基于第三次工業(yè)革命的貨物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)演變趨勢

趙 楠， 真 虹

(上海海事大學(xué) 上海國際航運(yùn)研究中心， 上海 200082)

JEFF[1]提出第三次工業(yè)革命，認(rèn)為第三次工業(yè)革命是能源、互聯(lián)網(wǎng)與再生能源的結(jié)合所引起的人類生產(chǎn)生活和社會經(jīng)濟(jì)的重要變革。每一次工業(yè)革命都會在新興產(chǎn)業(yè)、生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)革新等方面發(fā)生突破性變革，繼而影響交通運(yùn)輸組織方式、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)。

許多學(xué)者對第三次工業(yè)革命的技術(shù)特征[2]、驅(qū)動(dòng)力量[3]、產(chǎn)業(yè)格局[4-5]等進(jìn)行研究。第三次工業(yè)革命對交通領(lǐng)域影響的研究有:JEFF對運(yùn)輸工具的動(dòng)力和運(yùn)輸需求進(jìn)行簡單的闡述;真虹[6]從交通運(yùn)輸發(fā)展自身規(guī)律出發(fā)分析對未來交通運(yùn)輸發(fā)展所產(chǎn)生的影響。從已有文獻(xiàn)來看，尚未有學(xué)者研究第三次工業(yè)革命對貨運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的影響。本文從第三次工業(yè)革命的技術(shù)特征、生產(chǎn)組織形式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等角度分析對貨運(yùn)結(jié)構(gòu)的影響，并通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法量化分析貨運(yùn)結(jié)構(gòu)的變化趨勢。

1 第三次工業(yè)革命對貨運(yùn)結(jié)構(gòu)的影響

1.1 第三次工業(yè)革命的特點(diǎn)

第一次工業(yè)革命以蒸汽機(jī)的發(fā)明應(yīng)用為標(biāo)志，機(jī)器在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中得到廣泛使用，工廠制度興起，制造業(yè)迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸作為新的工業(yè)部門出現(xiàn)。第二次工業(yè)革命以電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明應(yīng)用為特征，人類進(jìn)入了電氣化、石油化和鋼鐵時(shí)代，工廠已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)業(yè)國際化分工進(jìn)一步深化。JEFF提出的第三次工業(yè)革命是以數(shù)字制造技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和再生性能源技術(shù)的重大創(chuàng)新與融合為代表的。三次工業(yè)革命的特點(diǎn)比較見表1。與前兩次工業(yè)革命相比，第三次工業(yè)革命呈現(xiàn)出3個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征。

1.1.1分散分布的可再生能源互聯(lián)網(wǎng)

第三次工業(yè)革命的能源主體將實(shí)現(xiàn)再生能源對石化能源的替代?？稍偕茉淳哂袇^(qū)域分散性的特征，能源獲取將減少長距離運(yùn)輸需求。此外，可再生能源具有生產(chǎn)不連續(xù)和隨機(jī)波動(dòng)的特征，其變革需與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)充分融合。

1.1.2分散型規(guī)模定制化生產(chǎn)

第三次工業(yè)革命以數(shù)字化、智能化制造為技術(shù)特征，制造業(yè)從機(jī)械化生產(chǎn)過渡到數(shù)字化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品“大規(guī)模定制”的基礎(chǔ)。定制生產(chǎn)需對多樣化定制需求迅速做出反應(yīng)，因此要求制造業(yè)和服務(wù)業(yè)進(jìn)行深度融合。定制化需求、3D打印和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會使小型家庭作坊生產(chǎn)變?yōu)榭赡埽髽I(yè)組織向扁平化發(fā)展，生產(chǎn)分布呈分散化特征。

1.1.3多批次小批量區(qū)域內(nèi)貿(mào)易

基于生產(chǎn)方式逐漸向分散化、小型化、大規(guī)模定制化轉(zhuǎn)變,市場貿(mào)易形式也將從批次少、批量大、批發(fā)與零售環(huán)節(jié)迥異逐步演變?yōu)榕啃?、批次多、批發(fā)與零售趨同,銷售模式將由全球分銷向就地銷售轉(zhuǎn)變，區(qū)域內(nèi)貿(mào)易需求將顯著增長。

