中歐國際鐵路貨運需求預測及系統動力學仿真研究

路廣宇，湯銀英，2，3，陳 思，2，3

（1.西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 611756；2.綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室，成都 611756；3.綜合交通大數據應用技術國家工程實驗室，成都 611756）

0 引言

中歐國際鐵路貨運在“一帶一路”推動下快速發展，除運輸政策外，影響該系統發展的其他內外部因素較多。從各要素間因果關系出發，研究更具解釋能力的系統模型，可為預測中歐國際鐵路貨運市場的發展趨勢及增長空間提供依據，對關鍵影響因素的快速識別也為其調整運營策略、優化運價補貼政策等提供支撐。

一般擬合外推預測法以大量歷史數據為前提，不適應中歐國際鐵路貨運發展時間較短、內外部影響因素較多的現狀，而系統動力學模型可在微觀層面建立變量反饋關系，模擬系統發展演化機理，具備較好解釋能力。如楊靜瑩等[1]構建內陸港與沿海港口耦合反饋系統動力學模型，仿真研究基本運價、口岸投資力度等因素對蓉歐快鐵運量的走勢影響；吳瓊等[2]分析新冠疫情與郵輪產業收入的因果關系，仿真研究郵輪補貼、隔離措施等對恢復郵輪經濟的不同效果；Wang 等[3]分析鐵路快運系統的供需關系，研究國民經濟增長率、鐵路固定資產投資水平等控制變量對縮短鐵路快運市場供需差距的貢獻度；沈靜瑤等[4]仿真分析人口、消費、空鐵競爭等對航空客運需求的影響，模型驗證結果顯示其對派生性運輸需求具有普適性和長效性；Thaller 等[5]以城市貨運系統為研究對象，定量描述系統中物流服務提供商、零售商、托運人等對城市貨運規模的決定作用，研究城市貨運需求產生的決策過程和參與者行為。

既有研究大多通過數據挖掘以提高運量預測的精確性，如湯銀英等[6]根據鐵路月度客運量數據的長期內在線性增長規律，挖掘季節性增長特征，支撐精確預測；Guo 等[7]和馮芬玲等[8]通過優化人工智能算法以提高預測精度，前者關注廣義回歸神經網絡的最優spread參數取值，后者篩選膠囊神經網絡隱含層數量。但從內外部因素的因果關系角度解釋運量走勢波動的研究較少。此外，以中歐班列為主題的研究主要集中在運輸組織方面，如集疏運[9-10]和軸輻式運輸網絡[11-12]，對國際鐵路貨運需求的關注不多。

綜上，在中歐國際鐵路貨運數據尚不豐富，影響該系統發展的要素較多等背景下，系統動力學對于預測和解釋中歐國際鐵路貨運需求的波動具有更好的適用性。本文借鑒傳統預測方法篩選主要影響因素的經驗，以及系統動力學利用因果反饋關系解釋非線性復雜系統的優勢，建立中歐國際鐵路貨運系統動力學模型，通過仿真模擬給出初步預測結果，并通過擾動變量取值來研究貨運系統走勢波動，分析不同變量的影響度大小，提出保障中歐國際鐵路貨運需求走勢增長的建議。

1 中歐國際鐵路運輸需求影響因素篩選

1.1 確定主要指標備選集

中歐間的整體運輸需求是伴隨著中歐貿易產生的，但同時受到基礎設施、運輸通道等硬性條件的限制和影響。對于中歐間的國際鐵路運輸而言，除外部宏觀經濟影響外，其自身的鐵路系統能力供給、政府運輸政策、其他運輸方式競爭等幾大方面均可對中歐國際鐵路運輸需求產生較大影響。

1.1.1 中歐宏觀經貿指標

宏觀經濟決定經濟體對外貿易程度，經濟狀況良好的國家或地區具有較強的對外輻射和吸引能力，從而產生頻繁的對外投資與經貿活動，促生國際運輸需求的演化。

目前，中歐班列是促使中歐國際鐵路貨運需求產生的重要途徑。本文認為應根據中歐班列所聯通的歐洲國家，選取能夠影響中歐國際鐵路貨運需求走勢的主要代表，研究這些歐洲國家的宏觀經貿與中歐國際鐵路貨運需求的關聯。

基于以上假設，并根據參考文獻[13]中對鐵路貨運與經濟發展交互關系進行分析。在中歐宏觀經濟層面對運輸需求影響因素進行篩選，主要考慮國民經濟總量、經濟與產業結構、工農業產業增加值、對外直接投資流量、居民消費水平等。而在中歐宏觀貿易層面，主要考慮貿易進出口總額以及分品類國際貿易額兩大指標。

