港口物流系統協調發展研究
——以天津港為例

張念祖 （上海大學 管理學院，上海 200444）

0 引 言

從2001年加入WTO組織到2020年共同簽署RCEP促進亞太經濟圈的升級，不可否認的是，中國已經成為了國際經濟發展中的重要成員之一。在此背景下，中國港口物流作為對接全球化貿易市場的關鍵組成部分，通過發揮連接國內國際兩端市場及資源的樞紐作用，進一步提升了進出口貨物的運輸效率，助力“雙循環”戰略體系的發展完善。

港口物流作為典型的開放式系統，具有結構復雜、業務時間及空間跨度大等特征。普月等為提升港口的整體經濟和環境發展潛力，考慮對多源激勵的港口能流-物流全過程進行協同調度優化，并利用交替方向乘子法對相關問題進行求解。唐柯楠以無錫港作為實際案例，選取無錫市GDP的發展情況和無錫港港口的吞吐量等指標作為相關變量，進行線性回歸分析，并在分析結果的基礎上提出相應的港口物流協調優化發展策略。楊琪以環渤海地區港口為研究對象，用SWOT模型對環渤海地區港口物流與區域經濟發展的優勢、劣勢、機遇與威脅進行分析，最后提出了港口物流與區域經濟協調發展的對策與建議。黃明霞從外部環境以及內部層面等角度詳細分析了港口物流與區域經濟協調發展中所存在的問題，并著眼于“三位一體”的發展模式，構建區域經濟、港口物流、相關政策等方面的協調發展路徑。龐衛宏等基于津冀港口的相關運營數據，采用對比分析的方法歸納總結港口企業發展過程中存在的不足，并針對性地提出了相關的港口協調發展戰略措施以改進津冀港口群的運作管理環節。鄧萍等利用復合系統協調度模型以及彈性系數模型，對長江上游相關港口協調發展的進行程度及影響因素進行深入分析，并提出了強化國際區域合作、建立區域經濟一體化模式、加強港口基礎設施建設等措施以增加港口物流的競爭能力。高波聚焦于煤炭港口物流集疏運系統協調管理研究，基于現行的運輸情況和協調管理情況，從煤炭港口物流戰略模式、聯合經營模式等角度出發提出了對應的發展建議。張陽等基于Super-SBM 模型測算出京津冀地區港口2007—2017年的物流效率以衡量其協調發展水平，并在此基礎上提出了促進京津冀地區港口物流效率的模式與路徑。基于上述文獻可以發現，如何在開放式交互的環境下實現港口物流系統中各影響因素的平衡發展，提升系統整體協調發展的水平，是當前港口物流系統亟待優化解決的重要問題之一。

文章以天津港港口物流系統為實際案例，在詳細分析天津港港口物流能力的基礎上，利用復合系統協調度模型對天津港港口物流系統下各子系統的有序度進行計算，得到天津港港口物流系統的最終協調度。基于天津港港口物流系統協調度的變化趨勢，本文歸納提取了阻礙協調度提升的關鍵因素，為天津港港口物流的運作體系的發展提供科學合理的應對策略，促進港口物流系統的進一步協調發展，為其他港口的物流系統優化發展提供參考。

1 天津港港口物流發展分析

1.1 天津港港口簡介

天津港是京津冀地區最大的港口，承接了國際貿易、航運物流等綜合運輸業務；是北方港口中基礎建設較為完善、港口物流能力較強、現代化服務體系較為完整的港口之一。天津港不斷打通國際物流運輸業務往來過程中的障礙和困境，推動港口資源和能源的優化配置，與其他港口共同構建起中國國際航運體系。

