在劳动力成本攀升和日益增强的资源环境约束下,工业转型升级成为中国经济发展的关键问题。现有研究主要集中于从全球价值链视角讨论产业升级的问题,在资源环境约束视角下的研究仅限于分析能源消耗与污染问题对于经济增长产生的影响,在绿色增长研究方面主要是对绿色生产率的测算与应用。中国工业由粗放型向集约型转变,实现技术拉动下的绿色增长,不仅要努力提高技术创新能力,而且要改变传统的依赖于资源禀赋的工业发展方式。本文在绿色生产率的研究框架下,围绕工业转型升级问题,重点研究了中国工业转型升级的潜力与路径优化。对于中国工业改变现在的发展困境、实现转型升级突破具有重要的现实意义。同时,为相关研究在理论研究框架与经验研究方面提供新的思路与证据。通过构建扩展的索洛模型,分析工业部门的绿色模式,在理论上分析工业转型升级与可持续增长、绿色模式之间的内在逻辑关系。进而在理论基础上,明确提出工业转型升级的全新内涵包括价值提升、能源节约与环境友好三个方面。中国工业不仅要在生产制造过程中提高产品附加值,同时要在投入环节降低能源消耗、在产出环节降低污染排放。根据现有数据对中国工业行业的发展历程与现状进行分析,经过与其他国家的比较,发现中国工业的演进过程中存在附加值率低、能源消耗与污染排放高的问题,中国工业与发达国家的工业化水平相比仍然存在较大的提升和发展空间。理论模型部分,首先通过对绿色生产率的测算方法进行分析,将绿色生产率的测算框架与工业转型升级问题的研究相结合。并且对现有方向距离函数中存在的不足,主要在方向内生化、相对距离与目标函数引入外生权重三个方面一一进行改进。基于新的绿色生产率测算模型,构建工业转型升级潜力的测算模型。然后,基于动态多目标优化模型构建工业转型升级路径的优化模型,确定目标函数与约束条件。经过比较,选择遗传算法中的NSGA-Ⅱ法对动态多目标优化模型进行求解,进而对算法进行设计,并且选择四种主要的优化方案对其结果进行分析。对于未来工业转型升级路径的预测,选择灰色预测法对模型中的相关参数进行预测。实证研究部分,首先对中国工业行业的转型升级潜力进行测算。基于2001-2013年中国工业36个二位码行业数据,对绿色全要素生产率与能源环境效率进行测算和比较。并且分别测算出工业行业在价值提升、能源节约与环境友好方面的绝对与相对潜力。发现不同类型行业在提高附加值、减少能源投入、降低污染排放方面具有不同的变化潜力。根据工业升级潜力初步结果中发现的问题,进一步对工业升级潜力的测算模型进行修正,得到各工业行业升级潜力的真实值。模型如果未进行修正所得到的结果要低估工业行业的升级潜力。然后,对中国工业行业的转型升级路径进行优化与预测。基于2006-2010年工业行业数据对“十一五”期间中国工业转型升级的路径进行优化,得到Pareto最优解。通过对不同类型转型升级方案的比较和分析,发现工业行业可以在现有技术水平与约束条件下,通过改变行业之间的产出比例,可以增加总的工业增加值产出,同时大幅减少能源消耗量与污染排放量。进一步,分别采用2011-2015年、2016-2020年工业行业数据对“十二五”和“十三五”期间中国工业转型升级的路径进行优化与预测。结果发现在兼顾价值提升、能源节约与污染排放三个目标条件下,通过减少一些工业行业的生产规模、重点发展一部分工业行业,进而改变中国的工业结构,可以实现创造更多的工业增加值,同时减少工业能源消耗以及工业污染排放。最后对本文研究结论以及不足之处进行总结,并且提出未来可能的研究方向。