基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的國際陸港仿真研究＊

楊揚(yáng) 車文 喻慶芳 李杰梅

（昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院 昆明 650500）

0 引 言

席平［1］把國際陸港定義為在內(nèi)陸經(jīng)濟(jì)中心城市的鐵路、公路交匯處，依照有關(guān)國際運(yùn)輸法規(guī)、條約和慣例設(shè)立的對外開放國際商務(wù)港區(qū)，并依托現(xiàn)代信息技術(shù)和便捷的運(yùn)輸通道，具有報(bào)關(guān)、報(bào)檢、集裝箱集散、貨運(yùn)代理、第三方物流和保稅等綜合功能的內(nèi)陸地區(qū)物流設(shè)施，為內(nèi)陸地區(qū)提供方便、快捷的國際港口服務(wù).隨著世界經(jīng)濟(jì)的全球化和國際經(jīng)濟(jì)一體化的穩(wěn)步發(fā)展，國際陸港作為內(nèi)陸地區(qū)對外貿(mào)易的大門，不僅是交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接點(diǎn)和中心環(huán)節(jié)，也對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用，是物流、人流、資金流和信息流的集散地，其發(fā)展水平已成為衡量區(qū)域經(jīng)濟(jì)的重要標(biāo)志.

由于國際陸港系統(tǒng)比較復(fù)雜，聯(lián)系著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的各行各業(yè)，并且網(wǎng)絡(luò)中的各種因素存在多重反饋.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在處理高階次、非線性、多重反饋的復(fù)雜系統(tǒng)方面具有一定的重要作用.就目前的研究狀況來看，Shinya Hanaoka等［2］探討了陸港的理論概念；Violeta Roso等［3］從環(huán)保的觀點(diǎn)通過模型和仿真來評價(jià)陸港的運(yùn)輸系統(tǒng)；董千里［4］分析陸港自身的發(fā)展動(dòng)因，并闡述國際陸港對內(nèi)陸區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響；董永祥［5］從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源消耗及環(huán)境污染三方面對港城互動(dòng)發(fā)展進(jìn)行優(yōu)化分析；姜偉香［6］應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對保稅港區(qū)與內(nèi)陸港互動(dòng)發(fā)展機(jī)理進(jìn)行了模擬分析；鄭士源等［7］在港口集裝箱的博弈問題方面進(jìn)行了模擬分析.綜上所述，學(xué)者們主要是研究陸港的理論部分，并以海港系統(tǒng)的模擬居多，然而，從陸港的角度出發(fā)，模擬仿真其與內(nèi)陸經(jīng)濟(jì)區(qū)域的聯(lián)動(dòng)發(fā)展方面的研究比較稀缺，并且處于定性的階段.所以，分析國際陸港與內(nèi)陸城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的因果關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，定量研究陸港對內(nèi)陸城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，對陸港的合理規(guī)劃與建設(shè)、陸港與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略以及制定相關(guān)政策具有一定的實(shí)際意義.

1 港城系統(tǒng)分析

從整體系統(tǒng)來說，陸港經(jīng)濟(jì)是一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)多元化的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層次結(jié)構(gòu)不清晰，具有離散性、隨機(jī)性和突變性，其具有以下特征.

1）陸港城市經(jīng)濟(jì)是區(qū)域經(jīng)濟(jì)的一部分，陸港有機(jī)連接系統(tǒng)內(nèi)各要素，陸港發(fā)展具有動(dòng)態(tài)性，其經(jīng)濟(jì)規(guī)律隨時(shí)間而變化，也會(huì)因政策等因素的影響出現(xiàn)局部變動(dòng)，這些都與該地區(qū)的各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密不可分.

2）在港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，由于條件的差異，資源分布是非均衡的，陸港依托該區(qū)域的中心城市，一方面陸港為當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)提供裝卸、運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)業(yè)務(wù)，并與海港聯(lián)動(dòng)發(fā)展，一方面又為進(jìn)出口貿(mào)易的報(bào)關(guān)、報(bào)檢以及保稅等業(yè)務(wù)提供便捷的通道.

3）國際陸港是資金密集型產(chǎn)業(yè)，在規(guī)劃建設(shè)初期需要大量的資金支持，在其發(fā)展過程中也需要滿足基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)、擴(kuò)建、管理等的要求，陸港在城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中具有反饋性和延遲性.

