图1系统结构分析框架
胡韫频1，黄小芬1，陈 伟1,高崇博2
(1.武汉理工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070；2.武汉地产开发投资集团有限公司，湖北 武汉 430022)
摘 要：国家可持续发展议程创新示范区建设是各地社会经济发展的重要战略。以科技创新与社会发展相融合、科技创新带动经济发展为目标，根据《2030年可持续发展议程》要点，结合湖北特色禀赋和现实需求，运用系统动力学方法，构建创新示范区建设战略的SD模型，预测湖北省创建议程创新示范区核心指标演进趋势，并进行系统仿真模拟。结果表明：在预测期内，湖北省GDP、水资源总量和基础设施承载能力将保持较好的发展趋势，但高新技术贡献率、水环境保护、科技人力资源增长相对缓慢。对照预测分析，从科技人力资源和高新技术产业贡献、水资源环境保护、基础设施承载能力建设等方面提出对策建议。
关键词：可持续发展议程；湖北省创新示范区；SD模型；建设战略
可持续发展是指既可以满足当代人需求，又不损害后代人满足其需求能力的发展[1]。坚持可持续发展道路，已成为全球各国环境、社会和经济协调发展的共识。2015 年，193 个联合国会员国在可持续发展峰会上正式通过成果性文件——《改变我们的世界:2030 年可持续发展议程》(以下简称《2030年可持续发展议程》)[2-3]。根据该议程，国务院于2016年出台《中国落实2030年可持续发展议程创新示范区建设方案》(以下简称《方案》)，提出中国将建设一批国家可持续发展议程创新示范区(以下简称“议程创新示范区”)，形成若干可推广的可持续发展创新示范典型模式和现实样板[4-5]。但是，在时间较短且没有同类型示范区可借鉴的情况下，如何参照《2030年可持续发展议程》确定的重点领域，结合当地特色禀赋和现实需求，秉持“一个区域一套方案”的原则，研究本地区可持续发展对策显得尤为重要。
目前，湖北省建有12个国家级(在全国189个可持续发展实验区中占6.35%，居全国第5)和9个省级可持续发展实验区,其中包含1个先进示范区——武汉江岸区国家可持续发展先进示范区(全国仅13个)。湖北省可持续发展实验区建设经验丰富，但如何根据议程要求，以科技创新与社会进步融合、科技创新带动经济发展的理念创建议程示范区，还需要进行战略性策略研究。
目前，学者们对可持续发展议程创新示范区的相关研究成果主要体现在：①水资源可持续利用、水环境保护对可持续发展的推动作用[6-7]；②资源、经济与人口的可持续发展[8-9]；③科技创新、科技人才对企业以及经济的贡献和拉动作用[10-11]；④对《2030年可持续发展议程》的解读以及定性分析中国应如何落实议程创新示范区建设[12-13]。但上述研究成果都未在深入解读《方案》和《2030年可持续发展议程》的基础上，综合考虑社会、科技、经济、资源、教育等因素在议程创新示范区建设中的重要作用和相互间的协调性，缺乏系统性和定量化分析。此外，可持续发展是一个特殊的动态复杂系统，具备层次性、整体性、动态性和非线性特征，难以用一般的线性系统理论和方法进行描述[14]。相比于传统数学模型，系统动力学模型(SD模型)更能反映复杂系统的动态变化趋势及其非线性结构，模型追求系统整体最优状态，更有利于实现科技创新、社会进步、环境保护与经济发展各子系统之间的协调[15]。
因此，本文运用系统动力学方法，分析湖北建设议程创新示范区所遇到的瓶颈问题，构建议程创新示范区建设战略的SD模型，通过Vensim-ple软件模拟运行预测湖北省创建议程创新示范区的核心指标发展趋势，并依据模拟结果，针对性地提出可持续发展策略，从而提升创建议程创新示范区的竞争能力。
1995年，湖北省积极响应国家号召并配合中央部署，在国家科技部的领导下，结合湖北省实际，陆续建立了涉及大城市城区、设区市、县及县级市等行政区划的12个国家级和9个省级可持续发展实验区，可持续发展理念已深入人心。湖北省具有丰富的水资源，地表水资源总量为1 006.63亿m3，加上长江、汉江、清江等过境水量，年径流量可达 6 338亿m3，水资源理论蕴藏量平均功率为1 720.45万kW，装机容量3 554.05万kW。截至2015年，湖北省普通高等院校126所，在校研究生11.71万人，政府部门所属科学技术研究机构239所，丰富的科教资源和雄厚的科教综合实力为议程创新示范区建设提供了强大的科技支持及资源保障。湖北省政府积极响应《方案》，坚持以可持续发展理念指导经济社会发展，已将议程创新示范区创建工作摆上了重要的工作议程，并相继出台《湖北省可持续发展实验区管理办法(试行)》等管理文件，调整了湖北省可持续发展实验区管理办公室组成人员。
