基于耦合理論的港口群耦合協調發展評價研究

周 杏 楊家其

(武漢理工大學交通學院 武漢 430063)

0 引 言

港口群作為區域社會經濟發展到一定階段的產物，是由若干個部分功能或全部功能可以被彼此替代的個體港口相互作用，逐漸演化而形成的特殊群體系統.目前我國在長期的歷史發展中形成了長江三角洲港口群、環渤海港口群、珠江三角洲港口群、東南沿海港口群、西南沿海港口群這五大區域港口群，全國的港口布局已經形成初步的結構.但在港口群的發展過程中也逐漸暴露出一些問題，如重復建設、資源配置失調等問題.因此，研究如何衡量港口群內港口之間的合作深度與發展協調度以及采取何種方式來協調港口群內各港口的運作無疑對港口業的發展有著重要的作用.

對于港口群近些年來的研究，從國內來看，研究內容主要包括了港口群的定義及制度模式的定性研究、港口群綜合評價方法的研究及港口群間合作與競爭的研究，具體來講主要有：王列輝等[1]通過對國外三種不同形式的港口群制度合作模式進行對比和研究，進而對長三角港口群現行合作制度進行考察，提出 “政府退、協會進、企業是主體”的制度合作新思路.姜乾之等[2]通過分析世界主要城市群港口的戰略規劃，總結出城市港口、省市港口，以及全球城市群港口的演化趨勢，并針對長三角港口群分析了其協調發展存在的瓶頸，最后提出了具體的長三角港口群協同發展戰略舉措.魏玲[3]首先利用AHP和熵權法算出指標權重，然后采取了綜合加權評價的方法，構建綜合評價模型，最后針對我國沿海港口群目前的發展水平做出了評價.肖漢斌等[4]運用方差分析對中國沿海五大港口群港口物流能力和區域經濟進行了差異分析，較為清晰地展現了國內五大港口群區域的港口物流和區域經濟發展現狀.羅芳[5]通過對港口群的協調發展和治理機制的研究，科學設計競爭機制，使得港口群內部競爭環境得以優化.于少強等[6]運用聚類分析和博弈論的方法，具體分析了船舶大型化對遼寧港口群競合關系的影響，提出了一種長期的雙贏競合關系，實現港口群的最優利益.章強等[7]通過美國西北海岸港口群的介紹以及分析美國在推動西北海岸港口群協調發展方面所開展的合作活動和具體的發展舉措，總結了相關有益的發展經驗.從國外研究來看，Lam等[8]站在港口用戶的角度來評估港口的供應鏈定位和績效，并提出了以港口為中心的多式聯運網絡的統一框架，為港口群的績效評估提供了參考方向.Bai等[9]建立了一個制度框架來幫助分析重要港口群參與者在內、外部環境中的相互作用和協調狀況，進一步確定政策是集群演化的主要驅動力.

總的來看，無論是國內還是國外研究，對港口群這一定義及港口群協調發展的重要性已經達成共識，并且對于港口群績效的綜合評價有了較為統一的框架，但是結合已有研究來看，港口群耦合協調評價研究較少且存在一些不足之處.首先，現有研究多為對某個具體港口群協調發展的定性分析，不具有普遍性，也難以實現不同港口群之間的比較.其次，對于港口群發展評價的研究，出現兩種方向：①只對港口群內部子系統的關聯程度作出評價，即耦合度的評價；②只對港口群整體發展協調狀況做出定性評價，即協調度的評價，這二者割裂開就不能全面地反映港口群間的相互作用和港口群的綜合發展水平.最后，已有的研究主要集中于國內外大型港口群，國內缺乏內河港口群的相關研究.為此，本文構造了港口群耦合協調評價模型，提出了港口群耦合協調度這樣一個綜合指標，對港口群發展過程中的子系統關聯程度和港口群整體協調所處的發展層次作出綜合定量測評，并可普遍推廣應用于一般港口群.