2 陸港與城市的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

2.1 系統(tǒng)因果關(guān)系分析

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)通過因果反饋環(huán)來表達(dá)系統(tǒng)中各個(gè)要素之間的定性關(guān)系，所建模型研究陸港與城市所構(gòu)成的港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，涉及到綜合運(yùn)輸、社會(huì)等其他因素的因果關(guān)系.基于對文獻(xiàn)［8］的研究，提出港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要指標(biāo)要素包括區(qū)域GDP、陸港吞吐量、綜合交通運(yùn)輸量、陸港投資、人口等，同時(shí)引入對外貿(mào)易指標(biāo)來反映港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)外向性，以及使用陸港負(fù)荷指標(biāo)反映港城系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)性，因此，陸港與城市區(qū)域經(jīng)濟(jì)的因果關(guān)系見圖1所示.

圖1 港城系統(tǒng)因果關(guān)系圖

1）城市反饋回路 城市的經(jīng)濟(jì)與陸港之間既有相互促進(jìn)，為正反饋，也有相互制約，為負(fù)反饋.圖2a）反映出區(qū)域經(jīng)濟(jì)的增長相應(yīng)地會(huì)增加交通基礎(chǔ)設(shè)施的投資，進(jìn)一步帶來陸港的基礎(chǔ)設(shè)施投資，降低陸港負(fù)荷，進(jìn)而減少陸港負(fù)荷對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約作用.

圖2b）正反饋關(guān)系表明城市經(jīng)濟(jì)的增長會(huì)直接加大城市的對外貿(mào)易的力度，進(jìn)而引發(fā)陸港的需求增加，推動(dòng)陸港產(chǎn)業(yè)的快速增長，而由陸港直接或間接的產(chǎn)值又促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.而負(fù)反饋關(guān)系表明陸港與城市經(jīng)濟(jì)相互制約的作用，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，最終會(huì)使陸港產(chǎn)業(yè)為滿足市場的需求而不斷地增加和擴(kuò)大，在陸港限定的能力下，從而導(dǎo)致陸港負(fù)荷的增加，進(jìn)而影響城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.

圖2 城市經(jīng)濟(jì)反饋圖

2）運(yùn)輸反饋回路 綜合運(yùn)輸是陸港銜接城市經(jīng)濟(jì)的中間環(huán)節(jié)，對兩者的發(fā)展不僅具有促進(jìn)作用，在一定范圍內(nèi)也會(huì)給雙方帶來制約作用.見圖3.

圖3 綜合運(yùn)輸反饋圖

圖3a）表明區(qū)域GDP 的增長會(huì)增加對區(qū)域交通基礎(chǔ)設(shè)施的需求，則會(huì)加大交通設(shè)施的投資力度，區(qū)域內(nèi)的集散貨和運(yùn)輸條件就會(huì)得以改善，提高區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸?shù)墓┙o能力，減少運(yùn)輸所帶來的負(fù)荷，降低運(yùn)輸負(fù)荷對陸港的影響，進(jìn)而把更多的資源放在陸港的產(chǎn)業(yè)建設(shè)上，形成良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)陸港對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)作用.

從圖3b）反饋環(huán)看出，城市經(jīng)濟(jì)增長過快，致使對外貿(mào)易的需求會(huì)不斷增加，為滿足對外貿(mào)易的要求，區(qū)域內(nèi)的運(yùn)輸能力就必須要能跟上需求的步伐，就當(dāng)前的交通運(yùn)輸現(xiàn)狀而言，必然會(huì)帶來綜合運(yùn)輸方面的壓力，抑制陸港的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，陸港產(chǎn)業(yè)的緩慢發(fā)展又將會(huì)導(dǎo)致陸港的負(fù)荷不斷增加，阻礙城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，最終形成一個(gè)惡性循環(huán).

3）社會(huì)發(fā)展反饋回路 社會(huì)資源為城市經(jīng)濟(jì)和陸港的發(fā)展提供動(dòng)力和支持，作為一個(gè)輔助性的要素，通過自身的因素客觀地影響著港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定成長.見圖4.

圖4 社會(huì)子系統(tǒng)反饋圖

由圖4a）可見，城市經(jīng)濟(jì)刺激著對外貿(mào)易的發(fā)展，則對陸港的需求也不斷攀升，為了自身產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對社會(huì)中的各類資源的需求就會(huì)不斷增加，客觀來說也會(huì)吸引外來人口入駐城市，提供富足的勞動(dòng)力，創(chuàng)造區(qū)域GDP的增值.