本文確定如下中歐宏觀經貿指標備選集，具體指標名稱見表1。

表1 中歐宏觀經貿指標備選集

1.1.2 人口與就業指標

現代經濟學家普遍認為一個經濟體的就業情況與其經濟增長存在正相關關系，此外分產業統計的就業結構也能反應出三次產業的發展情況，并且與國民可支配收入及消費水平存在隱性相關關系。所選指標見表2。

表2 人口與就業指標備選集

1.1.3 運輸業指標

首先，中歐國際鐵路運輸需求的滿足離不開有效的物流供給能力，鐵路系統自身的供給能力受到基礎設施建設程度、機車車輛保有量等條件約束，鐵路既有設施設備數量直接反應運輸供給能力水平，同時運輸投資額決定運輸方式未來的能力增長潛力。

其次，站在鐵路運輸需求的角度，由于市場份額短期內具有穩定規模，而公鐵空水四大類運輸方式屬于替代關系服務產品。因此，主要運輸方式間的需求和供給會呈現此消彼長的競爭關系，一種運輸方式的技術進步與能力提升會影響其他運輸方式的市場分擔率，所選指標見表3。

表3 運輸業指標備選集

1.2 灰熵法計算各指標關聯強度

由于以上指標對中歐國際鐵路運輸需求的影響程度不一，為充分利用影響力較大的因素預測運輸需求，需要進一步對上述因素與中歐國際鐵路運輸需求的關聯程度進行定量衡量。為此，本文選用灰熵法進行指標影響因素分析。

灰熵法是一種對多因素統計數據進行分析的方法，通過數據變換及處理提煉影響目標變量取值的主要因素，即篩選出影響系統的主要因素及主要特征和各因素對系統影響的差別。

由于灰熵法的使用較為成熟，因此本文參考文獻[14]進行數值計算，不贅述具體公式。首先以《中國統計年鑒》、《中國鐵道年鑒》、《中國口岸年鑒》、聯合國統計署及歐盟統計局為數據查詢依據，對上述備選集中的指標在2011 至2019 年的統計數據值進行搜集，生成系統變量數據矩陣；其次進行無量綱化等處理，編程計算灰色關聯系數及灰熵關聯度，得到各指標關聯度數據矩陣，流程見圖1。

圖1 灰熵法應用基本流程

使用灰熵法對1.1 節中的因素進行關聯度計算，結果如圖2 所示。雖然個別指標在關聯度相對取值上具有差異，但整體上絕對取值均比較接近1，表明所選指標與中歐國際鐵路貨運需求的關聯較強。本節使用灰熵法確定出與中歐國際鐵路貨運需求相關性較強的指標，為后續構建中歐國際鐵路貨運系統動力學模型提供充足的因果變量。

圖2 所有備選集指標與中歐國際鐵路貨運需求量（N1）關聯情況

2 中歐國際鐵路貨運需求系統動力學模型

2.1 確定中歐國際鐵路貨運系統基本因果關系

中歐國際鐵路貨運系統主要具備運輸需求和運輸供給兩個關鍵子系統，并都與經濟和貿易子系統相交互。其中需求子系統不僅受外部經濟條件的主動影響，而且還有其他運輸方式帶來的競爭壓力，而供給子系統主要體現為鐵路系統自身的建設及能力供給情況。圍繞著這兩個核心子系統，系統發展具備國內生產總值、工農業增加值、運輸業營收、交通投資等內部影響因素。同時，考慮某些主觀因素對貨運系統發展的刺激作用，將運輸政策、經濟補貼等作為外部影響因素。本文認為經濟和貿易子系統為中歐國際貨運子系統營造協同運作環境，經濟子系統主要通過影響對各運輸方式的投資來決定貨運供給能力以及貨運營收，貿易子系統則是貨運需求的主要誘因，直接影響貨運需求能力，經濟和貿易子系統分別對中歐國際貨運的供給側和需求側產生直接影響，三個系統形成了以貨運系統為核心的主因果關聯關系，如圖3所示。

圖3 經濟-貿易-中歐國際貨運因果關聯關系架構

2.2 分析中歐國際鐵路貨運系統因果反饋環

基于系統中上述基本結構關系，使用因果回路圖直觀反應各系統內變量的因果反饋關系。圖中包含多個系統變量，變量間使用帶標號的箭頭連接以表征反饋的正逆向性。

（1）國民經濟與貨運供給能力、貨運量的關系

國民經濟總量（+）?交通運輸投資（+）?交通固定資產投資（+）?交通運輸能力（+）?貨物運輸供給能力（+）?貨物運輸量（+）?貨運營收（+）?交通運輸業生產總值（+）?第三產業產值（+）?國民經濟總量（+）

