京津冀城市群現代物流網絡構建實證研究

王飛飛+侯云先

摘要：對現代物流業(yè)在推動區(qū)域經濟發(fā)展中的重要作用以及如何科學構建區(qū)域物流網絡等問題的主要研究成果進行了分析總結，提出綜合運用主成分分析法、引力模型和最大覆蓋模型構建區(qū)域現代物流網絡布局模型的方法，以京津冀城市群為例進行實證研究。研究確定了軸心城市的位置及輻射范圍，并得到了分別以石家莊、唐山和廊坊為區(qū)域物流中心的三大物流圈。基于此，應進一步豐富完善物流等相關產業(yè)發(fā)展的政策細則，加強區(qū)域物流中心城市的基礎設施建設，增強京津冀城市群間的互聯互通能力，促進京津冀城市群協同發(fā)展。

關鍵詞：京津冀城市群；現代物流網絡；引力模型；雙目標最大覆蓋模型

中圖分類號：F511.31文獻標志碼：A文章編號：1009-055X（2016）06-0008-06

doi：10.19366/j.cnki.1009-055X.2016.06.002

一、引言

現代物流業(yè)作為推動區(qū)域經濟發(fā)展的“橋梁”，對降低區(qū)域內流通成本，提高區(qū)域經濟的整體競爭力具有重要的基礎性支撐作用。因此，近年來我國相繼出臺了一系列促進物流業(yè)發(fā)展的政策法規(guī)和規(guī)劃，其中，在《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2014—2020年）》中提出加快發(fā)展現代物流業(yè)，對促進產業(yè)結構調整、轉變發(fā)展方式、提高國民經濟競爭力和建設生態(tài)文明具有重要意義。

運用科學方法，合理布局建設現代物流設施，是構建現代物流網絡的必經之路，目前國內外學者對區(qū)域物流網絡構建的研究，采用層次分析法、因子分析法、軸輻射理論等定性方法較多。如OKelly[1-2]于1987年首次提出了軸—輻式網絡概念和p-hub模型；Sung等[3]考慮了限制性政策后，提出存在節(jié)點互聯的混合軸—輻式網絡模型；MirSamanPishvaee等[4]綜合運用單向設計和逆向設計方法，構建了雙目標物流網絡系統，并采用文化基因算法求解模型；HsiaoCY等[5]以軸輻射理論為基礎，構建出美國航空軸輻網絡；金鳳君等[6]在分析了我國35個樣本機場的基礎上，結合軸輻射理論，構筑了我國軸—輻式航空網絡體系；丁偉等[7]在梳理軸—輻式物流網絡理論框架的基礎上，以西江流域城市為例，構筑了現代物流服務網絡；李文博等[8]從經濟和社會發(fā)展水平、物流產業(yè)規(guī)模、基礎設施建設和信息化水平四個方面確定了城市物流等級評價指標體系，采用主成分分析法，構建了浙江省軸—輻式物流網絡；李全喜等[9]綜合運用引力模型和引力勢原理，構建了區(qū)域物流引力模型和區(qū)域物流地位模型，并以全國31個省級區(qū)域數據為基礎進行實證研究；海峰等[10]構建了一種具有軸輻式網絡規(guī)模經濟、范圍經濟、密度經濟和結構經濟特點的區(qū)域物流網絡；劉荷等[11]以軸輻式區(qū)域物流網絡構建的思路和方法為基礎，采用主成分分析法與引力模型結合的方法，構建了海西區(qū)軸—輻式物流網絡；楊艷等[12]綜合運用主成分分析法、Dijkstra算法和軸—輻式網絡原理，構建了奇瑞整車銷售物流網絡；徐建等[13]針對長三角地區(qū)目前區(qū)域物流發(fā)展的基本情況，采用勢能模型和GIS網絡分析方法，提出基于公路運輸成本的長三角軸—輻物流網絡構建方法；李利華等[14]考慮物流網絡規(guī)劃設計的不確定性影響，運用區(qū)間規(guī)劃理念，構建多商品、多層次、多節(jié)點的復雜物流網絡設計模型；魯金萍等[15]利用修正后的引力模型，對京津冀城市群內各城市間的經濟聯系強度進行測度，得出不同權重下城市級別劃分結果，并分析了原因。

通過文獻梳理發(fā)現，目前學者們在研究物流網絡構建方法時，采用定性方法較多，定量實證研究較少，且往往忽略了城市間的距離。因此，本文以前人研究和2015年發(fā)布的《京津冀協同發(fā)展綱要》為基礎，綜合運用主成分分析法、引力模型和最大覆蓋模型，構建綜合考慮區(qū)域物流引力和空間距離的京津冀城市群現代物流網絡布局模型，以期為京津冀現代物流網絡布局提供參考。

