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传统的煤炭矿区产业系统资源流路径为“煤炭资源-煤炭开采部门-煤炭供应部门-生产部门-运输部门-消费群体-自然环境”。这种单向的线性资源流已经导致了严重的生态环境问题。基于产业共生链设计和废物回收处理的资源管理理念构建产业共生网络,为从根本上解决工业污染问题、促进资源循环和效率提高提供了思路,也引起众多学者的研究兴趣。相较于一般的生态工业园区而言,煤炭产业共生网络(CISN)独特的产业连接属性和成长环境使其在内部结构、技术构成和影响因素等方面存在更为苛刻的稳定边界条件。构成CISN的主要产业均为国民经济的基础性产业。MSCI指数波动情况统计分析表明,相较一般轻加工产业,经济波动对能源、原材料、可选消费品等周期性行业造成的影响更为巨大,因此在影响CISN健康发展的众多扰动因素中,经济波动的起伏表现尤为突出。在世界经济深度调整与能源价格大幅波动的背景下,CISN的脆弱性问题日益突出,并成为了制约矿区发展的关键因素。近年来,许多学者围绕CISN的构建、运行机制、效率评价、资源代谢等内容展开了广泛而富有成效的研究。然而,现阶段关于CISN脆弱性,尤其是经济波动这一类非自然扰动背景下CISN脆弱性形成机理与动态演化规律的研究仍十分有限。 本文在对相关文献和理论进行梳理的基础上,从结构决定功能的理论视角出发,对经济波动下CISN的脆弱性机理进行了探索性研究。本文首先建立了经济波动条件下 CISN的脆弱性分析框架,阐释了“经济波动→CISN结构演化→功能退化→绩效下降”的传导关系。其次,考虑到CISN内部资源流的方向性和企业的异质性,提出了一种改进的有向加权网络相继故障模型,并设计了五个网络性能指标(相继故障相对值,最大连通子图相对值,平均路径长度,全局效率,结构熵),来衡量整个 CISN的破坏程度。最后,本文选取了我国三个典型的煤炭工业园区案例,基于上述改进模型模拟和比较分析了终端产业需求下滑和能源价格冲击分别对不同类型CISN(平等型,依托型和嵌套型CISN)脆弱性影响的差异性。 研究结果表明经济波动和网络结构之间的交互作用是决定CISN脆弱性水平的关键因素。就整体脆弱性水平而言,平等型CISN最高,依托型CISN次之,嵌套型CISN最低。从扰动类型的角度来看,相比需求下滑,能源价格冲击下三类CISN的五项性能的变化更为剧烈,表明各CISN对能源价格波动更为敏感。但是,平等型CISN在需求下滑下的相继故障规模最大,而依托型和嵌套型CISN则在能源价格冲击下的故障规模最大。从扰动强度的角度来看,平等型CISN对经济波动具有明显的初值敏感性特征,依托型和嵌套型CISN对经济波动具有较强的耐受性。从网络性能的角度来看,嵌套型CISN在维持网络性能方面要优于依托型和平等型 CISN。由于平均路径较长且网络连通效率较低,平等型的故障扩散呈S型曲线趋势,同时其故障扩散速度平稳且缓慢。相反,依托型CISN的初始故障率较高,表明系统效率的损失可以在一定程度上提高系统的抗风险能力。 本文运用多主体建模法对不同经济波动下三类CISN结构和脆弱性演化进行仿真和对比分析研究,并得到了一定的研究结果。在理论上丰富了CISN脆弱性研究视角、内容与方法,在实践上为CISN的规划、设计和稳定性治理提供了决策参考。