京津冀城市群现代物流网络构建实证研究

王飞飞+侯云先

摘要：对现代物流业在推动区域经济发展中的重要作用以及如何科学构建区域物流网络等问题的主要研究成果进行了分析总结，提出综合运用主成分分析法、引力模型和最大覆盖模型构建区域现代物流网络布局模型的方法，以京津冀城市群为例进行实证研究。研究确定了轴心城市的位置及辐射范围，并得到了分别以石家庄、唐山和廊坊为区域物流中心的三大物流圈。基于此，应进一步丰富完善物流等相关产业发展的政策细则，加强区域物流中心城市的基础设施建设，增强京津冀城市群间的互联互通能力，促进京津冀城市群协同发展。

关键词：京津冀城市群；现代物流网络；引力模型；双目标最大覆盖模型

中图分类号：F511.31文献标志码：A文章编号：1009-055X（2016）06-0008-06

doi：10.19366/j.cnki.1009-055X.2016.06.002

一、引言

现代物流业作为推动区域经济发展的“桥梁”，对降低区域内流通成本，提高区域经济的整体竞争力具有重要的基础性支撑作用。因此，近年来我国相继出台了一系列促进物流业发展的政策法规和规划，其中，在《物流业发展中长期规划（2014—2020年）》中提出加快发展现代物流业，对促进产业结构调整、转变发展方式、提高国民经济竞争力和建设生态文明具有重要意义。

运用科学方法，合理布局建设现代物流设施，是构建现代物流网络的必经之路，目前国内外学者对区域物流网络构建的研究，采用层次分析法、因子分析法、轴辐射理论等定性方法较多。如OKelly[1-2]于1987年首次提出了轴—辐式网络概念和p-hub模型；Sung等[3]考虑了限制性政策后，提出存在节点互联的混合轴—辐式网络模型；MirSamanPishvaee等[4]综合运用单向设计和逆向设计方法，构建了双目标物流网络系统，并采用文化基因算法求解模型；HsiaoCY等[5]以轴辐射理论为基础，构建出美国航空轴辐网络；金凤君等[6]在分析了我国35个样本机场的基础上，结合轴辐射理论，构筑了我国轴—辐式航空网络体系；丁伟等[7]在梳理轴—辐式物流网络理论框架的基础上，以西江流域城市为例，构筑了现代物流服务网络；李文博等[8]从经济和社会发展水平、物流产业规模、基础设施建设和信息化水平四个方面确定了城市物流等级评价指标体系，采用主成分分析法，构建了浙江省轴—辐式物流网络；李全喜等[9]综合运用引力模型和引力势原理，构建了区域物流引力模型和区域物流地位模型，并以全国31个省级区域数据为基础进行实证研究；海峰等[10]构建了一种具有轴辐式网络规模经济、范围经济、密度经济和结构经济特点的区域物流网络；刘荷等[11]以轴辐式区域物流网络构建的思路和方法为基础，采用主成分分析法与引力模型结合的方法，构建了海西区轴—辐式物流网络；杨艳等[12]综合运用主成分分析法、Dijkstra算法和轴—辐式网络原理，构建了奇瑞整车销售物流网络；徐建等[13]针对长三角地区目前区域物流发展的基本情况，采用势能模型和GIS网络分析方法，提出基于公路运输成本的长三角轴—辐物流网络构建方法；李利华等[14]考虑物流网络规划设计的不确定性影响，运用区间规划理念，构建多商品、多层次、多节点的复杂物流网络设计模型；鲁金萍等[15]利用修正后的引力模型，对京津冀城市群内各城市间的经济联系强度进行测度，得出不同权重下城市级别划分结果，并分析了原因。

通过文献梳理发现，目前学者们在研究物流网络构建方法时，采用定性方法较多，定量实证研究较少，且往往忽略了城市间的距离。因此，本文以前人研究和2015年发布的《京津冀协同发展纲要》为基础，综合运用主成分分析法、引力模型和最大覆盖模型，构建综合考虑区域物流引力和空间距离的京津冀城市群现代物流网络布局模型，以期为京津冀现代物流网络布局提供参考。

