基于系统动力学的物流园区对城市交通影响模型

魏宝红

摘 要： 为了辅助物流园区对城市交通影响的正确决策，通过构建物流园区和交通影响分析的系统动力学模型，分别针对主次干道、交叉口数量以及货物周转周期等因素对城市交通环境影响进行了仿真，最后以西安市国际港务区为例，验证了该模型的有效性和实用性。

关键词： 物流园区; 交通影响分析; 系统动力学

中图分类号： F 127

文献标志码： A

Research on Traffic Model Affected by Logistics Parks Based on System Dynamics

WEI Baohong

（Department of Transportation， Xi'an Railway Vocational and Technical College，  Xi'an，  Shanxi  710016， China）

Abstract：

In order to assist civil decision of logistics park impact on urban transportation， the paper establishes the system dynamics model for traffic impact analysis， and simulates the transport influence of surrounding section， crossings and the goods turnover cycle. By taking International harbor area in Xian as the analysis example， the paper validates the feasibility and maneuverability of the proposed method.

Key words：

logistics park; analysis of traffic effects; system dynamics

0 引言

物流园区是在政府规划指导下多种现代物流设施与设备和多家物流组织机构在空间上集中布局的大型场所，是具有一定规模和多种服务功能的新型物流业务载体[1]。作为商品集散和转移中心，以其先进的基础设施、便利的交通条件、快速敏捷的信息传达拉动城市经济要素和经济活动，对带动周围区域经济相对发展具有重要作用。

它作为一个大型的物流公共设施平台，已经引起众多专家学者的关注，然而当前，我国对物流园区的研究以宏观的规划研究为主，更多关注于物流园区带来的正面影响，更深层次的运作模式，内部设施规划等研究较少，许多城市物流园区规划忽视了对其进行交通影响分析。事实上，当物流园区规模和业务量达到一定程度，就会对周边路网乃至整个城市交通造成一定影响，降低了路网的服务水平，尤其是在电子商务和网上购物模式日益普及的背景下，具有配送频率高，停靠站点多，配送批量小等特点的城市配送物流发展迅速，这些因素就更加剧了物流园区对城市交通的影响[2]。从目前投入运营的物流园区来看，逐渐暴露出了一些弊端，其中周边道路拥堵问题已经是一个最突出和普遍的问题。

本文正是在这种背景下，从物流园区周边交通拥堵这一现象入手，运用系统动力学理论和方法，結合实证分析法，通过分析与归纳总结相结合，形象化地反映发展物流园区和周边路网交通拥堵之间的逻辑关系，结合实际数据，模拟分析各类影响因子的作用，建立物流园区和周边路网之间相互影响和作用的反馈模型。并以西安市国际港务区为例，仿真和模拟其规划方案对于缓解交通拥堵的有效性，并提出一些避免未来物流园区运营造成拥堵的规划建议，为物流园区的可持续发展提供必要的支持，同时也为其他的交通枢纽型经济的城市经济系统与交通运输系统之间的相互发展提供有价值的参考。

1 交通影响分析的主要内容

物流园区作为货物流通的枢纽，通常位于城市边缘地带，处于城市交通网络与城市外围交通网络的结合部，具有车流量大，路网等级复杂的特点。一方面，物流园区强大的货物吸纳能力需要周边道路网络得支撑;另一方面，物流园区产生的加大交通量一般不直接接入等级较高的货运通道，而是通过等级较低的道路将物流园区与主要干道衔接在一起。物流园区产生和吸引大量的货运车辆，将对园区周边的道路网络造成直接影响，这是物流园区对周边交通环境的主要影响。

因此，城市物流园区的交通量可以分为两部分：一是绝对交通量;二是吸引交通量。其中，绝对交通量是城市物流园区内部条件生成的交通量，与物流园区自身的属性密切相关，在区位一定的前提下，物流园区的定位、类型不同，绝对交通量就有很大的差别。但是由于生产和消费活动具有一定的季节趋势和波动特点，由此而产生的物流园区绝对交通吸引量将呈现出一定的季节性;其次，各物流服务企业的配送、干线运输的车辆和工商企业开展运输活动的车辆都具有一定的时间规律[3]。

吸引交通量是物流园区项目外部条件所生成的交通量。对物流园区来说，吸引交通量主要由于园区内企业职员上下班集散及相关公务出行生成、周边配载车辆及物流需求客户的吸引等组成[4]。

