基于系统动力学的国际陆港仿真研究＊

杨扬 车文 喻庆芳 李杰梅

（昆明理工大学交通工程学院 昆明 650500）

0 引 言

席平［1］把国际陆港定义为在内陆经济中心城市的铁路、公路交汇处，依照有关国际运输法规、条约和惯例设立的对外开放国际商务港区，并依托现代信息技术和便捷的运输通道，具有报关、报检、集装箱集散、货运代理、第三方物流和保税等综合功能的内陆地区物流设施，为内陆地区提供方便、快捷的国际港口服务.随着世界经济的全球化和国际经济一体化的稳步发展，国际陆港作为内陆地区对外贸易的大门，不仅是交通运输网络的联接点和中心环节，也对区域经济发展起着重要的作用，是物流、人流、资金流和信息流的集散地，其发展水平已成为衡量区域经济的重要标志.

由于国际陆港系统比较复杂，联系着经济活动中的各行各业，并且网络中的各种因素存在多重反馈.系统动力学在处理高阶次、非线性、多重反馈的复杂系统方面具有一定的重要作用.就目前的研究状况来看，Shinya Hanaoka等［2］探讨了陆港的理论概念；Violeta Roso等［3］从环保的观点通过模型和仿真来评价陆港的运输系统；董千里［4］分析陆港自身的发展动因，并阐述国际陆港对内陆区域经济的发展影响；董永祥［5］从经济发展、资源消耗及环境污染三方面对港城互动发展进行优化分析；姜伟香［6］应用系统动力学对保税港区与内陆港互动发展机理进行了模拟分析；郑士源等［7］在港口集装箱的博弈问题方面进行了模拟分析.综上所述，学者们主要是研究陆港的理论部分，并以海港系统的模拟居多，然而，从陆港的角度出发，模拟仿真其与内陆经济区域的联动发展方面的研究比较稀缺，并且处于定性的阶段.所以，分析国际陆港与内陆城市经济系统的因果关系，构建系统动力学模型，定量研究陆港对内陆城市经济发展的影响，对陆港的合理规划与建设、陆港与区域经济发展战略以及制定相关政策具有一定的实际意义.

1 港城系统分析

从整体系统来说，陆港经济是一个内部结构多元化的经济系统，组成结构复杂，层次结构不清晰，具有离散性、随机性和突变性，其具有以下特征.

1）陆港城市经济是区域经济的一部分，陆港有机连接系统内各要素，陆港发展具有动态性，其经济规律随时间而变化，也会因政策等因素的影响出现局部变动，这些都与该地区的各种经济活动密不可分.

2）在港城经济系统中，由于条件的差异，资源分布是非均衡的，陆港依托该区域的中心城市，一方面陆港为当地的产业提供装卸、运输等相关业务，并与海港联动发展，一方面又为进出口贸易的报关、报检以及保税等业务提供便捷的通道.

3）国际陆港是资金密集型产业，在规划建设初期需要大量的资金支持，在其发展过程中也需要满足基础设施的维护、扩建、管理等的要求，陆港在城市经济系统中具有反馈性和延迟性.

2 陆港与城市的系统动力学模型

2.1 系统因果关系分析

系统动力学通过因果反馈环来表达系统中各个要素之间的定性关系，所建模型研究陆港与城市所构成的港城经济系统，涉及到综合运输、社会等其他因素的因果关系.基于对文献［8］的研究，提出港城经济系统主要指标要素包括区域GDP、陆港吞吐量、综合交通运输量、陆港投资、人口等，同时引入对外贸易指标来反映港城经济系统外向性，以及使用陆港负荷指标反映港城系统发展协调性，因此，陆港与城市区域经济的因果关系见图1所示.

图1 港城系统因果关系图

1）城市反馈回路 城市的经济与陆港之间既有相互促进，为正反馈，也有相互制约，为负反馈.图2a）反映出区域经济的增长相应地会增加交通基础设施的投资，进一步带来陆港的基础设施投资，降低陆港负荷，进而减少陆港负荷对区域经济发展的制约作用.

图2b）正反馈关系表明城市经济的增长会直接加大城市的对外贸易的力度，进而引发陆港的需求增加，推动陆港产业的快速增长，而由陆港直接或间接的产值又促进城市经济的发展.而负反馈关系表明陆港与城市经济相互制约的作用，随着经济的快速增长，最终会使陆港产业为满足市场的需求而不断地增加和扩大，在陆港限定的能力下，从而导致陆港负荷的增加，进而影响城市经济的发展.

图2 城市经济反馈图

2）运输反馈回路 综合运输是陆港衔接城市经济的中间环节，对两者的发展不仅具有促进作用，在一定范围内也会给双方带来制约作用.见图3.

