《Frontiers in Marine Science》：Circular economy implementation in maritime industrial processes: a systematic review of barriers, digital enablers, and transition frameworks
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引言：海事工业正面临日益增长的压力，需要用减少废物、保留材料价值并支持船舶生命周期脱碳的循环系统取代线性、资源密集型生产和处置模式。然而，关于循环经济实施的知识在造船、船舶运营、港口和船舶回收方面仍然分散。本研究综合现有文献，并为海事循环转型开发了一个综合框架
引言：海事工业正面临日益增长的压力，需要用减少废物、保留材料价值并支持船舶生命周期脱碳的循环系统取代线性、资源密集型生产和处置模式。然而，关于循环经济实施的知识在造船、船舶运营、港口和船舶回收方面仍然分散。本研究综合现有文献，并为海事循环转型开发了一个综合框架。方法：研究人员对2020年至2026年间发表的53项研究进行了系统文献综述和理论构建主题综合。分析所选研究，以识别与海事部门循环经济实施相关的反复出现的障碍、数字推动因素、组织能力和转型机制。结果：出现了三个主要发现。首先，关键障碍包括有限的可拆卸设计、不完整的材料清单、碎片化的生命周期数据、不一致的法规、薄弱的逆向物流系统以及错位的经济激励。其次，数字推动因素——包括生命周期数据库、数字孪生、区块链支持的追溯性、物联网（IoT）系统、人工智能（AI）和数字产品护照——可以改善材料透明度、预测性维护、组件回收和寿命终止价值保留。第三，主要的转型机制涉及材料和生命周期基线化、数字基础设施开发、循环设计、运营循环性、利益相关者协调和生态系统整合。基于这些发现，本研究提出了海事循环成熟度模型（MCMM）来评估组织准备度，以及综合循环转型框架（ICTF）来指导实施。讨论：向海事循环转型需要循环能力、数字基础设施、生命周期数据治理、法规协调和跨部门协作的协调发展。所提出的模型为评估成熟度、确定干预优先级以及支持在整个海事价值链中实施循环经济原则提供了结构化基础。
1 引言
海事工业是全球经济的关键组成部分，支撑着国际贸易、物流、能源供应链和工业发展。该行业资源与能源密集度高，船舶在生命周期内消耗大量钢铁、铝、复合材料、稀有金属、专用机械、涂料、电子设备和燃料，在设计、建造、运营、维护、改装和寿命终止处理中产生显著环境压力。增长中的监管、社会和环境压力要求更可持续的海事工业系统，而循环经济（CE）通过推广闭环物料流、产品寿命延长、修复、再利用、翻新、再制造、回收和再生，挑战了传统的“取用-制造-处置”模式（Ellen MacArthur Foundation, 2013；Stahel, 2016；Geissdoerfer et al., 2017；Kirchherr et al., 2017）。海事循环经济实施在长期、高度定制且安全关键的资产中尤为复杂，船舶设计通常优先考虑性能、耐久性、成本和法规合规性，而非拆卸、组件再利用或高价值回收。数字技术，如生命周期数据库、数字孪生（DT）、区块链（BC）支持的追溯性、物联网（IoT）、人工智能（AI）和数字产品护照（DPP），可改善材料透明度、预测性维护和寿命终止规划，但其有效性取决于互操作性、数据治理和激励措施。本研究通过系统综述和理论构建主题综合，识别了反复出现的障碍、数字推动因素和转型机制，并开发了海事循环成熟度模型（MCMM）和综合循环转型框架（ICTF），以支持从线性运营向更再生海事生态系统的转型。
2 方法
2.1 综述设计
本研究采用系统综述设计与理论构建主题综合，遵循PRISMA 2020框架，以增强透明度和可重复性。综述聚焦于海事生命周期的循环经济实施，包括船舶设计、建造、运营、维护、港口活动、逆向物流和船舶回收，旨在回答三个研究问题：障碍、数字推动因素以及概念框架。未注册正式协议，但搜索、筛选、评估、提取和综合程序在最终分析前已预先定义。
2.2 搜索策略与信息来源
文献搜索在Scopus、Web of Science、ScienceDirect和SpringerLink数据库中进行，并通过Google Scholar补充搜索，覆盖2020年至2026年出版物。搜索策略结合了三组术语：循环经济概念、海事生命周期背景以及推动技术或转型机制，使用布尔逻辑适应各数据库语法，最终搜索于2026年4月5日进行。
2.3 资格标准
