基于系統(tǒng)動力學(xué)的新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量研究

金浩

中圖分類號：F299 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

內(nèi)容摘要：自2013年“以人為本”的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略提出以來，新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量的提升成為推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。本文運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)模型，基于河北省新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量水平低下的發(fā)展現(xiàn)狀，對其2005-2014年相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得出影響新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展的主要因素，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建系統(tǒng)模型，分析系統(tǒng)內(nèi)部因果反饋關(guān)系并進(jìn)行仿真檢驗，最后得出城鎮(zhèn)化發(fā)展中各方面的協(xié)調(diào)發(fā)展是提升新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量的最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：新型城鎮(zhèn)化 系統(tǒng)動力學(xué) 仿真檢驗

系統(tǒng)動力學(xué)模型簡介

系統(tǒng)動力學(xué)是運(yùn)用歷史數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究整個系統(tǒng)內(nèi)部的反饋關(guān)系與仿真趨勢的動力模型方法。在系統(tǒng)動力學(xué)模型中，系統(tǒng)內(nèi)部變量之間的結(jié)構(gòu)是決定系統(tǒng)反饋關(guān)系與行為模式的主要因素。系統(tǒng)分析中反饋即變量A對變量B產(chǎn)生影響，反之變量B通過一系列的因果鏈來影響變量A；模型將整個系統(tǒng)作為一個整體反饋系統(tǒng)進(jìn)行分析得出正確的結(jié)論。系統(tǒng)動力學(xué)的建模一般分為以下五大步驟：第一，明確模擬目標(biāo)，將系統(tǒng)劃分為相互關(guān)聯(lián)的若干子系統(tǒng)；第二，明確子系統(tǒng)中涉及到的各變量，分析子系統(tǒng)內(nèi)部因果關(guān)系；第三，建立規(guī)范的數(shù)學(xué)模型，繪制系統(tǒng)反饋流程圖；第四，評估模型，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)初始值，運(yùn)行該系統(tǒng)以進(jìn)行參數(shù)調(diào)試；第五，檢驗?zāi)Ｐ?，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真檢驗，發(fā)現(xiàn)其中的問題并不斷修正。

新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量評價指標(biāo)體系的建立與數(shù)據(jù)選取

（一）評價指標(biāo)體系的建立

基于對新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量內(nèi)涵、特征等的分析，并在遵循核心性、代表性、前瞻性、可操作性原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合河北省新型城鎮(zhèn)化發(fā)展現(xiàn)狀，本文從人口城鎮(zhèn)化質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量、社會發(fā)展質(zhì)量、空間發(fā)展質(zhì)量、生態(tài)持續(xù)、城鄉(xiāng)統(tǒng)六個方面構(gòu)建河北省新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量評價指標(biāo)體系（見表1）。

（二）數(shù)據(jù)的選取

河北省作為內(nèi)環(huán)京津、外臨渤海的華北地區(qū)重要省份，與全國相比其城鎮(zhèn)化發(fā)展一直處于較低水平。為了研究河北省新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展情況并為其提供更適宜的發(fā)展路徑，本文選取2005-2014年這十年間的河北省城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

本研究所需數(shù)據(jù)主要來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》2005-2014年的數(shù)據(jù)，并結(jié)合《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒》以及河北省統(tǒng)計公報等相關(guān)資料做進(jìn)一步的分析。

系統(tǒng)動力模型的構(gòu)建與仿真檢驗

（一）因子分析

在SD模型構(gòu)建之前，首先運(yùn)用spss19.0對所選用的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，對數(shù)據(jù)的適用性進(jìn)行檢驗。采取KMO 取樣適當(dāng)度量值及 Bartlett球形檢驗的統(tǒng)計參數(shù)估計值進(jìn)行檢驗，KMO值為0.772，表明所選取指標(biāo)具有多重共線性；Bartlett球形檢驗近似卡方分布值為3379.133，自由度為406，顯著性小于0.01，因此拒絕原假設(shè)，數(shù)據(jù)可以用于進(jìn)行因子分析。