图3 综合运输反馈图

图3a）表明区域GDP 的增长会增加对区域交通基础设施的需求，则会加大交通设施的投资力度，区域内的集散货和运输条件就会得以改善，提高区域内运输的供给能力，减少运输所带来的负荷，降低运输负荷对陆港的影响，进而把更多的资源放在陆港的产业建设上，形成良性循环，实现陆港对区域经济的贡献作用.

从图3b）反馈环看出，城市经济增长过快，致使对外贸易的需求会不断增加，为满足对外贸易的要求，区域内的运输能力就必须要能跟上需求的步伐，就当前的交通运输现状而言，必然会带来综合运输方面的压力，抑制陆港的产业发展，陆港产业的缓慢发展又将会导致陆港的负荷不断增加，阻碍城市经济的发展，最终形成一个恶性循环.

3）社会发展反馈回路 社会资源为城市经济和陆港的发展提供动力和支持，作为一个辅助性的要素，通过自身的因素客观地影响着港城经济系统稳定成长.见图4.

图4 社会子系统反馈图

由图4a）可见，城市经济刺激着对外贸易的发展，则对陆港的需求也不断攀升，为了自身产业的发展，对社会中的各类资源的需求就会不断增加，客观来说也会吸引外来人口入驻城市，提供富足的劳动力，创造区域GDP的增值.

图4b）中的正反馈回路表示了陆港经济贡献的增加对陆港决策的影响，陆港产业的扩大使陆港对城市经济的贡献增加，进而增加政府对陆港政策的扶持和企业对陆港的投资，改善陆港的能力，减小陆港的负荷，从而降低陆港对城市经济发展的阻碍作用.其中的负反馈回路反映出为了缓解陆港负荷所带来的压力，迫使提供陆港的优惠政策和加大投资力度，从而改善陆港供给能力，降低陆港负荷.

2条回路中都由陆港负荷直接或间接地影响，它们是相互依存和相互影响的，陆港负荷失去了对其他元素的影响时，则2条回路就无法起到相应作用.这时，陆港的发展方向应侧重于陆港效率、管理、服务、信息等软件的细致和深化.

2.2 港城系统动力学流图构建

结合上述陆港与城市经济系统的因果关系分析，基于系统动力学软件Vensim PLE，建立陆港与城市的系统动力学流图，见图5.应用该系统动力学软件构建模型，实现各个元素之间的数学关系链接.其中：部分主要变量、重要参数计算公式和数学关系分别为：（1）区域GDP总量=INTEG（GDP增量，GDP 初始值），亿元；（2）GDP 增长量=GDP初始值×GDP增长率，亿元／年；（3）陆港固定投资=INTEG（固定资产投资增加量，固定资产投资初始值），万元；（4）对外贸易额=对外贸易依存度×区域GDP 总量，万美元；（5）陆港拉动GDP=陆港吞吐量×陆港拉动GDP 系数，亿元；（6）陆港收入=陆港吞吐量×陆港收入换算系数，万元；（7）陆港固定资产投资总额=INTEG（陆港固定资产投资增加量，初始值），万元；（8）陆港综合运输量=INTEG（综合运输量增加量，初始值），万t；（9）综合运输增加量=（陆港建设投资资金+运输设施投资额）×投资换算系数，万t.

图5 陆港与城市经济系统动力学流图

3 陆港与城市经济系统实证分析

3.1 模型参数的确定

应用陆港城市系统动力学模型对昆明市进行了仿真模拟，考虑到昆明国际陆港的物流作业，将会承当昆明市大部分物流相关活动，所以，模型中有关的数据主要来源于昆明统计数据，其中部分数据是根据物流活动来近似替代，部分参数是基于前人的调研和通过对统计数据的计量经济处理所得，另一部分参数则是根据已有学者的相关研究而进行初步设定［9-10］.

3.2 仿真模拟与分析

基于Vensim PLE 系统动力学软件，设定以2007年为初始年，以昆明市2010年和2015年为目标，1年为步长，将各参数带入仿真模型中进行计算，模拟分析陆港与昆明市所构成的经济系统.

1）模拟2010年的部分经济状况，所得结果与昆明市2010年的实际数据相比较，得到表1.从表1的比较中可以看出，系统动力学所模拟出的部分模拟值和昆明市的实际数据的误差率基本上小于1%，部分为1%左右，如对外贸易额等，说明昆明近几年来处于快速发展阶段，部分产业扩大发展，其实际值会高出模拟值些许，然而并不影响模拟值对实现的指导作用.其结果表明，系统动力学模型对陆港与城市经济的系统模拟仿真良好，可用于研究分析昆明国际陆港与城市现状和未来的发展.