交通運(yùn)輸服務(wù)于經(jīng)濟(jì)貿(mào)易，工業(yè)革命技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征的變化會對貨運(yùn)需求規(guī)模、運(yùn)輸商品性質(zhì)、運(yùn)輸速度、成本、結(jié)構(gòu)等貨運(yùn)體系產(chǎn)生影響。

1.2 第三次工業(yè)革命對貨運(yùn)結(jié)構(gòu)演變的影響

運(yùn)輸結(jié)構(gòu)是指運(yùn)輸系統(tǒng)中各種運(yùn)輸方式之間的相互關(guān)系。根據(jù)上述第三次工業(yè)革命的特點(diǎn)，將對貨運(yùn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以下影響：

1.2.1運(yùn)輸需求規(guī)模和貨種結(jié)構(gòu)變化

在前兩次工業(yè)革命背景下，國際貿(mào)易中海運(yùn)占90%，其中大宗能源貨物占全部海運(yùn)量的1/2以上。[7]在第三次工業(yè)革命背景下，石化能源需求的依賴度降低，分散不均的能源運(yùn)輸需求將萎縮，大宗散貨運(yùn)輸需求減少將導(dǎo)致全球貿(mào)易運(yùn)輸規(guī)模增長變緩甚至減小，從而導(dǎo)致具有遠(yuǎn)距離、大規(guī)模、低成本優(yōu)勢的水路運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸需求可能出現(xiàn)一定萎縮。

1.2.2區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸需求顯著增加

隨著可再生能源的使用以及銷售模式向“分散生產(chǎn)、就地銷售”的轉(zhuǎn)變，全球性的長距離運(yùn)輸增長將放緩，洲域內(nèi)的國際貿(mào)易業(yè)務(wù)以及本國內(nèi)的內(nèi)貿(mào)規(guī)模或?qū)⒃黾?。區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸需求的顯著增加以及貨物附加值的提升使貨物對運(yùn)輸時(shí)效要求顯著提高，公路運(yùn)輸和航空運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢將得以體現(xiàn)，進(jìn)一步增強(qiáng)公路運(yùn)輸和航空運(yùn)輸在整個(gè)運(yùn)輸體系中的作用。

表1 三次工業(yè)革命的特點(diǎn)比較

1.2.3運(yùn)輸組織效率和方式發(fā)生變化

在第三次工業(yè)革命背景下，由于產(chǎn)品自身向高附加值的方向發(fā)展，隨著運(yùn)輸工具的發(fā)展，運(yùn)輸成本在貨物價(jià)值中占比將進(jìn)一步降低。同時(shí)，在第三次工業(yè)革命背景下貿(mào)易方式以小批量、多批次、批發(fā)與零售趨同為主要發(fā)展模式，客戶更青睞于能夠提供快捷、安全、高效且靈活的運(yùn)輸組織方式，貨運(yùn)體系中各種運(yùn)輸方式的無縫高效銜接將更加重要。

2 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)演變趨勢預(yù)測模型構(gòu)建

本文聚焦于分析在第三次工業(yè)革命背景下由于經(jīng)濟(jì)貿(mào)易特征變化影響貨運(yùn)結(jié)構(gòu)變化的趨勢。因此,在利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)建模型過程中側(cè)重于從需求角度分析因果循環(huán)關(guān)系和作用方式，主要對鐵路、公路、水路、航空等4種運(yùn)輸方式進(jìn)行研究。

2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)界限及要素分析

根據(jù)上述影響貨運(yùn)結(jié)構(gòu)的主要因素分析，構(gòu)成系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的要素主要包括3部分：

