基于复合系统协同度模型的港口物流能力与产业结构升级协同发展研究

张 晨，李诗珍

（长江大学 管理学院，湖北 荆州 434025）

1 引言

港口物流业作为第三产业，其发展不仅能提高港口发展水平，也深刻影响港口城市的产业结构升级。港口物流能力可准确衡量港口物流业发展水平，较高的港口物流能力能加剧临港依存产业等第二、三产业的集聚，进而推动产业结构升级。2011年国务院印发《关于加快长江等内河水运发展的意见》，提出发挥长江黄金水道的独特作用来推动沿江产业结构优化升级。2014 年国务院印发《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》，强调依托黄金水道推动长江经济带发展有助于优化沿江产业结构。当前，推动港口物流能力与产业结构升级协同发展已是国家战略所需，对推动港口城市经济高质量发展意义重大。

国内外学者对港口物流能力与经济的关系研究相对较少，且大部分集中于港口物流能力对经济的影响。Motteboom（2005）[1]等学者认为港口物流能促进区域经济发展，区域经济的发展也可促进港口物流能力的提升。龙建辉（2014）[2]等学者基于1985-2011年宁波市相关数据构建回归方程实证分析宁波市的港口物流能力对经济增长的影响。董春慧（2014）[3]学者运用统计学和计量经济学基于河北省进出口总额和货物吞吐量的21年数据实证分析了河北省港口物流能力对对外贸易的影响，研究发现港口物流能力对对外贸易影响重大。赵亚鹏（2014）[4]等学者基于1985-2010年宁波市相关数据，实证分析港口物流能力与区域经济的动态关联效应，总结其一般发展规律并提出相关建议。

上述研究为他人进行相关研究提供了良好的理论基础和方法选择，然而大多研究仅用货物吞吐量、集装箱吞吐量及第二、三产业产值四个指标构建港口物流能力与产业结构升级评价指标体系，不能满足现实所需，也没有港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展方面的实证研究。基于此，本文选取荆州市为研究对象，从多个方面构建港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展指标评价体系，采用耦合协同度模型对港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展进行实证分析。

2 模型介绍

当前，衡量协同发展程度的方法主要有灰色关联分析法、耦合协同度模型、复合系统协同度模型、模糊隶属函数等。其中，复合系统协同度模型于1999 年由孟庆松等学者创造性提出，通过系统内部各子系统有序发展程度来反映复合系统的有序度，不仅能反映各子系统有序度，还能准确衡量复合系统协同发展状态及水平[5]。基于此，本文采用复合系统协同度模型测度港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展水平。

2.1 熵值法

熵值法完全根据原始数据对各项指标进行赋值，突出局部差异性，有效减少主观因素造成偏差，可靠性较高，计算方法如下：（1）确定熵值ej，其中i=1,2,3,...,m，为标准化后的数据，若bijk=0，则bijklnbijk=0；（2）计算权重其中，dj=(1-ej)。

2.2 子系统有序度模型

假设港口物流能力与产业结构升级协同发展系统为S，S1为港口物流能力子系统，S2为产业结构升级子系统，各子系统Si由序参量变量Xi和序参量变量分量xin组成，表达式为xi=(xi1,xi2,xi3,...,xin)，其中i=1,2，n ≥1。假设序参量变量分量值越大，系统Si的有序度越高，则称其为正向序参量变量分量；指标序参量变量分量值越大，系统Si的有序度越低，则称其为负向序参量变量分量。由此，令系统序参量变量分量的有序度为：

式中，ωj为各系统有序度的权重，为子系统si的有序度，取值为0-1，值越大表明有序度对系统si的有序度贡献越大。

2.3 复合系统有序度模型

假设在初始时间t0，各子系统的有序度为，在tc时刻，各子系统的有序度为，则定义港口物流能力与产业结构升级协同发展系统s在时间段内的有序度（x）为：

式中，x为复合系统的有序度值，ε为参数，反映整个系统的协同发展情况。只有复合系统所有子系统的有序度在时间段内均提高时，其值为1，表明整个系统处于协同状态；其他情况，其值均为-1，表明整个系统处于不协同状态。由于通常情况下其值范围为[-1,1]，ε取值范围为-1 或1，因此x取值范围为[-1，1]，其值越大表明复合系统有序度越高。i取值为1和2，当i为1时为港口物流能力子系统，i为2时为产业结构升级子系统。

