我国交通运输系统工程的演化

王庆云，毛保华，张国伍

(北京交通大学，a.中国综合交通研究中心；b.综合交通运输大数据应用技术交通运输行业重点实验室，北京100044)

0 引言

(1)系统工程思想发展历史

系统工程思想源远流长，在我国可以追溯到先秦时期，然而，现代系统工程思想的形成是20世纪40年代之后的事情[1]。第二次世界大战后，科学技术迅猛发展，社会经济空前增长，同时也面临着越来越复杂的诸多大系统问题，例如，资源过度开采导致的生态环境恶化，复杂系统组织、管理、协调、规划、计划、预测及控制等涉及的升维问题。这些问题的特点是空间活动规模大而广，而且频次越来越多，时间变化越来越快，层次结构越来越复杂，后果和影响越来越深远和广泛。解决这样高度复杂的问题，单靠人脑的智能与经验已经无能为力，必须采用科学的方法。彼时，信息科学和计算机的发展大大提高了信息收集、存储、传递和处理的能力，为科学组织和管理提供了有力手段。系统工程正是在这样的情况下，首先从军事和大型工程的研制中产生并逐渐发展起来。标志性案例是阿波罗工程的圆满成功，使世界各国开始接受系统工程。

著名科学家钱学森在不同场合的学术报告中，多次给出系统和系统工程定义[2]。系统是由许多部分组成的一个整体，系统的概念就是要强调整体，强调整体是由相互关联、相互制约的各个部分组成的。系统工程是从系统的认识出发，将对象系统作为一个整体来分析和组织实施，以实现预期的设计目标；工程是强调达到效果，要有具体、可行的措施(实现路径)。

我国的交通运输系统处在一个极其复杂的自然环境和不同经济地理条件下，东西南北的气候条件和地理、地质条件差别很大，加之交通运输系统规模巨大，运输组织和运营管理非常复杂。如此庞大的系统要在繁杂的经济社会环境中发挥基础性、战略性和先导性作用，其难度是可想而知的。

正是由于我国交通运输系统的这一特点，将系统工程理论与交通运输领域紧密联系起来研究具有良好的需求与发展基础。系统工程在我国各专业、各行业的推广应用中，交通运输系统工程是发展较快的一门专业性系统工程。该领域学术活动非常活跃，已形成诸多有实力的科研团队、学术期刊及交流平台。在研究我国交通运输发展的现实问题中，不断向广度和深度扩展，在理论与方法上取得了切实有效的进展。

我国现代系统工程思想的形成是从20世纪70年代开始的。1978年，钱学森在文汇报上发表了题为“组织管理的技术-系统工程”的文章[3]。我国的系统工程思想体系强调以实际工程系统为研究和应用对象，包括3个层次：①系统工程，它是系统科学下的技术层次，指用系统思想直接改造客观世界的技术；②系统科学的方法论层次，包括运筹学、控制论和信息论等；③系统学，指系统科学的基础科学。1980年，中国系统工程学会成立后，掀起了社会系统工程的研究热潮，涌现出大批系统工程专家和学者，各门类的专业委员会如雨后春笋般成立，系统工程广泛应用到社会、经济、自然等领域。这期间，诞生了3 种系统工程领域内的科技期刊：一是1981年中国系统工程学会主办的《系统工程理论与实践》；二是1984年湖南省系统工程学会主办的《系统工程》；三是1985年天津大学主办的《系统工程学报》。这3个期刊成为我国系统工程成果发表的重要平台。