在進(jìn)行適用性檢驗之后對數(shù)據(jù)進(jìn)行公因子分析。由因子分析得到的結(jié)果可知，前7個公因子的累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了78.82%，這表明這7個公因子可以代表這29個指標(biāo)進(jìn)行河北省新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量的動力系統(tǒng)分析。

第一個公因子的方差貢獻(xiàn)率為26.20%。它在人口城鎮(zhèn)化率、人均地區(qū)生產(chǎn)總值、人均社會消費(fèi)品零售總額、在崗職工平均工資、互聯(lián)網(wǎng)普及率、萬人擁有固定電話數(shù)、人均教育經(jīng)費(fèi)支出等11項指標(biāo)上具有較大載荷，它體現(xiàn)出了新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中居民的社會生活水平。第二個公因子的方差貢獻(xiàn)率為11.70%。它在市轄區(qū)人口密度、規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值以及萬人醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)等3項指標(biāo)上具有較大載荷，它體現(xiàn)出了新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中社會發(fā)展進(jìn)步水平。第三個公因子的方差貢獻(xiàn)率為10.57%。它在萬元GDP污染排放強(qiáng)度、城鎮(zhèn)登記失業(yè)率、城鄉(xiāng)居民人均儲蓄存款余額等指標(biāo)上具有較大載荷，它體現(xiàn)出了新型城鎮(zhèn)化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。依次進(jìn)行類比分析，第四個公因子代表新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中空間公共設(shè)施完善情況。第五個公因子體現(xiàn)了城鎮(zhèn)化進(jìn)程中城鄉(xiāng)生態(tài)建設(shè)情況。第六個公因子體現(xiàn)了新型城鎮(zhèn)化推進(jìn)過程中的就業(yè)結(jié)構(gòu)水平。第七個公因子代表新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中城鄉(xiāng)生活水平協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

（二）確定模型系統(tǒng)邊界

從上文對新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量評價所提取的公因子分析，新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展主要受居民社會生活水平、社會發(fā)展進(jìn)步水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、空間公共設(shè)施建設(shè)情況、城鄉(xiāng)生態(tài)建設(shè)情況、就業(yè)結(jié)構(gòu)水平以及城鄉(xiāng)生活水平協(xié)調(diào)狀態(tài)的影響。這是一個復(fù)雜的城鎮(zhèn)化—社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，必須建立一個適合于該系統(tǒng)的動態(tài)分析模型，才能全面準(zhǔn)確研究系統(tǒng)中各因素之間的相互作用關(guān)系和它們對新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量系統(tǒng)行為的影響。通過總結(jié)歸納，將影響新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展的主要因素歸結(jié)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與效率、就業(yè)結(jié)構(gòu)、空間設(shè)施發(fā)展水平以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)水平四方面進(jìn)行全面系統(tǒng)分析。

（三）新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)因果反饋分析

在新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、就業(yè)水平、社會發(fā)展、空間設(shè)施以及生態(tài)環(huán)境五個子系統(tǒng)之間是相互聯(lián)系又相互制約的（見圖1）。因此總模型因果關(guān)系圖的構(gòu)建主要基于以下思路進(jìn)行：

第一，經(jīng)濟(jì)的增長會刺激就業(yè)機(jī)會的增多，從而就業(yè)率的提高為社會提供更多的勞動力，最終促進(jìn)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步增長。

第二，在一定的技術(shù)水平下，經(jīng)濟(jì)的增長會引起污染物排放量的增加，最終環(huán)境污染所造成的損失作用于經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中的凈GDP，使其減少。

第三，當(dāng)經(jīng)濟(jì)增長引起污染物排放量的增加時，進(jìn)而會對城鎮(zhèn)居住環(huán)境的舒適度造成一定程度的影響，并對城鎮(zhèn)人口數(shù)量產(chǎn)生影響，最終使得人口城鎮(zhèn)化水平降低。

