工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度綜合評價

歐陽甫宣

摘要：生態(tài)工業(yè)園的可持續(xù)運行依托于核心生產(chǎn)項目的支撐作用，對工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)進行節(jié)點重要度評價具有現(xiàn)實意義。運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，提出工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度多指標(biāo)綜合評價方法，并以蘇北某生態(tài)工業(yè)園區(qū)為例進行實證分析，其結(jié)果證明該方法對實際工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度評價的有效性。

Abstract： The sustainable operation of eco-industrial parks relies on the support of core production projects. It is of practical significance to evaluate the importance of nodes in industrial symbiosis networks. The complex network theory is used to propose a multi-index comprehensive evaluation method for industrial symbiosis network nodes. An ecological industrial park in Northern Jiangsu Province is taken as an example for empirical analysis. The results show that this method is effective in evaluating the importance of industrial symbiosis network nodes.

關(guān)鍵詞：工業(yè)共生；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點重要度；綜合評價

Key words： industrial symbiosis；complex network；node importance；comprehensive evaluation

中圖分類號：TP393.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0076-03

0 引言

工業(yè)園區(qū)作為中國第二產(chǎn)業(yè)的重要支撐，在積極為社會創(chuàng)造經(jīng)濟財富的同時，對自然資源產(chǎn)生了龐大的消耗，對生態(tài)環(huán)境也造成了巨大的壓力，為了解決這一經(jīng)濟發(fā)展上的難題，生態(tài)工業(yè)園應(yīng)運而生。生態(tài)工業(yè)園的可持續(xù)運轉(zhuǎn)依賴于園區(qū)內(nèi)核心項目的協(xié)調(diào)作用，有針對性地對核心項目做出有效的管理，對其生產(chǎn)資源進行合理配置，不僅能提高資源的利用率，還可以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此對園區(qū)內(nèi)生產(chǎn)項目進行重要度評估具有現(xiàn)實意義。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，決定了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的不平等性，導(dǎo)致處于不同位置的節(jié)點表現(xiàn)出不均等的抗毀性。因此，通過發(fā)掘重要性節(jié)點，并采取有效的手段對這類節(jié)點進行保護，可以提高整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。在社會網(wǎng)絡(luò)分析的視角下，節(jié)點中心性可以衡量節(jié)點的重要性；在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析的視角下，常用的方法有節(jié)點刪除法和節(jié)點收縮法?？傮w而言，學(xué)者們的研究角度不盡相同，但是都強調(diào)了節(jié)點的重要度評估具有實用價值。

1 生態(tài)工業(yè)園共生網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

本文以蘇北某生態(tài)工業(yè)園為例，該生態(tài)工業(yè)園將鹽化工產(chǎn)業(yè)作為核心，以鹽鹵水作為原料，主要發(fā)展純堿與離子膜燒堿項目，結(jié)合尖端的生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)出了丁酮肟、硝酸、氯乙酸、環(huán)氧氯丙烷、鄰甲苯胺、硫丹醇、聚氨酯、甘氨酸等多種應(yīng)用范圍廣的產(chǎn)品，并引入了新型建材產(chǎn)業(yè)等充實了園區(qū)的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。該工業(yè)園秉承產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度強、資源節(jié)約、環(huán)境友好的原則，以打造純堿、燒堿和鹽鹵水綜合利用為三大支柱項目為目標(biāo)，從而推動園區(qū)工業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

本文將生態(tài)工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)抽象為無向的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，以園區(qū)內(nèi)生產(chǎn)項目為節(jié)點，以項目之間的物質(zhì)、能量交換為邊并使用Ucinet軟件NetDraw工具，得到該生態(tài)工業(yè)園的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2 生態(tài)工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度綜合評價

2.1 評價指標(biāo)選取

定義1 度中心性（Cd）

度中心性則表示為節(jié)點i的節(jié)點度與網(wǎng)絡(luò)中可能存在的最大節(jié)點度之間的比值，其表達式為：

其中ki為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點i的節(jié)點度。

介數(shù)中心性的表達式為：

其中g(shù)hj為節(jié)點h到節(jié)點j的最短路徑的總數(shù)，ghj（i）為節(jié)點h與j經(jīng)過節(jié)點i的最短路徑的條數(shù)。