2 系统动力学模型的建立

2.1 基于物流园区和交通影响的SD模型

根据上述讨论和分析，根据物流园区特点和周边交通影响关系，建立因果关系图，如图1所示。

图中“+”表示箭头指向的变量随箭尾变量的增加而增加，“-”表示箭头指向的变量随箭尾变量的增加而减少。

1） 物流中心的年运输能力越大，衍生的运输量就越大，从而周边道路饱和度高，周边道路的饱和度也会影响物流中心的年运输能力。

2） 物流中心的运作会带来周边区域人口密度的提高，从而增加了私家车增长率和私家车保有量，这些势必会导致周边道路饱和度就提高。

3） 根据相关文献，现代物流的发展有利于经济数量的增长，经济增长率取决于技术进步存量的增长率和社会流通速度的增长率，且与他们成正比例关系。因此，物流的增长促进社会经济的迅猛发展，而经济的发展也会将会加大对公共交通基础设施的投入力度，这样会使得物流更有序健康高速的发展[5]。

2.2 基于SD模型的流图

为了进一步对物流园区和交通影响之间的关系进行量化，在此因果关系图的基础上建立SD图，如图2所示。

流图模型中，方框表示可积累的状态变量，如物流中心业务发展量，物流中心车流量等，在状态左右相连的双连线表示状态变量的增减行为，分别有流入和流出速率变量，如道路通行率，物流中心运输增长率等。其他变量由单箭头连接的为辅助变量、常量，如物流中心车辆流出量，物流中心场地规模等。

主要的变量含义如下。

物流中心年吞吐量：是物流活动各环节产生的实物在物流活动中数量的总和，包括货运量、库存量和配送量等部分（单位：万吨）。

物流中心场地规模：物流中心的占地面积（单位：万亩）。

衍生运输量：也就是吸引交通量，物流园区项目外部条件所生成的交通量。对物流园区来说，衍生运输量主要由于园区内企业职员上下班集散及相关公务出行生成、周边配载车辆及物流需求客户的吸引等组成（单位：万辆）。

私家车保有量：指一个地区私家车的拥有量（单位：万辆）。

道路通行率：反映道路上各类交通方式对道路资源的占用情况，可以表示为某一道路断面上特定时间内单位宽度的路面所能通过的最大个体数，即每米宽度的路面上单位时间通过的人数[6]（单位：p/h·m）。

道路设计通行量：在一定的道路和交通条件下，道路上某一段单位时间内通过某一断面的最大车辆数或行人数量（单位：辆/h）。

货物周转期：指物流中心从取得存货开始，至消耗、销售为止所经历的天数。周转天数越少，说明货物流动的速度越快（单位：天）。

根据上述中的物流园区和城市交通影响的系统动力学模型流程图和因果关系图，进一步分析系统变量之间的逻辑联系和相互作用，并根据Vensim PLE软件的提示，将系统中的变量关系转化成为数学公式，建立起相关的方程体系，便于进行计算机仿真模拟的定量分析。模型中的关键数学逻辑关系如下。

（16） 道路通行率=（衍生运输量+物流中心车辆流入量+物流中心车辆流出量+私家车保有量+增加运输量）/（（-主次干道数量+交叉口数量+红灯数量+与高速公路的距离）*5 000）+0.2

3 模型仿真和实证分析——以西安市为例

利用所提出的系统动力学模型，选取西安市国际港务区进行实证研究，以验证该方法的可行性和操作性，并试图找到缺陷和不足。

西安国际港务区是陕西省“十一五”物流规划重点建设项目，坐落于西安市中心东北方向，在灞桥区新筑街道办境内，规划占地总面积8.2平方公里。项目东临纺渭路、西靠新筑镇，南接西安绕城公路和东三环，北靠西安铁路集装箱中心站[7]。西安市国际港务区路网构造，如图3所示。

根据物流园区的地理位置和实际情况，确定的基础数据如下：2015年西安人口约850万人，主要集中在西安市区，未央区和灞桥区人口密度约为3 000人/平方公里，而港务区占地约15平方公里，辐射半径为2公里，区域面积约为35平方公里，因此区域人口数量预估为10万人。西安港务区周边有港务大道、秦汉大道、北三环、北三环辅道、东三环及港兴路等6条主次干道，其中的主要交叉口有港务大道和港兴路交叉口、港务大道和向东路交叉口、港务大道和潘骞路交叉口、港务大道和柳新路交叉口、港务大道和保税三路及港务大道和秦汉大道6个路口。国际港务区到谢王立交距离约为3公里，从谢王立交和直接上京昆高速和绕城高速，通过绕城高速快速到达连霍高速、包茂高速、西蓝高速、机场高速、西宝高速、西汉高速及福银高速。因此主要的几个变量参数为：01）与高速公路的距离=3（Units：公里）;02）主次干道数量=6（Units：条）;03）交叉口数量=6（Units：个）;04）区域人口数量=10（Units：万人）;05）红灯数量=3（Units：组）。