2.1.1區(qū)域經(jīng)濟(jì)貿(mào)易系統(tǒng)要素

區(qū)域經(jīng)濟(jì)貿(mào)易系統(tǒng)要素主要包括國內(nèi)生產(chǎn)總值(Gross Domestic Product,GDP)、固定資產(chǎn)投資額、進(jìn)出口貿(mào)易總額、國內(nèi)批發(fā)零售業(yè)銷售總額、能源消耗總量以及上述經(jīng)濟(jì)貿(mào)易指標(biāo)項(xiàng)下細(xì)分指標(biāo)。

2.1.2交通運(yùn)輸體系要素

交通運(yùn)輸體系要素主要包括貨運(yùn)交通量和4種主要運(yùn)輸方式貨運(yùn)量及其分擔(dān)率。

2.1.3第三次工業(yè)革命影響下的約束系數(shù)

在第三次工業(yè)革命背景下清潔能源使用量增加，能耗降低，區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸和高附加值貨物運(yùn)輸需求增加。因此,增加第三次工業(yè)革命對整個(gè)模型的約束系數(shù)，包括環(huán)保對能源消耗約束系數(shù)、清潔能源推廣系數(shù)、居民消費(fèi)水平指數(shù)、公路承載能力約束系數(shù)。

2.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型流圖及模型構(gòu)建

根據(jù)系統(tǒng)各要素的因果關(guān)系分析，進(jìn)一步確定變量類型和變量之間的關(guān)系，得到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型流圖見圖1。根據(jù)圖1確定各變量的模型方程組如下：

1) 狀態(tài)變量

GDP=INTEG(GDPGR，初始值)

(1)

FI=f1(GDP)

(2)

EC=(1-γ)×f2(GDP)

(3)

圖1 第三次工業(yè)革命背景下貨運(yùn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型流圖

2) 輔助變量

OIEC=f3(GDP)

(4)

ISGR=f4(GDP)

(5)

OSIGT=(1-α)×f5(OIEC)

(6)

LIGT=OIEC-OSIGT

(7)

HAVIGT=f6(CII×OIEC)

(8)

CGT=f7(TRP×CII×ISGR)

(9)

MET=f8(TSP×ISGR)

(10)

OCEC=(1-θ)×f9(EC)

(11)

CTV=WTV+TTV+RTV+FTV

(16)

WTSR=WTV÷CTV

(17)

TTSR=TTV÷CTV

(18)

RTSR=RTV÷CTV

(19)

FTSR=FTV÷CTV

(20)

式(1)～式(20)中:GDPGR為國內(nèi)生產(chǎn)總值增速;FI為固定資產(chǎn)投資額;EC為能源消費(fèi)量;γ為能源消耗約束系數(shù);OIEC為進(jìn)出口商品貿(mào)易總額;ISGR為國內(nèi)批發(fā)和零售業(yè)商品銷售額;OSIGT為跨洋國際商品貿(mào)易總額;α為區(qū)域貿(mào)易增長系數(shù);LIGT為陸橋國際商品貿(mào)易總額;HAVIGT為高附加值進(jìn)出口貨物貿(mào)易額;CII為居民消費(fèi)水平指數(shù);CGT為日常生活消費(fèi)用品貿(mào)易銷售總額;TRP為第三產(chǎn)業(yè)比例;MET為機(jī)械電子配件銷售總額;TSP為第二產(chǎn)業(yè)比例;OCEC為原油及煤炭能源消費(fèi)量;θ為清潔能源推廣系數(shù);WTV為水路貨運(yùn)量;TTV為鐵路貨運(yùn)量;RTV為公路貨運(yùn)量;β為公路承載能力約束系數(shù);FTV為航空貨運(yùn)量;CTV為貨運(yùn)交通量;WTSR為水路運(yùn)輸分擔(dān)率;TTSR為鐵路運(yùn)輸分擔(dān)率;RTSR為公路運(yùn)輸分擔(dān)率;FTSR為航空貨運(yùn)分擔(dān)率。

3 模型檢驗(yàn)及實(shí)證分析

3.1 模型校驗(yàn)