國民經濟、貨運供給及貨運量反饋圖如圖4所示。

圖4 國民經濟、貨運供給、貨運量反饋圖

此反饋環為正環，表明國民經濟存量以資產投資的形式促進交通運輸體系發展，提高固定設施及移動設備服務條件，在整體上提高交通運輸供給水平，從而服務更多的貨運需求，增加貨運量和營收，提高交通運輸業生產總值，最終鞏固國民經濟發展。

（2）國民經濟、中歐貿易和中歐貨運需求的關系（見圖5）

圖5 國民經濟、中歐貿易及中歐貨運需求反饋圖

國民經濟總量（+）?對外投資流量（+）?中歐進出口貿易額（+）?中歐貨運需求（+）?中歐國際貨運供給缺口（+）?經濟阻礙量（+）?國民經濟總量-

圖5所示反饋環為負環，表明一個經濟實體在保持良好國民經濟發展條件下，以對外直接投資的形式促生更多經貿往來，從而在運輸需求側對國際貨運能力提出新的要求，在一定程度上加大了國際貨運能力短缺壓力，這種短缺將產生經濟增長阻礙量。

（3）不同運輸方式間中歐貨運供需制約關系（見圖6）

圖6 不同運輸方式間中歐貨運供需制約反饋圖

中歐公海空貨運需求（+）?中歐公海空貨運供給短缺缺口（+）?貨源向鐵路轉移量（+）?中歐鐵路貨運需求（+）?中歐鐵路貨運供給短缺缺口（+）?貨源向公海空轉移量（+）?中歐公海空貨運需求（+）

中歐公海空貨運供給能力（+）?中歐公海空貨運供給短缺缺口（-）?公海空貨源吸引量（+）?中歐鐵路貨運需求（-）?中歐鐵路貨運供給短缺缺口（-）?鐵路貨源吸引量（+）?中歐公海空運輸需求（-）?中歐公海空貨運供給短缺缺口（-）?中歐公海空貨運供給能力（+）

圖6中反饋環表明綜合運輸系統具有整體性，反映了鐵路運輸與其他運輸方式在供需發展方面存在相互制約的震蕩演化關系。

（4）運輸投資、中歐貿易與中歐貨運供需的關系（見圖7）

交通運輸投資（+）?貨運供給能力（+）?貨運供給短缺缺口（-）?貨運短缺對國民經濟增長抑制性（-）?國民經濟總量（+）?中歐進出口貿易額（+）?中歐貨運需求（+）?中歐貨運量（+）?外貿進出口總額（+）?國民經濟總量（+）?鐵路運輸投資（+）

圖7 中的反饋環通過對交通行業增加運輸投資以提高其基礎設施的負載能力，為承載更多的運輸服務需求提供保障，并且在運輸市場貨運供給短缺得到抑制的情況下，交通運輸對國民經濟發展具備正向推動作用，從而帶動對外貿易額增長，激發更多的外貿貨物運輸需求。該反饋環在整體結構上將經濟與貨運供給關系和貿易與貨運需求關系進行串聯，搭建該貨運系統發展的總邏輯框架。

圖7 運輸投資、中歐貿易、中歐貨運供需反饋圖

2.3 構建中歐國際鐵路貨運系統動力學模型

前面描述了系統反饋基本面，下面基于此引入相關指標變量，構建更詳細的系統動力學流圖，具體如下所示。

（1）國民經濟與貨運系統供給關系流圖（見圖8）

圖8 國民經濟與貨運供給系統流圖

（2）中歐國際貿易與中歐貨運需求關系流圖（見圖9）

圖9 中歐國際貿易與中歐貨運需求系統流圖

（3）中歐貨運系統內部發展制約關系流圖（見圖10）

圖10 中歐貨運系統內部制約關系流圖

（4）中歐國際貿易、經濟投資與中歐貨運系統供需關系流圖（見圖11）

圖11 中歐貿易、投資與中歐貨運供需系統流圖

其中的狀態變量為中國GDP、全社會固定資產投資以及中歐鐵路國際貨運需求噸位；狀態變量對應的速率變量包括國民經濟總額自增長量、運輸短缺對經濟增長阻礙量、固定資產年增加值、中歐鐵路國際貨運增加量與阻礙量；中歐進出口貿易額、公鐵空海國際運輸運量、各國工農業增加值、中國對外直接投資流量等為模型中的輔助變量。上述各流圖中變量間的系統動力學構造方程如附錄所列，其中L 為狀態方程，R 為速率方程，A為輔助方程，T為表函數。

2.4 系統參數確定

根據目前中歐間經濟發展和政治局勢相對穩定的假設，在進行仿真研究前，需首先分析和確定前文所建系統動力學模型及其構造方程中的相關參數取值。本文的仿真時間范圍為2011—2025年，時間步長為1 年，模型中自變量初始值根據中國統計年鑒、聯合國統計署等官方數據確定。其中，為解決匯率問題，統一將經濟變量按當年平均匯率換算為美元單位，而其他列表型變量各年數據采用統計原值。