天津港的空間分布形式可以歸納總結為“一港八區”。天津港各港區的職能劃分較為明確，東疆港區以國際物流貿易為主；北疆、南疆、大港港區承接港口裝卸搬運、貨物承接、代理服務等相關業務；高沙嶺港區穩步推進港產一體化建設的發展；海河港區以及大沽口港區為沿岸地區提供中轉運輸業務，并積極發展臨港工業；北塘港區以發展遠洋捕撈、冷鏈運輸等綠色生態物流為主，加快港口綠色經濟的發展。天津港下的八大港區之間的職能相互補充，在保留航運業務的同時，積極推動港口物流建設一體化以及可持續化的發展，逐步形成大規模、多職能的現代化港口物流生態圈。綜上所述，天津港的港口物流運輸體系較為完整，具備一定的港口物流發展能力。

1.2 天津港港口物流發展能力分析

天津港港口物流的發展能力指標眾多，本節主要介紹一部分能夠反映天津港港口物流發展能力的關鍵指標。

1.2.1 天津港港口物流基礎設施建設能力

天津港建設面積廣闊、基礎設施較為完善。天津港的泉港共有泊位160個，萬噸級以上泊位100多個，泊位岸線長度約35.8km。泊位分類專業，擁有集裝箱、礦石、煤炭、焦炭、原油及制品、鋼材、大型設備、滾裝汽車、液化天然氣、散糧、國際郵輪等各類泊位。除此之外，天津港主航道已浚深至30萬噸級，復式航道也逐步建設完善。

1.2.2 天津港港口物流集疏運能力

天津港國內集疏運交通體系主要由公路、鐵路、水路、管道等運輸方式組成，其中公路占72%，鐵路占20%，水路和管道共占8%。天津港與京津塘高速公路、津晉高速公路等路線相結合形成規模化的公路網絡，向外輻射至北京、天津及華北、西北地區下的各省市。天津港與京哈鐵路、京滬鐵路、京津城際鐵路三條鐵路交匯，并通過京廣鐵路、京九鐵路、京包鐵路、京承鐵路等線路與全國鐵路網絡相連，從而形成四通八達的海鐵聯運網絡。

天津港國際集疏運體系主要由鐵路和水路等運輸方式組成。天津港通過水路運輸同世界上180多個國家和地區的500多個港口進行貿易往來，集裝箱班輪航線達到120條，每月航班550余班。除此之外，天津港利用中歐班列促進國外貨物的進口與國內優質商品的出口，吸引商品貿易企業聚集，并提供產品從生產到出口的供應鏈物流配套服務。

1.2.3 天津港港口物流信息能力

天津港港口物流信息系統由港口物流服務信息、單證查詢信息、多式聯運信息、代理信息等多方內容組成。天津港港口物流信息能力主要體現在以下方面：首先，天津港利用信息系統能夠實現單證交接、貨物追蹤、港口業務查詢等服務的透明化管理，加快港口物流的運作效率；其次，天津港通過信息系統加強了托運人、委托人、船舶代理等港口物流上下游企業之間的合作關系，提升了港口物流產業鏈的協調合作能力，形成多方共贏的局面；最后，天津港利用分布式存儲系統、分布式文件系統等相關信息系統提高了港口物流數據的有效轉化率，提升了信息的容錯性。

2 天津港港口物流系統協調發展實證分析

2.1 復合系統協調度模型

本文以復合系統協調度模型作為理論研究方法，將其應用于天津港港口物流系統的協調發展之中。復合系統協調度模型由孟慶松等創造性地提出，通過計算系統內部各子系統中序變量的有序度，得到復合系統的整體協調度，從而反映系統由無序走向有序的趨勢與程度。綜上所述，復合系統協調度模型應用的前提是復合系統內部的子系統構建和子系統中序變量的選擇。

2.1.1 天津港港口物流子系統構建

港口物流系統作為龐大的復合運輸系統，其協調發展水平的提升受到各子系統的影響。本文從港口物流環境、港口物流競爭能力、港口物流可持續發展等戰略層面構建了天津港港口物流系統，并選取各層面下的港口物流的相關發展要素作為港口物流系統的子系統，天津港港口物流系統及其子系統如表1所示。

