基于系統(tǒng)動力學(xué)的陸港與城市經(jīng)濟互動研究

李 晶，鐘 鵬，呂 靖

(1.大連海事大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116026；2.大連海事大學(xué) 物流研究院，遼寧 大連 116026)

0 引 言

“一帶一路”倡議的提出和實施有效拉動了沿線省市經(jīng)濟發(fā)展，擴大內(nèi)需，也打開了對外經(jīng)貿(mào)的新路徑，減少產(chǎn)能過剩[1]。陸港作為絲綢之路經(jīng)濟帶沿線國家互聯(lián)互通的重要節(jié)點，其具有的規(guī)模效益不僅能促進我國與沿線其他國家間鐵路運輸貿(mào)易[2]，而且對完善我國綜合交通運輸體系也起著十分重要作用。

目前，國內(nèi)外關(guān)于陸港的研究大部分集中于陸港選址、評價分析、規(guī)劃布局及管理運營等方面。如：丁坤迪等[3]從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要性角度分析了陸港選址的主要評價指標(biāo)；常征等[4]構(gòu)建考慮環(huán)境約束的雙目標(biāo)內(nèi)陸港選址模型，并采用可避免由人為確定權(quán)系數(shù)產(chǎn)生的主觀性缺陷NSGAⅡ算法求解；J.JEEVAN等[5]通過11次面對面訪談，探討了馬來西亞干港發(fā)展的作用和挑戰(zhàn)。在城市經(jīng)濟研究方面，國內(nèi)外對于海港與城市經(jīng)濟研究頗多，孫建平等[6]對中國港口業(yè)與經(jīng)濟增長的時空關(guān)聯(lián)模式變化進行了研究；J.S.PARK等[7]分析了海港對韓國城市經(jīng)濟的影響；DENG Ping等[8]從物流角度出發(fā)，考察了港口與城市經(jīng)濟之間的關(guān)系；李電生等[9]采用隨機前沿分析方法，考察了港口建設(shè)與城市經(jīng)濟技術(shù)效率之間的關(guān)系；管小青[10]基于萬有引力定律,開發(fā)了海港對陸港的吸引力模型,建立了海港綜合競爭力評價體系,并基于層次分析法提出了計算海港綜合競爭力的方法。

系統(tǒng)動力學(xué)模型廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在道路運輸能源需求預(yù)測[11]代理的綠色財政貨幣政策作用評估模型[12]、基于績效的規(guī)制市場最優(yōu)競價[13]、意大利公共行政中紙張非物質(zhì)化過程[14]、用有限控制重構(gòu)開放量子[15]、評估新尼古丁產(chǎn)品上市對人群健康影響[16]等方面的研究中都取得了不錯成效；但系統(tǒng)動力學(xué)模型還未應(yīng)用于陸港與城市經(jīng)濟間關(guān)系研究。

筆者借鑒海港與城市經(jīng)濟互動研究的系統(tǒng)流圖建模方法，構(gòu)建了陸港與城市經(jīng)濟相互影響的系統(tǒng)模型；并以西安陸港為例進行模擬，分析了西安陸港與城市經(jīng)濟的相互影響作用，為西安陸港發(fā)展提出實踐性建議。

1 陸港與城市經(jīng)濟互動機理

城市經(jīng)濟系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，是由多個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成，其涉及到資源、環(huán)境、經(jīng)濟、人口等多個方面。針對城市經(jīng)濟系統(tǒng)的復(fù)雜性、動態(tài)性和非線性等特點，通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，筆者將城市經(jīng)濟系統(tǒng)分為經(jīng)濟子系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)、環(huán)境與資源子系統(tǒng)。