圖4b）中的正反饋回路表示了陸港經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的增加對陸港決策的影響，陸港產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大使陸港對城市經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)增加，進(jìn)而增加政府對陸港政策的扶持和企業(yè)對陸港的投資，改善陸港的能力，減小陸港的負(fù)荷，從而降低陸港對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙作用.其中的負(fù)反饋回路反映出為了緩解陸港負(fù)荷所帶來的壓力，迫使提供陸港的優(yōu)惠政策和加大投資力度，從而改善陸港供給能力，降低陸港負(fù)荷.

2條回路中都由陸港負(fù)荷直接或間接地影響，它們是相互依存和相互影響的，陸港負(fù)荷失去了對其他元素的影響時(shí)，則2條回路就無法起到相應(yīng)作用.這時(shí)，陸港的發(fā)展方向應(yīng)側(cè)重于陸港效率、管理、服務(wù)、信息等軟件的細(xì)致和深化.

2.2 港城系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖構(gòu)建

結(jié)合上述陸港與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的因果關(guān)系分析，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim PLE，建立陸港與城市的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖，見圖5.應(yīng)用該系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件構(gòu)建模型，實(shí)現(xiàn)各個(gè)元素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系鏈接.其中：部分主要變量、重要參數(shù)計(jì)算公式和數(shù)學(xué)關(guān)系分別為：（1）區(qū)域GDP總量=INTEG（GDP增量，GDP 初始值），億元；（2）GDP 增長量=GDP初始值×GDP增長率，億元／年；（3）陸港固定投資=INTEG（固定資產(chǎn)投資增加量，固定資產(chǎn)投資初始值），萬元；（4）對外貿(mào)易額=對外貿(mào)易依存度×區(qū)域GDP 總量，萬美元；（5）陸港拉動(dòng)GDP=陸港吞吐量×陸港拉動(dòng)GDP 系數(shù)，億元；（6）陸港收入=陸港吞吐量×陸港收入換算系數(shù)，萬元；（7）陸港固定資產(chǎn)投資總額=INTEG（陸港固定資產(chǎn)投資增加量，初始值），萬元；（8）陸港綜合運(yùn)輸量=INTEG（綜合運(yùn)輸量增加量，初始值），萬t；（9）綜合運(yùn)輸增加量=（陸港建設(shè)投資資金+運(yùn)輸設(shè)施投資額）×投資換算系數(shù)，萬t.

圖5 陸港與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

3 陸港與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)實(shí)證分析

3.1 模型參數(shù)的確定

應(yīng)用陸港城市系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對昆明市進(jìn)行了仿真模擬，考慮到昆明國際陸港的物流作業(yè)，將會(huì)承當(dāng)昆明市大部分物流相關(guān)活動(dòng)，所以，模型中有關(guān)的數(shù)據(jù)主要來源于昆明統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)是根據(jù)物流活動(dòng)來近似替代，部分參數(shù)是基于前人的調(diào)研和通過對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)量經(jīng)濟(jì)處理所得，另一部分參數(shù)則是根據(jù)已有學(xué)者的相關(guān)研究而進(jìn)行初步設(shè)定［9-10］.

3.2 仿真模擬與分析

基于Vensim PLE 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件，設(shè)定以2007年為初始年，以昆明市2010年和2015年為目標(biāo)，1年為步長，將各參數(shù)帶入仿真模型中進(jìn)行計(jì)算，模擬分析陸港與昆明市所構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng).

1）模擬2010年的部分經(jīng)濟(jì)狀況，所得結(jié)果與昆明市2010年的實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，得到表1.從表1的比較中可以看出，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)所模擬出的部分模擬值和昆明市的實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差率基本上小于1%，部分為1%左右，如對外貿(mào)易額等，說明昆明近幾年來處于快速發(fā)展階段，部分產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大發(fā)展，其實(shí)際值會(huì)高出模擬值些許，然而并不影響模擬值對實(shí)現(xiàn)的指導(dǎo)作用.其結(jié)果表明，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對陸港與城市經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)模擬仿真良好，可用于研究分析昆明國際陸港與城市現(xiàn)狀和未來的發(fā)展.

表1 模擬值與實(shí)際值的分析比較

2）在2010年的模擬結(jié)果中，陸港直接拉動(dòng)的GDP呈現(xiàn)穩(wěn)定的增長趨勢，對昆明市的綜合貢獻(xiàn)率能達(dá)到12.4%.由于為滿足云南省“橋頭堡”戰(zhàn)略以及開拓東盟市場，昆明圍繞城市建立國際陸港，陸港設(shè)施建設(shè)初期在城市經(jīng)濟(jì)中占有很高的比重，昆明市整體水平不斷地快速發(fā)展，但隨著陸港的建成以及功能的完善，陸港經(jīng)濟(jì)占城市經(jīng)濟(jì)的比重最終會(huì)呈下降趨勢，趨于平均穩(wěn)定值，見圖6.這表明，目前昆明市的物流發(fā)展水平還處于比較緩慢的階段，在未來年內(nèi)，陸港對昆明市經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)將會(huì)平穩(wěn)增長，昆明市物流綜合競爭力將不斷加強(qiáng).

