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我国工业化带来的资源耗竭与生态环境破坏问题日益严重，构建工业共生体系是解决我国工业系统所面临问题的重要途径。当前工业共生实践的主要形式为生态工业园区，但生态工业园区一般被限制在有限的地域空间内，因而在更大空间尺度上构建工业共生网络，则需建立虚拟生态工业园区。
当前国内外对虚拟生态工业园区的研究主要集中于对其驱动因素、运行模式、结构解析和废物流匹配方式等的研究上，尚缺乏对园区代谢结构模式相关的系统研究，缺乏对园区进行系统模拟、研究其代谢结构演替过程等相关的研究，也缺乏如何综合利用经济、技术、行政等手段促进园区发展的定量化研究。
本文建立了由产业代谢结构模型、园区代谢系统动力学模型、园区代谢模式优化模型3个子模型组成的虚拟生态工业园的代谢模型。模型通过对园区产业结构演进过程的模拟，研究园区发展的驱动力因素，并研究促使园区产业结构优化的手段和途径，为决策提供支持。
利用上述模型，本文针对安徽马鞍山的工业系统开展了实证研究。结果显示：虚拟生态工业园区的发展模式有效提高了案例园区的废物回收率，提高了案例园区的水资源生产力和能源效率，但为遏制案例园区物质消耗量的增长，还需对园区产业结构进行调整，并进一步加大对工业废弃物综合利用技术的政策扶植和资金投入。
利用模型的驱动因素分析功能，研究了案例园区工业系统水资源效率、能源效率与工业水价及能源价格间的关系。结果显示：1)目前园区的水价过低，难以提高园区企业的节水意识并激发园区企业节水的潜力；2)为提高园区的水资源生产力，必须逐步提高水资源价格；3)单纯提高能源价格并不能有效提升园区能源效率，必须配合节能技术的创新。
本文将物质流分析引入到虚拟生态工业园区的研究中，并建立了虚拟生态工业园区物质流分析的框架。相比其它层面的物质流分析框架，该框架增加了对园区内部废物循环和区域间废物循环的关注，为评价园区的可持续发展能力提供了参考。在此基础上，本文建立了自下而上模式(Bottom-Up)和自上而下模式(Top-Down)相结合的物质流分析数据核算框架，并利用该框架对案例园区社会经济系统物质流进行了研究。结果显示：案例园区2007年本地物质开采量为1936.9万t；外地调入量为6254.5万t；产品调出为4406.8万t；各类废物排放1946.7万t，其中固体废弃物占94.8％，综合利用潜力较大；本地未使用流产生量为1721.1，基本与本地开采量相当；园区经济系统吸纳了一定的废钢、废纸等废物，但园区的废钢的吸纳能力尚未得到完全开发。
基于上述虚拟生态工业园区代谢模型和虚拟生态工业园区物质流分析模型，结合LCIA的方法，本文构建了虚拟生态工业园区评价指标体系，并建立了虚拟生态工业园区综合评价模型。利用该模型对案例园区的研究结果显示：当前园区的发展模式是不可持续的，且其内在矛盾和问题即将成为制约园区发展的瓶颈；构建虚拟生态工业园区，建立工业共生产业网，可有效解决园区发展中遇到的瓶颈问题，实现园区的可持续发展。
本文开发了虚拟生态工业园区模型计算机辅助系统，并利用该系统完成了本文数据处理、计算及部分结果分析工作。