在經濟方面，2011 年以來全球經濟運行平穩，我國經濟在改革中處于穩定增長期。基于該假設對歷史數據進行統計回歸分析，發現國民經濟自增長量與國內生產總值、交通運輸業產值以及外貿進出口額間具備近似線性相關性，確定其統計計量關系式。仿真過程中國民經濟自增長系數取值0.028，外貿對國民經濟影響系數取值0.073，交通運輸業經濟貢獻系數取值0.063。本文借鑒參考文獻[15]的研究內容，對運輸短缺制約經濟發展的行為進行量化，確定運輸運力短缺對經濟影響因子取值0.007。

在運輸業方面，通過查閱《中國統計年鑒》以及分運輸方式的統計公報，確定我國每年對各運輸方式的投資占全社會固定資產投資的比例，仿真過程中以表函數的形式參與運算。根據各項投資相對穩定的假設，預計2020—2025 年該類指標取值可按歷史均值確定。為確定模型中各運輸方式的貨運投資效果系數，本文參考文獻[1]中對口岸投資力度與口岸吞吐量增長關系的研究，結合計量經濟學方法確定公鐵海空四種方式對應取值依次為0.000 41、0.000 29、0.002 0、0.000 83。模型中貨運投資效果系數用于表征單位投資額可產生的貨運能力噸位，由于實際中固資投資額與貨運能力噸位的統計值數量級不同，故該系數在確定二者關系式時的取值較小。本文將模型中的貨運需求生成系數定義為單位進出口貿易額產生的貨運需求量，確定中歐國際貨運需求生成系數如下[16]：

式中：A表示單位中歐進出口貿易額消耗的運輸服務量，使用不同運輸方式的市場份額占比量化，可以理解為每產生一個單位的進出口貿易額需要直接消耗多少數量的某種運輸服務；I為單位矩陣；B為某運輸方式貨運需求生成能力即貨運需求生成系數。

本文假設中歐國際貿易穩定增長，由經濟因素誘發的運輸市場需求總量走勢基本穩定，即不存在對某種運輸方式的需求突變。中歐國際鐵路面臨的需求增長阻礙壓力主要由運輸市場中其他可替代運輸方式的市場競爭造成，即中歐國際海公空運輸相對于鐵路運輸的競爭。由此，本文設置中歐國際鐵路貨運阻礙系數表征該問題。根據廣義費用函數[17]構建思路，以及引力模型在客流需求預測中的應用，設計中歐國際鐵路貨運阻礙系數如下：

取值越大表征其他運輸方式相對鐵路運輸方式的優勢越大，據此將該式變形為中歐國際鐵路貨運阻礙系數。

此外，基于進出口貿易決定運輸需求基本盤的假設，本文認為中歐國際鐵路貨運需求增加量λ與運輸政策ε間存在指數關系[18]，可表述如下：

3 模型檢驗及仿真結果分析

3.1 仿真過程

本文基于所構建的中歐國際鐵路貨運系統動力學流圖，使用Vensim?PLE 8.2.0 進行仿真。根據Vensim?提供的User Guide 可知，系統動力學模型的仿真過程是一個create-examine-recreate-iterate-…-meet the requirement 不斷反復的過程。因此在仿真過程中需首先基于統計回歸所得的變量間關系式，對初始模型進行仿真檢驗，通過觀測系統動力學模型中的水平變量在利用其初始值以及變量間關系式進行迭代的過程，對部分參數進行必要調整，以使模型在整體上展現出對現實情況較好的模擬效果。在建模過程中需反復調整參數及結構，直到滿足模型檢驗要求。

3.2 模型檢驗

系統動力學模型是一種行為決策理論模型，因此應根據其要求檢驗模型結構與模擬行為的適合性。前者主要為歷史有效性檢驗，后者涉及模型參數靈敏度檢驗問題。

本文以狀態變量中國GDP 為檢驗指標，通過比較2011—2019 年取值情況，得知該檢驗指標的模擬誤差在5%以內。以中歐國際鐵路運輸需求為輔助檢驗指標，發現模擬走勢與實際統計情況一致且誤差在8%以下，因此該模型滿足歷史有效性檢驗要求，可用于該運輸系統模擬仿真，如圖12所示。

圖12 中國GDP實際取值與仿真情況對比

其次，通過擾動參數取值，可分析模型行為對參數值變化的靈敏度，檢驗模型行為是否因參數微小變動而崩潰。本文調整“外貿對國民經濟影響系數”以及“運輸運力短缺對經濟影響因子”取值情況，其結果如圖13 所示。在對系數進行擾動后，發現中國GDP的變化浮動極小，表明所建模型符合對參數靈敏度的檢驗要求。

