生态工业园区是按照生态学原理建设的工业园区，是一种新型工业组织形态。它能通过企业间类似自然生态系统中食物链的有机关联，达到园区内物质能量利用最大化和废物排放最小化的目的。
近年来，国内生态工业园如雨后春笋般冒出，但其中不乏有名无实和想建立真正的生态工业园却又不得门径者。
在国家自然科学基金的支持下，天津大学环境科学与工程学院副教授柴立和研究小组利用最大流原理，从数理的角度，对生态工业园内企业的装置组合规律进行了基础研究。日前，该研究成果《生态工业系统的分形生长理论分析与模拟》发表在《自然科学进展》上。
“我国生态工业园的发展刚刚开始，如果不能从发展机理上把握其规律，就可能导致盲目发展。”柴立和对《科学时报》记者说：“目前从政策和管理科学角度对生态工业园的研究有一些，但其机理研究还很少。我们主要想从数学、物理的角度进行些基础研究，发现一些规律性的东西。”
据介绍，生态工业园在园区内采用废物交换、清洁生产等手段，把一个企业产生的副产品或废物作为另一个企业的投入或原材料，实现物质闭路循环和能量多级利用，形成若干个相互依存的系统。
其典型例子就是丹麦的卡伦堡工业共生体（工业园区）。这个工业系统的主要参加者是一家发电厂、一家炼油厂、一家制药厂、一家石膏墙板厂、一家硫酸生产厂和若干个水泥厂。这些企业以能源、水和废物的形式进行物质交易。电厂向炼油厂、制药厂供应热蒸汽，并向卡伦堡市供应电能；炼油厂排出的废水又可作为电厂的冷却用水；电厂的脱硫装置提供的硫与石灰反应生成石膏（硫酸钙），又成了墙板厂的原材料；炼油厂生产的多余燃气可以作为燃料提供给发电厂和墙板厂……
“生态工业园区的形成总是围绕一个或几个核心企业（园区成员）展开，其形成过程（即演化过程）涉及新成员的加入、原有成员的退出、现有成员的规模变更等。随着生态工业园区系统中物质流、能量流、信息流的不断输入和输出，这一系统中各组织单元不断壮大，在初始的系统结构基础上，整个园区体系也在不断扩大，其结构模式也随之不断变化。从卡伦堡工业共生体30多年的发展历史可以看出，园区内结构、规模的变化，必然会在经历一段时间波动后稳定于一个相对扩大的阶段。整个共生体的发展，可以说它的演化是一个伴随物质能量流输入和输出的不断长大的过程。”柴立和说。
“这项研究的难点是，30年来学术界在生态工业园区发展的机理研究上没找到什么突破。”柴立和说：“我们在国家自然科学基金、天津大学杰出人才引进基金、教育部留学回国人员科研启动基金的支持下，经过一段时间探索，发现一个远离平衡的复杂系统总是努力寻找一种优化过程，使系统在给定的约束或代价下所获得的广义流最大（即最大流原理）。利用这一原理，后面的证明过程就迎刃而解了。”
柴立和介绍说，生态工业园是仿自然生态的，和自然生态一样有一定规律性。“其发展过程就像一棵树，我们如果按分形规律去组合企业，它必然会像自然生态中的一棵树一样，让物质能量流动更顺畅、能耗更低、成本更小，对自然环境也更友好。”
2004年，在国家自然科学基金的支持下，柴立和小组基于非平衡统计力学理论、分形理论和生态工业园区自身结构演化的特点，从生态工业系统的宏观结构出发，探讨了其模式演化的机制，提出生态工业系统模式的变化是分形长大过程，即生态工业系统的分形生长理论。以此理论，他对丹麦卡伦堡生态工业共生网络30多年的发展历史进行了数值模拟，结果表明，其结构演化分形生长规律与理论分析一致。
“机理研究完成之后，将其应用于生态工业园建设上就容易多了。自然生态系统，地壳板块结构的演化，城市给水管网分布，森林、沙漠和植被分布，都符合分形原理。我们应用分形，指导过鲁北生态工业园区的建设，也作过一些自然生态系统的模拟。”柴立和说。