（四）仿真模型SD流圖的構(gòu)建

基于以上對總模型系統(tǒng)因果反饋的分析，本文構(gòu)建了新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型SD流圖。圖2為總模型系統(tǒng)動力學(xué)流圖。在整個流圖當(dāng)中包括GDP、總?cè)丝凇⒊擎?zhèn)人口、園林綠地面積、廢水存量等九個狀態(tài)變量，人口自然年增長率等速率變量。政府經(jīng)濟(jì)支持因子、就業(yè)促進(jìn)因子、空間建設(shè)投資因子和污染物綜合治理因子為四個外生變量影響因素以及眾多輔助變量和表函數(shù)。

（五）新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)SD模型參數(shù)分析

在系統(tǒng)SD流圖模型中所包含的參數(shù)方程式高達(dá)80個，其中絕大多數(shù)方程式根據(jù)變量之間的關(guān)系很容易得出，且原理相同，由于篇幅限制，本文只對新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)中幾個代表性變量進(jìn)行排列，具體模型參數(shù)設(shè)置以及單位如表2所示。

（六）歷史性檢驗

歷史性檢驗是對所構(gòu)建模型的準(zhǔn)確度的檢驗，將模型的模擬結(jié)果與統(tǒng)計的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。本文以2006年為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，時間段為3年，選取模型中的三個重要變量：總?cè)丝?、GDP和園林綠地面積為例對模型進(jìn)行檢驗。模型模擬檢驗數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表3所示。

從以上檢驗對比結(jié)果進(jìn)行分析，總?cè)丝谧兞康淖畲笳`差為1.49%，結(jié)果較好；GDP變量的最大誤差為9.29%<10%，可以接受；園林綠地面積變量的最大誤差為4.55%，結(jié)果較好?？傮w而言，模型的行為與真實(shí)系統(tǒng)的狀況基本相符，模型是真實(shí)有效的，因此可以使用該新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)模型用于變化趨勢模擬和政策行為仿真調(diào)控。

（七）總模型政策模擬仿真檢驗

本文采用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim PLE對所構(gòu)建的新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行和政策優(yōu)化分析。將該總模型的仿真運(yùn)行時間設(shè)定為16年，運(yùn)行步長設(shè)定為1年。在執(zhí)行此運(yùn)行功能之前，只需對決定政策的部分參數(shù)進(jìn)行修改即可。根據(jù)總仿真模型，模型中共包含四個影響因子，即政府經(jīng)濟(jì)支持因子、就業(yè)促進(jìn)因子、空間建設(shè)投資因子以及污染物綜合治理因子。如表4模型調(diào)控方案所示，本文設(shè)計了4種政策調(diào)控方案，其中scheme0為基礎(chǔ)對照方案，所有因子變量取值均為1，其余3種方案為分別對相應(yīng)變量做調(diào)整后進(jìn)行運(yùn)行模擬。當(dāng)因子取值大于1時代表相應(yīng)影響因素的水平提高或增加量變大，當(dāng)因子取值小于1時代表相應(yīng)影響因素的水平降低或增加量變小，最終通過因子大小的變化分析其對城鎮(zhèn)化各子系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響。具體方案設(shè)計如表4所示。

在以上新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量發(fā)展系統(tǒng)進(jìn)行政策調(diào)控的4種方案中，除Scheme0為基本對照方案以外，將其余3種方案劃分為3類：經(jīng)濟(jì)增長型方案，對應(yīng)scheme1，生態(tài)持續(xù)型方案，對應(yīng)scheme2，協(xié)調(diào)發(fā)展型方案，對應(yīng)scheme3。

應(yīng)用以上對模型設(shè)計的政策模擬方案，現(xiàn)通過對系統(tǒng)中因子變量的調(diào)整分別分析Scheme1—Scheme3中GDP、就業(yè)率、醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)、園林綠地面積以及污染物排放總量五個變量與Scheme0中變量值近16年的對比變化情況，并對仿真運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1.經(jīng)濟(jì)增長型方案。圖3為方案scheme1各變量運(yùn)行結(jié)果與基礎(chǔ)對照方案scheme0仿真趨勢對比結(jié)果情況。由各變量對比情況來看，方案scheme1的GDP與就業(yè)率仿真趨勢曲線一直處于scheme0對應(yīng)曲線上方，說明政府對經(jīng)濟(jì)的投資與支持政策的實(shí)施使得GDP高于無政策時的狀態(tài)，推動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在擴(kuò)大生產(chǎn)的同時為社會提供更多的就業(yè)崗位。由于減弱了空間建設(shè)投資與污染物綜合治理投資的力度，scheme1中的園林綠地面積趨勢與污染物排放總量曲線處于scheme0對應(yīng)曲線的下方，對于空間生態(tài)建設(shè)力度的降低使得地區(qū)綠地資源量減少，污染增加。由此說明經(jīng)濟(jì)的增長是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的。