3 实证分析

荆州港是我国主要内河港口之一，也是长江中游重要内河港口及交通枢纽，位于湖北省中南部，以江汉平原为经济腹地，主要承担石油、煤炭、粮食等物资的水上中转。荆州港货物吞吐量从2011 年的2 147.88万t增长至2017年的3 478.22万t，当前正向第三代港口转型。

3.1 港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展评价指标体系构建

由于学术界尚未对港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统评价指标体系达成共识，因此本文考虑数据可得性，借鉴相关学者研究，从港口物流规模能力、港口物流基础要素能力和港口物流腹地支持能力三个方面构建港口物流能力子系统，从产业结构高级化、产业结构合理化和产业结构软化三个方面构建产业结构升级子系统，以此初步选取港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统评价指标。

（1）港口物流能力子系统。港口物流能力是指港口物流企业凭借其优越地理位置，通过对企业自身所拥有的各种物流基础设施、人才、技术等资源进行计划、组织、领导、控制和创新，进而满足顾客需求的能力。本文借鉴张立华、龙建辉学者的研究[2,6]，选取货物吞吐量、集装箱吞吐量、泊位数、港口投资额、腹地GDP、规模以上工业企业个数和高等学校在校生人数七个指标进行衡量。其中货物吞吐量、集装箱吞吐量反映港口物流规模及实力，泊位数、港口投资额反映港口物流基础要素投入程度，腹地GDP、规模以上工业企业个数和高等学校在校生人数反映腹地对港口物流企业的支持程度。

（2）产业结构升级子系统。产业结构升级是指产业结构从低级形态逐步转向高级形态的过程。本文借鉴陈妤凡、宋锦剑和王辉学者研究[7-9]，选取结构偏离度、第三产业占比、霍夫曼比例系数、高新技术产业产值比重和产业结构软化值五个指标进行衡量。其中结构偏离度为三大产业产值占比与就业人数占比的比重减1 的绝对值之和的倒数乘以100，反映产业结构合理化程度，其值越小，产业结构越合理；第三产业占比为第三产业产值占地区GDP 的比重、霍夫曼比例系数为轻重工业增加值之比的百分比、高新技术产业产值比重为高新技术产业产值占地区GDP 的比重，三个指标用来衡量产业结构高级化程度；产业结构软化值为高新技术产业与金融业的产值之和占地区GDP 的比重，反映产业结构软化程度。

本文选取2011-2017 年荆州市相关数据进行分析，所有数据均来自《荆州市统计年鉴》、《中国港口统计年鉴》。由于各指标单位不同，因此采用极差法对数据进行标准化，方法见式（1），利用SPSS24 软件对标准化后的港口物流能力子系统各指标与产业结构升级子系统各指标做相关分析，删除与其他指标无显著相关性的指标，用保留下来的指标构建港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展评价指标体系，见表1。

表1 港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展体系评价指标

3.2 子系统有序度测算结果及分析

通过子系统有序度模型可得2011-2017 年港口物流能力子系统与产业结构升级子系统的有序度，见表2。从整体上看，港口物流能力子系统与产业结构升级子系统的有序度连年增大，有序度分别从2011 年的0 增长至2017 年的0.549 和0.379，两大子系统的内部结构越发有序。2011年港口物流能力子系统与产业结构升级子系统的有序度虽都为0.000，然而产业结构升级子系统的有序度实际为1.01×10-16，而港口物流能力子系统的有序度为0。因此，港口物流能力子系统的有序度起初低于产业结构升级子系统，自2012 年高于产业结构升级子系统且差距不断增加，这表明港口物流能力子系统内部结构更加合理，有序性更强，其发展水平高于产业结构升级子系统，同时，发展速度快于产业结构升级子系统。两大子系统的有序度均低于0.6，表明港口物流能力子系统与产业结构升级子系统发展水平较低，仍有很大上升空间。