同时，湖北省未真正发挥自身科教优势，存在科教资源利用不充分、科技活动人员行业分布失衡、水环境保护不足等问题。武汉高校每年都有大量硕、博士毕业生流向外省，人才资源利用不充分。在科教资源转化上，存在高端创新人才和高端成果缺乏、高校学科研究方向与湖北主导产业契合度低等难题，没有将科教资源与本地社会发展相结合，科技创新对社会进步以及经济发展的推动力不足。湖北拥有丰富的水资源，而水资源是社会、经济可持续发展的重要基础，水环境污染必然制约其可持续发展。这些问题是湖北创建示范区建设的主要瓶颈，需要统筹到可持续发展战略中加以解决。
结合《2030年可持续发展议程》和《方案》的指导思想，以科技创新与社会进步融合、科技创新带动经济发展为目标，以破解制约湖北省可持续发展的水资源环境保护不足、科教资源利用不充分、科技创新对社会进步的推动有待进一步加强等关键问题为着力点，构建系统模型关系如图1所示。
(1)科技教育。地区可持续发展离不开科技教育，只有加大对科技教育的投资力度，充分利用湖北省丰富的科教资源提高科技技术水平，并应用于社会和经济发展中，才能从根本上转变传统高污染、高排放、高耗能经济发展模式，真正实现低耗能、低污染、低排放的可持续发展模式。社会发展带动经济发展，经济发展可以加大教育投资力度，高质量的教育水平可以提高全民综合素质，并为可持续发展不断输送大量的科技人力资源，形成良性循环。
(2)水环境保护。水资源可持续利用是可持续发展的重要基础，湖北省作为“千湖之省”，水利在经济发展中占据了不可替代的重要地位。因此，创建议程创新示范区，水资源保护和可持续利用是重点战略之一。保护水环境是为了避免水资源短缺制约社会可持续发展的情况发生，使水利产业成为拉动湖北经济发展的重要增长点，最终实现经济-社会-环境可持续协调发展模式[16]。
图1系统结构分析框架
(3)基础设施。基础设施是居民生活和各类生产活动必需的重要物质基础。基础设施建设作为地区发展的基础和前提，其承载能力和完善程度直接影响地区的社会经济可持续发展[17]。例如，加大对交通基础设施投入力度，为居民出行和物品输送提供完善的交通服务；加大水卫生基础设施投入力度，提升人民生活质量，减少因饮用不良水质引发的疾病，节约水资源；加快金融基础设施建设，既可以为居民日常生活带来便利，也可以有效促进银行业持续健康发展。
(4)资源利用。从长远看，自然资源是社会、经济发展的物质基础，单纯追求社会进步和经济发展，忽略发展对资源的过度消耗而导致资源短缺，与真正的可持续发展背道而驰[18]。结合十九大提出的创新协调、绿色、开放、共享的发展理念，利用科技创新提高资源利用率，保护自然资源，实现资源与社会经济协调发展。
议程创新示范区建设关键在于科技创新，坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”5大发展理念，以创新为主，发挥科技创新对社会事业、社会进步和经济发展的引领作用[19]。以解决制约湖北省可持续发展的水资源环境保护不足以及科教资源利用不充分等问题为目标，以科技创新为手段，通过科技进步推动社会进步以及环境保护，最终实现经济稳步增长和可持续发展。利用系统动力学方法，构建议程创新示范区系统的因果关系如图2所示。
图2议程创新示范区系统的因果关系链
从图2可直接了解整个系统内各变量间的因果关系和反馈路径，主要反馈回路如下：
反馈回路1：研发经费-应用研究项目数-应用研究成果储备量-科技水平对高新技术产业的影响-高新技术产业投资产出率-高新技术产业增加值-高新技术贡献率-GDP-研发经费；
反馈回路2：科技人力资源-应用研究开发周期-应用研究成果储备量-科技水平对高技术产业的影响-高新技术产业投资产出率-高新技术产业增加值-高新技术贡献率-GDP-教育投资经费-研究生毕业生人数-科技人力资源；