(2)我国交通运输系统工程的产生背景

系统工程产生于经济社会发展过程，经济社会发展的需求是其发展的根本动力。在系统工程推广和应用过程中，张国伍教授1979年最先将系统工程引入到交通运输领域，并得到中国科学院院士、中国工业大系统理论开拓者之一张钟俊教授的支持。在交通运输与系统工程结合的过程中，经过实践、认识、再实践、再认识的探索，完善了交通运输系统工程思想，形成了交通运输系统工程学科，推进了交通运输系统工程的理论建设和工程应用。1983年，《系统工程》杂志第1任主编张启人教授在长沙市公共交通系统工程优化科研课题中，为指挥部成员和全国各地来培训的学员编著了65万字的《公共交通系统工程概论》。1986年，在张国伍教授倡导下，在中国系统工程学会旗下成立了交通运输系统工程专业委员会，并将系统工程方法论应用于“深圳港口群功能规划”“哈尔滨铁路枢纽作业组织优化”“北京地铁开通后与地面公交的协调”等一系列科研工作中，推动了系统工程在交通运输领域全面而广泛地应用。

(3)交通运输系统工程研究的主要内容

交通运输系统作为一个复杂大系统，是由诸多组成部分(子系统)组成的。交通运输系统工程研究的主要内容包括：交通运输系统分析、交通运输需求预测、交通运输系统优化、交通运输网络布局规划、运输系统网络分析、运输系统评价与决策等共性理论与方法，交通运输系统规划、设计、管理、运营、维护和服务等实践问题，以及交通安全、运输经济、组织管理、系统仿真和信息服务技术等应用问题。

我国交通运输系统工程方面最早的专著是张国伍教授编著的《交通运输系统分析》[4]，该书分3篇21 章阐述交通运输系统工程的主要内容，重点涵盖3 部分内容：一是关于系统工程理念的总论；二是交通运输系统工程的理论与方法，包括供需关系、能力形成机理、经济性、安全性、组织与管理、系统评价，以及决策支持理论；三是交通运输重要子系统的运行与发展机理分析。1994年，在对海南省、北京市综合交通系统，长江干流航运发展战略，以及哈尔滨铁路枢纽，深圳港口群发展，三峡工程航运效益等大量研究实践基础上又出版了一本专门的案例集[5]，从应用与实践角度推进了我国交通运输系统工程的发展。

交通运输系统工程有其自身特定的研究领域，是为强化交通运输系统发展的系统性、全局性与协调性而诞生的，并非替代其他专业或学科。总的来看，其主要研究领域可以分为3个层次：

一是系统工程理论与方法，主要偏重基本理论与方法论层面。这个层面的问题实际上是整个系统工程专业或学科的重点内容，交通运输系统工程的任务是从专业角度补充、丰富理论与方法库中的内容。二是交通运输系统自身的运行机理与发展规律研究。包括交通运输系统供需的时空特性，以及全过程能力形成的技术、经济、安全与环保机理，还包括组织与管理协调机理、技术发展及集成机理等。三是交通运输系统服务效能与工程应用层面的问题。交通运输作为人类社会“衣食住行”基本活动之一，目标是要以较低的资源消耗提供满意的客货运输服务。前者涉及物理、技术层面的问题，后者涵盖客货服务产品设计、服务过程组织与经营管理。3层次的内容如图1所示。

图1 交通运输系统工程理论与方法体系框架Fig.1 Theoretical and methodological framework of transportation systems engineering

1 我国交通运输系统工程理论与实践的演进

将系统工程应用到我国的交通运输领域，形成我国交通运输系统工程学科并培养交通运输系统工程人才，历时已40 余年。这期间也正是中国改革开放和交通大发展时期，根据该过程开展的相关活动将我国交通运输系统工程发展分为3个阶段。

1.1 起步阶段(1980—1986年)

20 世纪80年代，改革开放大潮推动了中国各行各业的发展。交通运输作为国民经济和社会发展的基础性、战略性、先导性产业，不仅极不适应，而且还严重制约了经济社会的发展，供需矛盾非常突出[6]。交通运输业如何发展？以什么方式发展？为此，将系统工程理论与方法应用于交通运输系统并形成以交通运输系统为研究对象的技术理论方法，即交通运输系统工程，成为应运而生的必然。

这一阶段是我国经济从单一计划经济向中国特色社会主义市场经济体制改革的时期，也是西方系统工程思想与成果开始并迅速涌入的时期。1984年，党的十二届三中全会提出社会主义经济是“在公有制基础上的、有计划的商品经济”。1987年，党的十三大指出，新的经济运行机制，总体上来说应当是“国家调节市场，市场引导企业”。