1.1 陸港對城市經(jīng)濟影響

根據(jù)城市經(jīng)濟系統(tǒng)劃分，將陸港對城市經(jīng)濟的影響細化為其對經(jīng)濟子系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)、資源與環(huán)境子系統(tǒng)影響。① 陸港對經(jīng)濟子系統(tǒng)的影響包括直接經(jīng)濟貢獻和間接經(jīng)濟貢獻，直接經(jīng)濟貢獻是指陸港運營收益值對宏觀經(jīng)濟貢獻，間接經(jīng)濟貢獻是指陸港發(fā)展拉動相關(guān)產(chǎn)業(yè)增加值對宏觀經(jīng)濟貢獻；② 陸港對人口子系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在陸港創(chuàng)造的就業(yè)人數(shù)，包括直接和間接就業(yè)人口，直接就業(yè)人口是指陸港及相關(guān)企業(yè)直接拉動就業(yè)人數(shù)，間接就業(yè)人口是指陸港促進產(chǎn)業(yè)值增加拉動就業(yè)人數(shù)；③ 陸港對資源與環(huán)境子系統(tǒng)的影響體現(xiàn)在陸港對能源消耗及消耗能源對環(huán)境造成的影響，如電力資源和煤炭資源消耗造成排放氣體對環(huán)境的污染等。

1.2 城市經(jīng)濟對陸港影響

城市經(jīng)濟對陸港影響主要體現(xiàn)在對陸港生產(chǎn)活動需求和供給兩個方面。① 城市經(jīng)濟對陸港的需求表現(xiàn)為由內(nèi)陸城市外貿(mào)量增加導(dǎo)致陸港吞吐量需求增加，即外貿(mào)量增長促進陸港貨運量增長從而增加陸港吞吐量的需求；② 城市經(jīng)濟對陸港的供給表現(xiàn)為對陸港固定資產(chǎn)投資所帶來的陸港吞吐能力增加，同時大量投資建設(shè)為陸港設(shè)施提供充足空間活動，使陸港能提供更優(yōu)質(zhì)快捷方便的運輸服務(wù)。

2 陸港與城市經(jīng)濟系統(tǒng)動力學(xué)模型

2.1 系統(tǒng)邊界確定

筆者主要研究的是陸港與城市經(jīng)濟的相互影響作用。城市經(jīng)濟主要通過GDP水平反映經(jīng)濟規(guī)模，對3大產(chǎn)業(yè)增加值分析城市經(jīng)濟的經(jīng)濟發(fā)展情況，通過人口吸引力分析城市經(jīng)濟的發(fā)展?jié)摿Αｊ懜巯到y(tǒng)則從需求和供給兩方面出發(fā)，需求方面：內(nèi)陸城市的外貿(mào)量增加刺激陸港的吞吐量增長；供給方面：陸港基礎(chǔ)設(shè)施資金大量投入促進陸港吞吐能力增加，影響供給。根據(jù)研究內(nèi)容分析，確定所研究問題的系統(tǒng)邊界如表1。

表1 系統(tǒng)邊界要素

2.2 因果關(guān)系

根據(jù)陸港與城市經(jīng)濟互動機理建立相應(yīng)的因果關(guān)系(圖1)，并將因果關(guān)系分解為5個反饋環(huán)。

圖1 陸港與城市經(jīng)濟的因果關(guān)系

1)城市經(jīng)濟對陸港的負反饋環(huán)：城市GDP→產(chǎn)業(yè)值→貨運生成量→陸港需求→陸港吞吐量→陸港負荷→城市GDP；

2)城市經(jīng)濟對陸港的正反饋環(huán)：城市GDP→陸港基礎(chǔ)設(shè)施投資→陸港吞吐能力→陸港供給→陸港負荷→城市GDP；

3)陸港對城市經(jīng)濟的正反饋環(huán)：陸港吞吐量→產(chǎn)業(yè)值增加值→陸港經(jīng)濟貢獻值→城市GDP→陸港投資→陸港吞吐量；

4)陸港對人口子系統(tǒng)正反饋環(huán)：陸港吞吐量→就業(yè)人口→社會消費品零售總額→城市GDP→陸港吞吐量；

5)陸港對人口子系統(tǒng)負反饋環(huán)：陸港吞吐量→環(huán)境污染和資源占用→人口吸引力→總?cè)丝凇蜆I(yè)人口→社會消費品零售總額→城市GDP。