纳入标准包括：同行评议期刊、索引会议论文集或学术书籍章节；涉及循环经济、可持续性转型、生命周期管理、数字化、工业生态学、船舶回收、造船、海事运营、港口系统或逆向物流；与海事工业过程相关；提供概念、实证、技术、监管或方法学见解；英文全文。排除标准包括：无关或非学术出版物。
2.4 研究选择过程
遵循PRISMA识别、筛选、资格评估和纳入流程。初始识别212条记录，移除28条重复后剩余184条进行标题和摘要筛选，排除96条不相关记录，88篇全文检索后完全评估，排除35篇（非海事焦点、方法学相关性不足或非同行评议），最终53篇纳入主题综合。
2.5 数据提取
开发结构化数据提取矩阵，提取书目信息、研究类型、海事生命周期阶段、循环经济焦点、障碍类型、数字推动因素、报告贡献及对框架开发的贡献，以支持比较和模式识别。
2.6 质量与相关性评估
采用针对概念性和跨学科系统综述改编的质量与相关性评估，根据研究目标清晰度、方法学透明度、与海事循环经济的相关性、证据强度或概念论证，以及对障碍、数字推动因素、生命周期转型或框架开发的贡献五个标准进行定性评估，未使用数值评分。
2.7 主题综合
采用主题综合，包括开放编码、主题发展和理论整合三个阶段。开放编码识别反复出现的概念，如设计多样性、可拆卸设计、材料清单、生命周期文档、船舶回收法规、逆向物流、数字碎片化等；相关编码归类为技术、监管、经济、组织、数据相关和技能相关障碍，以及数字推动因素；通过工业生态学、循环供应链理论、社会技术转型理论和系统思维进行理论整合。
2.8 框架开发
主题综合指导开发两个概念输出：海事循环成熟度模型（MCMM）和综合循环转型框架（ICTF）。框架开发遵循迭代理论构建过程，将编码发现转化为能力维度、成熟度水平和实施阶段。MCMM包含五个维度（治理、设计、数字化、运营和回收）和五个成熟度水平（线性、合规、集成、战略和再生）。ICTF包含六个阶段（材料和生命周期基线化、数字基础设施开发、循环设计集成、运营循环性、利益相关者与法规协调、生态系统整合），以反映实践依赖关系。
2.9 方法学局限性
局限性包括：主要聚焦2020-2026年同行评议文献，可能排除技术报告或非英文文献；地理分布不均，欧洲和部分亚洲语境代表性更强；数字技术快速发展可能未完全反映；基于定性主题综合而非元分析，结果应视为概念性和分析性而非统计可推广；单作者筛选可能引入偏倚，但通过预定义标准、结构化提取和重复检查部分缓解。
3 结果
3.1 纳入文献特征
最终综合纳入53篇出版物，涵盖系统综述、概念研究、实证案例、技术分析、政策导向论文、会议论文和框架贡献。文献涉及多种海事生命周期阶段（船舶设计与建造、运营与维护、港口与物流系统、寿命终止船舶回收）和循环经济策略（如可拆卸设计、再利用、修复、翻新、再制造、回收、材料追溯性、逆向物流、工业共生）。循环性很少被呈现为单一孤立干预，而是依赖于协调的生命周期管理，由数字基础设施、法规协调、经济激励和利益相关者协作支持。
3.2 海事生命周期中循环经济实施的障碍
主题综合识别出六大障碍类别：技术障碍（如高度定制化设计、焊接结构、复合材料、有限可拆卸设计，限制再利用、修复、再制造和高价值回收）、监管障碍（如国际与区域法规不一致、船舶回收标准不统一，鼓励最低合规行为）、经济障碍（如循环性投资与未来回收价值错位、逆向物流不成熟，抑制长期投资）、组织障碍（如碎片化利益相关者责任、保守采购、有限跨部门协调，降低协调行动能力）、数据相关障碍（如不完整材料清单、生命周期文档碎片化、缺乏互操作性，妨碍材料追溯性和预测性维护）以及技能相关障碍（如生命周期评估、循环设计、数据治理、数字追溯性等能力不足，限制实际实施）。
3.3 数字技术作为海事循环性的推动因素
数字技术通过改善信息可用性、协调性、预测能力和价值回收作为系统推动因素。关键数字推动因素包括：生命周期数据库（存储材料组成、组件历史、维护事件，支持再利用、翻新、再制造和回收决策）；数字孪生（DT）（建模运营条件、退化过程，实现预测性维护和寿命延长）；区块链（BC）支持的追溯性（记录来源、所有权转移、证书数据，提高信任和透明度）；物联网（IoT）系统（生成连续运营数据，支持修复和寿命延长）；人工智能（AI）与分析（识别故障模式、优化维护、分类材料）；数字产品护照（DPP）（保存材料、有害物质、规格和恢复选项的结构化数据，加强生命周期数据治理）。这些技术的有效性取决于互操作性、数据治理、信任、监管支持和商业模式整合。
3.4 交叉综合：生命周期锁定、数字碎片化与监管不一致
三个交叉机制塑造海事循环经济实施：生命周期锁定（早期设计与建造决策长期限制循环策略可行性，如不设计可拆卸性则生命周期后期循环选项受限）、数字碎片化（相关信息分布在不同组织和不兼容系统中，限制生命周期可见性）、监管不一致（削弱循环设计、追溯性和回收基础设施投资的激励）。这些机制相互作用，海事循环转型需要设计、数据治理和制度协调的同步改进。