圖13 利用中國GDP進行靈敏度檢驗

綜上，本文所構建的中歐國際鐵路貨運系統動力學模型具備對實際情況的仿真模擬能力，并且具備相當的結構穩定性，可進一步進行系統行為分析。

3.3 模型仿真結果分析

根據仿真過程中主要變量的數據變化繪制以下圖表（圖14 和表4），分析可知：中歐國際鐵路貨運需求在2011—2016 年期間與中歐貿易等宏觀經濟條件的走勢波動較吻合。其中2014—2016年需求水平較低，可能與該時段內我國國民經濟增長乏力，中歐間進出口貿易額下滑等較多不利經濟環境相關，致使鐵路貨運在國內和國際運輸兩個層面均出現明顯下降。

圖14 基本模擬情況下因變量取值走勢圖

表4 中歐國際鐵路貨運需求預測情況

2017 年后，中歐國際鐵路貨運需求的增長速度明顯高于中歐貿易等經濟要素，表明中歐國際鐵路貨運需求在此期間的增長受到其他刺激：一方面，“一帶一路”實質性發展成果不斷增多，中歐班列統一品牌正式啟用等為貨運需求增長創造了較好的外部條件；另一方面，與中歐國際鐵路聯運自身競爭力提升也有很大關系，尤其是疫情期間，國際海運價格暴漲，提高了中歐班列相對市場競爭力，吸引了較多海運轉移貨源。

通過對比系統動力學模型對中歐國際鐵路貨運需求的仿真模擬結果與實際統計取值，發現仿真模擬的誤差較小。至2025 年，系統動力學模型預測中歐貿易進出口額將演化至11 300 億美元左右，中歐國際鐵路貨運需求將由2011年的3 800多萬噸增至7 000余萬噸。

根據參考文獻[8]知，本文在確定上述中歐國際鐵路貨運需求實際情況數據時，用中歐貿易通過鐵路國境站的進出口貨運量表征該需求，將《中國口岸年鑒》中阿拉山口等鐵路口岸的統計數據作為確定中歐國際鐵路貨運需求的數據源。對比分析圖14中三條曲線的走勢，可做出如下判斷：中歐國際鐵路貨運需求相較于宏觀經濟具備更快的增長速度，表明除市場經濟規律外，該類需求還受到其他外界因素影響。其中可能包括：（1）政策扶持對中歐國際鐵路貨運需求的促進作用不可忽視；（2）在中歐進出口貿易發展平穩的環境下，中歐貨運市場整體浮動小，公水空運輸方式與鐵路間的競爭是重要影響因素；（3）隨著中歐貿易不斷擴大，中歐國際鐵路貨運需求可能超出貨運供給能力，貨運供給短缺變化限制運輸需求增長速度。

基于上述模型，本文為進一步研究系統自變量對該貨運系統運輸需求走勢的影響，擬對變量取值進行擾動，重復仿真分析，研究不同變量取值下中歐國際鐵路貨運需求未來波動情況。

為此本文選取以下調整變量：①其他運輸方式對中歐鐵路貨運阻礙系數；②運輸政策對中歐鐵路運輸需求刺激度系數；③中歐國際鐵路貨運供給能力；④我國鐵路運輸投資比例系數。觀測中歐國際鐵路貨運需求由上述變量取值不同所產生的波動幅度，其中：變量①②為系數變量；變量③用于表征既有鐵路口岸服務中歐跨境鐵路運輸的過貨能力，單位為萬噸。本文通過統計阿拉山口等鐵路國境口岸運輸數據，結合口岸調研資料，綜合確定中歐國際鐵路貨運供給能力的統計描述值；變量④表征我國在投資發展國內各運輸方式時，對鐵路的投資占比情況。

為研究上述變量的取值變化對中歐國際鐵路貨運需求的不同影響程度，本文在此將變量①的取值由基本模擬中0.08梯度變化為0.07至0.09；將變量②由基本模擬中2019—2025 年分別取0.09、0.07、0.07、0.07、0.06、0.06、0.06 依次變成該時間內均取0.06、0.07、0.09 和0；變量③取值由基本模擬中2019—2022 年取5 200 萬噸、2023—2025 年取5 600 萬噸的情況依次變為相同時間內均取4 000萬噸、5 500 萬噸、6 000 萬噸和7 000 萬噸的情況；變量④由基本模擬中2019—2025 年統一取0.013調整為該時間內依次分別取值0.01、0.02、0.03 和0.04。修改上述4 個變量取值并重復模擬的仿真結果如表5 至表8 所示，表格中的“變動幅度”表征仿真更新后所得中歐國際鐵路貨運需求相對于基本模擬結果的變化大小情況，具體取值根據2020—2025 年貨運需求預測值的浮動百分比取均值加以確定。