这一阶段持续到80年代后期，交通运输系统工程的发展表现出以下两个典型特征：

(1) 系统评估由单目标向多目标综合评估发展。系统工程思想深化了人们对交通运输大系统中不同子系统间发展目标差异的认识，交通运输系统中市场化元素的引入使系统中不同(甚至相互冲突的)目标的协调成为关注的要点。这个阶段，关于多目标综合评价理论与方法，例如，层次分析法、特尔斐法、灰色系统法、模糊综合评价法和主成份分析法等得到大量应用，学者们对应用中出现的问题也开展了研究[7]。

(2)子系统间的相互关联关系备受关注。系统工程的一个重要思想是全局观，即强调相互作用的各组成部分的综合效果，从而子系统之间的相互作用原理及其建模是一个需要解决的重要问题。在这方面，麻省理工学院福瑞斯特(J.W.Forrester)教授1956年基于系统论、控制论和信息论提出的一种结构化研究方法，即系统动力学(System Dynamics,SD)方法受到广泛关注并得到大量应用[8]。

这一阶段交通运输系统工程的发展成果有：1980年在北方交通大学管理科学研究所建立了我国第一个交通运输系统工程研究室，1982年招收了第一批以运输系统工程为培养目标的硕士研究生；1986年该研究室参照奥地利维也纳国际应用系统分析研究所(IIASA)升格为我国第一个应用系统分析研究所；同年，中国系统工程学会交通运输系统工程专业委员会获准设立[9]。标志着我国交通运输系统工程正式进入了解决交通运输实际问题的阶段，“哈尔滨铁路枢纽站群分工与功能优化”“北京地铁环线开通后与地面公交的协调与优化”等工程实践研究成果也是在这一阶段完成的。

1.2 快速发展阶段(1987—2000年)

不同运输方式有自身技术经济特性，正是这种技术经济特性满足了极其复杂的交通运输需求，交通运输系统的复杂性加快了系统工程的纵深应用。当交通运输系统的子系统，即某种运输方式发展水平达到一定程度时，由各种运输方式组成的交通运输系统的整体协调与优化问题就提到了议事日程。交通运输系统的组合优化或集成优化问题是交通运输系统整体优化研究的重点，该问题既涉及子系统(运输方式)的组合，也涉及子系统的衔接。而且，交通运输系统(包括每种运输方式自身)都由交通基础设施(交通线路、节点、枢纽)、运载工具、运输组织、制度和经济要素等基本功能元素组成，其中交通基础设施对运载工具运用和运输组织具有重要的前定性；运行制度决定着运输系统的组织行为；而经济要素又深刻影响运输需求的表现形式。

这一阶段持续到20 世纪末，交通运输系统工程研究与实践有以下3个特征：

(1)运用系统工程思想促进交通运输系统组合优化成为焦点。交通运输系统各组成部分是相互关联、相互影响的，从功能上看，各部分既有可能存在替代竞争性，也存在衔接互补性[10]。研究更好地发挥运输系统的整体功能[11]，使运输供需实现安全、高效匹配，是交通运输系统工程的重要任务。

(2)随着20世纪90年代出现的亚洲金融危机，基础设施的发展规划受到更大重视，对交通发展总体目标、长远规划及战略步骤的研究更加深入[12]。这一时期，国家提出了“五纵七横”国道主干线、“两横一纵两网”和长江、珠江出海深水航道建设规划[13]。交通部通过1993年和1998年两轮机构改革，在转变职能、精简人员、加强行业管理方面取得了积极进展。京九铁路以6 次大提速为标志的铁路服务水平提升技术、高速公路建设成套技术、深水基础大跨度桥梁和长大隧道建设技术、水泥混凝土路面滑模施工技术、集装箱运输电子信息传输技术、数字摄影测量技术、全球卫星定位遥感技术，以及计算机辅助设计技术等也取得重要进展。