3.5 海事循环成熟度模型（MCMM）的开发
MCMM围绕五个维度构建：治理（战略、法规、利益相关者协调、激励、采购规则）、设计（材料选择、模块化、标准化、可拆卸设计、生命周期评估）、数字化（生命周期数据系统、材料清单、数字孪生、区块链追溯性、数字产品护照、互操作性、数据治理）、运营（预测性维护、修复、翻新、组件回收、逆向物流、循环服务模式）、回收（寿命终止规划、安全拆卸、材料分离、有害物质管理、高价值回收、二次材料再集成）。五个成熟度水平为：线性、合规、集成、战略和再生，反映从传统取用-制造-处置实践向闭环和生态系统导向循环性的转变。
3.6 综合循环转型框架（ICTF）的开发
ICTF提供分阶段实施路径：第一阶段：材料和生命周期基线化（识别物料流、组件库存、维护历史、废物流、数据缺口）；第二阶段：数字基础设施开发（创建或集成生命周期数据库、数字孪生、追溯系统、数据标准、数字产品护照）；第三阶段：循环设计集成（将循环原则纳入船舶设计、材料选择、模块化架构、设备规格和采购）；第四阶段：运营循环性（通过预测性维护、修复、翻新、再制造、备件回收和逆向物流延长资产和组件寿命）；第五阶段：利益相关者与法规协调（与船级社、监管机构、港口当局、回收设施、供应商和二次材料市场协调）；第六阶段：生态系统整合（循环性扩展到海事工业生态系统，通过工业共生进行材料、组件、数据和服务交换）。ICTF强调海事循环经济实施是社会技术转型，而非纯技术升级。
4 讨论
4.1 主要发现的解释
本综述表明海事循环经济实施是生命周期范围的转型，涉及设计、建造、运营、维护、港口系统、逆向物流和寿命终止回收。三个交互机制（生命周期锁定、数字碎片化、监管不一致）解释了实施困难，需要协调干预而非孤立举措。
4.2 理论贡献
研究将循环经济理论扩展到复杂、长生命周期、安全关键且全球分布的工业部门。提出MCMM和ICTF，在通用成熟度逻辑基础上增加海事特定生命周期维度（数字化作为独立能力、连接成熟度评估与分阶段实施路径），并贡献于社会技术转型理论，将海事循环性解释为挑战线性制度的新兴利基。
4.3 对海事利益相关者的实践意义
对造船商：早期整合循环设计原则（可拆卸设计、模块化、材料标准化、可修复性、材料组成文档）。对船东和运营商：通过预测性维护、寿命延长、组件回收和备件管理创造价值，依赖可靠数据治理和合作。对港口和海事集群：作为工业共生协调中心，连接废物流、二次材料、修复服务和回收活动。对船舶回收设施：从低价值拆卸转向高价值回收、安全拆卸和二次材料再集成，依赖更好材料信息和法规支持。对设备制造商：通过翻新、再制造、产品-服务系统和逆向物流创造机会，但需合同和经济激励一致。
4.4 政策与治理启示
分散的法规削弱循环经济举措有效性，需协调标准（船舶回收、材料文档、有害物质管理、循环设计）。数字产品护照（DPP）可改善透明度，但需共识数据标准、治理规则和访问权限。经济激励需纠正投资与收益错位（如扩展生产者责任、绿色采购、循环设计标准、回收认证、二次材料市场支持）。治理应支持能力发展，在航海教育和培训中整合循环经济与数字化能力。
4.5 数字化与循环性作为双重转型
海事循环经济实施需要循环性与数字化的双重转型。循环性需要数字系统实现材料价值保留，数字化在面向循环结果（如寿命延长、预测性维护、组件再利用）时更具战略意义。数字技术需嵌入治理结构、商业模式和监管框架，否则仅改善局部效率。这符合工业5.0视角，强调可持续性、韧性和以人为本，数字系统应增强而非替代人类专家决策。
4.6 局限性
方法学局限性详见2.9节，MCMM和ICTF是理论构建输出，需在不同海事组织和区域语境中实证验证。
4.7 未来研究方向
未来研究应实证验证MCMM和ICTF，开展纵向案例研究，开发海事特定量化循环性指标，研究循环经济经济学（生命周期成本模型、投资激励、逆向物流成本、二次材料市场），以及数字循环性治理（数据所有权、访问权限、互操作性、网络安全、信任、监管认可）。
5 结论
本系统综述揭示了海事循环经济实施是生命周期范围的转型，始于船舶设计和材料选择，贯穿建造、运营、维护、改装、港口服务和逆向物流，最终实现高价值回收、再利用、再制造、回收和工业共生。识别出六大障碍类别，数字技术作为关键推动基础设施，但需互操作性、数据治理、信任和监管认可。研究贡献MCMM和ICTF，前者用于评估循环准备度，后者提供分阶段实施路径。政策制定者应支持协调标准、更强船舶回收治理和数字产品护照系统；行业参与者应早期整合循环性、投资生命周期数据系统、加强逆向物流并发展协作商业模式。海事部门处于关键转型点，成功循环转型需要设计、数据、治理、运营和寿命终止管理的协调行动，所提出的框架为引导这一转型提供了概念基础，但需进一步实证验证。