表5 變量①取值變化對中歐國際鐵路貨運需求影響

表6 變量②取值變化對中歐國際鐵路貨運需求影響

表7 變量③取值變化對中歐國際鐵路貨運需求影響

表8 變量④取值變化對中歐國際鐵路貨運需求影響

通過分析上述表格中所得仿真結果，可作出如下判斷：

（1）變量①代表的其他運輸方式競爭對中歐國際鐵路貨運需求影響很大。其取值的微弱變動將快速影響中歐國際鐵路貨運需求量，并且過大的阻礙系數0.09 直接導致中歐國際鐵路貨運需求在2025 年銳減至0。在0.085 的取值情況下，未來中歐國際鐵路貨運需求增長乏力。

（2）國鐵集團對優先保障中歐班列跨境運輸等優惠政策有效提高中歐國際鐵路貨運需求水平。相較于調整變量①“其他運輸方式競爭”而言，中歐國際鐵路貨運需求對變量②代表的運輸政策刺激度參數不太敏感，表明運輸政策的刺激對中歐國際鐵路貨運需求的增長影響浮動有限。但同時注意到，若在一段時間內將運輸政策的影響持續剔除，則中歐國際鐵路貨運需求在未來將呈現增長乏力且削弱的態勢，表明現階段運輸政策具備持續存在的必要性。

（3）觀測表7中對變量③取值更新后的仿真結果，發現中歐國際鐵路貨運供給短缺對貨運需求的影響很小。這表明現階段中歐間的經濟貿易以及運輸政策是中歐國際鐵路貨運需求產生的主要誘因，中歐國際鐵路貨運供給短缺的不足尚未完全體現到對貨運需求的影響中。

（4）圖15 顯示了變量④取值變化對中歐國際鐵路貨運供給短缺的影響情況。圖中編號1至4的模擬結果分別對應表8 中變量④的4 次取值仿真。

圖15 中歐國際鐵路貨運運力供給短缺情況

分析可知：在全社會固定資產投資總額相對固定的假設下，提高我國鐵路運輸方式的投資比例有效緩解了中歐國際鐵路貨運能力供給的短缺問題，但整體上該問題沒有得到消除，能力短缺在仿真研究的時間范圍內始終存在；圖中出現的短時消失與該階段我國經濟放緩和國內鐵路運量下降有關，其后中歐國際鐵路貨運能力供給短缺問題因中歐班列的快速發展逐漸凸顯；在既有鐵路口岸場站作業設施設備不變的假設中，政策刺激下高速發展的中歐國際鐵路貨運需求與口岸作業能力的矛盾越發突出，面臨著充分擴能改造的現實需求。

根據中歐班列主要過境口岸相關報告，既有鐵路國境站因貨運進出口量與口岸過貨作業能力不匹配出現不同程度擁堵。本文將這種貨運供需差距理解為限制中歐國際鐵路貨運發展的運力供給短缺主要成因，通過計算中歐國際鐵路貨運需求量與前文所述的中歐國際鐵路貨運供給能力差值，確定出此處的運力供給短缺取值情況。

表8中變量④取值變化后的仿真結果表明：增加我國鐵路運輸投資比例將帶動中歐國際鐵路貨運需求增長。但同時觀察表9發現，在全社會固定資產投資總額相對平穩的前提下，過度偏向鐵路進行投資削弱了公路、海運的發展勢頭。這將導致中歐公路和海運運輸需求下降，我國外貿進出口總額降低，也對我國外貿貨物運輸需求的總量增長產生不利影響。長遠看將限制我國經濟的雙循環發展，根據經濟與運輸的反饋邏輯關系，還可能因損害宏觀經濟條件而威脅運輸市場發展。

表9 變量④取值變化對其他運輸方式貨運需求影響

4 結束語

本文利用系統動力學模型預測了中歐國際鐵路貨運需求水平，分析了該貨運系統內變量間邏輯關系及反饋回路，基于構建的預測模型研究了變量取值變化對貨運需求的不同影響。仿真研究發現：

（1）中歐國際鐵路貨運需求在2023 年突破7000萬噸后保持數量穩定。

（2）中歐國際貿易是產生貨運需求的主因，中歐國際鐵路貨運波動對“其他運輸方式競爭”這一要素表現得很敏感，在缺乏運輸政策支持的情況下，中歐國際鐵路貨運需求下降也很明顯。