1 耦合協調評價模型理論基礎

1.1 耦合理論與協調理論

耦合是物理學的一個基本概念，是指兩個或兩個以上的系統之間通過各種相互作用而彼此影響、相互作用以至聯合起來的現象，是各子系統相互聯系、相互依賴、相互協調的動態關聯關系[10].耦合度就是描述系統或系統內部要素之間相互關聯程度的指標.在理解物理學中容量耦合概念的基礎上，借鑒容量耦合系數模型，得到包含n個子系統的系統U的耦合度公式為

(1)

式中：ui為第i個子系統對總系統有序度的貢獻，可利用功效函數求解.

協調是一種關系結構，它是系統內部各子系統或要素在協同運動中形成的比例關系的反映.協調度是度量在發展過程中各子系統或各要素之間彼此和諧一致的程度，體現了系統從簡單到復雜、由低級到高級、從無序到有序的趨勢，是用來描述系統演化過程中協調狀況好壞程度的指標.

1.2 港口群耦合協調度的內涵

由系統耦合理論和系統協調理論可知，港口群可看作一個由若干子系統相互影響、相互聯系、相互配合形成的整體系統.港口群耦合即港口群內各子系統在發展演化的過程中通過某些關聯(如政策導向、合作與競爭等)彼此影響、相互作用而形成的動態關聯關系.港口群協調即港口群系統內部各子系統通過排除相互固有的矛盾與沖突，形成一種彼此互利的、有序穩定的狀態，從而使復雜系統實現整體效益盡可能地最大化.

港口群的耦合程度和協調程度可分別用耦合度和協調度來衡量，耦合度僅僅側重于反映各子系統或各要素之間的關聯程度，協調度則側重于反映系統的整體功效與協同效應，為此，本文提出了港口群耦合協調度這樣一個綜合指標，它是評判港口群系統內部各子系統耦合與協調發展情況的綜合指標，既能反映各子系統發展過程中的關聯程度，又能反映系統整體協同效應所處的發展層次.

2 港口群耦合協調評價模型構建

2.1 評價指標選取與權重計算

本文借鑒企業生產流程的思路，建立的評價指標體系包含了輸入層、過程層和產出層三個層面，分別代表了三種不同類型的數據，考慮到數據的可獲得性和完整性，建立表1的評價指標體系.輸入層的指標類比企業生產投入，表示各港口主要腹地的社會經濟發展水平；過程層的指標表示各港口基礎設施建設情況，是將腹地物流需求轉化為港口生產產品的指標；產出層的指標類比企業生產能力的強弱，反映了港口現階段的生產能力和未來的發展潛力.

表1 港口群耦合協調評價指標體系

對于指標權重的計算，本文選擇了熵權法對指標客觀賦予權重，很好地避免了人為因素的干擾，利用熵權法計算指標權重，首先要對每一項指標的信息熵進行計算，然后再根據信息熵與指標權重的計算公式最終計算出每項指標的權重，信息熵與指標權重二者具體關系為

(2)

式中：Ej為各項指標的信息熵，可由原始信息表對數據進行規范化和標準化處理后根據信息熵公式計算得出；Wj為各項指標權重.

2.2 港口子系統的貢獻指數計算

港口子系統的貢獻指數是港口子系統對港口群系統有序度的貢獻程度，也是作為后續計算港口群耦合協調度的基礎，其計算公式為

(3)

式中：ui為第i個港口子系統的貢獻指數；M為各港口子系統中包含的序參量的數量；Wj為各子系統內部序參量指標;Aj在綜合評價中的權重；Aij為第i個子系統中的第j個序參量去量綱(規范化處理)后的值.港口子系統的貢獻指數越大，說明該子系統在港口群系統有序化的過程中貢獻最大.