二、京津冀經濟區(qū)現代物流網絡構建模型

（一）引力模型

引力模型是牛頓經典力學萬有引力公式在經濟學領域延伸發(fā)展得到，該模型認為兩個經濟體之間的單項貿易流量與它們各自的經濟規(guī)模成正比，與它們之間的距離成反比，其基本計算公式如下：

Fij=GMiMjt-γij（1）

式中，Fij為研究主體之間的物流引力；Mi和Mj為研究主體的“質量”，本文中沿用李全喜等[9]提出的“區(qū)域物流質量”概念；tij為研究主體i和j之間的最短行駛時間；G為引力系數；γ為引力衰減系數，一般取值為2。

（二）修正的最大覆蓋模型

最大覆蓋模型最早由學者Church等[16]提出，后來諸多學者從不同的角度對其擴展。因此，本文以前人研究成果為基礎，結合引力模型，構建京津冀城市群現代物流網絡布局模型。

1.模型假設

為簡化問題，本文提出如下假設：①備選物流區(qū)域中心城市（文中統稱設施點）和物流需求城市（文中統稱需求點）的位置已知，且在平面內離散分布；②任意設施點和需求點之間的最短行駛距離可知；③每個需求點僅由與其區(qū)域物流引力最大的設施點為其提供服務；④設施點可以為多個需求點提供服務；⑤需要建立的設施點數量已知。

2.符號說明

三、區(qū)域物流質量和區(qū)域物流引力的確定

（一）研究區(qū)域背景

京津冀城市群是我國經濟實力最強的三大經濟區(qū)之一，在我國沿海經濟布局中與珠三角、長三角處于同等地位。目前京津冀經濟區(qū)包括北京、天津及河北省的石家莊、承德、張家口、秦皇島、唐山、廊坊、保定、滄州、衡水、邢臺和邯鄲。經過多年發(fā)展，雖然取得了一系列重大成果，但京津冀城市群發(fā)展中兩大問題逐漸顯現，一是京津冀城市群整體發(fā)展水平有待進一步提高，該區(qū)域經濟社會發(fā)展水平遠低于珠三角和長三角；二是核心城市對區(qū)域內其他城市的輻射帶動能力較低，出現北京和天津發(fā)展水平較高，而河北各市經濟實力與京津差距顯著。

隨著我國經濟增長進入新常態(tài)，國家為了促進京津冀城市群的協同和錯位發(fā)展，增強整體性，2015年發(fā)布了《京津冀協同發(fā)展規(guī)劃綱要》（以下簡稱為《綱要》），《綱要》中提出京津地區(qū)的區(qū)域物流產業(yè)向河北省遷移，把河北省定位為“全國現代商貿物流重要基地”。因此，新形勢下，如何科學構建京津冀城市群現代物流網絡，對提高區(qū)域內物流效率具有重要的現實意義。

（二）指標體系的構建

城市經濟和物流發(fā)展情況一直是學者們研究的熱點問題之一，如王佩佩等[17]以軸輻射理論為基礎，構建節(jié)點城市物流水平綜合評價指標體系，利用引力模型度量軸心城市與邊境貿易口岸的物流引力，構建了絲綢之路經濟帶新疆三大通道軸輻式區(qū)域物流網絡；丁偉[7]、李文博等[8-11]學者在研究區(qū)域物流網絡時，分別從不同的角度出發(fā)，構建了相應的物流水平綜合評價指標體系。因此，本文結合前人的研究成果和京津冀城市群的區(qū)域特點，選取如下11個指標來衡量該區(qū)域的物流質量，包括GDP、全社會固定資產投資、人均GDP、社會消費品零售總額、規(guī)模以上工業(yè)生產總值、規(guī)模以上企業(yè)數量、公路通車里程、干線鐵路數量、人口、互聯網用戶數和移動電話用戶數。

（三）數據分析

首先，由《北京市統計年鑒2015》《天津市統計年鑒2015》和《河北省經濟統計年鑒2015》獲取以上11個指標的具體數據；然后，標準化數據并運用SPSS20.0軟件對所有指標進行主成分分析，得到特征值、方差貢獻率和兩個主成分得分（如表1和表2）。

由表1可知，當設定特征值大于1時，提取的兩個主成分的累積貢獻率達到87.793%，能夠很好地解釋原有變量的信息。將表1中兩個主成分的特征根帶入公式i=λi（∑2i=1λi）-1，得兩個主成分的權重為（0.88，0.12）。結合表2進行加權計算，得各城市區(qū)域物流質量，“+1”進行非負處理后，如表3所示。

