基于系统动力学的重庆临空产业生态圈政策仿真研究

2022-09-08张海川

江苏商论 2022年9期

张瑞，高鑫，张海川

（1.重庆交通大学经济管理学院，重庆 400074；2.重庆机场集团有限公司，重庆 401120）

一、研究背景

临空经济是全球一体化的深化阶段和速度经济时代所产生的一种新的经济形态①。自2013年郑州航空港经济实验综合区批复起，我国陆续规划建设了14个国家级临空经济示范区，临空经济区已经成为汇聚高端要素、集聚企业集群、搭建产业生态的重要载体，最终形成成航空产业集群和临空大都会②。美国J.D.卡萨达（John D.Kasarda，2001）归纳和创新前人的研究提出了航空大都市概念模型③。曹允春（2013）认为，需要与中国实际进行深度结合，才能更好地规划和发展中国航空大都市④。无论是作为区域经济形态还是作为城市，临空经济都可以看做一个经济系统⑤⑥。

随着21世纪经济全球化和知识经济的兴起，生态圈逐步从生物学领域被引入产业发展领域。袁政（2003）认为，某种或多种产业在特定地域范围内形成的以主导产业为核心的地域产业多维网络体系具有较强的市场竞争力和产业可持续性，引导区域形成新型产业发展模式⑦。徐浩然（2009）指出，产业生态圈不只是地域空间上的产业集聚和公共资源的共享，更为重要的是强调圈层内部企业之间的协作、平台的相互联系机制⑧。互联网经济发展将产业生态研究推向新的高度，仝燕（2017）构建了基于“互联网+”的经营、物流、支付、信息等元素相互作用的生态圈⑨。周志刚等（2019）基于三方演化博弈模型对临空产业链发展与城市生态多层次治理进行仿真分析⑩。

综上所述，产业发展和区域经济具有耦合发展的特点，并构筑形成临空经济系统，经济全球化和知识经济发展推动临空产业趋向以“生态圈”形式聚集。本研究将产业生态思想引入临空经济，构建临空产业生态圈一般模型，并基于此运用系统动力学方法研究临空产业生态圈系统，通过政策模拟以期为临空产业集聚和临空经济发展提供政策建议。

二、研究准备

（一）研究对象

选取重庆临空产业生态圈。首先，机场是临空经济区的重要发展依托，重庆江北机场2019年的旅客吞吐量排名全国第九，为4479万人次；货物吞吐量全国第十，为41.09万吨；飞机起降全国第八，为31.84万架次，为重庆临空经济研究发展提供了有效载体。其次，重庆市是我国西部大开发战略、“一带一路”倡议和长江经济带战略的重要支撑点，承载着西部内陆带头开放、带动开放和绿色发展的重要任务，重庆处于大型综合枢纽和航空都市建设的特殊叠加时期，但重庆临空经济区存在发展尚不成熟、规模效应不明显等问题，因而建设重庆临空经济发展模式具有现实意义。

（二）数据选取

《中国统计年鉴》《重庆市统计年鉴》《渝北区统计年鉴》等资料是本文的可靠数据来源。使用系统动力学软件Vensim PLE对其进行仿真，临空产业生态圈系统动力学模型初始设置时间为2012年，运行步距为1年，时间截止到2032年。

三、临空生态圈系统动力学模型构建

（一）临空产业生态圈模型构建

系统动力学（System Dynamics）作为最具代表性的系统工程方法，是一门将系统科学思想理论和计算机仿真相结合的研究真实社会经济系统的学科方法⑪⑫，由J.W.弗雷斯特（Forrester，1956）创立，目前已经广泛应用于城市和地区社会经济发展领域。

枢纽机场提供临空经济形成与发展的源动力场所，紧邻机场区域配套核心产业，枢纽机场与航空核心产业组成生态圈的生产要素。临空工业和临空现代服务业，此类航空关联产业在临空经济示范区内均有分布，对航空运输及航空运输产生的流量经济效应依赖度较高，该圈层与服务维联系紧密。航空引致产业圈层是临空产业的外围圈层，满足旅客及航空运输从业人员的生活需求和娱乐休闲需求，受腹地支撑相关因子的影响较大。腹地支撑包括劳动维、科技维、设施维、服务维、公共维等多个维度的支撑通向临空生态圈内圈层，以维护和保障临空经济的良性循环发展。