(3)交通结构变化与区域资源配置优化受到重视。公路经过20 世纪80年代以来的快速发展，20世纪90年代后承担的客运周转量开始超过铁路。这一时期，交通运输系统工程还关注到区域交通资源的优化配置问题，包括改革开放以来快速发展的城镇化引发的交通问题[14]。关于政府与市场关系作用下的交通资源优化，京沪高铁采用磁浮还是轮轨技术的争论，如何认识评估三峡工程的综合效果等受到广泛重视。

这个时期的工作奠定了我国交通运输系统工程的理论与方法体系，其标志性成果是张国伍教授1991年主编出版的《交通运输系统分析》，形成的主要成果包括：交通运输系统需求与供给分析理论、交通运输网络布局方法、交通运输通道规划方法、交通运输枢纽分析，以及城市交通运输系统分析与优化等[4]。

这一时期，国务院学位办1987年批准在北方交通大学(现北京交通大学)设立以交通运输为特色的“系统工程”硕士点，该学科1996年获博士学位授予权。而且，1996年国家还批准在该校设立了侧重方法论的“系统分析与集成”理学硕士点[9]，推动了我国交通运输系统工程理论与实践的发展。

1.3 成熟与全面发展阶段(2001年—至今)

这一时期从21 世纪初至今，交通运输系统工程研究的成熟有两项重要标志，一是理论体系的发展与成熟，包括交通运输系统分析理论和综合交通发展理论，两项理论都是系统科学[15]和系统工程思想的产物。二是运用上述理论解决中国交通现实问题和发展问题的能力趋于成熟[16]。

交通规划是典型的需要运用系统工程思想分析研究的问题。宏观层面看，规划需要从战略层面考虑生产力布局[17]，包括交通运输系统的基础性、战略性和先导性等作用的体现。中观层面上，需要研究解决各交通运输方式间的技术经济关系及与交通相关领域(可替代运输)问题[18]。微观层面上，重点在于交通运输系统效率的提高，包括：运输效率、技术效率及运输系统中固定设施系统、移动设施系统和组织控制系统的组合效率的提高等。

将交通系统工程理论应用于解决综合交通体系一体化协同发展的问题，要将以往的综合交通理论只注重与技术经济互补性，转化为更加关注交通运输系统的技术配置与资源配置有机结合的整体优化和组合效率，关注交通系统发展的顶层设计[19]。从系统整体发展的视角和逻辑关系分析交通运输对象系统，包括：交通运输系统与社会经济发展环境相互依存关系，交通运输系统自身演化的内在规律，统一交通运输系统各子系统的技术标准和运行规则。

这一阶段的主要标志有以下几方面：

(1)以交通运输为特色的“系统工程”学科在西南交通大学、中南大学等诸多高校设立并获得重要发展。经过多年考察，中国科协2000年正式批准了“交通运输系统工程与信息”学报的创刊申请，交通运输系统工程专业委员会成为中国系统工程学会中最活跃的二级分支机构之一，创办了专供交通运输系统工程领域专家与学者探讨交通运输系统发展中的热点问题的“交通‘7+1’论坛”“中国交通高层论坛”等系列学术平台[9]，这些论坛至今已无间断主办了16年。

(2)国家对交通运输系统发展功能进行调整，强调顶层设计的交通运输系统发展战略研究在国家与区域各层面受到广泛重视[17]。2003年国务院将国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、对外贸易经济合作部合并改组为国家发展和改革委员会(发展和改革委)。2008年，国家民用航空局、国家邮政局由新设的交通运输部管理。2013年，交通运输部统筹规划铁路、公路、水路和民航发展，城市交通系统的管理也划归交通运输部，加快了我国综合交通运输体系的建设。

(3) 我国交通运输行业发展的科技水平[20]、整体性水平与解决复杂问题[21-22]的水平显著提高，取得大批重要成果。工程实践层面上，青藏铁路、京津城际、杭州湾大桥、京沪高铁、珠港澳大桥和大兴国际机场等一系列具有国际领先水准的重大工程先后投产。从交通角度全面、有力地支撑了我国小康社会的建设[23]。