將表3中各城市的區(qū)域物流質量得分帶入公式（1）（為方便計算，令G=100且各城市對自身的物流引力為200），得各城市間的區(qū)域物流引力，如表4所示。

四、京津冀現代物流網絡構建

（一）配置依據與算法選擇[18]

根據《綱要》對區(qū)域內各城市的功能定位，本文中備選設施點為河北省各市；各市之間的交通時間可通過百度地圖獲取，各市GDP由2015年北京、天津和河北省統計年鑒獲得。由于目前求解最大覆蓋模型一般選用近似算法或啟發(fā)式算法，因此，本文選用免疫優(yōu)化算法求解模型。

1.抗體編碼和抗體群的產生

本文選用簡單直觀的實數編碼方式，每個選址方案形成一個長度為p的抗體（p為區(qū)域物流中心的個數），每個抗體代表一組被選為區(qū)域物流中心的序列。由于免疫優(yōu)化算法需要從一個初始抗體群開始計算，因此本文通過隨機的方式產生一個群體規(guī)模為60的初始抗體群。為了提高算法的收斂速度，因而在每次迭代過程中選出10個最優(yōu)抗體存入記憶庫，并在下一代計算中取出與子代抗體組合成新的抗體群進行下一步迭代運算。

2.抗體親和度評價函數

本文首先采用求解多目標規(guī)劃中常用的線性加權法將模型中的兩個目標函數轉變?yōu)閱文繕撕瘮?；之后，設計出抗體親和度評價函數為U=max（λ1Z1-λ2Z2），其中，λ1和λ2根據Z1和Z2的重要程度進行賦值，且λ1+λ2=1。

3.免疫操作

該部分內容與遺傳算法的主要步驟一致，包括選擇、交叉和變異。

選擇，本文選用常用的輪盤賭法進行選擇操作。

交叉，采用單點交叉法進行交叉操作。

變異，選擇常用的隨機選擇變異位進行變異操作。

4.算法步驟

根據以上分析，具體步驟如下。

第一步：初始化參數，定義免疫優(yōu)化算法的抗體群規(guī)模、記憶庫規(guī)模、最大遺傳代數、交叉概率、變異概率等。

第二步：產生初始抗體群。如果記憶庫為非空，則初始抗體群從記憶庫中選取，否則，從可行解空間中隨機生成。

第三步：解的多樣性評價。首先，分別計算抗體和抗原間的親和力、抗體和抗體之間的相似程度及抗體濃度；然后再以目標函數作為適應度函數，計算抗體的親和力，并進一步得到各抗體的期望繁殖概率。

第四步：免疫操作。此部分與遺傳算法相似，主要包括選擇、交叉和變異操作。

第五步：判斷是否滿足結束條件，如果是則轉到第三步，否則結束，輸出結果。

（二）區(qū)域物流中心個數確定

經過筆者走訪區(qū)域經濟研究有關專家學者，并利用MatlabR2013b編寫免疫優(yōu)化算法程序，在華碩F450V筆記本上進行計算，確定模型中λ1=0.6和λ2=0.4，且京津冀城市群區(qū)域物流中心個數為3個較為合適。

（三）布局結果

通過計算得到京津冀城市群現代物流網絡布局結果，如表5所示。

由表5第1列可知，在λ1=0.6、λ2=0.4、p=3且河北省各市為備選城市的情況下，石家莊、唐山和廊坊被選定為京津冀城市群的區(qū)域現代物流中心建設地點。

由表5第2列可知，落在石家莊服務覆蓋范圍內的城市為石家莊、保定、滄州、衡水、邢臺和邯鄲；落在唐山服務覆蓋范圍內的城市為承德、張家口、秦皇島、唐山和天津；落在廊坊服務覆蓋范圍內的城市為廊坊和北京。

由表5第3列可知，3個區(qū)域物流中心的最大服務覆蓋半徑和最遠服務覆蓋城市為：石家莊最大服務覆蓋半徑為2.45h，最遠服務城市為滄州；唐山最大服務覆蓋半徑為5.05h，最遠服務城市為張家口；唐山最大服務覆蓋半徑為1.17h，最遠服務城市為北京。