（二）临空生态圈系统动力学模型构建

1.系统边界分析。系统动力学认为，系统行为的性质取决于系统的内部结构，即系统边界内的反馈机制，外部因素的影响通常不被考虑在内⑬。故明确系统边界，是建模过程中的必备环节，确定重庆临空生态圈系统动力学模型边界，有利于确定主要变量。重庆临空生态圈系统包括航空运输、临空产业、经济环境三个子系统，并将航空客货运输吞吐量、临空工业服务业产业产值、区域生产总值及区域总人口等变量设置为研究对象，运用Vensim PLE软件建立模型的因果回路图。

2.航空运输子系统。航空运输子系统是临空生态圈系统的基础，是临空生态圈系统产生和循环发展的主要诱因。庞大的客流与货流带来流量经济效应，机场运输的高效性吸引周边产业向心集聚。航空基础设施投资主要包括影响机场运营的设备设施和影响客货运集散的交通基础设施，航空运输生产能力则指飞机作为运输工具带来的规模效应。

图2 航空运输子主因果回路图

正反馈环1：航空运输业产值-（+）航空基础设施投资-（+）机场吞吐能力-（+）货运供给/客运供给-（+）航空货邮吞吐量/航空客运吞吐量-（+）航空运输业产值。

正反馈环2：航空基础设施投资-（+）机场吞吐能力-（+）货运供给/客运供给-（+）货运压力/客运压力-（+）航空基础设施投资。

3.临空产业子系统。临空产业子系统是临空生态圈系统的主体，既为航空运输提供货运需求，提高航空运输生产能力，又为区域经济的增长提供直接效益。从产业业态性质上来讲，临空产业可分为临空工业和临空服务业。该系统包括临空工业生产总值、临空服务业、临空工业投资和临空服务业投资等变量。

图3 临空产业子系统因果回路图

正反馈环3：临空产业生产总值-（+）区域GDP-（+）临空工业投资额/临空服务业投资额-（+）临空工业主导产业增加值/临空服务业主导产业增加值-（+）临空工业生产总值/临空服务业生产总值-（+）临空产业生产总值。

正反馈环4：临空产业生产总值-（+）航空货邮需求量-（+）航空货邮吞吐量-（+）航空运输生产能力-（+）临空工业主导产业增加值/临空服务业主导产业增加值-（+）临空工业生产总值/临空服务业生产总值-（+）临空产业生产总值。

4.经济环境子系统。经济环境子系统是临空生态圈系统的支撑，也是提升整个系统发展水平的重要系统。各种维度与要素的变化影响区域内生产总值的变化，临空经济需要强大的腹地经济支撑条件，支撑条件的改善促使临空生态圈系统的可持续健康发展。结合产业生态圈中的六维度，总结出如下要素，体现了临空经济创新型、外向型、政府引导的特征。

图4 区域经济环境子系统因果回路图

正反馈环5：区域GDP-（+）人均GDP-（+）航空运输业产值/临空产业生产总值-（+）区域GDP。

正反馈环6：区域GDP-（+）人均GDP-（+）产业结构优化-（+）区域经济环境水平-（+）区域GDP。

正反馈环7：区域GDP-（+）对外开放度/基础设施投资/人才培养体系/科技创新支出/政府政策支持-（+）区域经济环境水平-（+）区域GDP。

5.临空生态圈泛系统。临空生态圈泛系统包含航空运输子系统、临空产业子系统和经济环境子系统，系统的结构体现了系统动力学“内生”的基本思想，各个子系统相互渗透，无论哪个子系统中参数的变化都会带来整个临空生态圈泛系统的动态变化。

图5 临空生态圈系统动力学模型

四、基于系统动力学的重庆临空生态圈仿真模拟

模型建立之后，需要对模型的运行结果进行历史性检验，以确保模型运行结果的有效性，选取模型仿真结果中2012—2019年这一时间段的模拟值与现实值做比较，变量选取航空货邮吞吐量、航空客运吞吐量、区域GDP和人均GDP，得到历史检验结果如表1所示。

表1 主要变量仿真结果历史检验

通过表1可以看到，航空运输子系统、临空产业子系统和经济环境子系统中主要变量的模拟值与现实值误差率控制在7%以内，考虑到经济社会运行的多变性、发展性和非线性的现实特征，认为模型通过了历史有效性检验，仿真拟合度较好，模型可以用来仿真、预测和情景分析。图6至图8为子系统主要指标2012—2032年的仿真的变化趋势图。

