摘要
工业是国民经济的主导产业，决定着国民经济现代化的规模和水平。面对工业迅猛发展带来的资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，我国把工业生态化建设放在突出地位，全面加快推进绿色制造体系的构建。因此，探究我国工业生态化发展现状、发现区域水平差异并有针对性地提出发展路径，对于政府制定相关政策、实现生态文明建设等具有重要的理论和现实意义。本研究主要做了以下工作：
（1）构建工业生态化水平评价指标体系。首先，了解我国工业生态化概况，结合《中国制造 2025》中提出的基本方针：“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”，本文从物质资源利用、污染与治理、创新能力以及经济发展四个方面构建了工业生态化水平评价指标体系；其次考虑指标数据的可获得性，对指标体系进行改进，确保指标体系在实证分析中的可行性和可操作性。
（2）综合评价我国各省工业生态化水平。首先，利用熵值法对各指标进行赋权，计算 2017 年各省工业生态化水平综合得分及各准则层得分，比较省际间差异；将熵值法计算权重作为 BP 神经网络的期望输出值，再用 BP 神经网络模拟输出值，最终得出2011-2017 年各省工业生态化水平得分。为了使评价结果更公平、更合理，将各省2011-2017 年的平均得分作为综合得分进行评价，并对得分进行排名。得出以下结论：我国工业生态化发展存在明显的区域差异，东部地区工业生态化水平最佳，中部地区工业生态化水平一般，而东北地区和西部地区工业生态化水平较差。
（3）基于 Tobit 模型分析显著影响因素。首先按照各省工业生态化水平排名分组，分为高等水平组、中等水平组和低等水平组。然后基于 Tobit 回归模型分析不同等级水平组的显著影响因素。最后结合不同等级水平组在指标体系各准则层的得分排名进行分析解释，对处于不同等级水平组的省份提出不同的、有针对性的改进措施，以及对以后的工业生态化发展路径提出相应的建议。
（4）提出我国工业生态化的发展路径。在对我国工业生态化水平综合评价的基础上，结合国家现有政策，提出促进我国工业实现可持续发展的参考建议，为我国工业产业转型升级、实现清洁生产而献策献计。
关键词：工业生态化；发展路径；熵值法；BP 神经网络；Tobit 模型
Abstract Industry is the leading industry of the national economy and the core of the modern socio-economic system, which determines the scale and level of modernization of the national economy. However, the rapid development of industry has put tremendous pressure on the ecological environment. Facing the grim situation of tight resource constraints, severe environmental pollution, and degradation of the ecosystem, China has put industrial ecological construction in a prominent position and accelerated the construction of a green manufacturing system. Therefore, exploring the current status of China"s industrial ecological development, discovering regional differences and proposing development paths in a targeted manner has important theoretical and practical significance for the government to formulate relevant policies and realize the construction of ecological civilization. The main work of this research is: (1) Establish an evaluation index system for industrial ecological level. First, understand the general situation of China"s industrial ecology, and combine the basic policies proposed in "Made in China 2025": "Innovation-driven, quality first, green development, structural optimization, talent-oriented" Innovative ability and economic development have established an industrial ecological level evaluation index system. Secondly, considering the availability of index data, the index system is improved to ensure the feasibility and operability of the index system in empirical analysis. (2) Comprehensive evaluation of the level of industrial ecology in various provinces in China. First, use the entropy method to weight each indicator, calculate the