表1 天津港港口物流系統及其子系統

港口物流發展環境子系統反映了港口物流服務行業的總體發展狀況和未來的發展方向，對港口物流系統的長遠戰略規劃產生了一定的影響；港口物流基礎設施子系統、港口物流運營能力子系統、港口物流成本子系統對設施建設、業務水平、運輸效益等港口物流競爭能力的提升與發展至關重要；港口物流創新能力以及綠色港口物流等子系統能夠推動港口物流系統向智慧化、綠色化方向轉型升級，促進港口物流的可持續發展。

2.1.2 天津港港口物流子系統序變量選擇

本文在港口物流系統的基礎上，根據現有的參考文獻以及相關數據，針對不同的子系統選取了相應的測算衡量指標作為其序變量，各子系統的序變量如表2所示。

表2 天津港港口物流子系統序變量

2.2 復合系統協調度模型計算步驟

本文在分析天津港港口物流子系統以及各子系統中序變量指標的基礎上，對天津港港口物流復合系統協調度模型計算步驟進行描述，為實例計算提供相應的數學理論基礎。

2.2.1 計算序變量有序度

設天津港港口物流子系統為X，∈[1,6]。設各子系統下的序變量為X=(X,X,X,…,X)，≥1。設定β≤X≤α，∈[1,]，其中α和β分別是第個港口物流子系統中的第個序變量的最大值和最小值。根據復合系統協調度模型研究論文，可以按照序變量取值大小與系統有序度之間的關系，將序變量分為正向序變量和負向序變量。序變量的取值越大，系統的有序程度就越高，反之系統的有序程度越低，這樣的序變量為正向序變量；序變量的取值越大，系統的有序程度越低，反之系統的有序程度越高，這樣的序變量為負向序變量。上述兩類序變量有序度的計算公式如下所示：

從子系統序變量的有序度計算公式中可以看出，Z(X)∈[0,1]，Z(X)值越大，表示序變量有序度越高，序變量對系統有序程度的貢獻度越大。

2.2.2 計算各子系統有序度

各子系統的有序度可以利用幾何平均法計算得出，相關公式如下所示:

從子系統有序度的計算公式中可以看出，Z（X）的值越高，子系統的有序度就越高，反之子系統的有序度越低。

2.2.3 計算復合系統協調度

復合系統協調度是以動態視角將子系統的有序度進行重新測度。假設各港口物流子系統在初始時刻時，其有序度為（X），=1,2,...,6。當港口物流子系統發展到時刻時，其有序度為Z（X），=1,2,...,6。則將該時間段的港口物流系統協調度定義為公式（3）中的：

式(3)中的滿足以下條件：

根據公式(3)可知，∈[-1,1]，取值越大表明港口物流系統協調發展的程度越高，反之則越低。

2.3 實證分析

本研究的計算數據主要來源于中國港口年鑒、國家統計局、上市公司年報、交通運輸部等數據庫中可搜集到的2014—2019年的相關數據，并以2014年的數據為后續的計算基準。

2.3.1 數據初始化

天津港港口物流子系統的序變量相關初始數據如表3所示。

表3 天津港港口物流子系統序變量相關初始數據

2.3.2 數據標準化

為了消除量綱不同帶來的干擾，本文對各子系統的序變量的初始數據進行標準化處理，天津港港口物流子系統序變量標準化數據如表4所示。

表4 天津港港口物流子系統序變量標準化數據

2.3.3 計算天津港港口物流子系統序變量有序度

將天津港港口物流子系統序變量的標準化處理結果代入公式(1)，得到天津港港口物流子系統序變量的有序度，如表5所示。各子系統下的序變量上限值和下限值分別取2014—2019年最大值和最小值的110%。

