基于系統動力學的蘭州“雙城”交通對經濟發展影響趨勢研究

曾俊偉+烏云畢力格+錢勇生+廣曉平

摘 要：針對蘭州市近期提出的以蘭州市主城區為主城，蘭州新區為副城的“雙城”格局，文章從宏觀層面研究了“雙城”之間交通對蘭州市經濟發展影響趨勢，在分析社會經濟、就業人口、交通等相關要素之間的因果關系的基礎上，建立了蘭州“雙城”之間道路投資對蘭州市經濟影響趨勢的系統動力學模型；廣泛收集數據，確定了模型的各子系統參數；利用SPSS軟件對生產總值與固定資產投資作了線性分析；對蘭州市區域經濟發展趨勢進行了預測并在預測結果的基礎上，進行了政策情景調整仿真。仿真結果表明：增加交通基礎設施投資比例，建立蘭州新區至蘭州主城區之間便捷、大容量的通道，縮短“雙城”經濟點之間的距離，提高“雙城”交通通達性，對第一產業生產值影響較小，但對第三產業生產值和生產總值的促進顯著。

關鍵詞：雙城；系統動力學；交通；經濟

中圖分類號：F570 文獻標識碼：A

Abstract： According to the“two cities”pattern of mainly downtown for major city and new district for vice city came up by Lanzhou city， this article studied the influence on economic development of Lanzhou by the traffic on macro-level between two cities， on the basis of the analysis of society economy， employed population， traffic， we established system dynamics model of the road accessibility's impact tendency on the economics of Lanzhou city between two cities， we collected the data extensively， ensured the parameters of each subsystem model， made the in linear analysis of total output value and investment in the fixed assets by using of SPSS. Based on the forecast of regional economic development trend in Lanzhou city， the policy scenario adjustment simulation is carried out. Simulation result showed that increase traffic infrastructure investment ratio， establish convenient and high-capacity road between new district and major district in Lanzhou， shorten the distance economic region between two cities， improve the accessibility between two cities has little influence on the production value of the first industry but has a great promotion on the production of the third industry.

Key words： two cities； system dynamics； transportation； economy

0 引 言

目前，我國正在不斷強調并重點部署城鎮化建設，新型城鎮化將成為我國擴大內需和實現經濟結構戰略性調整的重要推進器，新型城鎮化建設也必然對作為重要先導的交通運輸提出新的時代要求。在城市發展中，交通運輸是區域經濟發展的重要影響因素，也是區域經濟良好運行和不斷發展的先決條件。交通運輸與區域經濟之間具有很強的關聯性，某地區的交通運輸發展水平在某種程度上代表了該地區的經濟發展水平。交通運輸與區域經濟在多方位、多層次上逐漸發展成為一個有機的整體，形成了一個復雜的系統。而系統動力學更為適合研究經濟模型，它從宏觀的角度來思考、分析、解決問題，這樣就避免了微觀層面上的局限性。

近日，國務院批復了《蘭州市城市總體規劃（2011-2020）》，根據這一規劃，蘭州市定位為甘肅省省會，西部地區重要的中心城市之一，國家重要的工業基地和綜合交通樞紐。由此確定到2020年，蘭州市將建設形成“雙城”格局：主城為蘭州中心城區，副城為蘭州新區。在此背景下，采用定性分析與定量計算相結合的方法，分析蘭州市新城區與主城區的交通通達性與蘭州市經濟之間的關系，并對其中各個反饋機制建立交通通達程度與經濟的系統動力學模型，通過政策情景調整仿真，助力蘭州市“雙城”經濟社會發展，具有一定的實際價值和意義。