2.3 港口群耦合協調度的計算

借鑒系統耦合理論和系統協調理論提出的港口群耦合協調度是耦合度與協調度的綜合指標，其目的是評判系統耦合的協調程度，既能反映各子系統發展過程中的關聯程度，又能反映系統整體協同效應所處的發展層次，其算法可表示為

(4)

T=∑kiui

(5)

式中：Cn為系統耦合度，可利用式(1)求得；T為系統綜合協同指數，即系統整體協同效應或貢獻；ki為權重系數，即各港口子系統在港口群中的重要程度，這里根據各港口子系統貢獻指數占港口群系統總的貢獻指數的比重來確定；ui為港口子系統的貢獻指數.

2.4 港口群耦合協調類型劃分

港口群耦合協調度D的取值范圍為(0，1)，根據耦合協調度的內涵可知，D的取值越接近1，說明港口群內部各子系統相互關聯程度越高，各子系統相互適應、相互促進、相互協作情況越好，系統整體所處的發展層次也越高.為了更準確地描述港口群系統耦合協調發展的程度，采用均勻分布函數法對港口群耦合協調度進行類型劃分，具體劃分情況見表2.

表2 港口群耦合協調類型劃分

3 評價模型實例檢驗

本文以長江中游港口群為例，包含了武漢港、宜昌港、荊州港、黃石港、長沙港、岳陽港、南昌港、九江港這八個主要港口.長江中游港口群受自然條件及開發建設中一些客觀條件的制約，其發展暴露出一些問題如港口岸線資源總體開發利用不平衡、重復建設、集疏運網絡不夠完善等，因此選擇長江中游港口群為實例，利用評價模型對長江中游港口群耦合協調發展狀況作出評價，以此檢驗評價模型的有效性.

3.1 長江中游港口群耦合協調度計算

根據表1所構建的評價指標體系，收集整理了長江中游港口群八個主要港口2008—2017年的12項指標數據，將數據去除量綱后，根據信息熵的計算公式得出每個指標的信息熵值Ej，再根據式(2)可得歷年評價指標的權重，再由式(3)計算各港口子系統的貢獻指數.

得到各港口子系統貢獻指數后，下一步可以計算港口群的耦合度和綜合協同指數.對于長江中游港口群，本研究選取了八個主要港口，故利用式(1)計算港口耦合度時n取8，再根據式(5)計算港口群綜合協同指數，最后利用式(4)計算出港口群耦合協調度.長江中游港口群歷年耦合協調度計算結果見表3.

表3 長江中游港口群2008—2017年耦合協調度

由表3可知，長江中游港口群近10年來的耦合協調度一直處于(0.50，0.59]這個區間，即勉強協調類型，這表明長江中游港口群內部各港口子系統之間的配合協作還不夠完善，港口群系統的發展水平還有較大的提高空間.

3.2 長江中游港口群耦合協調度評價

為了更直觀地描述港口群耦合度、綜合協同指數及耦合協調度三者的變化趨勢和相互關系，下面將三者的變化趨勢呈現在一個折線圖中，見圖1.

圖1 長江中游港口群2008—2017年分指標變化趨勢

從港口群耦合度(Cn)來看，其值由2008年的0.786波動上升為2017年的0.841，這表明長江中游港口群的耦合在波動中逐漸呈現良性耦合的良好勢態，耦合度的不斷增長也從另一方面反映了各港口子系統在港口合作與競爭中越來越緊密的聯系；從港口群綜合協同指數(T)來看，其值在2008—2017年這10年間變化不大，在小幅波動中有輕微下降趨勢，這表明港口群內部子系統在相互協調、合作中仍然存在一定問題，各港口發展不同步，并沒有向著更具競爭力和關聯性的系統方向演化；從港口群耦合協調度(D)來看，其值在2008—2017年這10年間基本維持著同一水平，均屬于勉強協調這一等級.這表明港口群的耦合狀況雖然有較好的發展趨勢，但囿于港口群的協調情況，最終港口群的耦合協調度并不能呈現良好的發展勢態.這一結果也反映了港口群在發展中暴露的問題，即各港口子系統盡管會隨著日益增多的合作交流加強彼此的關聯程度，但這并不代表關聯程度越高，整體的發展水平就會越高，內部各子系統在數量規模上的相互適應、發展速度上的相互配合同樣至關重要.