comprehensive score of the industrial ecological level of each province in 2017 and the scores of each criterion layer, and compare the differences between provinces; use the entropy method to calculate the weight as the expected output value of BP neural network. Then use BP neural network to simulate the output value, and finally get the industrial ecological level score of each province from 2011 to 2017. In order to make the evaluation results fairer and more reasonable, the average scores of the provinces from 2011 to 2017 were evaluated as comprehensive scores, and the scores were ranked. The following conclusions are drawn:
China"s industrial ecological development has obvious regional differences. The industrial ecological level of the eastern region is the best, the industrial ecological level of the central region is average, and the industrial ecological level of the northeast and western regions is poor. (3) Analysis of significant influencing factors based on the Tobit model. Firstly, the provinces are grouped according to the level of industrial ecologicalization of each province, and are divided into high-level groups, medium-level groups, and low-level groups. Based on the Tobit regression model, the significant influencing factors of different levels were analyzed. Finally, it analyzes and explains the score rankings of different levels of the index system at each level of the index system, and proposes different and targeted improvement measures for provinces in different levels of level groups, and proposes corresponding development paths for future industrial ecological development Suggest. (4) Propose the development path of China"s industrial ecology. Based on a comprehensive evaluation of China"s industrial ecological level, combined with existing national policies, it puts forward reference recommendations to promote the sustainable development of China"s industry, and provides suggestions for the transformation and upgrading of China"s industrial industry and the realization of clean production. Keywords: Industrial ecology; Development path.; Entropy method; BP neural network; Tobit model
目录
1 绪论 ............................................................. 1 1.1 选题背景及意义 ............................................. 1 1.1.1 选题背景 ............................................. 1 1.1.2 研究意义 ............................................. 1 1.2 文献综述 ................................................... 2 1.2.1 国外文献综述 ......................................... 2 1.2.2 国内文献综述 ......................................... 2 1.2.3 文献述评 ............................................. 4 1.3 论文结构、思路及研究方法 ................................... 