反馈回路3：科技人力资源-废水处理量-水环境保护-水环境保护对经济的影响-GDP-教育投资经费-研究生毕业生人数-科技人力资源；
反馈回路4：科技人力资源-耗水总量-水资源短缺-GDP-教育投资经费-研究生毕业生人数-科技人力资源；
反馈回路5：教育投资经费-研究生毕业生人数-科技人力资源-GDP-教育投资经费；
反馈回路6：水环境保护投资-废水处理量-水环境保护-GDP-水环境保护投资；
反馈回路7：GDP-货运量-货运能力指数-交通运输基础设施能力指数-基础设施承载能力-GDP；
反馈回路8：GDP-客运量-客运能力指数-交通运输基础设施能力指数-基础设施承载能力-GDP；
反馈回路9：GDP-邮电业务总量-邮电基础设施能力指数--基础设施承载能力-GDP；
反馈回路10：GDP-金融机构存款-金融基础设施能力指数-基础设施承载能力-GDP；
反馈回路11：GDP-耗水总量-供水量-水卫生基础设施能力指数-基础设施承载能力-GDP；
反馈回路12：全民综合素质-废水排放量-水环境保护-水环境保护对经济的影响-GDP-教育投资经费-研究生毕业生人数-全民综合素质。
由此可见，反馈回路1～5说明，加大科技研发和教育经费投入力度，可以提高教育质量和水平，增加科技人力资源，提高科技创新水平，促进高新技术产业发展，推进社会进步，提高资源利用率，保护水资源，最终促进经济可持续发展。反馈回路6说明，加大水环境保护投资力度、改善水环境，可以为地区社会经济可持续发展奠定物质基础。反馈回路7～11说明，社会发展与基础设施息息相关，具备较强承载能力的基础设施可以提高居民生活质量，促进经济与社会良好发展。反馈回路12说明，提高全民综合素质，可以从源头减少环境污染，全面促进社会与生态可持续发展。
根据议程创新示范区系统因果关系图，并综合考虑模型输出指标以及系统内部结构关系，构建系统流图见如图3所示，主要函数关系式如表1所示。
图3系统流图
表1函数关系式与变量类型
参考《中国落实2030年可持续发展议程国别方案》，以创新驱动发展战略实施为主线，以推动科技创新与社会发展深度融合为目标，以破解制约湖北省可持续发展的人才资源利用不充分、科技创新对社会进步推动有待进一步加强等问题为着力点，选择以下6个指标作为代表性指标：
(1)基础设施承载能力，包括金融基础设施、水卫生基础设施、交通运输基础设施、邮电基础设施4个方面。基础设施可以为社会生产和居民生活提供公共服务，因此基础设施承载能力可以体现科技创新对社会进步的推动作用。
(2)高新技术产业贡献率。高新技术产业具有创新性、公共性、科技人员占从业人员比重大等特点。高新技术产业贡献率可以体现科技成果转化率、科技人力资源利用效率，以及高新技术对社会发展的贡献。结合湖北高新技术产业发展的实际情况，高新技术产业主要是指先进制造业增加值、光电子信息产业、生物医药和医疗器械产业。
(3)水环境保护。结合湖北水资源特色以及工业状况，将水环境保护作为议程创新示范区建设重点之一。
(4)水资源总量。《中国落实2030年可持续发展议程国别方案》多次提及资源高效利用的重要性，结合湖北特色，以水资源总量体现资源利用效率情况，而资源高效利用需依靠科技，因此该指标可以体现科技创新和资源环境的融合。
(5)科技人力资源，可以体现科技人才储备情况以及教育质量水平。
(6)GDP，衡量地区国民经济发展，是体现国家整体发展状况的重要指标。
本文选取湖北省武汉市作为模拟对象，运用Vensim-ple 软件，对议程创新示范区模型进行仿真分析，设定仿真时间为2009-2029年，运行步长为1年。以2009年作为初始年份，通过模拟得到2009-2015年的模拟值，并不断调整模型内参数，使变量尽量接近实际值[20-21]。检验模型适用性的方法有：量纲一致性检验、模型结构的适合性检验、模型结构与实际系统的一致性检验等。本文对各指标单位进行反复校正，以确保各单位的一致性，并在建模前对系统进行分析和调研，结合武汉建设实际情况，可认为模型结构是合理的。模型结构和实际情况检验如表2所示。
表2历史数据检验结果
由表2可知，将2009—2015年GDP和总人口模拟值与真实数据对比，相对误差基本均控制在±10%以内，说明议程创新示范区SD模型具有有效性，可以用于预测武汉市建设议程创新示范区发展趋势。