下面进行物流园区对周边交通影响进行模拟，结果如图4所示。

在物流中心运作前期，各项物流业务较少时，此时意味着车道上车辆占有率较低，道路比较宽敞，道路上行驶的车辆都可以以较大的速度行驶，主次干道为6条，8条，10条时，道路的通行率差异不是很大。但是随着后期物流中心运

作成熟，业务量进一步扩大时，而当车流量增大到一定程度时，道路上的车辆会变得拥堵，当车道占有率也就增大，两辆车之间的距离变小，这种粘滞性在行驶车辆之间变大，车辆的平均速度变小。因此，物流园区内外交通组织设计应便于长时间的车流、人流集散，尽量减少对周边道路的影响，而物流中心规划主次干道数目时一定要高瞻远瞩考虑到后期业务量增加后带来的车流量的增加，避免车流量的增加而降低道路通行率。西安市国际港务区后期在原来的规划上新增了一条高速公路联络线，实现港务区与西安咸阳机场的快速连接，区域内规划红线宽度60至120米的主干路，同时建立与窑村机场的便捷联系，用于运输应急物流.同时规划新增高速公路联络线，未来还拟建建立两条与其他主干道的快速对接干道。后期的规划方案修正是在确定保持服务水平不下降的对策或修改方案，实施补偿措施，以减少开发方案对交通负荷的影响，如图5所示。

从图5可以看出，交叉口数量很多时，道路通行率较低，产生这个现象的原因主要是物流园区的外围是以高速路、快速路承担长距离运输，在主次干道确定的前提下，如果在同一条道路上设置过多的出入口会导致短距离车流的进入，从而增加内部交通流对周边交通的制约，因此当主次干道确定的情况下，尽可能不要在相同的道路上设置多个出入口，这样反而会对提高道路通行率不利。同时园区出入口应尽量避免与干道直接相连，避免基地交通对主线交通的影响，减少对邻接道路的交通干扰。如果物流园区地形比较特殊，可以根据需要在物流园区内主要出入口布置相应的信号灯或者分别管理，可以有效避免造成交通堵塞。西安国际港务区后期规划在控制范围内新增五座互通式立交，规划范围外拟增两座互通式立交，形成干支结合，内外畅通，布局合理的城市立体交通体系。

4 总结

总之，需体现城市物流园区规划的积极意义，必须在物流园区的规划建设阶段进行交通影响分析，本文通过建立物流园区对周边交通环境影响的系统动力学分析模型，该研究方法对城市物流园区规划产生积极影响，有助于规划决策者在建设物流园区时综合考虑其对周边路网的影响，缓解城市交通压力。

参考文献

[1] 牛慧恩，陈璟.我国物流园区规划建设的若干问题探讨[J].物流科技，2015，25（3）：58-60.

[2] 牛慧恩，陈璟.物流用地与物流园区[J].城市规划，2017，17（2）：17-18.

[3] 王张永，王宁. 城市物流园区交通影响分析方法探讨[J].微型电脑与应用，2016，29（5）：140-142.

[4] 吉迎东，周红霞.基于MC模拟的物流园区建设项目投资风险评价 [J].物流工程与管理，2017，33（6）：23-24.

[5] 孙焰，王莹.物流园区对周边交通的影响 [J].铁道运输与经济，2014，38（6）：42-46.

[6] 邹鑫.区域物流园区建设规模预测 [J].铁道运输与经济，2016，58（7）：15-19.

[7] 王涛.城市物流外部不经济问题研究[D].武汉：武汉理工大学，2017.

[8] Kumar S， Mcginty J. Successful development of a new steel product importance of process modeling and dynamic simulation[J]//AISTech_Iron and Steel Technology  Conference Proceedings，  2016（1）：819-832.

[9] 史欣向.西安物流節点总体规模的实证研究[D]. 西安：陕西师范大学，2008.

（收稿日期： 2019.06.11）