4 1.3.1 论文结构与思路 ....................................... 4 1.3.1 研究方法 ............................................. 6 1.4 创新点 ..................................................... 6 2 工业生态化相关理论 ............................................... 7 2.1 可持续发展理论 ............................................. 7 2.1.1 可持续发展的基本思想 ................................. 7 2.1.2 可持续发展的内涵 ..................................... 8 2.2 产业生态化理论 ............................................. 9 2.2.1 产业生态学 ........................................... 9 2.2.2 产业生态化及其特征 ................................... 9 2.3 工业生态化 ................................................ 10 3 我国工业生态化水平现状分析 ...................................... 12 3.1 构建工业生态化水平指标体系 ................................ 12 3.1.1 指标体系的构建原则 .................................. 12 3.1.2 指标体系的具体内容及构成框架 ........................ 13 3.2 熵值法简介 ................................................ 15 3.3 省际间工业生态化水平现状分析 .............................. 16 3.3.1 省际工业生态化水平 .................................. 18
3.3.2 省际工业物质资源利用水平 ............................ 18 3.3.3 省际工业污染与治理水平 .............................. 20 3.3.4 省际创新能力水平 .................................... 21 3.3.5 省际工业经济发展水平 ................................ 22 4 我国工业生态化水平综合评价 ...................................... 24 4.1 BP 神经网络原理及算法过程 ................................. 24 4.1.1 BP 神经网络原理 ..................................... 24 4.1.2 BP 神经网络算法过程 ................................. 25 4.2 基于 BP 神经网络模型的工业生态化水平测算 ................... 26 4.2.1 BP 神经网络模型构建 ................................. 26 4.2.2 BP 神经网络模拟 ..................................... 28 4.3 工业生态化水平综合评价 .................................... 31 4.3.1 东部沿海地区工业生态化势头足 ........................ 32 4.3.2 中部内陆地区工业生态化趋于一般 ...................... 32 4.3.2 西部和东北地区工业生态化不尽如人意 .................. 32 5 我国工业生态化发展路径研究 ...................................... 33 5.1 基于 Tobit 对不同组别工业生态化水平影响因素分析 ............ 33 5.1.1 高等水平组影响因素分析 .............................. 33 5.1.2 中等水平组影响因素分析 .............................. 34 5.1.3 低等水平组影响因素分析 .............................. 35 5.2 工业生态化发展路径 ........................................ 37 5.2.1 循环经济推动资源利用 ................................ 37 5.2.2 清洁生产助力污染与治理 .............................. 37 5.2.3 产学研融合提升企业创新能力 .......................... 38 5.2.4 产业转型升级促进工业经济发展 ........................ 38 5.2.5 生态工业园区建设加快工业生态化进程 .................. 38 6 结论与展望 ...................................................... 40 6.1 结论 ...................................................... 40 6.1.1 工业生态化水平区域差异明显 .......................... 40