利用Vensim-ple软件，以2009年为初始年份，模拟2009—2029年，时间步长为1年，通过仿真模拟得到科技人力资源、高新技术贡献率、基础设施承载能力、水环境保护等6个代表性指标的预测值，如图4～9所示。
图4科技人力资源仿真
随着高等教育投入增加，科技人力资源占总人口比重应不断上升，即科技人力资源增长率不断提升，但是模拟图中的科技人力资源增长率基本不变，整体增长速度过于缓慢，说明高等教育水平和质量有待进一步提升，教育经费投入比例偏低。高新技术产业贡献率整体变化幅度小，说明科技人力资源增长没有转化为高新技术产业发展推动力，科技人力资源开发不够充分，科技创新与社会发展的融合有待加强。
图5高新技术贡献率仿真
图6GDP仿真
图7基础设施承载能力仿真
图8水资源总量仿真
图9水环境保护仿真
相应对策：应重点开发本省雄厚的人力资源，将科教优势转化为创新发展优势，促进科技创新与社会发展相融合。利用武汉市雄厚的科技实力，围绕制约可持续发展的关键问题，支持符合条件的市场主体参与承担国家重点科技计划项目，在议程创新示范区优先开展先进适用技术转移转化，搭建技术集成应用载体，形成更多的高新技术产业创新集群。高校应顺应新经济发展要求，与湖北省特色产业发展相衔接，推进学科设置改革，发展新兴交叉学科和应用型学科，在专业领域内瞄准世界前沿、强化技术攻关，为高新技术产业发展提供技术支撑和创新动力。
由上述模拟图可以看出，至2020年，水环境保护才趋于稳定，保持匀速增长，说明水环境保护变化直到2020年才达到100%，增长速度过于缓慢，需要加大相关资金投入力度。水环境保护主要受废水排放量和废水处理量两个方面的影响，因此，需要从源头减少工业和生活废水排放，并且利用科技创新降低单位废水处理成本，加大废水处理量。
相应对策：完善并落实水资源管理等相关制度，严格限制高污染、高耗水且产生大量废水的行业发展，严格把控工业废水以及生活废水排放，增加废水处理站，提高废水处理效率。加大“节约用水”环境理念的推广和宣传力度，增强居民节水意识，降低水资源使用量，进而减少生活废水。利用科技创新提高水资源重复利用率，优化高耗水企业生产结构，减少废水产生量。加大水环境保护相关技术研发，降低废水处理成本，促进相关科技技术推广和使用，有效减少废水排放。促进地下水、雨水等水资源开发利用，既可以提升水资源供给量，又可以降低因雨水引发的洪涝对居民财产和人生安全的威胁，从而促进社会和经济可持续发展。作为“千湖之省”的湖北省，通过水资源保护和合理开发利用，完善水资源开发利用的相关水利设施建设，进而促进水利可持续发展，使水利产业成为拉动地区发展的重要产业之一。
基础设施承载能力、水资源总量及GDP的变化趋势比较相似，均保持较好的发展态势。GDP受基础设施承载能力以及水资源总量的影响，因而为了使经济稳步增长，必须确保水资源和社会大环境基础设施对经济的推动作用。
相应对策：充分利用水资源，加大基础设施建设投入力度，完善可持续发展的物质基础环境。充分发挥葛洲坝电站、三峡水电站等大型水电枢纽作用，加快建设新型能源建设工程，形成具有湖北省自身特色的大能源新格局，为经济发展奠定基础。加快技术创新，完善水卫生、交通等基础设施建设，为社会民生可持续发展提供支撑。
本文结合《2030年可持续发展议程》和《方案》的指导思想，以系统工程理论方法为指导，以重点体现科技创新与社会进步的融合作为指标选取理念，创建议程创新示范区SD模型。通过仿真分析发现，湖北省高新技术贡献率、科技人力资源、水环境保护的提升速度相对缓慢，应作为议程示范区建设重点领域，并提出开发科教资源，将科教优势转化为创新发展优势，以及从源头减少工业和生活废水排放，利用科技创新降低单位废水处理成本等针对性对策。
未来研究可以在本文基础上，增加空气质量改善、新能源利用率及现代制造业产值等指标，并进行实地调研，从而更全面系统地进行对策模拟，为湖北省可持续发展战略顺利实施提供支持。
参考文献:
[1] 世界环境与发展委员会.我们共同的未来[M].王之佳,柯金良,译.长春：吉林人民出版社,1997.
[2] United Nation Conference on Sustainable Development.The future we want[R].2012.
