基于CAS的物流園區演化過程的仿真研究

胡 輝

（1.華東交通大學 經濟管理學院，江西 南昌 330013; 2.北京交通大學 交通運輸學院， 北京 100044）

基于CAS的物流園區演化過程的仿真研究

胡 輝1,2

（1.華東交通大學 經濟管理學院，江西 南昌 330013; 2.北京交通大學 交通運輸學院， 北京 100044）

總結歸納了物流園區發展演化的機理和過程，認為物流園區是物流業隨著社會經濟發展到一定階段的自組織產物，是物流系統中的一種“涌現”。利用復雜自適應系統CAS理論及其工具對“涌現”現象進行了建模分析。并結合多主體建模軟件Netlogo對物流園區形成的聚集過程進行了仿真。仿真結果表明，物流園區的發展演化過程是多個因素綜合影響的結果，構建的模型能基本反映物流園區演化的過程，為進一步的研究奠定了基礎。

物流園區；演化過程；復雜自適應系統；涌現；仿真建模

1 引言

近幾年來，物流園區的建設作為基礎設施投資的一個熱點受到了廣泛的重視和關注。不少專家學者、政府、企業界人士對物流園區的建設發展進行了大量的研究和探討，得到了許多中肯的建議和積極的成果，如對國外物流園區發展模式經驗的介紹、國內物流園區建設的實際調查和存在問題的分析等等。

從物流園區形成的基礎和理論來看，物流園區脫胎于傳統物流，是現代物流的一種高級形式，內含著相關的產業集群理論、空間結構理論、復雜系統理論和優化理論等等[1]。對物流園區的理論研究主要集中在物流中心選址、配送路徑優化、物流網絡優化、物流發展戰略、物流需求預測、物流園區規劃、物流園區功能設計等方面。而涉及到物流園區發展演化理論更多的是停留在定性的分析，定量研究不多。已有的定量研究或是框架構建[1]，或是單一方面的演化分析[2]，或是簡單的模擬分析難以清楚說明整個演化過程[3]。

本文以復雜系統理論為基點，認為物流園區是物流業隨著社會經濟發展到一定階段的自組織產物，是物流系統發展過程中的一種自發“涌現”，并嘗試利用其中的復雜自適應系統CAS（Complex Adaptive System）理論和方法工具Netlogo對物流園區的發展演化過程中出現的這種現象進行建模仿真，以期為物流園區的理論研究提供新的視角。

2 物流園區的演化機理及其過程[1,4]

2.1 物流園區的演化機理

物流園區是物流業隨著社會經濟發展到一定階段的必然產物，其形成和發展有著深刻的內在必然性。從物流節點體系的發展歷史來看，物流園區的形成就是物流節點體系的演變結果。首先是發展成物流中心的雛形，隨著物流中心的成熟和完善，物流業務的聚集，功能的增加，服務對象的擴展，逐漸演變成物流園區。

（1）內在因素。物流園區形成的最本質內在需求是市場競爭與規模經濟、范圍經濟等多重力量造成的集群效應，物流企業在集群效應的吸引下入駐物流園區是物流園區形成的內在動力。形成物流園區的這種內在集聚效應使物流園區在物流系統發展中具有多方面優勢，如成本降低、互補效益等。這些優勢將促使物流園區良性發展，而使傳統的物流系統形式如分散的傳統倉庫、貨運場站和物流中心的業務量不斷下降，進一步增強物流節點的集中化趨勢，實現物流節點空間布局結構的優化。

（2）外在條件。主要有企業生產經營與管理方式的變革、消費結構發生的變化、技術尤其是信息和交通技術的發展使得物流基礎平臺日趨完善、新的交易方式的出現、政府的重視支持等，都是物流園區形成與發展極其重要的外在因素。

這兩方面的作用給物流園區的發展演化提供了強大的動力機制，即“市場需求驅動”、“產業關聯驅動”、“外部經濟驅動”、“比較優勢驅動”等。

2.2 物流園區的演化過程

縱觀國內外物流園區形成與發展的演變過程，大體有兩種方式：

（1）自然生成型。主要指根植于當地社會經濟系統中，與本地社會經濟系統有著較為密切的關系，以傳統物流園區或相關基礎設施作為增長極，各種物流企業和相關企業以及其它物流設施按市場法則和園區規律逐步集聚而形成的物流園區。這種物流園區的發展模式是“自下而上”，主要受市場機制作用而形成，很少有政府行為的干預和影響。例如德國的不來梅物流園區、浙江傳化物流園區、深圳平湖物流園區、長株潭工業物流園區。