6.1.2 各省工业生态化水平显著影响因素存在差异 .............. 40 6.1.3 各省工业生态化水平提升路径 .......................... 40 6.1.4 我国工业生态化发展路径 .............................. 41 6.2 研究不足与展望 ............................................ 41 参考文献 .......................................................... 42 作者简历 .......................................................... 47 致谢 .............................................................. 48
1 绪论 1.1 选题背景及意义 1.1.1 选题背景 工业是国民经济的主导产业，是现代社会经济系统的核心，决定着国民经济现代化的规模和水平。工业生产为现代文明和社会生活提供产品、服务等物质基础，是社会发展必不可少的动力。但在工业的迅猛发展带来经济快速增长的同时，其污染物的排放也导致生态环境遭受巨大的破坏，工业生态化建设迫在眉睫。
党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央，高度重视社会主义生态文明建设，并将其纳入“五位一体”的总体布局；党的十九大报告再一次强调建设生态文明的重要性，提出建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。在 2015 年的《国民经济和社会发展“十三五”规划纲要》就曾指出:面对资源环境约束趋紧，必须增强危机意识，以解决生态环境突出问题为重点，树立绿色、低碳发展理念，以节能减排、提高资源利用率为目标加快构建资源节约、环境友好型生产方式，为社会的可持续发展注入活力。《中国制造 2025》中提出要坚持把可持续发展作为建设制造强国的重要着力点，发展循环经济，推行清洁生产和绿色制造，全面推进生态文明建设道路。工业和信息化部于 2016 年 7 月发布的《工业绿色发展规划(2016-2020 年)》中明确指出，未来五年是我国落实制造强国战略的关键时期和实现工业绿色发展的攻坚阶段，有必要建立初步的绿色制造体系，来显著提高我国工业绿色发展的整体水平。这一系列举措无不强调工业生态化对我国社会经济实现可持续发展的重要性。
1.1.2 研究意义 目前，产业生态化的研究以对产业整体研究居多，某一细分产业的生态化水平研究较少。而本文针对工业产业的生态化水平进行研究，一方面弥补了对细分产业生态化水平研究少的不足，另一方面总结了国内外工业生态化发展理论，促进了生态学的推广和完善，对工业生态化的研究提供参考。
本文以“实现工业可持续发展”为立足点，通过研究我国工业生态化水平，对各省工业生态化水平进行深度剖析，并找出显著影响各省工业生态化水平的因素，这有利于针对不同等级工业生态化水平的省份，针对性地提出工业生态化发展的优化路径，给各省有关部门制定制度政策提供参考，有利于加快各省工业生态化发展进程。同时，对我国工业产业转型，实现经济效益与生态效益共同发展也具有重要意义。
1.2 文献综述 1.2.1 国外文献综述 Despeisse（2012）以环境标准相关规定和制造水平的要求为依据，整合了制造企业内部的资源流动，建立了制造业工业生态系统的理论模型，结合工业代谢过程对模型进行分析，探索耗能少、污染小的企业生产模式。Paschetag（2016）对油漆涂料制造企业的生产过程进行分析，进而对其进行全生命周期评价，认为资源节约型流程的开发和设计是该制造企业可持续发展的关键，并提出制造过程要从批处理转移到连续操作。Gupta 等人（2016）对引擎制造企业的可持续性进行研究，并着重研究齿轮的可持续制造技术。Ohnishi 等人（2016）运用物质流分析、能值分析以及碳足迹分析对日本川崎市工业与城市共生进行综合评价，并对共生网络的排污量进行测算，结果表明该市工业排污量较大，应该加强工业污染物的集中回收与处理，特别是水泥制造业和钢铁制造业等重点污染行业。Mauthoor（2017）针对毛里求斯岛的工业废物管理问题，对屠宰加工业、食用油提纯业、碎金属冶炼业三大污染行业生产过程以及工业废物进行分析，结果显示某行业的工业废物可以成为其他行业的生产资源，因此可以进行相互回收，实现物质资源的循环，进而实现工业的可持续发展。Fraccascia 等人（2017）等人将中国济南与丹麦卡伦堡的城市工业生态系统的恢复力对比分析，指出影响工业生态系统的主要因素是：共生企业的差异性和污染物的特殊性。
1.2.2 国内文献综述 我国学者对于工业生态化研究的侧重点不同，主要有以下几个方面：
（1）构建工业生态化评价指标体系。王跃伟（2013）从经济、资源、环境和社会四个方面，包含 21 个具体指标，采用主成分分析法测定了中国各省工业生态化水平，结果北京、天津、广东的工业生态化水平较高，而贵州、青海、西藏的工业生态化水平较低。卢盈（2017）以资源利用指数、环境污染指数、经济发展指数和社会发展指数为准则层构建评价指标体系，对煤炭产业生态化进行测度，并提出相应发展路径。赵景碧（2017）从产业结构和产业布局出发，构建了包含产业生产清洁化、组织共生化、价值链延伸化等五维综合评价体系，对西北五省产业生态化发展水平的实证分析显示，2000-2010 产业生态化水平整体呈先下降后上升的趋势，省际间产业生态化水平差距缩小。
（2）研究工业生态化评价方法与模型的适用性。仇方道等人（2014）应用完全分解模型，将物质资源投入和污染排放变化分解为空间结构、规模和技术，从源头减量、清洁生产和污染治理方面对江苏省工业环境绩效水平进行分析。吴亚弦（2017）建立DEA 模型，以湖南省为例测度工业生态效率，提出要通过提高节能减排效率、转变经济增长模式等促进湖南工业的可持续发展。谷平华和刘志成（2018）基于物质流分析法,分析了工业物质流结构、物质资源的输入和输出，对湖南省和全国的工业生态效率水平进行了对比分析，得出湖南生态效率高于全国平均水平，但消耗资源性物质占比大，工业排放的铅、汞等有害废弃物高于全国平均水平。