[3] THE GENERAL ASSEMBLY.Transforming our world:the 2030 agenda for sustainable development[R].2015．
[4] The State Council.The development plan of China′s innovation demonstration zone for the implementation of the 2030 agenda for sustainable development[R].2016．
[5] 国务院.中国落实2030年可持续发展议程创新示范区建设方案[Z].2016.
[6] 牛志强,王延辉,刘明珠.河南省水资源承载能力系统动力学模型及其应用[J].水电能源科学，2009,27(1):18-50.
[7] 乔长录,刘招，周凯.南水北调对汉江中下游水资源影响的SD仿真[J].西北大学学报，2011,41(3):525-529.
[8] 李杰兰,陈兴鹏,王雨,等.基于系统动力学的青海省可持续发展评价[J].资源科学，2009,31(9):162-163.
[9] 师满江,徐中民.张掖市可持续发展系统动力学模拟分析[J].冰川冻土,2010,32(4)：851-858.
[10] 王展昭,马永红,张帆.基于系统动力学方法的技术创新扩散模型构建及仿真研究[J].科技进步与对策,2015,32(19):13-19.
[11] 严炜.基于科技进步的湖北省循环经济发展研究[J].科技进步与对策,2015,32(11):36-40.
[12] 陈秋昊.历史视角下的全球协同发展历程探析——关于 《2030 年可持续发展议程》的思考[J].环境与可持续发展,2016(6):101-102.
[13] 孙新章.中国建立落实2030年可持续发展议程创新示范区的战略思考[J].中国人口·资源与环境,2017,27(4):1-5．
[14] 贾仁安,丁荣华.系统动力学-反馈动态性复杂分析[M].北京:高等教育出版社,2002:26-37 .
[15] 程叶青,李同升.SD模型在区域可持续发展规划中的应用[J].系统工程理论与实践,2004,12(12):13-18.
[16] 严立冬.湖北水资源可持续利用的战略选择[J].生态经济，2001(10):31-34.
[17] 杨锋,邢立强,刘春青.城市基础设施可持续发展评价指标体系研究[J].中国经贸导刊,2015,16(6):49-52.
[18] 陈水清,付春晖.湖北能源可持续发展的思考[J].科技进步与对策,1999,16(2):25-27.
[19] 孙新章.中国参与2030年可持续发展议程的战略思考[J].中国人口·资源与环境,2016,26(1):1-7.
[20] 湖北省统计局,国家统计局湖北调查总队.湖北统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2015.
[21] 武汉市统计局,国家统计局武汉调查队.武汉统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2015.
Hu Yunpin1,Huang Xiaofen1,Chen Wei1,Gao Chongbo2
(1.School of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China;2.Wuhan Real Estate Group,Wuhan 430022,China)
Abstract：The construction of the national sustainable agenda innovation demonstration area is an important strategy for the economic and social development of all parts of the country.With the integration of scientific and technological innovation and social progress,scientific and technological innovation promotes economic development as the main theme,and combines the characteristics of Hubei and the needs of reality.Using the system dynamics method,the construction strategy SD model of the agenda innovation demonstration area is constructed.According to the 2030 agenda for sustainable development,predict the development trend of core indicators of Hubei province to create an agenda innovation demonstration area,and carry out systematic simulation.The empirical analysis shows that GDP and infrastructure carrying capacity maintain a good development trend,but the contribution rate of high-tech,water environment protection,and technology human resources all increase slowly.According to the results of the model,proposed to strengthen the protection of water environment and promote sustainable development of water conservancy.Transform the advantage of science and education into the advantage of innovation and development.Improving the conversion rate of scientific and technological achievements.
Key Words:Sustainable Development Agenda; Innovation Demonstration Area in Hubei Province; SD Model; Construction Strategy
DOI：10.6049/kjjbydc.2018010380
中图分类号：F127.63
文献标识码：A
文章编号：1001-7348(2018)08-0038-08
收稿日期：2018-03-16
基金项目：湖北省科技支撑计划重点项目(2017ADC020)
作者简介：胡韫频(1968-)，女，湖北武汉人，博士，武汉理工大学土木工程与建筑学院副教授、硕士生导师，研究方向为工程项目管理、建设项目策划、建设项目投资管理等；黄小芬(1993-)，女，江西赣州人，武汉理工大学土木工程与建筑学院硕士研究生，研究方向为工程项目管理等；陈伟(1970-)，男，湖北武汉人，博士，武汉理工大学土木工程与建筑学院教授、硕士生导师，研究方向为建筑产业现代化、复杂工程系统评价、项目投资决策等；高崇博(1987-)，男，山西运城人，武汉地产开发投资集团有限公司工程师，研究方向为工程管理等。
(责任编辑：张 悦)