1 國內外研究現狀

系統動力學的研究是在20世紀70年代末開始引入我國的。在近四十年里系統動力學在區域經濟與交通的相互關系研究方面，F.W.C.J. van de Vooren[1]（2004），在分析經濟與交通之間的關系基礎上，建立了一個宏觀經濟模型，分別對增大道路通行能力、增加交通運輸費用、發展公共交通這三個情景展開分析，論文認為投資和技術進步是經濟增長的根本驅動力，在經濟的增長過程中，地區之間存在相互影響，交通基礎設施的超負荷運行將會造成出行時間和出行費用的增加，同時也會對經濟增長造成負面影響。王利芳[2]（2005），運用系統動力學方法進行道路客貨運輸需求供給與國民經濟相互作用的系統模擬研究，從而定量研究道路運輸與國民經濟相互作用變化規律。趙旭[3]（2007），以交通運輸系統與區域經濟之間的相互作用關系分析了交通運輸系統資源整合基礎，以環渤海地區為例建立了系統動力學模型，從增加交通運輸投資比例、調節產業結構、增加投資貢獻率等方面進行了政策模擬。吳群琪[4]（2010）、李婧[5]（2007）都在研究中引入了“運輸通道”這一概念，但具體的研究對象不同。前者以高速鐵路對綜合運輸通道的作用為研究對象，研究得出高速鐵路不僅加快了多種交通方式之間相互銜接，而且可以使各交通方式在結構上達到最優；后者主要利用空間經濟學引力理論，通過建立經濟影響模型來定量估算運輸通道對區域經濟的影響程度。張敏[6]（2010），以經濟圈交通系統為研究對象，分析了經濟圈交通系統的演化規律，以關中—天水經濟圈為例建立系統模型，論文認為增加交通基礎設施投資比例對增加國內生產總值的貢獻最大，而提高公路投資比例對GDP的推動作用最明顯。Edward Calthrop等[7]（2011）對交通運輸投資的成本效益分析進行了研究，論文認為僅局限在交通運輸系統內進行投入產出具有極大的局限性，投資方式和勞動力市場都將對交通運輸投資的凈收益產生巨大影響，建立了一個一般均衡模型來研究在稅收和其他外界因素影響下，交通基礎設施投資對經濟的影響。謝偉杰[8]（2011），充分分析交通運輸系統與區域經濟之間的關系，以珠三角區域經濟與交通運輸為研究對象，建立了系統動力學模型，得出珠江三角州的交通運輸體系的不斷完善，對珠江三角洲的經濟發展具有非常大的貢獻。龐金燕[9]（2014），探究了同城化交通與區域經濟的相互影響關系，以X區域為模型的研究對象，建立同城化交通對X區域經濟影響的系統動力學模型，論文認為建設同城化城市間的交通干線，將會加速X區域的第二產業和第三產業的增長。

國內外學者對于區域經濟與交通運輸的關系從不同角度和不同層次進行了研究，不論是從定性方面還是從定量方面，不論是從理論還是實踐方面都取得了豐碩的成果，但是基于“雙城”的背景定量研究“雙城”的連通程度對經濟的影響還鮮有人涉足。

2 系統動力學模型的構建

系統要素的確定是建立模型的前提與基礎條件。從宏觀上確定蘭州新區至蘭州主城區交通通達程度對蘭州市經濟的影響因素，建立社會經濟、就業人口與交通投資政策等要素之間的因果關系，在此基礎上構建系統動力學模型。而確定該系統的邊界時，由于城際鐵路剛開通，還沒有相關的數據供參考，所以只考慮了蘭州新區至蘭州主城區的主要運輸載體—公路的連通情況。各要素之間因果關系如圖1所示。

相比上面的因果關系圖，系統流圖是一個包含多因素、多層次的復雜運動系統。蘭州市新區至蘭州主城區的交通通達程度和蘭州市經濟兩者間相輔相成的關系影響著社會經濟系統的變化過程和演進發展方向。如圖2所示。

3 參數的確定

在確定參數時，通過回歸分析、表函數等方法來確定，如表1所示為各參數之間的方程關系式。

除了表內的參數外還有交通影響因子1、2、3，而這三個因子均使用表函數（公里里程）。

3.1 社會經濟參數

所謂模型參數估計，就是調試模型的過程，不斷改變模型中的參數，觀察模型的行為隨時間是否發生變化。如果變化，則說明仍然需要繼續調試參數；當模型參數繼續增大或減小，模型的行為都不隨著改變時，認為這個臨界值就是模型的參數值。

（1）初始值的確定。根據《蘭州市2014年統計年鑒》確定模型初始值，以2011年統計的數據為例，其生產總值與固定資產投資量如表2所示。

（2）選取《蘭州市2014年統計年鑒》中2009～2014年GDP和固定資產投資總額的時間序列數據如表3所示。

為了得到生產總值與固定資產投資的線性關系，設GDP為自變量，固定投資總額為因變量，利用SPSS軟件進行一元回歸分析。得到方程式Y=1.081X-509.214，R2=0.982。說明該回歸分析有效。如圖3所示。

根據國家經濟轉型發展政策和表4、表5可知，第一產業生產總值和第三產業生產總值的增長率在近幾年變化幅度很小，因此各取2014年的增長率0.09和0.14，第二產業生產總值增長率變化異常，但還是取2014年的增長率0.01。