21世紀(jì)以來，由于環(huán)保要求日益提高，我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中可再生能源比重不斷提高，其中煤炭基本保持自2003年以來76%～77%的份額，原油由2001年的16.3%降至2010年的9.8%，而天然氣份額由7.9%提升至9.4%。僅2017年，中國水電、風(fēng)電、光伏和核電占電力總裝機(jī)量比例分別達(dá)到20%、9%、7%和2%。中國信息產(chǎn)業(yè)自21世紀(jì)以來飛速發(fā)展，2003—2010年中國信息產(chǎn)業(yè)銷售收入年均增長28%，由于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，誕生了眾多可提供定制化服務(wù)的中小企業(yè)。2005—2017年，區(qū)域內(nèi)集裝箱海運(yùn)航線所占的市場份額由13%提升至19%。綜上所述，21世紀(jì)以來我國表現(xiàn)出一定的向第三次工業(yè)革命變革的技術(shù)特征。因此，以我國為例分析在第三次工業(yè)革命技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征影響下未來運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的發(fā)展變化趨勢。2004—2015年我國各經(jīng)濟(jì)貿(mào)易指標(biāo)數(shù)據(jù)見表2。

表2 2004—2015年我國經(jīng)濟(jì)貿(mào)易指標(biāo)數(shù)據(jù)

將2004—2015年中國各經(jīng)濟(jì)貿(mào)易指標(biāo)數(shù)據(jù)歷史值與各運(yùn)輸方式貨運(yùn)量歷史值進(jìn)行回歸分析擬合，計(jì)算模型方程組函數(shù)式(1)～式(15)，并對常系數(shù)進(jìn)行賦值。結(jié)果如下：

GDP=INTEG(GDPGR,161 840)

(21)

FI=257 800×ln(GDP)-3×106

(22)

(23)

OIEC=48 432.9+0.26×GDP

(24)

ISGR=0.87×GDP-83 351

(25)

OSIGT=0.88×((1-α)×OIEC)+5 936.60

(26)

LIGT=OIEC-OSIGT

(27)

HAVIGT=EXP(6×10-6×OIEC)×CII×9 965.8

(28)

(29)

MET=1 258.42+0.47×ISGR×TSP

(30)

OCEC=(1-θ)×(45 770+0.742 766×EC)

(31)

RTV=1.006 01×106+(11.2×MET+8.12×

CGT)×(1-logβ(MET×CGT))

(34)

FTV=156.107+0.000 640 4×CGT+

0.001 635 5×MET+0.002 691×HAVIGT

(35)

常量賦值為

α=0.01，γ=0.01，θ=0.01，β=10

通過Vensim軟件模擬獲得2015年4種運(yùn)輸方式的分擔(dān)率，將其與實(shí)際值比較，計(jì)算誤差見表3。

表3 貨運(yùn)結(jié)構(gòu)模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)比較誤差表 %

對模型運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行有效性檢驗(yàn)后，誤差率均小于5%，該系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型符合模擬的精度要求。在此基礎(chǔ)上，對未來15 a的各種運(yùn)輸方式分擔(dān)率進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)高盛對我國GDP增長率的預(yù)測，2016—2020年我國GDP的年均增速設(shè)定為6.7%，2021—2030年GDP年均增長率設(shè)定為5.5%。[8]根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)國內(nèi)消費(fèi)能力穩(wěn)步提升以及第三產(chǎn)業(yè)比重穩(wěn)步提升，第二產(chǎn)業(yè)基本穩(wěn)定，在此基礎(chǔ)上對相關(guān)時(shí)間影響的變量進(jìn)行設(shè)定,據(jù)此測算2016—2030年我國貨運(yùn)結(jié)構(gòu)變化趨勢預(yù)測見表4。

表4 2016—2030年我國貨運(yùn)結(jié)構(gòu)變化趨勢預(yù)測 %

3.2 實(shí)證分析的啟示

中國貨運(yùn)結(jié)構(gòu)隨著經(jīng)濟(jì)貿(mào)易結(jié)構(gòu)的調(diào)整和貨運(yùn)技術(shù)的發(fā)展而變化。1949—1978年，鐵路和水路承擔(dān)大量的貨運(yùn)需求。1978—2000年，公路運(yùn)輸迅猛發(fā)展，航空貨運(yùn)得到一定的發(fā)展。在第三次工業(yè)革命影響下，需求將導(dǎo)致貨運(yùn)結(jié)構(gòu)發(fā)生如下變化：