二、京津冀经济区现代物流网络构建模型

（一）引力模型

引力模型是牛顿经典力学万有引力公式在经济学领域延伸发展得到，该模型认为两个经济体之间的单项贸易流量与它们各自的经济规模成正比，与它们之间的距离成反比，其基本计算公式如下：

Fij=GMiMjt-γij（1）

式中，Fij为研究主体之间的物流引力；Mi和Mj为研究主体的“质量”，本文中沿用李全喜等[9]提出的“区域物流质量”概念；tij为研究主体i和j之间的最短行驶时间；G为引力系数；γ为引力衰减系数，一般取值为2。

（二）修正的最大覆盖模型

最大覆盖模型最早由学者Church等[16]提出，后来诸多学者从不同的角度对其扩展。因此，本文以前人研究成果为基础，结合引力模型，构建京津冀城市群现代物流网络布局模型。

1.模型假设

为简化问题，本文提出如下假设：①备选物流区域中心城市（文中统称设施点）和物流需求城市（文中统称需求点）的位置已知，且在平面内离散分布；②任意设施点和需求点之间的最短行驶距离可知；③每个需求点仅由与其区域物流引力最大的设施点为其提供服务；④设施点可以为多个需求点提供服务；⑤需要建立的设施点数量已知。

2.符号说明

三、区域物流质量和区域物流引力的确定

（一）研究区域背景

京津冀城市群是我国经济实力最强的三大经济区之一，在我国沿海经济布局中与珠三角、长三角处于同等地位。目前京津冀经济区包括北京、天津及河北省的石家庄、承德、张家口、秦皇岛、唐山、廊坊、保定、沧州、衡水、邢台和邯郸。经过多年发展，虽然取得了一系列重大成果，但京津冀城市群发展中两大问题逐渐显现，一是京津冀城市群整体发展水平有待进一步提高，该区域经济社会发展水平远低于珠三角和长三角；二是核心城市对区域内其他城市的辐射带动能力较低，出现北京和天津发展水平较高，而河北各市经济实力与京津差距显著。

随着我国经济增长进入新常态，国家为了促进京津冀城市群的协同和错位发展，增强整体性，2015年发布了《京津冀协同发展规划纲要》（以下简称为《纲要》），《纲要》中提出京津地区的区域物流产业向河北省迁移，把河北省定位为“全国现代商贸物流重要基地”。因此，新形势下，如何科学构建京津冀城市群现代物流网络，对提高区域内物流效率具有重要的现实意义。

（二）指标体系的构建

城市经济和物流发展情况一直是学者们研究的热点问题之一，如王佩佩等[17]以轴辐射理论为基础，构建节点城市物流水平综合评价指标体系，利用引力模型度量轴心城市与边境贸易口岸的物流引力，构建了丝绸之路经济带新疆三大通道轴辐式区域物流网络；丁伟[7]、李文博等[8-11]学者在研究区域物流网络时，分别从不同的角度出发，构建了相应的物流水平综合评价指标体系。因此，本文结合前人的研究成果和京津冀城市群的区域特点，选取如下11个指标来衡量该区域的物流质量，包括GDP、全社会固定资产投资、人均GDP、社会消费品零售总额、规模以上工业生产总值、规模以上企业数量、公路通车里程、干线铁路数量、人口、互联网用户数和移动电话用户数。

（三）数据分析

首先，由《北京市统计年鉴2015》《天津市统计年鉴2015》和《河北省经济统计年鉴2015》获取以上11个指标的具体数据；然后，标准化数据并运用SPSS20.0软件对所有指标进行主成分分析，得到特征值、方差贡献率和两个主成分得分（如表1和表2）。

由表1可知，当设定特征值大于1时，提取的两个主成分的累积贡献率达到87.793%，能够很好地解释原有变量的信息。将表1中两个主成分的特征根带入公式i=λi（∑2i=1λi）-1，得两个主成分的权重为（0.88，0.12）。结合表2进行加权计算，得各城市区域物流质量，“+1”进行非负处理后，如表3所示。