（3）探究工业生态化的发展路径。王国均（2016）剖析了既有工业结构的工业生产活动对生态环境的严重污染情况,提出要从内部更新和外部推动对工业结构进行生态化调整，大力发展高投资驱动环保业和工业制造业的生产性服务业、培育高新技术产业以及推动循环产业示范园区的建设。范向伟和杨景（2018）以中德生态园为例，总结其在产业定位、产业布局以及相关政策方面的成功经验。认为园区在面对新的发展趋势和环境，应通过推动产城融合、双管齐下探索新的融资方式、培育创新人才和复合型人才等方面夯实“生态”基础,向智造业和生产性服务业双轮驱动转型，实现园区产业升级和更高质量的发展。
1.2.3 文献述评 首先，在构建指标体系时，大多数文献都从资源、环境、经济、产业结构等方面对工业生态化水平进行评价，涉及的方面不够全面，可能会影响评价的客观准确性。其次，评价方法的选择比较单一，无法确保评价结果的可解释性和合理性。
1.3 论文结构、思路及研究方法 1.3.1 论文结构与思路 本研究分为六个部分对我国工业生态化水平进行评价，提出发展路径。
第一部分：绪论，包含研究背景、目的意义、国内外文献综述、论文的整体结构、思路、采用的研究方法以及论文的创新点。
第二部分：工业生态化相关理论，包含可持续发展理论、产业生态化理论以及工业生态化理论，为之后构建指标体系提供依据以及为具体的实证研究提供理论基础。
第三部分：我国工业生态化水平现状分析。首先选取指标，构建指标体系；其次用熵值法计算各省工业生态水平得分；最后对省际间工业生态化水平进行对比分析。
第四部分：我国工业生态化水平综合评价。利用 BP 神经网络模拟综合得分输出值，对我国工业生态化水平进行综合评价。
第五部分：我国工业生态化发展路径研究。基于 Tobit 分析影响工业生态化水平的影响因素，进而提出我国工业生态化的发展路径。
第六部分：结论与不足，包含本文的研究结论以及本文的不足之处。
图 1-1 技术路线图 选题背景及研究意工业生态化水平评价与发展路径研究 实证分析 构建工业生态化水平
评价指标体系 文献综述 理论基础 搜集数据 数据的标准化处指标赋权 省际间工业生态化水平现状分析 熵值法 BP 神经网络 基于 Tobit 模型研究其影响因素 工业生态化水平
综合评价得分 整体发展状况 不同等级水平组的显著影响因素 提出发展路径
1 . 3 . 1
研究方法
（1）文献资料法。通过查阅大量的文献，了解有关工业生态化的发展政策，借鉴相关评价指标的选取以及方法的选用，奠定了本文的理论基础；并且在查阅文献的过程中，可以发现工业生态化研究中存在的不足，便于及时改进、完善。
（2）定量与定性结合。首先，归纳总结工业生态化相关理论；其次，利用熵值法、BP 神经网络赋权模型对数据进行分析，展示了工业生态化水平的区域差异；最后，结合 Tobit 模型分析其影响因素，针对性地提出发展路径 。
（3）图表展示法。为直观展示我国工业生态化水平，将统计结果绘制成统计图、统计表的形式，便于读者进一步了解本研究对象的本质特征及其发展规律。
1.4 创新点 （1）指标体系的创新——构建工业生态化水平评价指标体系。大多数文献都是从资源、环境、经济及产业结构方面构建的工业生态化评价指标体系，没有涉及工业企业创新能力方面。《中国制造 2025》中提出的基本方针第一条就是创新驱动，创新是引领发展的第一动力，生态发展与创新驱动的有机结合是实现工业生态新发展的重要途径。因此，本文从物质资源利用、污染与治理、创新能力和经济发展四个方面构建评价指标体系，旨在对我国工业生态化水平进行全面、综合的评价。
（2）在分组的基础上，通过 Tobit 模型分析找出不同等级工业生态化水平的显著影响因素。大多数文献对工业生态化水平的研究紧停留在得分及排名上，少数文献通过建立模型研究其影响因素，但是没有针对性。本文按照各省工业生态化水平排名进行分组，分为高等水平组、中等水平组和低等水平组，并通过 Tobit 模型分析各组显著影响因素，以便于针对不同水平的省份提出有针对性的发展路径。
（3）本文采用熵值法来确定 BP 神经网络的期望输出值，这种方法第一次用在研究工业生态化上。利用专家法主观确定神经网络的期望输出值是不容易实现的，将耗费大量的人力资源和时间成本。因此，本文采用熵值法来确定 BP 神经网络的期望输出值，既解决了输出值难以确定的问题，又保留了神经网络算法的容差性强、训练速度快、善于处理大量数据的优点。
2 工业生态化相关理论 2.1 可持续发展理论 1962 年 Rachel Carson 发表的《寂静的春天》中描述了农药对生态环境具有毁灭性的危害。在此之后，公害问题不断加剧、能源危机开始出现，人们逐渐意识到以牺牲生态环境为代价，一味地谋求经济、社会的发展，最终将会导致人类社会乃至整个地球的毁灭。1972 年罗马俱乐部发表的《增长的极限》中预言:在未来一个世纪中，人类社会和经济的快速发展，将导致地球资源耗竭、生态环境恶化。为此，必须限制人口增长和工业发展。1983 年 11 月，联合国成立了世界环境与发展委员会(WECD)，其于 1987 年发表报告《我们共同的未来》，报告中正式提出可持续发展的概念——既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。这一概念在1992 年联合国环境与发展大会上得到了普遍认可。
2.1.1 可持续发展的基本思想 (1)可持续发展并不否定经济增长 经济发展为人类社会发展和生态环境保护提供基础的物质保障。特别是对发展中国家来说，经济落后使人类生产生活方式主要以粗放型为主，这是导致生态环境恶化的根源，而生态环境的恶化带来了一系列自然灾害，从而更加剧了贫穷。目前急需找到经济发展中存在的问题和误区，并且在保护环境的基础上研究解决问题和走出误区的方法，使传统的粗放型经济增长模式逐渐向可持续发展模式过渡。因此必须改变能源和与原材料的使用方式，加强循环利用，力求减少损失、杜绝浪费，减少环境污染，减轻生态环境压力，从而实现经济的可持续发展。
(2)可持续发展同环境承载能力相协调 经济发展过程中总会产生一定的污染，但产生的污染和废物数量是可以减少的。如果在经济决策时将环境影响因素充分全面的考虑进去，那么可持续发展是可以实现的。“一流的环境政策就是一流的经济政策”这一主张得到越来越多国家的认可与支持。因此，可以通过利用适当的经济手段、先进的技术措施和一定的政府干预使自然
资源的消耗速度低于再生速度，使经济发展同环境承载能力相协调，从而实现经济的可持续。例如形成有效的利益相关驱动机制，引导企业进行清洁生产，从源头上减少污染物的排放，进而推动生产方式的变革。