3.2.1鐵路、水運(yùn)運(yùn)輸需求趨于減少，迫切面臨轉(zhuǎn)型需求

本文對貨運(yùn)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析中僅考慮經(jīng)貿(mào)影響下運(yùn)輸需求變化所帶來的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，并未考慮對各種運(yùn)輸方式基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)的影響，也未考慮政策作用的影響。但可清楚看到需求對運(yùn)輸結(jié)構(gòu)變化的影響,由表3可知:在第三次工業(yè)革命影響下，能源和原材料長距離運(yùn)輸需求減少，貨運(yùn)結(jié)構(gòu)中以承擔(dān)大宗貨物為主的水路和鐵路運(yùn)輸分擔(dān)率呈現(xiàn)下滑趨勢。未來如若鐵路和水路不加速轉(zhuǎn)型升級，將面臨公路和航空帶來的極大挑戰(zhàn)。

3.2.2公路、航空運(yùn)輸需求趨于增加，航空運(yùn)輸發(fā)展?jié)摿γ黠@

從測算數(shù)據(jù)來看，在第三次工業(yè)革命影響下，公路在貨運(yùn)體系中作用越來越重要，航空運(yùn)輸比例在貨運(yùn)結(jié)構(gòu)中雖有擴(kuò)大但并不明顯。其主要原因是目前航空貨運(yùn)規(guī)模仍然相對較小，在用歷史數(shù)據(jù)測算過程中往往經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和航空貨運(yùn)規(guī)模是以歷史情況擬合，但在航空貨運(yùn)技術(shù)成熟且高附加值貨物貿(mào)易顯著增加的情況下，航空運(yùn)輸需求的增長將是跨越式的增長，具有非常明顯的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.2.3亟需提升技術(shù)和政策引導(dǎo)，不斷優(yōu)化運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

本文研究貨運(yùn)結(jié)構(gòu)變化僅考慮需求因素而未考慮供給和政策因素。但需求變化往往難以人為調(diào)整。為使貨運(yùn)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，需要通過運(yùn)輸供給和政策導(dǎo)向加以干預(yù)和調(diào)整。從預(yù)測數(shù)據(jù)來看，公路運(yùn)輸比重大比例增加，但公路運(yùn)輸?shù)膯挝回浿祷蛐什⒉痪邆鋬?yōu)勢，且土地資源占用大，集約優(yōu)勢不明顯。因此，為避免上述情況發(fā)生，國家應(yīng)出臺相關(guān)政策，加快技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，引導(dǎo)公路貨運(yùn)需求向集約化的鐵路和水路分流。一方面，打通區(qū)域內(nèi)鐵路網(wǎng)和內(nèi)河水網(wǎng)；另一方面，創(chuàng)新鐵路和水路組織模式和運(yùn)輸技術(shù)，提升速度，提高其對高附加值貨物運(yùn)輸服務(wù)的響應(yīng)能力。

4 結(jié)束語

本文基于第三次工業(yè)革命對經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)生的影響，總結(jié)分析由此帶來的貨運(yùn)結(jié)構(gòu)變化，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建在第三次工業(yè)革命影響下的貨運(yùn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型。將我國經(jīng)濟(jì)貿(mào)易數(shù)據(jù)和貨運(yùn)交通結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)作為模型仿真和校驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對第三次工業(yè)革命影響下的中國貨運(yùn)交通結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn):在第三次工業(yè)革命影響下,水路和鐵路運(yùn)輸?shù)姆謸?dān)率將下滑，公路和航空分擔(dān)率增長，但公路將面臨需求增長的較大壓力，在進(jìn)一步完善公路供給能力的同時(shí)，更重要的是抓緊推動(dòng)其他3種運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)型升級，分流公路貨運(yùn)交通壓力。