（四）京津冀城市群現代物流網絡

結合表5，可得京津冀城市群現代物流網絡布局如圖1所示。

由圖1可知，京津冀城市群的3個區(qū)域物流中心在空間分布上較為科學，分別形成了以省會石家莊為區(qū)域中心的石家莊物流圈，該物流圈服務覆蓋范圍最大，依托省會石家莊發(fā)達的交通網絡和政治經濟優(yōu)勢，匯集物流資源，增強物流服務能力，提高第三方物流產業(yè)的發(fā)展水平，依托通往各市的高速公路，逐步增強對保定、滄州等河北省南部城市的輻射能力；以唐山為區(qū)域中心的唐山物流圈，該物流圈依托唐山較強的物流服務能力和優(yōu)越的區(qū)位優(yōu)勢，銜接京津冀核心城市天津，突出公路、鐵路和港口多式聯運優(yōu)勢，提高對天津、承德等北部城市的輻射能力；以廊坊為區(qū)域中心的廊坊物流圈，該物流圈作為承接北京物流產業(yè)向外轉移的重要衛(wèi)星城市，具有優(yōu)越的區(qū)位優(yōu)勢，應進一步完善交通體系，增強對核心城市北京的保障能力。京津冀城市群現代物流網絡構建的重點在于加速推進北京和天津兩大核心城市的物流等勞動密集型產業(yè)向河北轉移，完善河北各市與京津兩大核心城市的物流通道建設，在提高河北對北京保障能力的同時，進一步促進三地之間各產業(yè)的協同發(fā)展。

五、結論和建議

本文以京津冀城市群為研究對象，以三地2015年統計數據為基礎，首先，采用主成分分析法計算得到各城市的區(qū)域物流質量，其次，通過引力模型對各城市間的區(qū)域物流引力進行測度，最后，構建了綜合考慮區(qū)域物流引力大小和行駛時間的雙目標最大覆蓋模型，并選用免疫優(yōu)化算法求解模型。研究結果表明，在物流產業(yè)向河北轉移的背景下，石家莊、唐山和廊坊憑借優(yōu)越的空間位置和完善的物流基礎設施被選定為區(qū)域物流中心城市，并在此基礎上構建了三大物流圈，分別是石家莊物流圈、唐山物流群和廊坊物流圈。根據本文研究結論，并結合京津冀城市群當前物流產業(yè)現狀及發(fā)展趨勢，提出以下政策建議。

第一，完善規(guī)劃細則，明確推進步驟。目前《綱要》已于2015年底對外發(fā)布，雖然《綱要》中對三地的功能定位作了明確說明，但物流等相關產業(yè)發(fā)展的詳細規(guī)劃及推進步驟還有待進一步豐富完善。因此，京津冀三地相關產業(yè)管理部門應建立健全協調機制，突破行政區(qū)概念，破除地方保護主義思想，以《綱要》內容為核心，結合三地各自優(yōu)勢，盡快出臺相關產業(yè)發(fā)展對接細則，提高《綱要》可操作性。

第二，加快產業(yè)轉移升級步伐，實現三地聯動發(fā)展。面對當前我國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，傳統產業(yè)處于升級換代的關鍵時期。一方面，北京和天津作為京津冀城市群的核心城市，應加快物流等勞動密集型產業(yè)向河北轉移的步伐，從而為信息技術、高端裝備制造等新興產業(yè)發(fā)展提供更多發(fā)展空間；另一方面，河北作為承接北京和天津物流等產業(yè)轉移的主陣地，各個城市應根據自己的區(qū)位特點和發(fā)展現狀，進一步完善自身能力，提高承接產業(yè)轉移能力。

第三，加快基礎設施建設，提高城市群運轉效率?；A設施在經濟發(fā)展中起著基礎性和支撐性作用，是提高城市群內部各城市之間聯通性的重要“橋梁”。因此，針對當前河北與北京、天津兩大核心城市間“斷頭路”較多的現狀，三地應進一步打破行政限制，統籌規(guī)劃建設區(qū)域內的道路和物流園區(qū)等物流基礎設施，增強三地間的互聯互通，實現京津冀城市群的協同發(fā)展。

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Abstract：Thispapersummarizestheresearchofmodernlogisticswhichplaysanimportantroleinregionaleconomicdevelopment，anddiscusseshowtoscientificallybuildtheregionallogisticsnetwork.Bytheintegrateduseofprincipalcomponentanalysis，gravitymodelandthemaximumcoveragemodel，wehavecarriedoutanempiricalstudybasedonBeijingTianjinHebeiurbanagglomeration，todeterminethepositionandscopeofaxisurban，obtainShijiazhuang，TangshanandLangfangregionallogisticscircle.ItpointsoutthatinordertopromotethecoordinateddevelopmentofBeijingTianjinHebeiurbanagglomeration，weshouldimprovepolicyrulesoflogisticsandrelatedindustry，tostrengthentheconstructionofregionallogisticscentercitysinfrastructureandenhancethecapacityofconnectivitybetweentheBeijingTianjinHebeiurbanagglomeration.

Keywords：[WT]BeijingTianjinHebeiurbanagglomeration；modernlogisticsnetwork；thegravitymodel；doublegoalsmaximumcoveragemodel

（責任編輯：潘江曼鄧澤輝）