2.1.2 可持续发展的内涵 (1)共同发展 地球是一个整体，其中包含各个国家和地区，而各个国家和地区间相互联系、相互作用，共同构成地球这个大系统。系统内任一子系统发生问题，就会直接或间接影响到其他子系统，导致各子系统的紊乱，甚至诱发整个大系统的突变。
(2)协调发展 从系统层面讲：协调发展是经济、社会、环境的整体协调；从空间层面讲：协调发展是世界、国家和地区的整体协调；从阶层层面讲：协调发展是各个阶层的整体协调。因此，可持续发展离不开协调发展。
(3)公平发展 可持续发展必须实现时间和空间上的公平。时间纬度上的公平就是不能饮鸩止渴，不能以损害后代人的发展能力来谋求当代的发展；空间纬度上的公平就是不能以邻为壑，不能以损害其他国家或地区的发展能力来谋求该国或地区的发展。
(4)高效发展 可持续发展必须讲究效率，而可持续发展的效率不同于且高于经济学意义上的效率。其效率既有经济意义上的效率，又有自然资源和生态环境方面的效率。因此，实现可持续的高效发展就是人类社会、经济发展和生态环境保护相协调的高效发展。
(5)多维发展 全球化发展已是社会发展的大势所趋，但不同国家或地区的发展背景和发展水平不同，导致其参与全球化的程度不同。全球化的可持续发展涉及范围很广，包含多样、多维的发展。因此，各国家和地区要从实际出发，制定适合自身发展状况的发展战略，走属于自己的可持续发展道路。
2.2 产业生态化理论 2.2.1 产业生态学 产业生态学(Industrial Ecology IE)的提出是源于 R.J.Frosch 等开展的“工业代谢”研究，该研究主要是模拟生物的新陈代谢以及生态系统的循环过程，研究期间首次从生态系统的角度出发，提出了产业生态学和产业生态系统。20 世纪 90 年代以来，社会各界学者积极参与产业生态学理论的研究，特别是生态学和环境科学的学者以及各产业领域的研究机构纷纷参与探索产业生态学未来的发展，但是对产业生态学的阐释各有不同。
1991 年贝尔实验室提出了产业生态学是对各种产业内部运行过程以及各产业产品与其内外部环境之间关联关系的跨学科研究。1995 年国际电力与电子工程研究所(IEEE)发表的《持续发展与产业生态学白皮书》中提到产业生态学是在社会科学、经济学、自然科学等领域内，研究产业、经济和自然三大系统间的相互关系的科学。1997年耶鲁大学和麻省理工学院合作出版的《产业生态学》中写道产业生态学主要是研究产业部门内的资源流入和废物流出，其目的是在产品生命周期内尽量降低废物排放率，减少对环境造成的压力。2002 年我国学者王如松认为产业生态学是研究如何将产业系统内部的物质资源流动转化为封闭式的循环流动的新兴学科。总之，产业生态学是为了实现产业发展与环境保护相协调的综合而系统的科学。
2.2.2 产业生态化及其特征 产业生态化是以产业生态学理论为指导，产业发展的高级形态。随着可持续发展概念在全世界的推广与深入，各国可持续发展战略提上日程，而产业生态化是践行可持续发展战略的途径之一，从而产业生态学的发展也蒸蒸日上，逐渐成为潮流。可持续发展的核心是实现经济发展和环境保护的统一，因此，产业生态化的要实现俩个目标：一是改造传统生产方式，将传统粗放型的产业生产方式转变为资源节约型、环境友好型的产业生产方式；另一方面探索新型节约、高效的产业，如新能源汽车、生态工业园区等。
产业生态化旨在实现资源的充分利用，构建充分循环的生态产业系统，因此产业生态化的特征主要有以下两点：
（1）
提高生态效率 产业生态化的产生是为了解决物质资源短缺、环境污染严重等问题，它的核心是减少自然资源的消耗和浪费、降低环境污染物的排放，提高环境生态效率，实现产业生产活动与自然生态环境的和谐共生。
（2）
拓宽产业链 实现产业生态化的终极目标势必要拓宽和延伸产业链，使其形成生态产业链。众多上下游产业集聚在一起，通过信息和数据共享平台了解各产业资源消耗和剩余以及产品生产状况，下游产业及时将上游产业的剩余资源、半成品甚至排放物进行再生产，形成“资源-产品-再生资源”的循环生态产业链，从而加强资源的循环利用，减少污染物的排放，实现资源节约和环境友好。其次，降低了产业生产成本，有效提高产业竞争力。
2.3 工业生态化 工业生态化的理论依据是产业生态学理论，工业生态化本质上是产业生态化在工业上的具体体现。
工业生态系统既包含工业系统，也包含自然生态系统，其是模拟自然生态运行规律的工业系统，旨在实现工业生产过程中物质资源的循环，实现工业生产与自然环境共生。其中比较典型的一个工业生态系统理论是 Braden R.Allenby 提出的三级生态系统。一级生态系统中物质资源的流动是单向的，它只一味强调工业经济效益，并没有考虑工业污染物对环境的影响，结果造成大量的资源消耗和严重的环境污染。二级生态系统物质资源的流动不只是单向的，还有循环的，因此资源消耗和环境污染减少。显然，二级生态系统的生态效率明显提高,但仍未完全实现物质资源的循环利用。三级生态系统完全实现了物质资源的循环利用，形成完全封闭的循环系统，没有物质资源流出和工业污染物排放。三级生态系统是工业生态化理想化的终极目标。目前，工业生态系统还处于一级生态系统到二级生态系统的过渡阶段，距离三级生态系统还相差甚远，工业生态化任重而道远。
图 2.1 三级生态系统
一级生态系统中线性的物料流动 生态组成部分 无限的资 无限的废二级生态系统中循环的物料流动 组成部分组成部分组成部分生态系统有限的能源和资源 有限的能源和资源 三级生态系统中循环的物料流动 组成部分组成部分组成部分生态系统能源
3 我国工业生态化水平现状分析 3.1 构建工业生态化水平指标体系 3.1.1 指标体系的构建原则 工业生态化评价指标体系的构建是评价工业生态化水平的基础，指标体系设计是否科学、指标选取是否恰当，直接影响评价的准确性。因此，在构建指标体系时，要遵循科学性、完备性、系统性与层次性、可操作性等原则。
（1）
科学性原则 科学性原则是构建评价指标体系的基本原则。工业生态化评价指标体系必须遵循工业经济规律和自然生态规律，选取评价指标必须采用科学的方法，才能客观真实地反映工业的生态化水平，发现工业生态化发展中存在的问题，并提出有针对性的发展对策，引导工业的可持续发展。本文根据工业生态化理论，结合《中国制造 2025》的基本方针——创新驱动和绿色发展，设置了物质资源利用、污染与治理、创新能力及经济发展四大子系统，选择的指标遵循绿色可持续发展的原则，对所选取的指标有科学、合理的解释。