3.2 就業人口參數

本文中的系統動力學模型需要蘭州市三產就業人口的比例以及就業人口數量。下面根據《蘭州市2014年統計年鑒》來估計就業子系統所需參數。

由表6和表7可知蘭州市2008～2013年蘭州市一產就業比例逐年下降，二產就業比例在26%左右徘徊，三產就業比例穩步上升。因此在模型中假設三產就業比例在短期內增長幅度不大，取二產就業比例為26.75%和三產就業比例為53.05%。

3.3 交通子系統參數

蘭州新區至蘭州主城區的道路建設有蘭秦快速通道，全長51公里，投資為51.1億元，2013年5月開建。白銀至蘭州新區至永登公路，全長83.1公里，投資69億元，2014年開建。中通路，全長84.25公里，投資170.55億元，2015年開建。

蘭州新區至蘭州市主城區的道路里程在2011年已有的道路為中川機場至西固快速路、省道201線、中川機場至城關快速路等三條，總里程為157公里（此數據是從谷歌地圖中測量所得）。

4 歷史檢驗

為檢驗模型的合理性，對該模型進行歷史檢驗。本文對2011～2014年三大產業生產總值進行歷史檢驗。檢驗結果如表8所示：

對2011～2014年三大產業GDP的仿真結果進行相對誤差分析，相對誤差均小于5%，符合歷史檢驗的要求，因此該模型可以代表系統運行的情況。

5 模型的仿真模擬

正如MATLAB被稱為矩陣實驗室一樣，系統動力學也被稱為政策仿真實驗室。通過變動模型中的交通投資政策因子，來觀察結果的輸出并與基礎情景進行比較，分析政策實施的效果。

5.1 基礎情景

根據蘭州市基礎數據標定的參數值、初始值等參數輸入模型，運行本模型。其仿真年限設定為2011～2025年，輸出結果如圖4所示。因為GDP1的曲線變化在圖4里不是很明顯，所以把GDP1的輸出結果單獨顯示，如圖5所示。

由模型輸出結果分析可知，蘭州市三大產業年生產總值在未來將保持迅猛增長，由表9可知2018年的生產總值比2011年翻一番，到2025年，生產總值相比2018年又翻一番。而第三產業生產總值到2020年占全市的比重達到64.9%，這與蘭州市人民政府報告里的發展目標一致，這一結果再次證明了此模型的有效性。如圖6所示。

5.2 基礎情景與情景一的對比分析

為了仿真加強“雙城”交通連通程度對蘭州市經濟帶來的影響，加大固定資產投資中的交通投資比例，在基礎模型中的交通基礎設施投資比例上增加0.1，將輸出結果與基礎情景的結果進行對比分析，情景一的結果如表10所示。

通過情景一和基礎情景的結果對比圖的分析可知：通過建立蘭州新區至蘭州主城區之間便捷、大容量的通道，縮短“雙城”經濟點之間的距離，可以促進蘭州市生產總值的迅猛增長。

圖7中run1是基礎情景的輸出結果，run2為增加交通基礎設施投資比例后的輸出結果，由曲線趨勢可以看出，隨著蘭州新區至蘭州主城區之間的交通路網的不斷完善，通達性不斷提高，對蘭州市經濟的促進也是逐漸顯現。全社會生產總值到2025年達到了12 071.70億元，是基礎情景的1.1倍。到2025年，GDP1的生產總值比基礎情景增加了11.5億，GDP2和GDP3分別增加了151億和1 031億，由此可以知道，增加交通基礎設施投資比例，提高可達性，對GDP1的促進作用較小，但對GDP3的促進是顯著的。

6 結 論

本文以蘭州市作為研究對象，廣泛收集該市的經濟社會資料、數據，并對其進行深入分析，建立了系統動力學模型，將模型輸出結果與蘭州市歷史數據進行對比，驗證模型的有效性，在此基礎上，調控政策變量，仿真通達程度對經濟總量的影響。通過對情景一與基礎情景的對比分析，可知，通過加大交通基礎設施投資比例，提高蘭州“雙城”通達性，可加速蘭州市第三產業的迅猛增長，對蘭州市的經濟發展產生明顯的推動作用。

經濟社會系統是一個開放的、動態的復雜大系統，考慮到數據獲取的困難性，本文在建模時只考慮了目前蘭州新區至主城區的主要的運輸載體—公路，而未考慮鐵路運輸。在后續研究中，隨著蘭州“雙城”交通網絡的不斷完善，將鐵路考慮進來，相信能得到更多、更合理的研究結果。

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