2.3 系統(tǒng)流圖構(gòu)造

根據(jù)因果關(guān)系，構(gòu)建陸港與城市經(jīng)濟系統(tǒng)流圖，如圖2。

圖2 陸港與城市經(jīng)濟系統(tǒng)流圖

3 實證分析

3.1 西安陸港與城市經(jīng)濟系統(tǒng)流圖

2008年西安國際港務(wù)區(qū)正式成立，依托“西安綜合保稅區(qū)、西安鐵路集裝箱中心站、西安公路港”這3大核心平臺，形成了以中亞班列“長安號”、“西安港”、一類陸路開放口岸、跨境電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)園為基礎(chǔ)的對外開放基礎(chǔ)格局，通過海鐵聯(lián)運快捷體系與國際國內(nèi)港口搭建無縫銜接的運輸走廊。考慮到中亞班列內(nèi)燃機車對環(huán)境污染較小，故暫不考慮西安港務(wù)區(qū)對資源與環(huán)境子系統(tǒng)的影響。構(gòu)建西安陸港與城市經(jīng)濟的系統(tǒng)流圖，如圖3。

3.2 參數(shù)確定

本模型模擬時間段為2012—2022年，通過查閱文獻[17-18]，得到2012年狀態(tài)變量初始值及相關(guān)常量相關(guān)數(shù)據(jù)。運用SPSS軟件、Excel和計量經(jīng)濟學(xué)，結(jié)合西安市歷年數(shù)據(jù)得出輔助變量(表2)，解釋說明了模型中主要幾個變量等式。

表2 2012年相關(guān)初始數(shù)據(jù)

1)3大產(chǎn)業(yè)值與總貨運量(q)的方程如式(1)：

lnq=a0+a1lnt1+a2lnt2+a3lnt3

(1)

式中：t1、t2、t3分別為第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)值；a0為常數(shù)項；a1、a2、a3分別為第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)貨運系數(shù)。

2)陸港吞吐量(Z)的方程如式(2)：

Z=c0+c1lnk1+c2lnk2

(2)

式中：c0為常數(shù)項；c1、c2分別為吞吐量系數(shù)和吞吐能力對吞吐量的影響系數(shù)；k1、k2分別為陸港貨運量和陸港吞吐能力。

運用Excel對式(1)、(2)進行多元線性回歸，即可算出相應(yīng)系數(shù)值。

3)運用SPSS對西安市2010—2017年凈遷入人口和人口密度數(shù)據(jù)進行回歸分析得出凈遷入人口(y)與人口密度(x1)方程如式(3)：

y=-0.198x1+2.765e-16

(3)

4)GDP自身增長系數(shù)(M)的方程如式(4)：

(4)

式中：G(K)為第K年GDP值；G(K+1)為第K+1年GDP值。

取2010—2017年西安市GDP數(shù)據(jù)，可得出西安市GDP自身增長系數(shù)表為：{[(2010,0)-(2016,1)],(2010,0.193 3),(2011,0.135 6),(2012,0.120 7),(2013,0.115 3),(2014,0.056 2),(2015,0.083 0),(2016,0.189 3)}，可算出GDP自身增長系數(shù)平均值為0.127 6，經(jīng)過調(diào)整后得到最終GDP增長系數(shù)表為：{[(2013,0)-(2015,1)],(2013,0.115 3),(2014,0.056 2),(2015,0.083 0)}。同理，其他增長系數(shù)表的結(jié)果也可得到。

5)貨運量對吞吐能力影響是貨運量變化度對吞吐能力增長系數(shù)的影響，其系數(shù)可用Excel線性回歸得出。

3.3 模型檢驗

對模型中主要幾個狀態(tài)變量進行歷史檢驗，得到2012—2016年近5年模擬值與實際值如表3。

表3 主要變量歷史檢驗

由表3可知：2012—2016年，西安市總?cè)丝谀M值與實際值平均誤差為0.36%，社會消費品零售總額平均誤差為2.68%，西安市GDP總量和西安港吞吐量的平均誤差分別2.9%和1.72%。在2016年數(shù)據(jù)中，西安市社會消費品零售總額和西安市GDP總額模擬值與實際值誤差較大，分別達到了6.6%和8.6%；2017年西安市GDP總額模擬值為7 594.5億元，與實際值7 471.89億元的誤差減小到1.64%；社會消費品零售總額模擬值為4583.29億元，與實際值誤差為5%；由此說明所建模型與真實系統(tǒng)擬合度較好，能準(zhǔn)確預(yù)測短期真實系統(tǒng)發(fā)展情況。