2.生態(tài)持續(xù)型方案。圖4為方案scheme2各變量運(yùn)行結(jié)果與基礎(chǔ)對照方案scheme0仿真趨勢對比結(jié)果情況。各變量對比情況來看，方案scheme2中園林綠地面積仿真趨勢曲線處于scheme0對應(yīng)曲線的上方，說明政府在大力推進(jìn)城市空間建設(shè)投資力度的政策下使得園林綠地面積要高于無政策時的水平，污染物排放總量的仿真趨勢曲線處于scheme0對應(yīng)曲線的下方，說明加大對環(huán)境污染治理的力度，提高污染物的治理技術(shù)與效率，使得污染物排放總量減少，即生態(tài)持續(xù)型方案取得了相應(yīng)的政策效果。同時從圖4中分析得出，scheme2中GDP、就業(yè)率的仿真趨勢曲線位于scheme0曲線的下方，說明政府減少對經(jīng)濟(jì)投資的支持政策，使得經(jīng)濟(jì)增長次于基本政策水平，同時在縮小生產(chǎn)的同時降低了就業(yè)率水平。

3.協(xié)調(diào)發(fā)展型方案。圖5為方案scheme3各變量運(yùn)行結(jié)果與基礎(chǔ)對照方案scheme0仿真趨勢對比結(jié)果情況。各變量對比情況來看，方案scheme3中在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長政策的實(shí)施下，GDP、就業(yè)率的仿真曲線始終高于scheme0的對應(yīng)曲線，說明經(jīng)濟(jì)政策的實(shí)施起到了相應(yīng)效果。相應(yīng)的，對城市空間建設(shè)投資力度的加大，推動綠色城市建設(shè)的政策使得園林綠地面積高于無政策水平。污染治理技術(shù)水平的提高降低了污染物排放總量的數(shù)量，污染物排放總量的仿真趨勢曲線低于scheme0水平，經(jīng)濟(jì)得以健康持續(xù)增長，由此可見協(xié)調(diào)發(fā)展型的政策方案取得了較理想的效果。

結(jié)論與建議

綜上，要提升河北省新型城鎮(zhèn)化質(zhì)量，僅就某一發(fā)展方面進(jìn)行改進(jìn)是片面的，不可取的，必須協(xié)調(diào)各方面的發(fā)展才能提高新型城鎮(zhèn)化的質(zhì)量水平。現(xiàn)提出以下建議：立足于河北省省情，打造發(fā)達(dá)城市發(fā)展優(yōu)勢，為促進(jìn)各方面協(xié)調(diào)發(fā)展，必須依托沿海區(qū)域發(fā)展，加快構(gòu)建環(huán)渤海城市帶、環(huán)京津、冀中南城市群和構(gòu)筑群帶結(jié)合的新型城鎮(zhèn)空間格局，建設(shè)以唐山、秦皇島、滄州、曹妃甸、黃驊為中心，以沿?？h域為基礎(chǔ)、以港口為依托、港口周邊產(chǎn)業(yè)為動力、沿海公共交通為骨架的沿渤海城市帶；堅持以科技創(chuàng)新為核心，以第一產(chǎn)業(yè)為依托，大力發(fā)展第二、三產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，并以工業(yè)帶動農(nóng)業(yè)，增加農(nóng)產(chǎn)品的深加工，打造現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)和服務(wù)業(yè)，為就業(yè)創(chuàng)造更多的機(jī)會；創(chuàng)新教育就業(yè)制度，提升勞動力技能水平；完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，走集約、智能、低碳、環(huán)保的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展道路。