，除了与经济子系统相互作用外，还通过资源的输入与废弃物的输出与生态子系统相互联系。生态子系统作为依托系统，不断向经济、社会子系统输出物质与资源，并接收来自两个子系统的废弃物。

理想的循环型工业体系应表现为三个子系统相互耦合、相互协同的复合系统。但现实中，子系统间存在功能差异，如经济与社会子系统无法替代水体、地质、生物等自然生态系统的再生功能，只能通过人类生产体系实现对自然生态系统无法更新资源的回收再利用。要实现子系统内部及系统间的资源要素有序流动应保证：第一，经济与社会子系统的输入输出不应超出生态子系统的承载能力，以保证后者对生产活动所需物质资源的有序供应。第二，有机连接各系统的输出端与输入端，促进系统各要素、结构及功能的耦合。不仅要关注输入端的资源利用效率，还要强调流通与消费过程中物质、能量及信息流的传递、转化与汇合，进而促进系统的优化及协同。三系统内部及系统间的资源流动方式如图1所示。

图1 三系统内部及系统间的资源流动方式

三、纺织产业实现循环发展的实证研究

纺织业主要包括纺织与染整两大工艺过程，纺织工艺包括纺纱、织造等流程，染整工艺包括染丝、印花、整理等流程。作为我国的传统支柱产业，以纺织产业为例探讨绿色循环低碳工业体系的构建具有重要的现实意义，原因如下：其一，纺织产业具有较长的产业链，产业上游包括棉、麻等天然原料加工业以及化纤产业等，中游主要包括纺织、染整产业，下游主要包括服装、家用、产业用纺织品加工制造业等。其二，纺织业属于高耗能、高耗水、高排放的产业，生产过程要消耗大量煤炭、电力等能源以保证生产所需的热量。由于纺织产业采用湿法加工工艺，退浆、煮炼、亚漂、氧漂、丝光、印花、染色等过程均要消耗大量的水。而废水排放也成为纺织产业主要的环境问题，废水成分较为复杂，包括木质素、羊毛脂、染料、蜡、化学助剂等，加大了资源回收的难度。作为高耗能、高耗水、高排放、高污染产业，以纺织产业为例探讨循环型工业的发展具有重要的研究价值。

(一)纺织产业系统内部建设

经济子系统层面，要支持纺织企业进行绿色染料和助剂的研发，推广生物酶前处理、数码喷墨印花等工艺技术。测量纺织产品的工业水足迹，核算内容包括输入项(水、蒸汽、原料与能源)与输出项(废水、废物和产品)[13]，有针对性地提高工序节水能力。总的来说，要以清洁生产为基础，建设“资源利用—生产—消费—回收”为一体的绿色纺织企业。此外，要积极推动纺织企业入园发展，通过园区转型升级、污染物总量控制、基础设施和公共服务平台的完善，提升园区配套能力，推进纺织企业的兼并重组、集聚入园。通过热电联产等方式促进能源总量的优化利用，降低园区的生产能耗。如福建石狮的大堡、伍堡、锦尚工业区，作为全国重要的纺织工业园区，通过采用两台蒸发量为1937.4 t/h锅炉蒸汽经减温减压装置后的蒸汽，替代园区现有漂染、水洗等用汽企业的100多台污染严重的供热蒸汽小锅炉，实现全国首个无燃煤纺织工业园区的建设，是园区能源集成的典型。

社会子系统层面，涉及人们的生产生活及消费方式，资源循环方式表现为“产品—废弃物—再生产品”。要结合循环工业的理念，推进废旧纺织品等再生资源的回收与资源化，其中的关键和难点就在回收上。据统计，我国每年丢弃的衣物约2600万t，其主要成分包括难以降解的化纤、涤纶、腈纶等。旧衣回收是重要环节，对可捐赠衣物可经公益团体赠予贫困山区，不可捐赠衣物可制成工业原料，实现资源循环利用。此外，要构建以物联网、大数据等现代信息技术为基础的回收体系，探索“互联网+回收”的资源回收新模式。如通过设计废弃物回收的第三方应用程序，连接企业与公众，公众可以通过应用程序获取关于废弃物回收的相关信息，并可选择回收时间、地点，完成与回收企业间的交易，保证交易的规模和质量。

生态子系统层面，要突出资源环境保护的重要性。通过构建完整的纺织产业链，确保生态资源要素的合理配置与利用，以维护生态子系统自组织运行机制的稳定性。产业上游，应鼓励生态棉花等生态纺织原料的使用，也要通过对其他行业的相关废弃物如制革业废弃的皮具皮革等进行回收处理，制成化学纤维作为纺织生产原料。产业中游，要重视对纺织、染整工艺的改造创新，如在后整理阶段推行无废工艺、采用绿色染料助剂等。产业下游，要重视对服装、家用及产业用纺织品的制造过程进行生态设计。此外，要推进资源再生利用产业的规模化发展，联结产业上中下游，将生产环节产生的纺织边角料，经回收分类后用来生产化学纤维，将中间废弃物如废渣等用作制砖的原料，推动产业链向中下游延伸，实现资源要素的高效利用。