表5 天津港港口物流子系統序變量有序度

2.3.4 計算天津港港口物流子系統有序度

將天津港港口物流子系統序變量有序度的計算結果帶入公式(2)，得到天津港港口物流子系統的有序度，如表6所示。

表6 天津港港口物流子系統有序度

2.3.5 計算天津港港口物流系統協調度

將天津港港口物流子系統的有序度計算結果帶入公式(3)，得到天津港港口物流系統的協調度，如表7所示。

表7 天津港港口物流子系統有序度及系統協調度

黃潔等在文獻中指出，根據協調度的大小，可以把協調水平分為：高度不協調，∈[-1,-0.666)；中度不協調，∈[-0.666,-0.333)；輕度不協調，∈[-0.333,0)；輕度協調，∈[0,0.333)；中度協調，∈[0.333,0.666)；高度協調，∈[0.666,1]。2015—2019年天津港港口物流系統的協調度計算結果，如圖1所示。從總體的發展趨勢上來看，在2015—2019年之間，天津港港口物流系統處于輕度至中度的不協調狀態，說明各子系統之間存在著一定的管理優化問題，阻礙了系統整體的協調發展。

圖1 2015—2019年天津港港口物流系統協調度

2.4 結果分析

協調發展是階段性過程，需要各子系統的發展達到相對平衡的狀態。本文通過對天津港港口物流子系統有序度的分析，總結歸納出影響系統協調發展的因素，為協調改進方案提供了指導方向，2014—2019年各子系統的有序度，如圖2所示。

圖2 2014—2019年天津港港口物流子系統有序度

2014—2015年期間，港口物流成本的子系統有序度大幅度下降以及其他子系統有序度的上升導致天津港港口物流系統在2015年呈現輕度不協調的狀態；2015—2016年期間，港口物流創新能力子系統有序度到達近些年的最高值0.897 8，港口物流成本子系統有序度跌到近些年的最低值0.038 1，但其他港口物流子系統有序度呈現緩慢上升的態勢，增長幅度也并非完全一致，從而導致2016年的天津港港口物流系統呈現中度不協調的狀況；2017年港口物流成本的子系統有序度實現回升且港口綠色物流能力的子系統有序度以及港口物流發展環境的子系統有序度不斷提高，港口物流創新能力、基礎設施、運營能力等子系統有序度開始下降，但各子系統有序度的增長變化幅度相較于2016年較小，此時雖然天津港港口物流系統的協調度仍處于負數，但已經由中度不協調狀態轉化為輕度不協調狀態；2018—2019年，由于港口物流發展環境、綠色港口物流能力等子系統有序度的大幅提升，其余子系統有序度提升幅度較小或呈現下降的趨勢，導致天津港港口物流系統的協調度再次下跌。

從整體發展來看，港口物流發展環境和綠色港口物流能力等子系統有序度呈現穩步上升的趨勢，說明天津港港口物流系統在城市協調發展和綠色運作等方面取得了一定的成效。而港口物流成本、港口物流創新能力、港口物流基礎設施以及港口物流運營能力等子系統有序度的波動變化導致天津港港口物流系統呈現出不協調狀態。

3 天津港港口物流系統協調發展方案

通過對天津港港口物流系統近幾年協調度的研究分析，可以發現其發展過程經歷了失衡、沖突等階段。失衡主要體現在各子系統發展的不平衡性，沖突則體現在各子系統之間（例如港口物流運營能力子系統以及港口物流成本子系統）存在著一定的背反效益。因此，港口物流系統協調優化的核心和關鍵是平衡沖突，重構機制。以下針對有序度波動較大的子系統提出改進方案，以促進天津港港口物流整體系統的協調發展。

3.1 天津港港口物流運營能力改進方案

從天津港近幾年的發展情況可以看出，天津港對于煤炭、礦石等貨物的依賴性過高，由于大宗貨物運輸限制政策的頒布，貨物吞吐量以及外貿吞吐量呈下降趨勢，導致港口物流運營能力的子系統有序度呈現波動狀態。天津港需要在分析港口物流整體運行態勢的同時，橫向對比其他著名港口，加快運輸產品結構的改革，減少對煤炭、礦石等資源的依賴性，推動新能源、藥品、電子電器等設備的物流運輸。同時天津港應積極與政府、港口物流相關企業進行信息傳輸，構建環渤海港口圈物流信息共享機制，協調各港口的物流職能，促進北方航運體系的發展，從而擴大貨物吞吐量、外貿吞吐量以增強港口物流運營能力。