值得注意的是，2011年是一個較為特殊的節點，長江中游港口群耦合度、綜合協同指數、耦合協調度這三個指標在這1年均出現了較為明顯的提高.2011年是國家經濟持續復蘇的1年，通過對2011年各港口統計數據的分析比較，可以發現八個港口在2011年的社會經濟指標及港口吞吐量指標的數值均有較高的增長率，正是八個港口的齊頭并進促進了整個港口群系統的良性發展.從相關政策和港口建設情況來看，2011年1月國務院出臺《加快長江等內河水運發展的意見》，并將武漢長江中游航運中心作為重要建設內容.此外，2011年7月6日黃石市政府與深圳鹽田港務集團有限公司簽訂了合作開發建設棋盤洲港區的協議，總投資37億元；2011年，湖南省的長沙綜合樞紐工程、湘江2 000 t級航道建設一期工程進展順利，衡量水運發展的幾個重要經濟指標均創歷史最高水平.這些政府文件的出臺和規劃建設的實施對港口群的發展都有較大的推動作用.

從其他政策來看，2012年2月，武漢、長沙、南昌三省會城市簽署《加快構建長江中游城市群戰略合作協議》，三省地方政府首次正式明確提出建設長江中游城市群；2017年12月7日，湖北省社會科學院、社會科學文獻出版社發布了《中三角藍皮書：長江中游城市群發展報告(2017)》，報告指出，長江中游城市群應以省會為龍頭，推進六個一體化，其中交通發展一體化就是重點深化武漢港、宜昌港、岳陽港、長沙港、南昌港、九江港等主要港口之間的合作，構建功能完善、布局合理、層次分明、緊密協作的長江中游港口群.這些明確的政策規劃一定程度上推動了長江中游港口群的發展，圖1中在波動中不斷增長的港口群耦合度也較為準確地反映了政府出臺的相關政策對長江中游港口群發展的影響.

4 結 束 語

港口群作為港口之間通過合作與競爭逐漸形成的特殊群體系統，如何較為準確地評價其發展程度對港口業的發展至關重要.本研究基于物理學中的耦合理論，通過引入貢獻指數，構建港口群耦合協調評價模型，并以長江中游港口群為實例對評價模型進行了檢驗.通過實例分析，結果表明長江中游港口群2008—2017這十年間港口群的耦合協調狀況一直處于勉強協調類型，結合耦合度和綜合協同指數來看，耦合度在這段期間處于波動上升態勢，而綜合協同指數在小幅波動中有輕微下降趨勢，這表明港口群在發展過程中，盡管各港口之間關聯程度不斷提高，但囿于各港口的不同步發展，港口群系統的耦合協調發展水平并不會有明顯提高.由此可知，港口群的耦合協調發展不僅取決于各子系統的關聯程度，避免各港口之間差距過大的發展同樣不可忽視.結合長江中游港口群的發展現狀，實例分析結果表明本研究提出的港口群耦合協調評價模型有效.

本文構造的港口群耦合協調度函數，是各港口子系統發展過程中的關聯程度和港口群整體協調所處的發展層次的綜合考量模型，克服了之前研究中只考慮港口子系統的相互作用而忽略系統整體發展的問題.并且本研究構造的港口群耦合協調評價模型是定量的分析評價，可以普遍推廣應用于一般港口群，實現不同港口群之間的比較，同時也能夠為國內港口群資源整合程度、協調港口關系提供一定的方法借鑒.但由于時間和篇幅的限制，在構建港口群耦合協調評價指標體系時，考慮到數據的可獲得性和完整性，僅僅選取了一些最基礎、最重要的指標，這些指標的選取不一定能十分全面地評價港口群耦合協調發展的情況，仍有待進一步深入分析，這也是下一步的重點研究對象.