（2）主動構建型。指政府或主管部門從區域經濟的角度出發，根據物流市場的發展趨勢和物流園區的發展規律，主動規劃建設的物流園區，以整合各種分散的物流資源，形成區域物流發展的平臺和空間載體，并借以理順城市功能，提高城市經濟的運行效率。例如外高橋物流園區、湖南金霞物流園區。目前我國多數城市興建的物流園區主要為這種類型。

遵循這兩種基本的途徑，物流園區的空間網絡從初始的發展階段逐步發展到區域性的物流樞紐系統。

3 基于CAS的物流園區演化的建模分析

3.1 CAS及其建模工具Netlogo[5，6]

復雜自適應系統CAS（Complex Adaptive System）是復雜性科學的一個重要理論，被稱為“21世紀的科學”。其核心思想是“適應性造就復雜性”，認為復雜系統是由主體（agent）組成的，強調主體的主動性，承認主體有其自身的目標（取向），能夠在與環境的交流和互動作用中，有目的、有方向地改變自己的行為方式和結構，以適應環境要求。其他的基本概念包括：聚集（aggregation）、標識（tagging）、非線性（non-linearity）、流（flows）、內模型（internal models）、多樣性（diversity）、積木（building block）等。其中聚集、非線性、流、多樣性是復雜適應系統的特性，在適應和演化中發揮作用，而標識、內部模型、積木則被認為是主體與環境進行交流的機制。

CAS能被廣泛認同的一個重要原因不僅在于其理論本身帶來認識論上的突破，還在于它提供了一系列的建模工具使得理論上的概念方法能操作化具體化。其中基于多主體仿真建模工具軟件是研究復雜適應性系統的基本平臺，它們的推出使得研究者可以將精力集中于模型本身的構建，而不是復雜的編程語言本身。這些軟件平臺包括Swarm、Repast、Ascape、Mason、TNGLab和Netlogo等。

Netlogo是一種基于多主體模擬的建模工具，來源于早期的StarLogo，由美國西北大學網絡學習和計算機建模中心開發，用Java編寫，能夠在多種主流平臺上運行。它簡單易用，適合各領域中復雜性研究的使用。目前，該軟件已經包括了涉及經濟、社會、科學、人工智能、物理、化學、生物等多個領域的軟件模型庫。

Netlogo的虛擬世界由海龜（Turtle）、綴塊（Patches）和觀察者（Observer）三類智能體構成。二維世界劃分為正交網格，每個綴塊占據一個網格。海龜能在綴塊上連續自由移動。通過觀察者主體發布指令實現對海龜和綴塊的控制。Netlogo仿真模型的推進是通過不斷重復執行某個例程Procedure實現的。模型的主要邏輯結構是一個循環。

圖1是Netlogo的界面。主界面中包括Interface、Information、Procedures三個設計說明模型的組件。Interface是一個圖形接口，里面包括一個綴塊，內含多個圖形化的控件（Button、Slider、Switch、Chooser、Input、Monitor、Plot、Output、Note）供用戶設計模型時使用。Information是對模型的說明解釋和使用介紹。Procedures是對模型的具體實現，一般由多個函數構成，其中最為重要的函數是go，通過它實現模型的仿真運行。

3.2 物流園區演化過程的建模原理

從第2節中對物流園區演化機理及其途徑可以看到，物流園區的發展過程可看成是多個相關的物流企業在各種因素形成的動力作用下逐步聚集的產物。如果聚集的過程是自發的，則形成的途徑是自組織的，即演化出物流園區這樣一種物流系統的“涌現”現象。如果聚集是在政府規劃的支持下構建的，則形成的途徑是主動構成的。進一步來看，其實“主動構成”可以看成是物流系統自組織后形成的一種反饋，也即如果自組織形成的“模式”被更高層次的主體系統認識后會通過環境因素的作用加快這種過程的演化。

因此，把影響物流企業自發聚集的內外因素形成的動力即“市場需求驅動”、“產業關聯驅動”、“外部經濟驅動”、“比較優勢驅動”等當作是各種驅動“力”，在這些驅動力合力的作用下，各個物流企業開始運動。每個物流企業都有一定的初始能量，在移動過去的地方給環境留下一定的“沉淀物”以促進集聚效應的產生，這樣周圍的其他物流企業會沿著這些“沉淀物”移動靠近。同時，物流企業的能量在移動過程中會以一定速度逐漸消耗，當有多個企業靠近到一起時，能量會增大。另外，遺留的“沉淀物”在環境影響下也會以一定速率消散，使得物流企業聚集的過程變慢。當經過長時間的演化后，會有若干個物流企業因為能量消耗而死亡，而聚集在一起的物流企業形成一個群體，按群體包含數量的多少，可以認為最多的是“物流園區”，次多的是“物流中心”等等，這樣就能把物流園區的發展演化過程基本表示出來。