（3）口岸通過能力偏低產生的運力短缺對貨運系統的影響具備一定的延遲性。

（4）過重的偏向鐵路運輸方式投資可能導致綜合運輸體系發展失衡，影響中歐整體進出口貿易與總貨運需求的增長。

研究不同變量對中歐國際鐵路貨運需求波動的差異性，能快速識別關鍵影響因素，為促進中歐班列快速發展指出工作重點，也為調整運營策略、強化基礎設施建設、優化運價補貼等提供支撐。根據上述仿真結果，本文認為，為保持中歐國際鐵路貨運中高速發展，首要任務為鞏固中歐班列相對于海運的綜合競爭力，需要從發展綜合運輸體系角度協調鐵路與海運在國際運輸市場中的占比；當前一些價格優惠等扶持政策可能不宜立即撤銷；在目前口岸擁堵問題較明顯的情況下，除應盡快提升口岸通過能力外，境外通道的運輸能力瓶頸也需解決。本文構建模型時考慮的因素均較宏觀，后續研究可引入直接影響貨運需求的其他變量，如中歐班列運價、運輸時效、境外運輸通道能力等。

附錄：系統動力學構造方程

（1）L 中國GDP=INTEG（+國民經濟總額自增長量-運輸短缺對經濟增長阻礙量，中國GDP 初始值）；（單位：萬美元）

（2）R 國民經濟自增長量=交通運輸產業總產值*交通運輸產業經濟貢獻系數+中國GDP*國民經濟自增長系數+外貿進出口總額*外貿對國民經濟影響系數+修正量；（單位：萬美元/年）

（3）R 運輸短缺對經濟增長阻礙量=（中歐公水空運力短缺+中歐鐵路運力供給短缺）*運輸運力短缺對經濟影響因子；（單位：萬美元/年）

（4）L 全社會固定資產投資=INTEG（+固定資產年增加值）；（單位：萬美元）

（5）R 固定資產年增加值=IFTHEN ELSE（Time>5，0.287 509*中國GDP-2.562 48*我國稅收收入+1.568 84e+08，-0.392 228* 中國GDP-0.144 178* 我國稅收收入+4.812 78e+08）；（單位：萬美元/年）

（5）A 公路/鐵路/航空/海運固定資產投資額=全社會固定資產投資*公路/鐵路/航空/海運運輸投資比例；（單位：萬美元）

（6）T 公路/鐵路/海運/航空運輸投資比例=WITH LOOKUP（time，數組）；

（7）A 我國載貨汽車擁有量總噸位=貨運投資效果系數1（0.000 405 58）*公路運輸固定資產投資額-96.754 8；（單位：萬噸）

（8）A 公路貨運量=133.6*公路貨運供給能力+1 902 476；（單位：萬噸）

（9）A 公路貨運營收=公路貨運量*公路物流平均運價；（單位：萬美元）

（10）T 公路物流平均運價=WITHLOOPUP（time，數組）；（單位：美元/噸）

（11）A我國鐵路保有車輛換算總噸位=貨運投資效果系數2（0.000 29）*鐵路運輸固定資產投資額+1 940.47；（單位：萬噸）

（12）A鐵路貨運量=0.101 9x2-1 073.6x+3E+06（x表示我國鐵路保有車輛換算總噸位）；（單位：萬噸）

（13）A 鐵路貨運營收=鐵路貨運量*鐵路物流平均運價；（單位：萬美元）

（14）T 鐵路物流平均運價=WITHLOOPUP（time，數組）；（單位：美元/噸）

（15）A 我國水上運輸船舶擁有量總噸位=沿海建設固定資產投資額*貨運投資效果系數3（-0.002 02）+27 564.3；（單位：萬噸）

（16）A 海運量=43.625*我國水上運輸船舶擁有量總噸位-487 417；（單位：萬噸）

（17）A 海運營收=海運量*海運物流平均運價；（單位：萬美元）

（18）T 海運物流平均運價=WITHLOOPUP（time，數組）；（單位：美元/噸）

（19）A 國民航運輸機場貨郵吞吐量總噸位=貨運投資效果系數4（0.000 824）*航空運輸固定資產投資額-641.701；（單位：萬噸）

（20）A 航空貨運量=0.385 3*國民航運輸機場貨郵吞吐量總噸位+87.26；（單位：萬噸）

（21）A 航空貨運營收=航空貨運量*航空物流平均運價；（單位：萬美元）

（22）T 航空物流平均運價=WITHLOOPUP（time，數組）；（單位：美元/噸）

（23）A 交通運輸產業總產值=1.335 28*公路貨運營收-2.269 47*鐵路貨運營收+7.055 47*海運營收+34.280 75*民航貨郵運輸營收-6 429 751；（單位：萬美元）