将表3中各城市的区域物流质量得分带入公式（1）（为方便计算，令G=100且各城市对自身的物流引力为200），得各城市间的区域物流引力，如表4所示。

四、京津冀现代物流网络构建

（一）配置依据与算法选择[18]

根据《纲要》对区域内各城市的功能定位，本文中备选设施点为河北省各市；各市之间的交通时间可通过百度地图获取，各市GDP由2015年北京、天津和河北省统计年鉴获得。由于目前求解最大覆盖模型一般选用近似算法或启发式算法，因此，本文选用免疫优化算法求解模型。

1.抗体编码和抗体群的产生

本文选用简单直观的实数编码方式，每个选址方案形成一个长度为p的抗体（p为区域物流中心的个数），每个抗体代表一组被选为区域物流中心的序列。由于免疫优化算法需要从一个初始抗体群开始计算，因此本文通过随机的方式产生一个群体规模为60的初始抗体群。为了提高算法的收敛速度，因而在每次迭代过程中选出10个最优抗体存入记忆库，并在下一代计算中取出与子代抗体组合成新的抗体群进行下一步迭代运算。

2.抗体亲和度评价函数

本文首先采用求解多目标规划中常用的线性加权法将模型中的两个目标函数转变为单目标函数；之后，设计出抗体亲和度评价函数为U=max（λ1Z1-λ2Z2），其中，λ1和λ2根据Z1和Z2的重要程度进行赋值，且λ1+λ2=1。

3.免疫操作

该部分内容与遗传算法的主要步骤一致，包括选择、交叉和变异。

选择，本文选用常用的轮盘赌法进行选择操作。

交叉，采用单点交叉法进行交叉操作。

变异，选择常用的随机选择变异位进行变异操作。

4.算法步骤

根据以上分析，具体步骤如下。

第一步：初始化参数，定义免疫优化算法的抗体群规模、记忆库规模、最大遗传代数、交叉概率、变异概率等。

第二步：产生初始抗体群。如果记忆库为非空，则初始抗体群从记忆库中选取，否则，从可行解空间中随机生成。

第三步：解的多样性评价。首先，分别计算抗体和抗原间的亲和力、抗体和抗体之间的相似程度及抗体浓度；然后再以目标函数作为适应度函数，计算抗体的亲和力，并进一步得到各抗体的期望繁殖概率。

第四步：免疫操作。此部分与遗传算法相似，主要包括选择、交叉和变异操作。

第五步：判断是否满足结束条件，如果是则转到第三步，否则结束，输出结果。

（二）区域物流中心个数确定

经过笔者走访区域经济研究有关专家学者，并利用MatlabR2013b编写免疫优化算法程序，在华硕F450V笔记本上进行计算，确定模型中λ1=0.6和λ2=0.4，且京津冀城市群区域物流中心个数为3个较为合适。

（三）布局结果

通过计算得到京津冀城市群现代物流网络布局结果，如表5所示。

由表5第1列可知，在λ1=0.6、λ2=0.4、p=3且河北省各市为备选城市的情况下，石家庄、唐山和廊坊被选定为京津冀城市群的区域现代物流中心建设地点。

由表5第2列可知，落在石家庄服务覆盖范围内的城市为石家庄、保定、沧州、衡水、邢台和邯郸；落在唐山服务覆盖范围内的城市为承德、张家口、秦皇岛、唐山和天津；落在廊坊服务覆盖范围内的城市为廊坊和北京。

由表5第3列可知，3个区域物流中心的最大服务覆盖半径和最远服务覆盖城市为：石家庄最大服务覆盖半径为2.45h，最远服务城市为沧州；唐山最大服务覆盖半径为5.05h，最远服务城市为张家口；唐山最大服务覆盖半径为1.17h，最远服务城市为北京。