可以说，这一时期系统工程的发展是在将系统科学的理论与方法用来解决交通运输系统问题的同时，推进了我国交通运输系统工程的理论方法及其实践的创新[24]，逐步摆脱了前苏联式综合交通运输理论框架的局限。在不断探索和应用中，在交通运输系统机理分析、交通运输系统综合规划方法及综合交通系统发展理论与实践领域均取得了重要进展[25]，基本形成了中国特色的系统科学引领下的交通运输系统工程理论方法，标志着系统工程在我国交通运输领域的应用日臻完善。

2 我国交通运输系统工程的发展分析

系统科学中一条重要原理是系统结构和系统环境以及它们之间的关联关系决定着系统功能的整体性水平，即系统功能是结构内部与外部环境综合集成的结果。针对还原论方法处理不了的系统整体性问题，特别是复杂系统和复杂巨系统问题，钱学森提出将还原论和整体论方法结合起来的方法，即系统论方法。他强调应用系统论方法研究系统时，也不要将系统分解处理，在进行分解研究的基础上再集成到系统整体，可实现“1+1＞2”的效果，实现从整体研究和解决问题的目的[2]。交通运输系统工程就是将交通运输系统活动的全过程看作一个整体进行研究的，当系统结构和环境发生变化，交通运输系统工程的研究内容也将发生变化。

2.1 系统论视角下交通运输系统的演化

由于系统的结构、状态、特性、行为、功能等随时间的推移而不断发生变化，演化性是系统的普遍特性[24]。如果从足够大的时间尺度上看，任何系统都是演化系统，都处于快或慢的演化之中[15]。交通运输系统的演化，其动力可以来自系统内部，即组分之间的合作、竞争、矛盾等，从而导致系统规模的改变；也可以来自外部环境，即系统环境的变化、环境与系统相互联系和相互作用方式的变化，包括组分特性、结构方式的改变等，最终导致系统整体特性和功能的改变。我国交通运输系统具有对不同区域环境的依赖性，经济、地理环境的差异对运输系统建设和运输过程的影响导致了不同区域运输系统整体性的重要差异。

从系统论的视角观察交通运输系统的结构，交通运输系统可表达为多元素的集合，其中经济和制度要素是集合中的基本要素。各要素或各子系统之间的相互关联作用，成为推动交通运输系统演化的主要动因。

2.2 系统论视角下交通运输系统结构和环境分析

(1)供求关系构成的动态演化系统

在市场经济中，交通运输系统是由运输供给(取决于交通运输网络的运营能力)与运输需求之间的复杂关系构成的动态演化系统，负责承担主体运输服务；货主或旅客是运输服务的消费者，是交通运输实现场所效用和时间效用的受众。交通基础设施网络建设(枢纽、节点等)、运载工具、运输组织、制度、经济要素和经济空间等形成了满足经济系统需求的交通运输系统。

(2)交通运输系统自组织演化机制

从交通运输系统的自组织演化机制分析，交通运输系统的开放性、非平衡性和非线性等特征[25]，决定了交通运输系统演化的机制特征，即系统内部竞争与协作，系统发展的渐变与突变，系统结构的分叉与选择，及系统演化的混沌与有序[26]。在信息技术普及的当下，信息已成为引导系统达到某种形态的必不可少的推动因素。

(3)交通运输系统的技术要素和非技术要素

交通运输系统工程构成的诸多要素中，技术要素和非技术要素的整体统一至关重要。这里，技术要素构成了交通系统工程的基本内涵，在交通运输系统的工程活动中，任何一项活动都是各种技术的集成，所有交通运输方式之间的衔接优化和整合都依托于技术的保障。非技术要素是交通运输系统的重要内涵，两者相互关联、相互制约、相互促进。交通运输系统的发展，既取决于基本内涵所表达的科学、技术要素本身的状况和性质，也取决于非技术要素所表达的一定历史时期社会、经济、文化和政治等因素的状况。