4 基于CAS的物流園區演化的模型構建

4.1 模型構建

在上面分析的基礎上，利用NetLogo多主體建模軟件構建了物流園區發展演化的CAS模型。模型參數設置如下：

（1）初始物流企業個數為400，初始能量在[0,10]內隨機取值，概率保證為20%的物流企業能量在[8,10]內取值，40%的物流企業能量在[4,8]內取值，20%的物流企業能量在[0,4]內取值，能量消耗速度為0.1，即每經過一個時間步能量減少2個單位。

（2）“市場需求”、“產業關聯”、“外部經濟”、“比較優勢”4種驅動力分別設置為5、5、4、3。

（3）物流企業的“沉淀物”的環境消散系數為0.9。

如圖2所示。Population指的是企業個數,market-factor，industry relevant-factor，outereconomy-factor，compare-factor分別是市場驅動、產業關聯、外部經濟、比較優勢等外力的取值。diffuse-efficient是環境（在Netlogo中相當于patch）“沉淀物”的

4.2 結果分析

在以上假定基礎上，依次按界面中“setup”和“go”按鈕，可得到模型演化過程如圖3所示，從左到右分別是演化過程的初始、中間、穩定后的狀態圖。

從圖3中可以清楚看到物流園區演化過程。開始，物流企業隨機散布在環境中，隨著演化過程在各種驅動力的作用下，物流企業開始逐步聚集，到最后形成較為穩定的幾個簇（即物流園區和物流中心等）。改變參數設置，將得到演化過程不同的狀態圖，反映不同驅動因素對物流園區形成的影響程度。

5 結束語

在定性分析物流園區演化機理及其途徑的理論基礎上，本文認為物流系統的發展過程是自組織的結果，物流園區是一種“涌現”，并利用復雜自適應系統CAS的理論和工具Netlogo在考慮各種影響驅動力的條件下對物流園區的演化過程進行了建模仿真分析，仿真結果說明構造的模型能基本描述實際演化的一般結果。

需要指出的是，本文模型中的參數設置僅僅是假設數值，只是為了說明建模的內在原理和仿真的基本過程。如果需要更深入地探討分析譬如不同物流園區的發展模式比較，可能要引入其他參數和調整參數的取值。但不管如何，本文構建的仿真模型對于理論分析物流園區的發展演化提供了新的視角，希望為類似研究提供參考和深入研究奠定基礎。

[1]張得志.物流園區演化機理與布局優化方法的研究[D].長沙：中南工業大學，2006.

[2]趙闖.城市物流節點布局規劃理論與方法[D].北京：北京交通大學，2005.

[3]李嬋娟.基于元胞自動機的臨港物流園區分析[J].物流工程與管理, 2009,31（10）:68-69.

[4]陳志剛,程慧平.物流園區形成機理研究[J].商場現代化,2008,（2）: 111-112.

[5]黃春萍.基于CAS理論的企業系統演化機制研究[D].石家莊：河北工業大學，2007.

[6]Uri Wilensky.Netlogo Model Library[EB/OL].Ccl.northwestern.edu/netlogo.

CAS-based Simulation of the Logistics Park Evolutionary Process

HUHui1,2
（1.School of Economics&Management,East China Jiaotong University,Nanchang330013; 2.School of Traffic&Transportation,Beijing JiaotongUniversity,Beijing100044,China）

After summarizing the mechanism and process of logistics park development and evolution,the paper holds that logistics parks are a self-organizing product of social economic advancement and an emergence of logistics systems,and then,using CAS theories and tools and the multi-agent modeling soft ware Netlogo,it carries out a simulation experiment on the agglomeration process in the formation of logistics parks and finds that the development and evolution of logistics parks are the result of the combined influence of multiple factors and the model of the paper can reflect the basic process of logistics park evolution.

logistics park;evolutionary process;complex adaptive system;emergence;simulation and modeling

F252；N945.1

A

1005-152X（2011）02-0085-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.02.027

2011-01-17

江西省社科規劃項目“基于CAS的物流園區發展模式的比較研究”（09YJ227）

胡輝（1973-），男，江西萍鄉人，北京交通大學交通運輸學院在讀博士，華東交通大學經濟管理學院統計系教師，研究方向：交通運輸系統建模、物流工程。