3.4 政策模擬分析

3.4.1 城市經(jīng)濟對陸港影響分析

1)對陸港投資占比的政策模擬分析

城市經(jīng)濟通過固定資產(chǎn)投資影響陸港供給。在其他變量不變情況下，改變陸港投資占比后西安陸港吞吐量變化如圖4。其中占比1、2、3分別為0.034 8、0.174 0、0.870 0。

圖4 投資占比政策模擬

① 西安陸港吞吐量與投資占比呈正相關(guān)，但增加幅度不大，2012—2022年，相同投資占比增幅帶來西安陸港吞吐量平均年增長率分別為1.26%和6.14%，最大增長率分別為2022年的2.49%和11.95%；② 西安陸港吞吐量對投資占比敏感性較低，單純大量增加基礎(chǔ)設(shè)施投資并不能有效促進西安陸港吞吐量增加。2016年，西安陸港每億元固定資產(chǎn)投資帶來0.11萬TEU吞吐量，說明固定資產(chǎn)投資將直接影響西安陸港吞吐能力，能增加其供給能力，減少港務(wù)區(qū)負荷；而西安陸港吞吐量普遍偏小，說明西安陸港吞吐能力沒有得到充分利用，應(yīng)該大力提高西安陸港吞吐效率。

2)對陸港貨運量占比政策模擬分析

城市經(jīng)濟通過外貿(mào)量影響陸港吞吐量需求。2010年，港務(wù)區(qū)貨運量為12 495 t，西安市總貨運量為34 323×104t，占比為0.004%；2015年，西安鐵路集裝箱中心站運輸各類貨物合計247.66×104t，總貨運量為46 270×104t，占比達到0.54%，相比2010年增長約146倍。其他變量不變，改變貨運量占比西安陸港吞吐量變化如圖5。其中占比1為0.005 4，占比2為0.010 8，初始占比為0.004%。

圖5 貨運量占比政策模擬

① 西安陸港吞吐量與貨運量呈正相關(guān)，港務(wù)區(qū)貨運量對西安陸港吞吐量影響比較顯著，當(dāng)貨運量占比增加1倍時，吞吐量年平均增長率達到9.49%，2012年增長率最大為10.43%；② 貨運量占比增加1倍時，西安陸港吞吐量增長率呈現(xiàn)下降趨勢，平均年下降率為-4.1%。西安陸港吞吐量規(guī)模偏小，港務(wù)區(qū)貨運量占全市總貨運量偏小，吞吐能力未得到充分開發(fā)，西安陸港應(yīng)該大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)業(yè)聚集度，增加城市外貿(mào)量，提高港務(wù)區(qū)貨運量。

3)對GDP增長系數(shù)表的政策模擬分析

2010—2017年西安市城市生產(chǎn)總值呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢。其他變量不變，GDP增長系數(shù)政策模擬分析如圖6。① 西安陸港吞吐量與西安市GDP總值呈正相關(guān)，GDP增長系數(shù)增長10%時，西安陸港吞吐量2012—2022年年平均增長率為8.59%，但增長率隨時間呈現(xiàn)下降趨勢；② 西安陸港吞吐量對西安市GDP敏感性良好，2012年西安市每億元生產(chǎn)總值促進西安陸港17.75 TEU吞吐量。