(4)技术要素对交通运输系统工程的作用

单从技术要素分析，技术是交通运输系统工程的专业组成要素，若干技术的系统集成构成交通运输系统工程的基本形态。在一定时限范围内，或在一定环境条件下，技术对交通运输系统的重要性，在于有序、有效的合理集成，并形成技术效率较高的有效的结构-功能形态。技术只有在有效地、合理“嵌入”交通运输系统中，才能得到有效的应用和发展，并对交通运输系统进化、升级发挥作用。同时也将改善原有运输系统本身的技术性能，催生新的先进运输方式的诞生。

技术的作用，使交通运输系统自身优势的特征更加聚焦于整体性、系统性和集成性。例如，各种运输方式间的相互衔接、优化组合、优势互补，枢纽中的自组织，以及供应链、运输链的服务等，都需要运用系统工程思想、方法、理论、技术统筹考虑。

在现代技术迅猛发展的今天，技术创新与赋能使交通运输系统的关联度更加紧密，加之以前单独的指数型加速技术，已经开始与其他独立指数型加速技术融合起来，从而极大地提高了交通运输系统的协同性和服务质量，也极大地提高了交通运输系统工程的能级。

2.3 交通运输系统工程理论的演进

我国交通运输系统工程作为一门专业性的系统工程，其理论建设始终与我国交通运输领域的实际需要紧密结合，从应用交通运输系统工程理论方法研究我国的交通发展问题角度看，不同发展阶段，有不同的交通运输系统发展理论，交通运输系统工程始终从交通运输发展中的现实问题出发，研究理论、应用理论和发展理论。交通运输系统工程理论的演进路径，既是一种“认识-实践-再认识-再实践”的理论形成路径，也体现了“理论-实践-再理论-再实践”的理论升华过程。从理论结合实际的应用看，理论研究需要注重实用性，而实际问题的解决更需要注重理论指导和科学性。

2.4 交通运输系统工程研究范围的拓展

交通运输系统工程是以交通运输系统的整个交通运输活动为研究对象，在研究现实问题的过程中，对交通运输系统构成要素的认识也在不断深化，较为明显的变化是，从“单一交通运输系统论”到更多地关注与交通运输系统关联的各种要素。例如，将交通运输系统的整个交通运输活动扩展为“自系统+融合系统和外部系统”的集成，即既是一个由基础设施网络、运载工具和装备、管理控制系统、运输服务对象及承运主体等要素组成的实体系统，也是一个由运输供给与运输需求双方间复杂关系构成的动态关联系统，既有自身“硬件”“软件”的约束，也有经济、社会发展、技术进步和制度创新等影响交通运输系统集成效应的因素。当今发展阶段，产业间的融合已成为常态，而且新技术的作用既使这种融合成为可能，又使融合后的产业从中受益。现实中交通系统工程研究范围的拓展是必要的。

从交通系统工程研究范围的拓展考虑，系统的集合形式应为一个多元素的集合，交通运输系统=｛交通网络,经济要素,经济空间,技术进步，运输组织,制度，…｝。其中，交通基础设施网络、经济要素、经济空间是运输系统的实体部分；技术进步是嵌入其中的；运输组织和制度(规则等)决定了市场上运输供给与需求的复杂关系。在交通运输系统的集合中，交通基础设施具有对运输装备及运行管理系统的前定性。而交通运输网络又受到自然空间的约束，使其对经济系统产生固有的空间距离、时间距离及经济距离。交通运输系统与经济系统的相互关联作用，又构成了交通运输与经济社会发展的适应性系统，从理论上解决了交通运输系统与社会经济系统的协同性问题[12]。

从交通运输系统发展的内在逻辑分析，运输主体依托于一定的交通网络和制度安排所决定的选择集，完成运输服务对象所要求的经济空间位移和服务，实现交通运输的社会经济价值和效用，其演化过程关联于交通运输相关技术的发展、社会与经济运行方式、运输组织与管理模式，以及客货运输行为，并产生一系列后续变化。这些成为交通运输系统工程研究范围拓展的重要内涵。交通运输系统演化的形式与内容如图2所示。

