基于系統動力學的重慶臨空產業生態圈政策仿真研究

張 瑞，高 鑫，張海川

（1.重慶交通大學 經濟管理學院，重慶 400074；2.重慶機場集團有限公司，重慶 401120）

一、研究背景

臨空經濟是全球一體化的深化階段和速度經濟時代所產生的一種新的經濟形態①。自2013年鄭州航空港經濟實驗綜合區批復起，我國陸續規劃建設了14個國家級臨空經濟示范區，臨空經濟區已經成為匯聚高端要素、集聚企業集群、搭建產業生態的重要載體，最終形成成航空產業集群和臨空大都會②。美國J.D.卡薩達（John D.Kasarda，2001）歸納和創新前人的研究提出了航空大都市概念模型③。曹允春（2013）認為，需要與中國實際進行深度結合，才能更好地規劃和發展中國航空大都市④。無論是作為區域經濟形態還是作為城市，臨空經濟都可以看做一個經濟系統⑤⑥。

隨著21世紀經濟全球化和知識經濟的興起，生態圈逐步從生物學領域被引入產業發展領域。袁政（2003）認為，某種或多種產業在特定地域范圍內形成的以主導產業為核心的地域產業多維網絡體系具有較強的市場競爭力和產業可持續性，引導區域形成新型產業發展模式⑦。徐浩然（2009）指出，產業生態圈不只是地域空間上的產業集聚和公共資源的共享，更為重要的是強調圈層內部企業之間的協作、平臺的相互聯系機制⑧。互聯網經濟發展將產業生態研究推向新的高度，仝燕（2017）構建了基于“互聯網+”的經營、物流、支付、信息等元素相互作用的生態圈⑨。周志剛等（2019）基于三方演化博弈模型對臨空產業鏈發展與城市生態多層次治理進行仿真分析⑩。

綜上所述，產業發展和區域經濟具有耦合發展的特點，并構筑形成臨空經濟系統，經濟全球化和知識經濟發展推動臨空產業趨向以“生態圈”形式聚集。本研究將產業生態思想引入臨空經濟，構建臨空產業生態圈一般模型，并基于此運用系統動力學方法研究臨空產業生態圈系統，通過政策模擬以期為臨空產業集聚和臨空經濟發展提供政策建議。

二、研究準備

（一）研究對象

選取重慶臨空產業生態圈。首先，機場是臨空經濟區的重要發展依托，重慶江北機場2019年的旅客吞吐量排名全國第九，為4479萬人次；貨物吞吐量全國第十，為41.09萬噸；飛機起降全國第八，為31.84萬架次，為重慶臨空經濟研究發展提供了有效載體。其次，重慶市是我國西部大開發戰略、“一帶一路”倡議和長江經濟帶戰略的重要支撐點，承載著西部內陸帶頭開放、帶動開放和綠色發展的重要任務，重慶處于大型綜合樞紐和航空都市建設的特殊疊加時期，但重慶臨空經濟區存在發展尚不成熟、規模效應不明顯等問題，因而建設重慶臨空經濟發展模式具有現實意義。

（二）數據選取

《中國統計年鑒》《重慶市統計年鑒》《渝北區統計年鑒》等資料是本文的可靠數據來源。使用系統動力學軟件Vensim PLE對其進行仿真，臨空產業生態圈系統動力學模型初始設置時間為2012年，運行步距為1年，時間截止到2032年。

三、臨空生態圈系統動力學模型構建

（一）臨空產業生態圈模型構建

系統動力學（System Dynamics）作為最具代表性的系統工程方法，是一門將系統科學思想理論和計算機仿真相結合的研究真實社會經濟系統的學科方法??，由J.W.弗雷斯特（Forrester，1956）創立，目前已經廣泛應用于城市和地區社會經濟發展領域。