(二)纺织产业的系统间协同

在纺织产业中，生态子系统为经济子系统的生产活动提供了原材料(棉、麻、毛、丝等天然纤维)、大量水资源(新鲜水)和动力能源(煤、天然气等)。而经济子系统产生的工业废水(如染整废水)、废气(如SO2)、烟尘、污泥等废弃物，一部分回用于经济子系统，一部分资源化于社会子系统，剩余部分排放到生态子系统中。此外，经济子系统将生产的纺织品输入到社会子系统，社会子系统则向经济子系统输出人力资源和可回收利用的生产资源，为其生产活动提供保障。而对于社会子系统无法资源化的废弃物，则通过填埋、堆肥、无害化综合处理等手段输入到生态子系统中。但是，生态子系统的资源环境承载力是有限的，过度的资源利用和废弃物排放，将导致经济、社会子系统受到资源环境的约束而发展缓慢甚至衰退。总而言之，经济、社会和生态子系统之间相互作用，构成了一个动态的复合系统，三者间体现出既矛盾又统一、既竞争又合作的关系。只有充分利用其相互促进的一面，才能促进系统间的协同发展。

纺织产业的三系统协同发展如图2所示。

四、实现工业循环发展的对策建议

政府、企业、公众是发展循环型工业的三大主体。本文将从三大主体相对应的行政体系、市场体系、消费体系等三个层面探讨构建循环型工业体系的对策建议。

(一)行政体系

其一，强化政府规划引导作用。要强化政府在循环型工业发展中的规划引导作用，一是制定专项规划和综合性指导文件，将循环发展理念贯彻到工业生产、消费、回收等全过程。二是完善产业结构及布局。支持低消耗、低排放、高附加值产业发展，建设节能型、资源综合利用型产业基地。对于钢铁、纺织、化工等高耗能高污染产业，严格淘汰落后产能。同时，按产业集群的要求，对产业空间布局与组合进行科学规划，延伸产业链，形成集聚效应。

其二，推进技术研发与产学研合作。从2015年颁发的《国家生态工业示范园区标准》来看，较旧标准而言，新增13项指标，提升了4项指标的指标值要求，总体反映了对技术发展及产业共生的工作侧重。下一阶段，我国应侧重循环型工业支撑技术体系的构建，包括替代技术、新能源技术、资源化技术、系统化技术等。准确把握节能环保、资源再生、新能源开发等领域的技术发展主流方向。大力支持企业、高校或其他科研机构开展相关技术的研发活动，完善产学研技术合作机制，推动技术成果转化，为循环型工业发展提供坚实的技术保障。

图2 纺织产业的三系统协同发展

其三，构建公共服务平台。公共服务平台建设是循环型工业发展的重要一环。一方面，要建立信息服务交流平台，方便企业利用网络获取废弃物资源的来源渠道等信息，降低企业开展循环经济活动的投入成本；另一方面，要加强废弃物交易平台建设，引导社会资本参与废弃物回收平台、污水集中处理厂等基础设施建设，提升区域污染治理能力和共享程度。

(二)市场体系

其一，完善环境资源价格形成机制。现行市场机制尚未完全将资源环境要素纳入企业生产成本中，必然导致资源利用的无序和低效。需要明确界定环境资源的产权，建立环境资源产权交易市场，探索排污权交易的实践。同时，要完善现行排污收费制度，将资源开采成本、资源消耗后的污染治理成本等因素纳入到环境资源价格中。通过价格杠杆，重构环境资源价格形成机制，使资源环境的使用价格与其价值相符合。

其二，内化企业环境成本。发展循环型工业要求企业将环境成本纳入到企业成本中，同时将环境成本控制辐射到产品周期全过程。在项目决策时要考虑环境成本问题，对于钢铁、石化、纺织染整等高耗能、高污染产业，应重点考虑可利用节能环保技术以及可实现废弃物循环再利用的项目。对不同的资源环境要素进行环境核算，建立相应的环境会计，就企业所受环境影响及企业对环境的影响进行核算[14]。

(三)消费体系

其一，构建绿色消费模式。绿色产品成本通常较高，公众购买时需要支付高于普通产品的绿色溢价。在全社会构建绿色消费模式，要求政府制定绿色产品的标准与目录，通过合理的价格、税收、补贴政策，增强公众绿色消费的意愿；企业要重视绿色技术的研发，为绿色消费模式的实现提供技术保障，提供多元化且接受度高的绿色产品，促进产品市场的稳定发展。

其二，强化公众参与。公众是发展循环型工业的重要推动主体。一方面，公众通过对政府施加压力促使政府推动工业的循环化建设；另一方面，公众的消费需求将倒逼企业进行相应环境产品的生产。公众参与包括决策参与、监督参与和实践参与。公众应积极参与循环型工业的相关法规政策制定，并对法规政策的执行情况以及滥用资源、破坏生态环境的行为进行监督举报。此外，要积极引导环保中介组织，鼓励公众实行“自我组织”、“自我学习”、“自我管理”[15]，提升公众参与的观念和意识。

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