圖6 GDP增長系數(shù)政策模擬分析

3.4.2 陸港對城市經(jīng)濟影響分析

1)陸港對經(jīng)濟子系統(tǒng)影響

在西安陸港折舊額未知及忽略環(huán)境與資源子系統(tǒng)條件下，本模型只考慮西安陸港對經(jīng)濟子系統(tǒng)的間接經(jīng)濟貢獻，陸港創(chuàng)造3大產(chǎn)業(yè)值及間接GDP值如圖7。2016年7月5日，港務(wù)區(qū)托管的灞橋兩個街道才有了第一產(chǎn)業(yè)，該年港務(wù)區(qū)第一、二、三產(chǎn)業(yè)值分別為6.96、15.24、31.06億元。① 2016年，西安陸港間接GDP貢獻值為53.26億元，間接經(jīng)濟貢獻率為0.81%，西安陸港吞吐量為13萬TEU，即每萬TEU吞吐量創(chuàng)造間接GDP值4.1億元，2020年每萬TEU吞吐量將創(chuàng)造間接GDP值6.71億元，相比2016年增長63.66%；② 2016—2022年，貢獻率隨時間呈類似對數(shù)曲線增長，向1.23%逐漸靠近并趨于平緩，西安陸港間接GDP值年平均增長率為20%，其中2016年達到峰值為31.93%，隨時間降低，到2021年降到12.71%。2012—2022年，西安陸港創(chuàng)造年平均間接GDP109.6億元。

圖7 陸港創(chuàng)造間接三大產(chǎn)業(yè)值和間接GDP值

2)陸港對人口子系統(tǒng)影響

西安陸港拉動直接就業(yè)人口和總就業(yè)人數(shù)如圖8。2016年西安陸港吞吐量為13萬TEU，第一、二、三產(chǎn)業(yè)拉動就業(yè)人數(shù)分別為1.5×104、3 099、8 157人，西安陸港拉動總就業(yè)人口為2.63×104人，全市總就業(yè)人口為539.18×104人，就業(yè)人口貢獻率為0.49%，每萬TEU吞吐量創(chuàng)造2 023人就業(yè)；2020年每萬TEU將創(chuàng)造4 836人就業(yè)，創(chuàng)造總就業(yè)人數(shù)達到9.14×104人。2012—2022年西安陸港拉動年平均就業(yè)人口8.40×104人。

圖8 陸港拉動總就業(yè)人口

4 結(jié) 論

筆者從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度研究了陸港與城市經(jīng)濟之間的相互影響。通過分析陸港對城市經(jīng)濟主要貢獻及城市經(jīng)濟影響陸港主要途徑，構(gòu)建了陸港與城市經(jīng)濟相互影響的系統(tǒng)模型，并以西安國際港務(wù)區(qū)為例對模型進行檢驗及仿真分析。得出如下結(jié)論：

1)西安陸港吞吐量與城市經(jīng)濟呈正相關(guān)。城市經(jīng)濟通過固定資產(chǎn)投資影響陸港供給，西安陸港固定資產(chǎn)投資額對吞吐量的影響并不十分顯著，應(yīng)該大力提高西安陸港的吞吐效率，充分開發(fā)西安陸港的吞吐能力潛能；

2)城市經(jīng)濟通過外貿(mào)量影響陸港吞吐量需求，港務(wù)區(qū)貨運量對吞吐量影響顯著，但港務(wù)區(qū)貨運量占比較低，應(yīng)充分發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)提高產(chǎn)業(yè)聚集度，增加城市外貿(mào)量，提高港務(wù)區(qū)貨運量；

3)西安陸港帶來產(chǎn)業(yè)增加值與吞吐量呈正相關(guān)，吞吐量增加對西安市GDP增長起著明顯帶動效益；西安陸港拉動總就業(yè)人口數(shù)量與吞吐量呈正相關(guān)，吞吐量越大，單位吞吐量所創(chuàng)造總就業(yè)人口數(shù)量越多，西安港就業(yè)貢獻率越大。

由于陸港及城市經(jīng)濟影響因素較多，筆者僅選取了與陸港及城市經(jīng)濟相關(guān)的部分指標(biāo)，下一步應(yīng)綜合考慮多個方面因素，全面、系統(tǒng)地刻畫陸港與城市經(jīng)濟之間的相互關(guān)系，并結(jié)合多個陸港與其城市經(jīng)濟關(guān)系視角進行研究。