樞紐機場提供臨空經濟形成與發展的源動力場所，緊鄰機場區域配套核心產業，樞紐機場與航空核心產業組成生態圈的生產要素。臨空工業和臨空現代服務業，此類航空關聯產業在臨空經濟示范區內均有分布，對航空運輸及航空運輸產生的流量經濟效應依賴度較高，該圈層與服務維聯系緊密。航空引致產業圈層是臨空產業的外圍圈層，滿足旅客及航空運輸從業人員的生活需求和娛樂休閑需求，受腹地支撐相關因子的影響較大。腹地支撐包括勞動維、科技維、設施維、服務維、公共維等多個維度的支撐通向臨空生態圈內圈層，以維護和保障臨空經濟的良性循環發展。

（二）臨空生態圈系統動力學模型構建

1.系統邊界分析。系統動力學認為，系統行為的性質取決于系統的內部結構，即系統邊界內的反饋機制，外部因素的影響通常不被考慮在內?。故明確系統邊界，是建模過程中的必備環節，確定重慶臨空生態圈系統動力學模型邊界，有利于確定主要變量。重慶臨空生態圈系統包括航空運輸、臨空產業、經濟環境三個子系統，并將航空客貨運輸吞吐量、臨空工業服務業產業產值、區域生產總值及區域總人口等變量設置為研究對象，運用Vensim PLE軟件建立模型的因果回路圖。

2.航空運輸子系統。航空運輸子系統是臨空生態圈系統的基礎，是臨空生態圈系統產生和循環發展的主要誘因。龐大的客流與貨流帶來流量經濟效應，機場運輸的高效性吸引周邊產業向心集聚。航空基礎設施投資主要包括影響機場運營的設備設施和影響客貨運集散的交通基礎設施，航空運輸生產能力則指飛機作為運輸工具帶來的規模效應。

圖2 航空運輸子主因果回路圖

正反饋環1：航空運輸業產值-（+）航空基礎設施投資-（+）機場吞吐能力-（+）貨運供給/客運供給-（+）航空貨郵吞吐量/航空客運吞吐量-（+）航空運輸業產值。

正反饋環2：航空基礎設施投資-（+）機場吞吐能力-（+）貨運供給/客運供給-（+）貨運壓力/客運壓力-（+）航空基礎設施投資。

3.臨空產業子系統。臨空產業子系統是臨空生態圈系統的主體，既為航空運輸提供貨運需求，提高航空運輸生產能力，又為區域經濟的增長提供直接效益。從產業業態性質上來講，臨空產業可分為臨空工業和臨空服務業。該系統包括臨空工業生產總值、臨空服務業、臨空工業投資和臨空服務業投資等變量。

圖3 臨空產業子系統因果回路圖

正反饋環3：臨空產業生產總值-（+）區域GDP-（+）臨空工業投資額/臨空服務業投資額-（+）臨空工業主導產業增加值/臨空服務業主導產業增加值-（+）臨空工業生產總值/臨空服務業生產總值-（+）臨空產業生產總值。

正反饋環4：臨空產業生產總值-（+）航空貨郵需求量-（+）航空貨郵吞吐量-（+）航空運輸生產能力-（+）臨空工業主導產業增加值/臨空服務業主導產業增加值-（+）臨空工業生產總值/臨空服務業生產總值-（+）臨空產業生產總值。

4.經濟環境子系統。經濟環境子系統是臨空生態圈系統的支撐，也是提升整個系統發展水平的重要系統。各種維度與要素的變化影響區域內生產總值的變化，臨空經濟需要強大的腹地經濟支撐條件，支撐條件的改善促使臨空生態圈系統的可持續健康發展。結合產業生態圈中的六維度，總結出如下要素，體現了臨空經濟創新型、外向型、政府引導的特征。