图6 航空运输子系统主要指标仿真图

图7 临空产业子系统主要指标仿真图

图8 经济环境子系统主要指标仿真图

由图6到图8可见，主要指标增长趋势明显。在航空运输子系统中，航空客运吞吐量增速率高于吞吐量，体现重庆机场腹地旅客周转量大，发展当地临空经济要把握住旅客和货邮吞吐量增长的特点，依照运输需求扩大机场运营规模和拓展临空经济区发展版图。在临空产业子系统中，2016年前重庆临空经济中工业发展规模高于服务业，在临空经济区正式设立以后，服务业迅速发展，所占比例超出工业且发展速度呈加快迹象，体现了重庆临空经济向服务型、现代型产业性质的转变态势。而在经济环境子系统中，区域生产总值稳步上升，区域常住人口预计在2030年达200万人，城市建设与经济发展要与人口增长相协调。

五、重庆临空产业生态圈政策模拟

（一）单一政策情景分析

1.政策情景设定。情景1：调整航空运输子系统中航空基础设施投资比例，其他因素不变。假设航空基础设施投资比例提高20%。情景2：调整临空产业子系统中区域对临空工业及临空服务业的投入比例，其他因素不变。假设临空工业和临空服务业的投资比例都提高10%。情景3：分别调整经济环境子系统中对外开放度、基础设施投资力度、人才培养力度、科技创新支持力度和政府支持力度五个维度的参数值。假设各个要素的参数值分别提升20%。分别根据三个情景设定的假设条件调整模型参数值，运行模型做出在各种情景下系统的仿真行为变化，考察指标包含航空客货吞吐量、临空产业生产总值和地区生产总值。

2.政策仿真模拟。图9至图11为情景1下的仿真结果，在扩大航空基础设施投资即加强机场及交通基础设施建设后，能对航空客货吞吐量、临空产业产值和区域生产总值产生一定影响。在影响度上，航空客货吞吐量＞临空产业产值＞区域生产总值；货邮吞吐量＞客运吞吐量；临空工业产值＞临空服务业产值，体现了航空基础设施建设这一因素对货运和工业相对敏感。

图1 临空产业生态圈示意图

图9 航空客货吞吐量情景1仿真对比图

图10 临空产业情景1仿真对比图

图11 区域生产总值情景1仿真对比图

图12至图14为情景2的仿真结果，当区域对临空产业的投资比例增大时，临空产业产值得到提升，航空客货吞吐量与区域生产总值受产业产值增加影响可得到一定程度增长。影响度上，临空产业产值＞区域生产总值＞航空客货吞吐量；临空服务业产值＞临空工业产值；航空客运吞吐量＞航空货邮吞吐量，这表明区域临空服务业产出能力相对较强、旅客吸引力相对较大。

图12 航空客货吞量情景2仿真对比图

图14 区域生产总值情景仿真对比图

图15为情景3的仿真结果，主要考虑各个因素的变化对区域生产总值的影响。由于航空运输子系统与临空产业子系统受区域生产总值同步影响较大，不再单独列举航空客货吞吐量与临空产业子系统的仿真图。根据情景3仿真对比图可知，当人才培养力度、基础设施投资力度、政府政策支持力度、对外开放度和科技创新支出力度的参数值分别增加20%，区域生产总值较调整前的仿真值有所增加，且科技创新支出力度＞人才培养力度＞对外开放度＞政府政策支持力度＞基础设施投资力度。这表明重庆临空产业生态圈经济受科技创新和人才培养的影响较大，对外开放、政府政策支持和基础设施建设同样利于经济环境的改善，促进临空产业生态圈系统的良性发展。

图13 临空产业情景2仿真对比图

图15 区域生产总值情景3仿真对比图

（二）组合政策情景分析

单一的某具体区域经济发展条件的改善并不能满足区域经济发展的诉求，临空经济通常要求多个条件同时改善以促进产业与经济的发展。因此，同时调整以上条件进行情景分析，得到的仿真结果如图16到图18所示。

图16 经济环境整体水平提升下航空客货吞量仿真对比图

图17 经济环境整体水平提升下临空产业仿真对比图

图18 经济环境整体水平提升下区域生产总值仿真对比图

由图16到图18可知，当区域经济环境水平因子都提升20%即整体水平提升时，区域生产总值将得到较大增长，预计2030年达9524.38亿元，与调整前相比提升了13.48%。同时，航空运输子系统和临空产业子系统受经济环境子系统提升的影响也得到一定提升。其中，航空客运吞吐量和航空货邮吞吐量在2030年的仿真值较调整前增加了11.52%和4.41%；临空工业产值和临空服务业产值分别增加了8.10%和8.00%。可以看出，航空客运吞吐量受经济环境水平整体提升的影响最大，这是由于区域经济环境水平的提升会带来航空客运需求量的增长，临空工业和临空服务业受区域环境水平提升的影响相当，而货运受影响的程度相对较小。实际中可解释为随着经济社会的发展，航空货运性质逐渐向轻质化和高附加值转变。