图2 交通运输系统演化的形式与内容Fig.2 Evolution logic and content of transportation systems

人类可持续发展对交通运输提出新要求。这一要求实际是增加约束条件，即减少对资源的使用，减少污染排放，减少交通运输的使用率。例如，碳中和、零排放以及提倡少出行、少开车和少坐车等。针对诸多约束条件下的交通运输系统工程，需要有相应的新理念、新理论，使诸多经济社会作用因素的偏向性，发力于人类可持续发展的交通运输系统，进而完善交通运输系统工程的理论体系

2.5 系统工程思想下交通发展理论的完善

系统工程在我国交通运输领域的应用中形成了两大交通发展理论：交通运输系统分析和综合交通发展理论[27]。交通运输分析是系统科学理论在交通运输领域的应用与发展，这个理论体系注重交通运输与经济空间布局的宏观关联，以及交通运输系统及其各运输方式之间的技术经济关系，其理论基础是生产力布局理论和系统科学、系统工程、系统分析理论。内容包括：交通运输系统需求与供给、交通运输网络、交通运输通道、交通运输枢纽和城市交通运输分析等。

综合交通发展理论，其理论基础偏重于各种运输方式基于技术经济特征的优势比较上的优化，或者说是技术经济互补性[16]。实际上，该理论的形成也是基于系统科学原理。交通运输系统分析偏重于运输系统的技术配置，综合交通发展理论所提出的系统优化思想偏重于资源配置后的整体优化和组合效率[24]，两者构成了一个理论集成体系。在发展过程中，两个分支也在不断地融合。从技术方法、应用理论和基础理论等层面分析研究交通运输系统问题，形成的理论和方法充分体现了系统工程思想、系统科学理论及交通运输系统工程关联理论的支撑。

3 交通运输系统工程演进中的重要议题

交通运输系统演进的过程中，影响最大的是技术要素[28]。技术要素不仅是交通运输系统的基本要素，更是体现交通运输系统工程特色的专业组成要素，也是构成交通运输系统工程基本形态的重要要素。技术要素引起的交通运输系统的变化将直接转换到交通运输系统工程中，这些影响主要体现在以下几方面。

3.1 不同运输方式技术经济特征的变化

技术要素驱动下，各种交通运输方式的安全、经济、快速、环保、舒适和便捷等技术经济特征都会发生变化，这些变化无疑会影响交通运输系统的结构和构成。例如，铁路旅客运输系统在技术要素作用下，经历了由传统铁路到高速铁路，再到磁悬浮铁路，未来可能将到真空磁悬浮高速铁路等过程，其技术经济特征，从经济、环保、速度和舒适度而言，优势越来越突出。水运的港口码头、运输枢纽和集散中心等，在技术要素作用下，自动化、智能化运营水平不断提高，不仅体现了技术要素提升的效率，还改变着水路、陆路运输方式的经济性与市场竞争关系。

3.2 复杂环境下交通运输系统的协同性

在未来新技术支撑下，实现各种运输方式的有机衔接将更加容易，交通运输系统的协同性将明显增强。从事交通运输系统工程研究和实践的人们都会体会到，在交通运输系统工程中最难解决的理论和实践问题是各种运输方式组合后的整体优化，即一直强调的一体化运输系统[29]。整体优化和一体化，如果没有先进的信息技术、新计算技术以及大数据和互联网、物联网技术等与交通运输系统融为一体，单靠人为组织管理和协调，那是不可能实现各种运输方式协同的。如何及时利用新技术，解决复杂环境下多方式、多环节的协同障碍，兑现技术发展带来的红利，是交通运输系统协同性研究的重要任务。

3.3 交通行为的改变

技术要素影响并将改变交通行为，具体体现在人们在出行和货运方式的选择上，尤其是在供需关系变化较为显著的大都市交通和城市交通领域。技术要素的变化降低了人们优化交通选择行为的代价，使客货运输供需匹配过程更富弹性[30]。