圖4 區域經濟環境子系統因果回路圖

正反饋環5：區域GDP-（+）人均GDP-（+）航空運輸業產值/臨空產業生產總值-（+）區域GDP。

正反饋環6：區域GDP-（+）人均GDP-（+）產業結構優化-（+）區域經濟環境水平-（+）區域GDP。

正反饋環7：區域GDP-（+）對外開放度/基礎設施投資/人才培養體系/科技創新支出/政府政策支持-（+）區域經濟環境水平-（+）區域GDP。

5.臨空生態圈泛系統。臨空生態圈泛系統包含航空運輸子系統、臨空產業子系統和經濟環境子系統，系統的結構體現了系統動力學“內生”的基本思想，各個子系統相互滲透，無論哪個子系統中參數的變化都會帶來整個臨空生態圈泛系統的動態變化。

圖5 臨空生態圈系統動力學模型

四、基于系統動力學的重慶臨空生態圈仿真模擬

模型建立之后，需要對模型的運行結果進行歷史性檢驗，以確保模型運行結果的有效性，選取模型仿真結果中2012—2019年這一時間段的模擬值與現實值做比較，變量選取航空貨郵吞吐量、航空客運吞吐量、區域GDP和人均GDP，得到歷史檢驗結果如表1所示。

表1 主要變量仿真結果歷史檢驗

通過表1可以看到，航空運輸子系統、臨空產業子系統和經濟環境子系統中主要變量的模擬值與現實值誤差率控制在7%以內，考慮到經濟社會運行的多變性、發展性和非線性的現實特征，認為模型通過了歷史有效性檢驗，仿真擬合度較好，模型可以用來仿真、預測和情景分析。圖6至圖8為子系統主要指標2012—2032年的仿真的變化趨勢圖。

圖6 航空運輸子系統主要指標仿真圖

圖7 臨空產業子系統主要指標仿真圖

圖8 經濟環境子系統主要指標仿真圖

由圖6到圖8可見，主要指標增長趨勢明顯。在航空運輸子系統中，航空客運吞吐量增速率高于吞吐量，體現重慶機場腹地旅客周轉量大，發展當地臨空經濟要把握住旅客和貨郵吞吐量增長的特點，依照運輸需求擴大機場運營規模和拓展臨空經濟區發展版圖。在臨空產業子系統中，2016年前重慶臨空經濟中工業發展規模高于服務業，在臨空經濟區正式設立以后，服務業迅速發展，所占比例超出工業且發展速度呈加快跡象，體現了重慶臨空經濟向服務型、現代型產業性質的轉變態勢。而在經濟環境子系統中，區域生產總值穩步上升，區域常住人口預計在2030年達200萬人，城市建設與經濟發展要與人口增長相協調。

五、重慶臨空產業生態圈政策模擬

（一）單一政策情景分析

1.政策情景設定。情景1：調整航空運輸子系統中航空基礎設施投資比例，其他因素不變。假設航空基礎設施投資比例提高20%。情景2：調整臨空產業子系統中區域對臨空工業及臨空服務業的投入比例，其他因素不變。假設臨空工業和臨空服務業的投資比例都提高10%。情景3：分別調整經濟環境子系統中對外開放度、基礎設施投資力度、人才培養力度、科技創新支持力度和政府支持力度五個維度的參數值。假設各個要素的參數值分別提升20%。分別根據三個情景設定的假設條件調整模型參數值，運行模型做出在各種情景下系統的仿真行為變化，考察指標包含航空客貨吞吐量、臨空產業生產總值和地區生產總值。

2.政策仿真模擬。圖9至圖11為情景1下的仿真結果，在擴大航空基礎設施投資即加強機場及交通基礎設施建設后，能對航空客貨吞吐量、臨空產業產值和區域生產總值產生一定影響。在影響度上，航空客貨吞吐量＞臨空產業產值＞區域生產總值；貨郵吞吐量＞客運吞吐量；臨空工業產值＞臨空服務業產值，體現了航空基礎設施建設這一因素對貨運和工業相對敏感。