圖6 陸港對城市的貢獻(xiàn)率

3）在模擬的港城系統(tǒng)中，由于昆明市未來幾年經(jīng)濟(jì)處于快速增長的步伐，GDP增長率將會(huì)逐年升高，當(dāng)全市經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平，GDP 增長速度將逐步放緩，趨于某個(gè)值平穩(wěn)發(fā)展，但是全市未來經(jīng)濟(jì)總量仍將保持穩(wěn)定增長的態(tài)勢.隨著昆明國際陸港的建成與運(yùn)營，同時(shí)，昆明市加大外向型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由圖7中可以看出，昆明市的對外貿(mào)易量是呈現(xiàn)出節(jié)節(jié)攀升的態(tài)勢，同時(shí)，衍生出對運(yùn)輸更多的需求，從而吸引大量的客戶進(jìn)駐昆明和投資昆明，從而刺激港城經(jīng)濟(jì)發(fā)展.在未來年內(nèi)，可模擬出昆明市到2015和2020年的GDP分別為4614.33億元和10373.71億元，外貿(mào)易量分別為212.48億美元和411.09億美元.

圖7 GDP與對外貿(mào)易

4）在2010年，陸港直接拉動(dòng)的就業(yè)人數(shù)可達(dá)0.53萬人，間接拉動(dòng)的就業(yè)人數(shù)在87萬人，在陸港的建設(shè)和營運(yùn)階段，陸港將會(huì)拉動(dòng)昆明市內(nèi)更多的就業(yè)人數(shù)，提高未來年的就業(yè)率，昆明市第三產(chǎn)業(yè)的就業(yè)人數(shù)日益增加，到2020年，國際陸港直接拉動(dòng)的就業(yè)人數(shù)將達(dá)14萬人，間接促進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)的就業(yè)人數(shù)將增加到287萬人..

5）到2015年，可以模擬出昆明市陸港基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將能帶動(dòng)全市綜合運(yùn)輸?shù)恼w發(fā)展，能實(shí)現(xiàn)港城系統(tǒng)19085萬t的綜合運(yùn)輸量，并且昆明國際陸港吞吐量能達(dá)到4521萬t，大大緩解昆明市的物流總需求.

6）從圖8中可以看出，為適應(yīng)區(qū)域GDP 的增長和對外貿(mào)易需求的發(fā)展，就要求加大全市對綜合運(yùn)輸設(shè)施和陸港建設(shè)的投資力度，近年來，陸港自身的負(fù)荷不斷加劇，這是城市化發(fā)展所帶來的必然結(jié)果，然而陸港負(fù)荷增加系數(shù)卻是相對的降低，這說明昆明港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能隨著投資的增加從而得到改進(jìn)和完善，使該系數(shù)呈現(xiàn)降低的趨勢，并且陸港的集疏運(yùn)能力還能滿足昆明市對運(yùn)輸?shù)男枨螅查g接地說明了陸港對自身的負(fù)荷控制方面具有一定的自我調(diào)節(jié)能力.

圖8 運(yùn)輸量與陸港負(fù)荷增減曲線圖

4 結(jié)束語

從陸港與城市所構(gòu)建的系統(tǒng)角度出發(fā)，選擇系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型來構(gòu)建港城經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，建立了港城經(jīng)濟(jì)因果關(guān)系圖和系統(tǒng)流圖，對昆明市與國際陸港之間的關(guān)系進(jìn)行了定性與定量的實(shí)證分析，初步探討陸港對城市經(jīng)濟(jì)變化的動(dòng)態(tài)影響，證明了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠合理、科學(xué)和有效地研究陸港與城市的復(fù)雜系統(tǒng).就陸港與城市系統(tǒng)的未來發(fā)展方向而言，應(yīng)往整體系統(tǒng)的研究所發(fā)展，探究所適合城市發(fā)展的案例，并加強(qiáng)宏觀層面的探討，制定陸港與城市系統(tǒng)的相關(guān)策略與政策，更深入地研究陸港與城市的復(fù)雜系統(tǒng).

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