3.2 天津港港口物流成本改進方案

天津港港口物流成本在總成本中的所占比例較高是近些年天津港港口物流系統協調發展的制約因素之一，天津港港口物流的成本控制模式，如圖3所示。

圖3 天津港港口物流成本控制模式

天津港港口的物流成本體系主要由三個部分組成:內陸運輸成本、港口管理成本、遠洋運輸成本。內陸運輸成本主要包括車輛運輸成本、車輛維護折舊、轉運費用等系列相關支出。港口管理成本由物流管理活動、設備的折舊維護、園區管理、人力資源管理等相關費用構成。遠洋運輸成本主要包括船舶航行費用、船舶能耗費用、海關驗收費用以及自然災害風險可能造成的損失。天津港需要根據不同類型的支出費用對港口物流成本進行精準把控。

在內陸運輸成本方面，天津港可以繼續推進多式聯運體系的發展，將與港口對接的鐵路干線深入內陸腹地，控制聯運在末端環節的轉運費用，同時對運輸路徑進行優化以降低整體的運輸成本。

在港口管理成本方面，天津港可以完善信息管理系統，將人員管理、園區管理、設備管理等編入相應的成本管理系統中。對于工作人員，天津港需要不斷提升工作人員的工作效率和專業化程度，利用指派、優化等科學管理方法分配管理人力資源。對于港口園區管理，要促進物流技術的創新應用，實現物聯網下的園區自動化、信息化管理。對于設備管理，天津港可以采用融資租賃的方式來緩解設備在使用壽命期限到達之前交付貨款的問題。

在遠洋運輸成本方面，天津港不僅需要與航線上的不同國家與海關進行協調，制定共同發展政策，而且需要不斷完善國際物流保險以及海洋危險預警機制，將自然災害帶來的風險降到最低。

3.3 天津港港口物流基礎設施改進方案

在外部建設環境中，天津港港口物流的基礎設施建設需要在把控物流成本的基礎上，協調港口綠色生態系統，向智慧化、自動化方向深化發展。在內部協調發展中，天津港港口物流的基礎設施建設需要在保持規模穩定的基礎上，注重安全設施、經營設施、裝卸設備之間的調度優化關系，提升基礎設施運行能力，天津港港口物流的基礎設施建設模式，如圖4所示。

圖4 天津港港口物流基礎設施建設模式

3.4 天津港港口物流創新能力改進方案

智慧港口物流的發展能為港口物流創新能力提供一定的支撐。智慧港口物流的作用主要體現在接受資源的同時，加強天津港港口物流系統平臺內部各個板塊之間的關系，促進內部物流功能的協調發展，實現產能對接。除此之外，智慧港口物流建設方案有利于協調天津港港口產業鏈上各個企業之間的利益與發展戰略，實現港口物流信息共享，從而提高整體的運作效率，實現多方共贏，天津港智慧港口物流服務模式，如圖5所示。

圖5 天津港智慧港口物流服務模式

4 結 語

本文的主要貢獻包括：第一，本文通過搜集相關文獻，明確了港口物流系統協調發展的重要性，并以其為切入點對港口物流系統的整體進行研究。第二，本文以天津港港口物流系統為案例進行實證分析，選取復合系統協調度模型作為研究方法，將港口的實際情況與數學理論模型相結合，構建了多層級的天津港港口物流系統。第三，本文在利用真實數據作為研究來源的基礎上，對天津港港口物流復合系統的協調度進行計算。根據計算結果，本文根據阻礙天津港港口物流系統協調發展的要素，針對性地從港口物流運營能力的提升、港口物流成本控制、港口物流基礎設施完善、智慧港口物流發展規劃等角度提出了創新性的解決方案，對天津港港口物流系統以及其他區域港口物流系統的協調優化發展具有一定的借鑒意義。

在未來的研究中，相關研究體系將不斷豐富天津港港口物流子系統及其下的序變量，更加客觀深入地分析近幾年天津港港口物流系統協調發展的狀況。除此之外，相關研究體系將進一步完善理論方法，將復合系統協調度模型與其他數學方法相結合，使得計算結果更加科學全面。