接近中心性的表達式為：

其中dij為任意兩個節(jié)點i和j間的最短路徑所含邊數(shù)。

2.2 基于NF-TOPSIS的節(jié)點重要度綜合評價算法

相關(guān)文獻曾提出基于TOPSIS的節(jié)點重要度綜合評價模型，原文的模型更傾向于無向無權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對于工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)并不適用，本文充分考慮工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中生產(chǎn)項目的生產(chǎn)能力，提出基于NF-TOPSIS的節(jié)點重要性綜合評價方法，算法步驟如下：

步驟1：構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R。設(shè)工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中有n個節(jié)點，m個節(jié)點重要度評價指標(biāo)，第i個節(jié)點的第j個指標(biāo)值記為aij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m），構(gòu)成決策矩陣A為：

本文選取的指標(biāo)皆為效益型指標(biāo)，但是參與決策的指標(biāo)量綱不統(tǒng)一，為便于比較，須對指標(biāo)矩陣做如下標(biāo)準(zhǔn)化：

步驟3：計算距離。分別計算每個節(jié)點評價向量到正理想解的距離D+和負理想解的距離D-：

步驟4：計算待評價對象相對最優(yōu)方案的貼近度Ci，其公式如下：

3 實證分析—以蘇北生態(tài)工業(yè)園為例

本文以蘇北生態(tài)工業(yè)園為例，通過Matlab7.0編程，計算各個節(jié)點的中心性指標(biāo)，并根據(jù)中心性值的大小找出各指標(biāo)排名前10的節(jié)點，如表1所示，從表中可以看出，不同指標(biāo)的排序也并不一致，但指標(biāo)評價顯然是片面的。在該工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中存在大量具有相同度中心性的節(jié)點，顯然這些節(jié)點的重要度未必相同，例如節(jié)點20的度中心性排在前列，然而農(nóng)藥項目僅僅是主產(chǎn)業(yè)鏈中的衍生項目，對生態(tài)園區(qū)的運轉(zhuǎn)作用并不大，對于這類節(jié)點的破壞，僅僅使得網(wǎng)絡(luò)的通信冗余度減少，并不影響網(wǎng)絡(luò)的整體通信能力；介數(shù)中心性基于網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，反映了節(jié)點對流的控制能力，然而在實際工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中重要的流并非就沿著最短路徑傳播的；接近中心性依托的是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的距離，刻畫了節(jié)點的位置中心性，卻忽視了節(jié)點的通信能力，因此對工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度進行多指標(biāo)綜合評價具有現(xiàn)實意義。endprint

根據(jù)綜合評價模型計算出該工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點評價向量到正理想解的距離D+和到負理想解的距離D-以及貼近度Ci，并對貼近度Ci進行排序，如表1所示，表中給出排名前10的節(jié)點。

在該工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點4不僅對相鄰節(jié)點的直接貢獻度較大，其本身也處于相對核心位置，而且對流也具有較強的控制能力，該項目的衍生物在產(chǎn)業(yè)鏈中的流動覆蓋面大，如果氯氣項目的運營遭到停滯，整個生態(tài)園區(qū)資源的配置都會出現(xiàn)極大的漏洞，因此其Ci值最大；節(jié)點1位于網(wǎng)絡(luò)中最核心的位置，其介數(shù)值也最大，節(jié)點3的刪除會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的通信距離增大，因此貼近度值次之?？梢钥闯觯琶壳暗墓?jié)點在網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)中都占據(jù)了重要位置，如果它們遭到了破壞，整個網(wǎng)絡(luò)將不再連通。

4 結(jié)論

本文面向工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中重要節(jié)點為主要目標(biāo)，重點從網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過基于TOPSIS的多指標(biāo)綜合評價模型發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點。根據(jù)本文的評價模型尋找園區(qū)內(nèi)的重要項目，并通過有效的手段對其進行保護，提高工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，從而避免園區(qū)內(nèi)支撐項目遭到破壞引起級聯(lián)效應(yīng)導(dǎo)致整個園區(qū)停止運行。

下一步研究需要進一步模擬實際的工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，將工業(yè)園當(dāng)作有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)來進行分析，并融入能量流、信息流對節(jié)點的影響，同時對節(jié)點的權(quán)重分析進行改進，讓最終的評價結(jié)果更貼近實際工業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)，進一步提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

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