表1 模拟值与实际值的分析比较

2）在2010年的模拟结果中，陆港直接拉动的GDP呈现稳定的增长趋势，对昆明市的综合贡献率能达到12.4%.由于为满足云南省“桥头堡”战略以及开拓东盟市场，昆明围绕城市建立国际陆港，陆港设施建设初期在城市经济中占有很高的比重，昆明市整体水平不断地快速发展，但随着陆港的建成以及功能的完善，陆港经济占城市经济的比重最终会呈下降趋势，趋于平均稳定值，见图6.这表明，目前昆明市的物流发展水平还处于比较缓慢的阶段，在未来年内，陆港对昆明市经济贡献将会平稳增长，昆明市物流综合竞争力将不断加强.

图6 陆港对城市的贡献率

3）在模拟的港城系统中，由于昆明市未来几年经济处于快速增长的步伐，GDP增长率将会逐年升高，当全市经济发展到一定水平，GDP 增长速度将逐步放缓，趋于某个值平稳发展，但是全市未来经济总量仍将保持稳定增长的态势.随着昆明国际陆港的建成与运营，同时，昆明市加大外向型经济的发展，由图7中可以看出，昆明市的对外贸易量是呈现出节节攀升的态势，同时，衍生出对运输更多的需求，从而吸引大量的客户进驻昆明和投资昆明，从而刺激港城经济发展.在未来年内，可模拟出昆明市到2015和2020年的GDP分别为4614.33亿元和10373.71亿元，外贸易量分别为212.48亿美元和411.09亿美元.

图7 GDP与对外贸易

4）在2010年，陆港直接拉动的就业人数可达0.53万人，间接拉动的就业人数在87万人，在陆港的建设和营运阶段，陆港将会拉动昆明市内更多的就业人数，提高未来年的就业率，昆明市第三产业的就业人数日益增加，到2020年，国际陆港直接拉动的就业人数将达14万人，间接促进第三产业的就业人数将增加到287万人..

5）到2015年，可以模拟出昆明市陆港基础设施的建设将能带动全市综合运输的整体发展，能实现港城系统19085万t的综合运输量，并且昆明国际陆港吞吐量能达到4521万t，大大缓解昆明市的物流总需求.

6）从图8中可以看出，为适应区域GDP 的增长和对外贸易需求的发展，就要求加大全市对综合运输设施和陆港建设的投资力度，近年来，陆港自身的负荷不断加剧，这是城市化发展所带来的必然结果，然而陆港负荷增加系数却是相对的降低，这说明昆明港城经济系统各项功能随着投资的增加从而得到改进和完善，使该系数呈现降低的趋势，并且陆港的集疏运能力还能满足昆明市对运输的需求，也间接地说明了陆港对自身的负荷控制方面具有一定的自我调节能力.

图8 运输量与陆港负荷增减曲线图

4 结束语

从陆港与城市所构建的系统角度出发，选择系统动力学模型来构建港城经济系统，建立了港城经济因果关系图和系统流图，对昆明市与国际陆港之间的关系进行了定性与定量的实证分析，初步探讨陆港对城市经济变化的动态影响，证明了系统动力学模型能够合理、科学和有效地研究陆港与城市的复杂系统.就陆港与城市系统的未来发展方向而言，应往整体系统的研究所发展，探究所适合城市发展的案例，并加强宏观层面的探讨，制定陆港与城市系统的相关策略与政策，更深入地研究陆港与城市的复杂系统.

［1］席 平.国际陆港基础概念与运作［J］.中国储运，2007（1）：71-72.

［2］HANAOKA S，REGMI M B.Promoting intermodal freight transport through the development of dry ports in Asia：An environmentalperspective［J］.IATSSResearch，2011（35）.

［3］ROSO V.Evaluation of the dry port concept from an environmental perspective：A note［J］.Transportation Research Part D，2007（12）：523-527.

［4］董千里.国际陆港基础理论研究与探讨［J］.物流技术，2009（1）：17-19.

［5］董永祥.港口与城市互动发展优化模型及算法研究［D］.大连：大连海事大学，2011.

［6］姜伟香.基于系统动力学的保税港区与内陆港互动发展机理模型研究［D］.大连：大连海事大学，2007.

［7］郑士源，杨乐能，王浣尘.基于系统动力学的集装箱港口博弈模拟研究［J］.系统仿真学报，2007（15）：3554-3556.

［8］朱 强，桂寿平，桂程飞.基于系统动力学的区域物流建模方法的研究［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2003，27（4）：528-531.

［9］傅明明.基于系统动力学的港口：区域经济系统研究［J］.大连海事大学学报，2009（4）：43-46.

［10］刘丽娜，郭子坚，宋向群.基于系统动力学的港口经济分析［J］.水运工程，2006（5）：18-21.