圖1 臨空產業生態圈示意圖

圖9 航空客貨吞吐量情景1仿真對比圖

圖10 臨空產業情景1仿真對比圖

圖11 區域生產總值情景1仿真對比圖

圖12至圖14為情景2的仿真結果，當區域對臨空產業的投資比例增大時，臨空產業產值得到提升，航空客貨吞吐量與區域生產總值受產業產值增加影響可得到一定程度增長。影響度上，臨空產業產值＞區域生產總值＞航空客貨吞吐量；臨空服務業產值＞臨空工業產值；航空客運吞吐量＞航空貨郵吞吐量，這表明區域臨空服務業產出能力相對較強、旅客吸引力相對較大。

圖12 航空客貨吞量情景2仿真對比圖

圖14 區域生產總值情景仿真對比圖

圖15為情景3的仿真結果，主要考慮各個因素的變化對區域生產總值的影響。由于航空運輸子系統與臨空產業子系統受區域生產總值同步影響較大，不再單獨列舉航空客貨吞吐量與臨空產業子系統的仿真圖。根據情景3仿真對比圖可知，當人才培養力度、基礎設施投資力度、政府政策支持力度、對外開放度和科技創新支出力度的參數值分別增加20%，區域生產總值較調整前的仿真值有所增加，且科技創新支出力度＞人才培養力度＞對外開放度＞政府政策支持力度＞基礎設施投資力度。這表明重慶臨空產業生態圈經濟受科技創新和人才培養的影響較大，對外開放、政府政策支持和基礎設施建設同樣利于經濟環境的改善，促進臨空產業生態圈系統的良性發展。

圖13 臨空產業情景2仿真對比圖

圖15 區域生產總值情景3仿真對比圖

（二）組合政策情景分析

單一的某具體區域經濟發展條件的改善并不能滿足區域經濟發展的訴求，臨空經濟通常要求多個條件同時改善以促進產業與經濟的發展。因此，同時調整以上條件進行情景分析，得到的仿真結果如圖16到圖18所示。

圖16 經濟環境整體水平提升下航空客貨吞量仿真對比圖

圖17 經濟環境整體水平提升下臨空產業仿真對比圖

圖18 經濟環境整體水平提升下區域生產總值仿真對比圖

由圖16到圖18可知，當區域經濟環境水平因子都提升20%即整體水平提升時，區域生產總值將得到較大增長，預計2030年達9524.38億元，與調整前相比提升了13.48%。同時，航空運輸子系統和臨空產業子系統受經濟環境子系統提升的影響也得到一定提升。其中，航空客運吞吐量和航空貨郵吞吐量在2030年的仿真值較調整前增加了11.52%和4.41%；臨空工業產值和臨空服務業產值分別增加了8.10%和8.00%。可以看出，航空客運吞吐量受經濟環境水平整體提升的影響最大，這是由于區域經濟環境水平的提升會帶來航空客運需求量的增長，臨空工業和臨空服務業受區域環境水平提升的影響相當，而貨運受影響的程度相對較小。實際中可解釋為隨著經濟社會的發展，航空貨運性質逐漸向輕質化和高附加值轉變。

六、結論與政策建議

（一）結論

本文在臨空生態圈框架上進行了系統動力學研究，以探討重慶臨空生態圈的內在聯系和內生動力。通過設定情景進行仿真模擬，在不同情景設定條件下運用Vensim PLE軟件進行仿真對比，分析仿真結果。情景分析結果表明，擴大航空基礎設施投資即加強機場及交通基礎設施建設后，能對腹地經濟產生一定的影響。在變量影響度上，貨郵吞吐量＞客運吞吐量，臨空工業產值＞臨空服務業產值；當區域對臨空產業的投資比例增大時，臨空服務業產值＞臨空工業產值，航空客運吞吐量＞航空貨郵吞吐量，表明區域臨空服務業產出能力相對較強、旅客吸引力相對較大。在區域經濟環境得到整體優化后，區域經濟能得到較大增長；影響因素的排序情況為科技創新支出力度＞人才培養力度＞對外開放度＞政府政策支持力度＞基礎設施投資力度。