六、结论与政策建议

（一）结论

本文在临空生态圈框架上进行了系统动力学研究，以探讨重庆临空生态圈的内在联系和内生动力。通过设定情景进行仿真模拟，在不同情景设定条件下运用Vensim PLE软件进行仿真对比，分析仿真结果。情景分析结果表明，扩大航空基础设施投资即加强机场及交通基础设施建设后，能对腹地经济产生一定的影响。在变量影响度上，货邮吞吐量＞客运吞吐量，临空工业产值＞临空服务业产值；当区域对临空产业的投资比例增大时，临空服务业产值＞临空工业产值，航空客运吞吐量＞航空货邮吞吐量，表明区域临空服务业产出能力相对较强、旅客吸引力相对较大。在区域经济环境得到整体优化后，区域经济能得到较大增长；影响因素的排序情况为科技创新支出力度＞人才培养力度＞对外开放度＞政府政策支持力度＞基础设施投资力度。

（二）发展政策建议

1.强化临空根植性产业集群，推进区域产业耦合发展。一是延伸产业链网，提供临空企业的产品配套平台，加强临空企业的技术创新，提升产业价值链地位，推进形成临空产业“以链带网”的发展结构。二是产业专业化集聚，在传统主导产业的集聚基础上，提升临空服务业的专业化水平，培育以“客流”和“货流”为核心的特色服务业。三是优化产业平台组织，推动园区、自贸区等各类平台软件设施建设，提升临空经济区的管理水平，为临空产业的发展提供良好氛围，形成区位品牌效应。

2.推进临空产业规划布局，优化区域空间结构。一是要根据枢纽机场功能和区域经济发展特征发展临空产业，国际枢纽机场的定位要求重庆市生产性临空产业向服务型临空产业结构调整。二是分阶段规划，避免出现重复建设、设施富余和效率低下的现象。三是空间结构与功能分区相适应，临空经济区内各结构与区域功能分区协调发展，相关产业的上下游尽量集中布局，推动基础设施共享化发展，推进产业协同发展。四是要加快机场建设，提升航空枢纽功能，培育国际国内市场。五是以实际航空运输市场需求为导向，因地制宜地培育针对性市场，明确定位并加大名片建设和宣传力度，扩大市场规模。

3.注重生态圈要素支撑，持续发展临空经济。一是人才和创新要素，人才资源不仅可以为航空运输管理、高新技术产业和园区现代化建设提供智慧支撑，更是区域创新环境的行为载体，要着力提升人才效能，加大科技创新投入和提升企业创新能力，保障临空经济的高质量发展。二是加强基础设施和金融信息服务，推进发展临空经济的交通设施、生产设施和娱乐设施等配套设施的建设，夯实区域经济的硬性基础；金融、咨询和信息等是推动生产性服务业扩大开放和高质量发展的重点，提升区域对外经济水平、金融服务水平和市场自由度有利于临空生态圈外向水平的提高和加快要素流通。三是公共管理，包括政策、法律及治理水平等，为临空生态圈的建设提供制度保障。

注释：

①曹允春.发展临空经济须科学规划“港-产-城”系统[N].中国民航报,2015-07-23(001).

②胡剑芬,冯良清,饶烜.基于自组织与他组织理论的临空经济系统协同发展研究[J].系统科学学报,2016,24(03):48-51+56.

③Kasarda J.D.From Airport City to Aerotropolis[J].Airport World,2001(11):51-54.

④曹允春.临空产业的集聚模式研究[J].区域经济评论,2013(03):30-34.

⑤周干峙.城市及其区域——一个典型的开放的复杂巨系统[J].城市规划,2002(02):7-8+18.

⑥高佃恭,安成谋.区域经济系统初探[J].地域研究与开发,1998(S1):2-5+10.

⑦袁政.产业生态圈理论论纲[J].学术探索,2004(3):36-37.

⑧徐浩然,许箫迪,王子龙.产业生态圈构建中的政府角色诊断[J].中国行政管理,2009(08):83-87.

⑨仝燕.“互联网+”时代的产业生态圈初探[J].信息通信,2017(03):284-285.

⑩周志刚,丁秋楷,阮丽娟.临空产业链发展与城市生态多层次治理演化仿真分析[J].技术与创新管理,2019,40(06):737-744.

⑪Kastuhiko Ogata.System Dynamic(FourthEdition)[M].北京:机械工业出版社,2005.