近年来，通过智能手机对共享单车、公共交通出行线路与网约车的选择，显著改变了人们的出行习惯，出租车街头随机揽客比例大幅度降低，“预约”成为越来越普及的“打的”方式，而网上购物也显著降低了居民通过实体店购物的比例，降低了城市道路上购物出行的交通量。未来自动驾驶技术推动下，共享汽车的推广或许将降低人们对私家车拥有的欲望，并改变城市交通结构。

3.4 时空元素的变化

交通运输网络决定着经济系统的空间、时间及经济距离，因为交通运输的本质是人员和货物在空间的位移。这里，位移的效率是由运输速度及其所依赖的交通基础设施网络和运输工具决定的，技术要素的变化带来了快速和协同，无疑将缩短运输的时间距离。

从交通运输系统与经济系统的相互作用看，交通运输作为社会经济系统运行的一种衍生活动，未来在区域产业体系优化背景下的空间距离可能将发生变化。例如，随着住房供给条件的改善，就近就业将改变职住结构，降低城市居民的出行距离；而3D 打印、就近制造将显著缩短产销地之间的距离，从而缩小运输距离与运输规模[28]。

因此，技术要素对社会经济系统的影响，将造成产业结构和资源配置的改变、货物仓储方式的改变、货物物流及供应链结构的调整，进而作用到交通运输系统。生产方式、流通方式和交换手段的变化都将从时空角度影响交通运输系统的整体结构和组合效率。

3.5 要素变化的效果分析

作为一个复杂系统，交通运输系统的市场需求是交通运输系统变化的拉动力，决定交通运输系统工程演化的进程；技术革命是交通运输系统变化的推动力，决定交通运输系统工程的形态；制度创新和政策措施是交通运输系统能否运行的重要因素，决定交通运输系统工程对变化中运输系统研究方向的选择。

总之，人类社会活动规模不断增长给全球有限资源带来的可持续发展压力将是未来交通运输系统发展的硬约束，决定交通运输系统工程研究的边界条件。从系统角度评估各类技术、组织模式、产品供给特性以及服务效能的效果是面临的另一项重要任务。

4 结论与讨论

我国交通运输系统工程的发展已有40年历史，回顾其成长历史，可以得到以下几点基本结论。

(1)我国综合交通系统发展水平的提高与国家社会经济发展需求的增长增加了交通运输系统问题的复杂性，使得交通运输系统工程的发展面临新的挑战，这些挑战主要涉及可持续发展、提升服务效能、降本节耗及安全保障等方面。交通运输系统工程研究的主要领域如图3所示。

图3 交通运输系统工程研究的主要领域Fig.3 Coming key fields of transportation systems engineering

(2)复杂的经济发展环境与资源压力增加了交通运输系统工程问题的难度。一方面，我国社会与经济发展经过长期、快速发展，基础设施水平已经有了显著改善，我国的城市化以及部分一线城市地区机动化水平已接近资源限界，交通运输系统发展面临战略选择。另一方面，我国提出的“碳达峰，碳中和”战略对交通运输系统发展提出了新的要求。如何在这两大背景因素约束下，做好交通强国建设工作，实现交通强国纲要的目标，需要深入研究。

(3)交通运输系统工程问题的重点向复杂性的纵深发展，需要协调的因素数量、问题深度及其不确定性进一步增加。交通运输系统中出现了许多新业态、新模式，包括新的供需模式，这些问题一方面值得研究和完善，另一方面，如何从政府与市场角度，以更加长远的角度、更加系统的视角去研究其应对与交通结构引导策略[31]也值得深思。

(4) 新技术给交通运输系统发展带来了新机遇，同时也可能对既有交通运输系统的发展带来更迅速的变革需求与更严峻的经营挑战。作为支撑社会与经济长远发展战略的基本元素，如何结合我国不同区域的自然地理环境条件，从系统工程角度研究选择适合我国国情的未来交通运输技术体系及发展实施路径是复杂而重要的课题。