（2）
完备性原则 完备性原则是评价指标体系能否综合、全面地评价工业生态化水平的关键。评价指标既要反映工业发展的整体特征，又要从多个层面、多个维度对工业的生态化水平进行综合评价。因此选取指标时，要尽可能具有代表性，选取的指标体系要尽可能全面、综合、准确地评价工业生态化的发展状况。
（3）
系统性和独立性原则 工业生态化评价指标体系包含资源、环境等多个方面，它们之间相互联系。所以，在设计工业生态化评价指标体系时，既要体现工业生态化各个子系统的特征，又要体现各子系统间的内在联系。其次，必须确保指标彼此独立，定义明确，避免指标间重复设置。这样，既消除了各指标间的相容性，又保证了指标体系的全面性。因此，我们在设计评价指标体系时，将指标分为目标层—准则层—指标层，形成渐进式结构，
使指标之间形成有机的组合。这样，还有利于分层对工业生态化水平做出评价，对其不足精准定位。
（4）
可操作性原则 可操作性是评价指标体系运用到实证分析中的前提条件。在选择指标时，首先要确保信息或数据的来源，考虑数据的可获得性，充分利用现有的统计资料和有关规范标准，便于收集利用；其次要考虑指标量化的难易程度，尽量选择可量化的指标，便于数学计算与分析。这样，评价结果具有可比性，进而可以对工业生态化水平进行比较。
3.1.2 指标体系的具体内容及构成框架 物质资源利用指标要求工业生产过程中注重资源的节约，这不仅可以节约生产成本，而且对自然生态的保护也尤为重要。
污染与治理指标反映了工业生产对环境的危害，为了生态系统的健康发展必须采取措施减少污染物的排放。
创新能力指标从侧面反映了工业生态化发展水平，只有创新能力的提升才能加快工业企业进行清洁生产，从而加快工业生态化的进程。
经济发展指标要求工业生态化的发展是经济与生态协调发展，在保护自然生态环境的同时，要给国家和地区带来实际的经济效益。
根据上述指标体系的构建思路和原则，搜集大量国内外关于评价工业生态化的指标体系，建立了符合我国工业生态化发展的工业生态化水平评价指标体系，见表 3-1：
表 3-1 工业生态化水平评价初级指标体系 目标层 准则层 指标层 工 业 生 态 化 评 物质资源利用 单位工业产值用水量 单位工业产值能耗 单位工业产值用电量 单位工业产值用地面积 工业固体废物综合利用率 工业用水重复利用率 污染与治理 单位工业产值废水排放量 单位工业产值 SO 2 排放量 单位工业产值烟（粉）尘排放量 单位工业产值固体废物产生量
价
工业废水排放达标率 工业 SO 2 处理率
表 3-1 工业生态化水平评价初级指标体系（续）
目标层 准则层 指标层
指 标 体 系
工业烟（粉）尘去除率 工业污染投资治理占工业总产值比 创新能力 规上工业企业 R&D 人员当时当量 规上工业企业 R&D 经费占主营业务收入比 规上工业企业新产品销售收入占主营业务收入比 规上工业企业拥有有效发明专利数 经济发展 工业总产值年增长率 工业对 GDP 的贡献率 资产负债率 成本费用利润率
由于数据获得的局限性，工业用水重复利用率、工业废水排放达标率、工业 SO2处理率和工业烟（粉）尘去除率的数据无法获得，所以予以剔除。下文实证部分采用表 3-2 的指标体系对工业生态化水平进行评价。
表 3-2 工业生态化水平评价指标体系 目标层 准则层 指标层 工 业 生 态 化 水 平 评 价 指 标 体 系 物质资源利用 单位工业产值用水量 单位工业产值能耗 单位工业产值用电量 单位工业产值用地面积 工业固体废物综合利用率 污染与治理 单位工业产值废水排放量 单位工业产值 SO 2 排放量 单位工业产值粉（烟）尘排放量 单位工业产值固体废物产生量 工业污染投资治理占工业总产值比 创新能力 规上工业企业 R&D 人员当时当量 规上工业企业 R&D 经费占主营业务收入比 规上工业企业新产品销售收入占主营业务收入比 规上工业企业拥有有效发明专利数 经济发展 工业总产值年增长率 工业对 GDP 的贡献率 资产负债率 成本费用利润率
3.2 熵值法简介 在信息论中，熵用来度量不确定性。信息量越大，不确定性就越小，熵也就越小，反之，熵就越大。同时，熵也可以判断某个指标的离散程度。离散程度越大，对综合评价的影响越大。因此，熵值法也是一种客观赋权法，其是通过指标的重要程度进行赋权。
（1）
数据矩阵
m nnm nmX XX XA 11 11其中 X ij 为第 i 个省份第 j 个指标的数值。
（2）
数据的预处理 一个指标体系包含多个指标，每个指标的性质、量纲、数量级等特征均存在差异。为了进行综合比较，首先要将数据进行标准化处理，使之按比例缩放，最终映射到一个特定的区间，如[-1,1]、[0,1]等。
数据标准化处理的方法有很多，如 min-max 极差标准化、z-score 标准差标准化等，本文采用极差变换法将数据进行无量纲化处理，消除各指标单位不统一的影响。然后将正向指标（该指标对工业生态化产生正向影响，指标值越大越好）和负向指标（该指标对工业生态化产生负向影响，指标值越小越好）按如下方法进行处理：
对于正向指标：
) min( ) max() min(ij ijij ijijX XX XX
(4.1) 对于负向指标：
) min( ) max() max(ij ijij ijijX XX XX
(4.2) 为了方便起见，处理后的数据仍记为 X ij 。
（3）计算第 j 项指标下 i 省市占该指标的比重：
niijijijXXP1
(4.3) （4）计算第 j 项指标的熵值：
niij ij jP P k e1) log( *
(4.4) k 与样本数 m 有关，一般令mkln1 。
（5）计算第 j 项指标的差异系数：
j je g 1
(4.5) （6）求各指标权重：
mjjjjggW1
(4.6) （7）计算综合得分：
∑
(4.7) 3.3 省际间工业生态化水平现状分析 本文利用构建的指标体系以及我国各省 2017 年的相关数据，对我国工业生态化水平以及各子系统：物质资源利用、污染与治理、创新能力、经济发展分别进行评价，利用 Python 软件编写熵值法代码（见附录），运行结果如下：
表 4-1 各省得分统计表 省份 综合得分 物质资源利用 污染与治理 创新能力 经济发展 北