（四）京津冀城市群现代物流网络

结合表5，可得京津冀城市群现代物流网络布局如图1所示。

由图1可知，京津冀城市群的3个区域物流中心在空间分布上较为科学，分别形成了以省会石家庄为区域中心的石家庄物流圈，该物流圈服务覆盖范围最大，依托省会石家庄发达的交通网络和政治经济优势，汇集物流资源，增强物流服务能力，提高第三方物流产业的发展水平，依托通往各市的高速公路，逐步增强对保定、沧州等河北省南部城市的辐射能力；以唐山为区域中心的唐山物流圈，该物流圈依托唐山较强的物流服务能力和优越的区位优势，衔接京津冀核心城市天津，突出公路、铁路和港口多式联运优势，提高对天津、承德等北部城市的辐射能力；以廊坊为区域中心的廊坊物流圈，该物流圈作为承接北京物流产业向外转移的重要卫星城市，具有优越的区位优势，应进一步完善交通体系，增强对核心城市北京的保障能力。京津冀城市群现代物流网络构建的重点在于加速推进北京和天津两大核心城市的物流等劳动密集型产业向河北转移，完善河北各市与京津两大核心城市的物流通道建设，在提高河北对北京保障能力的同时，进一步促进三地之间各产业的协同发展。

五、结论和建议

本文以京津冀城市群为研究对象，以三地2015年统计数据为基础，首先，采用主成分分析法计算得到各城市的区域物流质量，其次，通过引力模型对各城市间的区域物流引力进行测度，最后，构建了综合考虑区域物流引力大小和行驶时间的双目标最大覆盖模型，并选用免疫优化算法求解模型。研究结果表明，在物流产业向河北转移的背景下，石家庄、唐山和廊坊凭借优越的空间位置和完善的物流基础设施被选定为区域物流中心城市，并在此基础上构建了三大物流圈，分别是石家庄物流圈、唐山物流群和廊坊物流圈。根据本文研究结论，并结合京津冀城市群当前物流产业现状及发展趋势，提出以下政策建议。

第一，完善规划细则，明确推进步骤。目前《纲要》已于2015年底对外发布，虽然《纲要》中对三地的功能定位作了明确说明，但物流等相关产业发展的详细规划及推进步骤还有待进一步丰富完善。因此，京津冀三地相关产业管理部门应建立健全协调机制，突破行政区概念，破除地方保护主义思想，以《纲要》内容为核心，结合三地各自优势，尽快出台相关产业发展对接细则，提高《纲要》可操作性。

第二，加快产业转移升级步伐，实现三地联动发展。面对当前我国经济发展进入新常态，传统产业处于升级换代的关键时期。一方面，北京和天津作为京津冀城市群的核心城市，应加快物流等劳动密集型产业向河北转移的步伐，从而为信息技术、高端装备制造等新兴产业发展提供更多发展空间；另一方面，河北作为承接北京和天津物流等产业转移的主阵地，各个城市应根据自己的区位特点和发展现状，进一步完善自身能力，提高承接产业转移能力。

第三，加快基础设施建设，提高城市群运转效率。基础设施在经济发展中起着基础性和支撑性作用，是提高城市群内部各城市之间联通性的重要“桥梁”。因此，针对当前河北与北京、天津两大核心城市间“断头路”较多的现状，三地应进一步打破行政限制，统筹规划建设区域内的道路和物流园区等物流基础设施，增强三地间的互联互通，实现京津冀城市群的协同发展。

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Abstract：Thispapersummarizestheresearchofmodernlogisticswhichplaysanimportantroleinregionaleconomicdevelopment，anddiscusseshowtoscientificallybuildtheregionallogisticsnetwork.Bytheintegrateduseofprincipalcomponentanalysis，gravitymodelandthemaximumcoveragemodel，wehavecarriedoutanempiricalstudybasedonBeijingTianjinHebeiurbanagglomeration，todeterminethepositionandscopeofaxisurban，obtainShijiazhuang，TangshanandLangfangregionallogisticscircle.ItpointsoutthatinordertopromotethecoordinateddevelopmentofBeijingTianjinHebeiurbanagglomeration，weshouldimprovepolicyrulesoflogisticsandrelatedindustry，tostrengthentheconstructionofregionallogisticscentercitysinfrastructureandenhancethecapacityofconnectivitybetweentheBeijingTianjinHebeiurbanagglomeration.

Keywords：[WT]BeijingTianjinHebeiurbanagglomeration；modernlogisticsnetwork；thegravitymodel；doublegoalsmaximumcoveragemodel

（责任编辑：潘江曼邓泽辉）