（二）發展政策建議

1.強化臨空根植性產業集群，推進區域產業耦合發展。一是延伸產業鏈網，提供臨空企業的產品配套平臺，加強臨空企業的技術創新，提升產業價值鏈地位，推進形成臨空產業“以鏈帶網”的發展結構。二是產業專業化集聚，在傳統主導產業的集聚基礎上，提升臨空服務業的專業化水平，培育以“客流”和“貨流”為核心的特色服務業。三是優化產業平臺組織，推動園區、自貿區等各類平臺軟件設施建設，提升臨空經濟區的管理水平，為臨空產業的發展提供良好氛圍，形成區位品牌效應。

2.推進臨空產業規劃布局，優化區域空間結構。一是要根據樞紐機場功能和區域經濟發展特征發展臨空產業，國際樞紐機場的定位要求重慶市生產性臨空產業向服務型臨空產業結構調整。二是分階段規劃，避免出現重復建設、設施富余和效率低下的現象。三是空間結構與功能分區相適應，臨空經濟區內各結構與區域功能分區協調發展，相關產業的上下游盡量集中布局，推動基礎設施共享化發展，推進產業協同發展。四是要加快機場建設，提升航空樞紐功能，培育國際國內市場。五是以實際航空運輸市場需求為導向，因地制宜地培育針對性市場，明確定位并加大名片建設和宣傳力度，擴大市場規模。

3.注重生態圈要素支撐，持續發展臨空經濟。一是人才和創新要素，人才資源不僅可以為航空運輸管理、高新技術產業和園區現代化建設提供智慧支撐，更是區域創新環境的行為載體，要著力提升人才效能，加大科技創新投入和提升企業創新能力，保障臨空經濟的高質量發展。二是加強基礎設施和金融信息服務，推進發展臨空經濟的交通設施、生產設施和娛樂設施等配套設施的建設，夯實區域經濟的硬性基礎；金融、咨詢和信息等是推動生產性服務業擴大開放和高質量發展的重點，提升區域對外經濟水平、金融服務水平和市場自由度有利于臨空生態圈外向水平的提高和加快要素流通。三是公共管理，包括政策、法律及治理水平等，為臨空生態圈的建設提供制度保障。

注釋：

①曹允春.發展臨空經濟須科學規劃“港-產-城”系統[N].中國民航報,2015-07-23(001).

②胡劍芬,馮良清,饒烜.基于自組織與他組織理論的臨空經濟系統協同發展研究[J].系統科學學報,2016,24(03):48-51+56.

③Kasarda J.D.From Airport City to Aerotropolis[J].Airport World,2001(11):51-54.

④曹允春.臨空產業的集聚模式研究[J].區域經濟評論,2013(03):30-34.

⑤周干峙.城市及其區域——一個典型的開放的復雜巨系統[J].城市規劃,2002(02):7-8+18.

⑥高佃恭,安成謀.區域經濟系統初探[J].地域研究與開發,1998(S1):2-5+10.

⑦袁政.產業生態圈理論論綱[J].學術探索,2004(3):36-37.

⑧徐浩然,許簫迪,王子龍.產業生態圈構建中的政府角色診斷[J].中國行政管理,2009(08):83-87.

⑨仝燕.“互聯網+”時代的產業生態圈初探[J].信息通信,2017(03):284-285.

⑩周志剛,丁秋楷,阮麗娟.臨空產業鏈發展與城市生態多層次治理演化仿真分析[J].技術與創新管理,2019,40(06):737-744.

?Kastuhiko Ogata.System Dynamic(FourthEdition)[M].北京:機械工業出版社,2005.

?王其藩.系統動力學[M].北京:清華大學出版社,2009.

?王晶.產業生態系統的定量解析與評價及仿真[D].北京:中國礦業大學,2012.