京 0.32 0.70 0.29 0.23 0.18 天
津 0.38 0.93 0.36 0.25 0.45 河
北 0.27 0.62 0.34 0.16 0.41 山
西 0.24 0.41 0.40 0.08 0.83 内蒙古 0.20 0.33 0.38 0.08 0.54 辽
宁 0.23 0.28 0.20 0.18 0.56 吉
林 0.19 0.49 0.22 0.06 0.38 黑龙江 0.18 0.29 0.22 0.10 0.40 上
海 0.40 0.81 0.24 0.30 0.27 江
苏 0.64 0.88 0.23 0.70 0.34 浙
江 0.54 0.87 0.24 0.53 0.37 安
徽 0.38 0.85 0.25 0.27 0.40 福
建 0.30 0.69 0.22 0.20 0.32 江
西 0.20 0.42 0.21 0.11 0.30
山
东 0.43 0.72 0.30 0.37 0.38 河
南 0.29 0.73 0.26 0.17 0.25 湖
北 0.29 0.55 0.22 0.22 0.34 湖
南 0.34 0.78 0.20 0.25 0.25 广
东 0.79 0.78 0.22 0.97 0.41 广
西 0.19 0.52 0.21 0.05 0.47 表 4-1 各省得分统计表（续）
省份 综合得分 物质资源利用 污染与治理 创新能力 经济发展 海
南 0.17 0.43 0.32 0.03 0.36 重
庆 0.32 0.71 0.21 0.22 0.46 四
川 0.24 0.42 0.20 0.16 0.44 贵
州 0.21 0.54 0.20 0.06 0.56 云
南 0.19 0.42 0.19 0.08 0.51 陕
西 0.23 0.49 0.24 0.12 0.41 甘
肃 0.15 0.24 0.27 0.04 0.54 青
海 0.13 0.32 0.12 0.02 0.57 宁
夏 0.17 0.21 0.23 0.06 0.63 新
疆 0.15 0.29 0.26 0.03 0.58 由上述运行结果可知，各省份结合了物质资源利用、污染与治理、创新能力及经济发展各子系统指标的我国省际间工业生态化水平均不高，平均得分仅为 0.29，说明我国工业生态化转型比较慢，各省市工业还没有走上低消耗、低排放、与自然和谐相处的可持续发展道路。
3.3.1 省际工业生态化水平
图 4-1 我国各省市工业生态化水平综合得分排名 由上图可见，广东、江苏、浙江的工业生态化发展相对较好，工业生态化水平综合得分分别为：0.79、0.64、0.54；新疆、甘肃、青海的工业生态化发展较差，工业生态化水平综合得分分别为：0.15、0.15、0.13。从各省市工业生态化水平综合得分来看，2017 年我国工业生态化水平得分高于平均得分 0.29 的省份共有 11 个，包括广东、江苏、浙江、山东、上海、天津、安徽、湖南、重庆、北京、福建，其中除安徽、湖南属于中部地区外全部集中于东部地区。东部地区经济发达、工业基础雄厚、科学技术水平高，工业清洁生产程度高，使得工业生态化进程加快，工业生态化水平在全国遥遥领先。相反，2017 年我国工业生态化水平得分低于 0.2 的省份共有 10 个，包括江西、广西、云南、吉林、黑龙江、宁夏、海南、新疆、甘肃、青海，其中除海南外全部位于西部地区和东北地区，大多属于以资源型产业为主导产业、以粗放型生产方式为主的经济相对落后地区。这些地区科学技术水平较低，资源循环利用水平低，资源消耗和污染排放严重，因而工业生态化水平低。
3.3.2 省际工业物质资源利用水平 能源是国民经济发展的重要资源，能源消费的持续增加和供给的短缺已经成为世界性的难题。目前，我国经济的增长很大程度上还依赖能源的大量消耗。《“十三五”00.10.20.30.40.50.60.70.80.9广
东 江
苏 浙
江 山
东 上
海 天
津 安
徽 湖
南 重
庆 北
京 福
建 河
南 湖
北 河
北 山
西 四
川 辽
宁 陕
西 贵
州 内蒙古 江
西 广
西 云
南 吉
林 黑龙江 宁
夏 海
南 新
疆 甘
肃 青
海
能源规划》中明确提出“十三五”时期是推动能源革命的蓄力加速期，各行各业必须合理高效的进行能源消费，优化生产模式，提高能源利用效率，推动能源生产利用方式变革，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，实现向资源节约型、环境友好型社会的过渡。
图 4-2 我国各省工业物质资源利用水平得分及排名 从图 4-2 可以看出，工业物质资源利用水平高于各省平均水平的省份有：天津、江苏、浙江、安徽、上海、广东等，这些省份除重庆外都属于东中部地区，经济发展水平较好，在我国资源利用方面起到很好的示范与带头作用。从整体来看，受地域影响，能源资源分布不均匀，西部地区、东北地区和东中部地区的资源利用水平差距较大。自然物质资源丰富的西部地区和东北地区，由于资源获取成本相对较低，对资源的节约意识并不强，导致较为严重的资源消耗与浪费；而东中部地区资源成本高，资源节约意识强，在物质资源的利用方面表现良好。但造成物质资源利用水平差距大的主要原因是技术水平高低和工业内部结构优化水平。因此西部地区、东北地区以及能源效率不高的中部工业大省在提高节约资源意识的基础上，更应该优化工业产业结构，提升工业生产技术，提高资源循环效率，从源头上减少资源的消耗，进而提高物质资源的利用水平。为了加快提高物质资源利用水平的速度，各省需要充分结合当前国际0 0.2 0.4 0.6 0.8 1宁
夏 甘
肃 辽
宁 黑龙江 新
疆 青
海 内蒙古 山
西 江
西 四
川 云
南 海
南 吉
林 陕
西 广
西 贵
州 湖
北 河
北 福
建 北
京 重
庆 山
东 河
南 湖
南 广
东 上
海 安
徽 浙
江 江
苏 天
津
能源市场发展状况以及我国新常态下经济运行的特点，抓住经济转型的良好机遇，不断优化工业结构，推动工业朝着绿色化、信息化、数字化转变。
3.3.3 省际工业污染与治理水平 目前，我国乃至世界的工业生产都处于一级工业生态系统向二级工业生态系统的过渡，工业系统内部能源的循环效率有...
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