从各子系统上看，港口物流能力子系统和产业结构升级子系统有序度均在2011-2017 年不断大幅增加，自2016 年起增速骤减，这是因为自2012 年起荆州市实施“壮腰工程”，对港口投资不断增加，大力推动港口基础设施建设，努力促进港口与产业共同发展。此外，政府大力落实国家方针政策，积极发挥黄金水道作用并以此推动产业结构升级，鼓励创新，主动依靠创新推动产业结构优化升级。港口物流能力子系统和产业结构升级子系统均在2011-2017 年得到有序发展。2016 年绿色港口理念空前发展，保护港口岸线力度增大，港口污染物处理方案不断完善，大型堆场防风预尘工作力度不断增强，进而致使港口物流能力有序发展速度减缓。荆州市2016年面临强大经济持续下行压力，工业经济增速持续放缓，高新技术产业产值比重下降，金融业平稳增长，产业结构升级速度下降。

表2 子系统有序度表

3.3 复合系统有序度测算结果及分析

通过复合系统有序度模型可得港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统的有序度，见表3。从整体来看，2011-2017年港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统的有序度均大于0，表明系统在2011-2017 年均处于协同发展状态。港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统有序度从2011-2012 年的0.125 下降至2016-2017 年的0.010，有序度整体呈下降趋势且均低于0.2，这表明2011-2017年港口物流能力与产业结构升级系统的有序度不断衰减，协同发展水平不断下降，系统稳定性较差且协同发展水平低。具体来看，除2014-2015 年，其余年份港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统有序度均不断下降，主要是由于除2014-2015年，其余年份港口物流能力子系统与产业结构升级子系统有序度增长幅度均显著下降。2015年荆州市实施“壮腰工程”，对港口需求与日俱增，加之港口投资额大幅增加，促使港口规划全面升级，港口物流能力显著提高。此外，“壮腰工程”致使荆州工业经济规模显著扩大，高新技术产业得到空前发展，进而不仅提高产业结构软化水平和产业结构高级化程度，还强有力推动了港口物流能力的提高。

表3 港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统有序度

4 结论与建议

4.1 结论

依据复合系统有序度模型探究港口物流能力与产业结构升级协同有序发展程度，得到以下结论：（1）港口物流能力子系统与产业结构升级子系统内部结构越发有序，但有序度较低。通过子系统有序度模型得到港口物流能力子系统与产业结构升级子系统有序度分别从2011 年的0 增长至2017 年的0.549和0.379，两大子系统的有序度均低于0.6，两大子系统的内部结构越发有序，但发展水平较低，仍有很大上升空间。（2）产业结构升级子系统有序发展程度滞后于港口物流能力子系统。自2012年港口物流能力子系统的有序度高于产业结构升级子系统且两者差距不断扩大，港口物流能力子系统内部结构更加合理，发展速度和水平均高于产业结构升级子系统。（3）港口物流能力子系统与产业结构升级子系统协同发展水平不断下降。港口物流能力与产业结构升级耦合协同发展系统有序度从2011-2012 年的0.125 下降至2016-2017 年的0.010，有序度均大于0且不足0.2，两者能协同有序发展，但协同发展水平低且不断下降。

4.2 建议

根据上述分析，本文提出以下建议：（1）加大创新力度，推动产业结构升级。产业结构升级离不开创新发展，政府应出台相关政策鼓励自主创新，大力支持高新技术产业发展，完善人才引进政策，促进高新技术产业与传统产业合作，提高传统产业创新能力和水平，促进传统产业转型升级，推动地区产业结构升级。（2）加强基础设施建设，构建智慧港口。港口基础设施不仅深刻影响港口仓储、货物集疏等能力，也是促进产业结构升级的重要动力。荆州港应进一步提高港口投资总额，提高基础设施建设水平，扩大港口规模，增添先进设备，提高作业效率。此外，港口还需提高自主创新能力，积极引进高技术人才及设备，努力提高信息化、自动化、智能化发展水平，努力建造智能港口，提高港口发展能力及水平；（3）发挥港口优势，加大港口与产业依赖度。政府应明确优势产业，对产业进行精准定位及分析，依靠港口优势发展优势产业，优化沿江产业布局，调整沿江产业结构，进而提高港口与产业相互依赖度，加大港口对产业发展的渗透程度，促进港口与产业结构升级协调发展。