（24）A 中國工農業增加值=0.282 67*中國GDP+161 588 991；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（25）A 中國對外直接投資流量=中國GDP* 0.022 36-9 842 606；（單位：萬美元）

（26）A 中德進出口貿易額=0.165 67*德國工農業增加值+0.006 64*中國工農業增加值-3 539 749；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（27）A 中波進出口貿易額=0.078 96*波蘭工農業增加值+0.006 61*中國工農業增加值-2 592 918；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（28）A 中荷進出口貿易額=0.225 53*荷蘭工農業增加值+0.011 63*中國工農業增加值-2 015 077；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（29）A 中俄進出口貿易額=0.107 10*俄羅斯工農業增加值+0.020 36*中國工農業增加值-7 342 355；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（30）A 中捷進出口貿易額=0.225 29*捷克工農業增加值+0.003 44*中國工農業增加值-2 160 955；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（31）A 中比進出口貿易額=0.300 76*比利時工農業增加值-0.001 09*中國工農業增加值-100 021；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（32）A 中白俄進出口貿易額=0.000 49 *中國工農業增加值+0.017 47*白俄工農業增加值-109 199；（單位：萬美元，統計回歸方程）

（33）T（各國）工農業增加值=WITHLOOPUP（time，數組）；（單位：萬美元）

（34）A 中國與德比俄白荷波捷進出口額=中德進出口貿易額+中比進出口貿易額+中荷進出口貿易額+中俄進出口貿易額+中白俄進出口貿易額+中捷進出口貿易額+中波進出口貿易額；（單位：萬美元）

（35）A 中歐進出口貿易額=中國對外投資對中歐貿易影響系數（取值為0.325 51）*中國對外直接投資流量+主要國家進出口貢獻系數（取值為1.808 92）*中國與德比俄白荷波捷進出口額+675 248；（單位：萬美元）

（36）L中歐鐵路國際運輸需求=INTEG（+中歐鐵路國際貨運增加量-中歐鐵路國際貨運阻礙量）；（單位：噸）

（37）R 中歐鐵路國際貨運增加量=中國與德比俄白荷波捷進出口額*鐵路運輸需求生成系數*(1+運輸政策對中歐鐵路運輸需求刺激)；（單位：噸/年）

（38）R 中歐鐵路國際貨運阻礙量=(中歐公路國際運輸需求噸位+中歐海運國際運輸需求噸位+中歐航空國際運輸需求噸位)*其他運輸方式阻礙系數；（單位：噸/年）

（39）A中歐公路國際運輸需求=1.247 01（公路運輸需求生成系數）*中歐進出口貿易額-32 126 732；（單位：噸）

（40）A 中歐海運國際運輸需求=8.779 96（海運需求生成系數）*中歐進出口貿易額-136 026 915；（單位：噸）

（41）A 中歐航空國際貨運需求=0.035 09（航空運輸需求生成系數）*中歐進出口貿易額-934 298；（單位：噸）

（42）A 中歐（公路、航空、海運）運力供給短缺=（公路、海運、航空）貨運供給能力-中歐（公路、航空、海運）國際運輸需求or 0；（單位：噸）

（43）A 中歐鐵路運力供給短缺=IF THEN ELSE(中歐鐵路國際運輸需求噸位/10 000-中歐國際鐵路運輸供給能力>0，中歐鐵路國際運輸需求噸位/10 000-中歐國際鐵路運輸供給能力+中歐公水空運力短缺*0.001，0)；（單位：噸）

（44）A 中歐公水空運力短缺=中歐公路運力供給短缺+中歐海運運力供給短缺+中歐航空運力供給短缺；（單位：噸）

（45）A 公路國際運輸運量=-6E-08x2+7.997 7x-2e+08（x表示中歐公路國際運輸需求）；（單位：噸）

（46）A 鐵路國際運輸運量=0.688 1*中歐鐵路國際運輸需求+2e+07；（單位：噸）

（47）A海運國際運輸運量=5.759*中歐海運國際運輸需求-1e+08；（單位：噸）

（48）A 航空國際運輸運量=5.575 6*中歐航空國際運輸需求-71 697；（單位：噸）

（49）公路進出口貿易額=0.307 4*公路國際運輸運量+4e+07；（單位：萬美元）

（50）A 鐵路進出口貿易額=0.086 7*鐵路國際運輸運量-60 528；（單位：萬美元）

（51）A 海運進出口貿易額=0.046 82*海運國際運輸運量+120 857 029；（單位：萬美元）

（52）A 航空進出口貿易額=6.729 1*航空國際運輸運量+10 283 577；（單位：萬美元）

（53）A 外貿進出口總額=公路進出口貿易額+鐵路進出口貿易額+海運進出口貿易額+航空進出口貿易額；（單位：萬美元）