基于系統動力學的貨物運輸結構調整策略研究

摘 要：為優化貨物運輸結構調整策略，本文基于系統動力學，綜合考慮影響地區貨物運輸結構調整的經濟、政策和環境因素，建立以公路、鐵路為主的貨物運輸結構模型，并以赤峰市為例進行仿真預測。結果表明，赤峰市貨物運輸結構調整雖然成效顯著，但仍有改進空間。因此本文提出基礎建設導向型、市場化導向型、單一結構調整導向型和綜合發展導向型4種改進方案，其中綜合發展導向型改進效果最佳。未來的貨物運輸結構調整需要進一步提高公轉鐵貨運轉移力度，同時加強貨運市場法治規范，全面提高貨物運輸結構調整的社會、經濟和環境效益。

關鍵詞：運輸工程；貨物運輸；運輸結構調整；系統動力學；模糊推理

中圖分類號：U 238" " " 文獻標志碼：A

運輸結構調整的目標是充分發揮各種運輸方式的比較優勢和組合效率，推動交通運輸碳減排和交通運輸高質量發展。2021年12月，國務院辦公廳發布《推進多式聯運發展優化調整運輸結構工作方案（2021—2025年）》，在推進“公轉鐵”策略的基礎上，進一步優化調整運輸結構，提出要基本形成以鐵路和水路為主的發展格局，明確了加速行業綠色低碳轉型的必然要求。

研究人員圍繞貨物運輸結構調整進行了大量探索性分析。多數研究使用定性分析方法為運輸結構調整提出建議，如馮文波從市場替代、能力短板等方面分析運輸結構失衡的影響因素[1]；部分學者利用簡單的定量分析研究該問題，如高玉健通過政策工具視角研究方法分析近10年京津冀及其周邊地區的運輸結構特征[2]；部分研究從單一影響因子角度進行貨物運輸結構調整研究，如王人潔等從減排成本效益角度出發分析運輸結構調整的主要任務[3]。因此，本文以系統動力學為基礎，考慮影響貨物運輸結構調整的多重因素，構建貨物運輸結構模型，最后以赤峰市為例分析模型結果，并提出貨物運輸結構調整策略改進建議。

1 模型影響因子分析

貨物運輸結構調整不僅離不開運輸市場自身作用，更離不開經濟支撐和政策支持，同時在碳達峰、碳中和的背景下，環境效益也成為運輸結構調整的重要考量。本文分析貨物運輸結構調整影響因子時，主要考慮了經濟、政策和環境3方面因素，見表1。

2 系統動力學分析與建模

系統動力學從系統內部結構出發尋找問題根源，利用反饋回路來描述問題的演變，從而反映出復雜系統內各影響因素的關系。利用仿真軟件VensimPLE分析貨物運輸結構調整過程中的影響因素，刻畫各變量間的動態作用關系，從而為貨物運輸結構調整策略提供建議。

2.1 因果分析

因果回路圖是為了反映系統內部各因素間的因果關系而構建的一種定性描述系統結構的方法，是后續構建貨物運輸調整模型的基礎。綜合考慮表1中提到的影響貨物運輸結構調整的經濟、政策和環境因素等繪制因果回路圖，如圖1所示。圖中包括多條因果鏈，每條因果鏈都有極性，其中正號表示箭頭指向的變量隨箭頭源變量增加而增加，負號則相反。

2.2 系統流圖和模型構建

貨物運輸結構存量流量圖如圖2所示。在因果回路圖的基礎上增加水平變量（圖2中方框內變量）、速率變量（圖2中雙橫線下變量）以及輔助變量（其余新增變量），輸入各參數間的變量關系表達式，構建貨物運輸系統結構的系統動力學模型，得到如圖2所示的貨物運輸系統結構存量流量圖，以直觀反映貨物運輸結構調整模型中各變量間的影響關系和內在機理。其中各子系統包括的主要變量表達式見表2。

3 貨物運輸結構調整案例應用

3.1 案例背景和模型參數

作為內蒙古自治區貨物運輸發展的領頭羊，赤峰市全面推進了“公轉鐵”和運輸結構綠色化轉型等行動。因此，下文將以赤峰市為例分析其貨物運輸結構調整效果，并針對不同優化策略進行仿真預測和效果評價。以《赤峰統計年鑒》[4]《赤峰市國民經濟和社會發展統計公報》等為主要數據來源，對所建立的模型內部變量進行標定，主要變量數值見表3。

3.2 模型仿真結果分析

為檢驗模型的可靠性，本文將2017年作為仿真初始年，選取時間步長為1a，進行2018—2021年共4年的仿真模擬。指標整體趨勢和實際情況吻合程度較高，平均相對誤差為3.1%，說明該模型具有較高的可靠性，可為后期的多重仿真預測提供合理性保障。

在模型有效性得到驗證的基礎上，分析2021年貨物運輸結構調整決策對未來赤峰市貨物運輸系統的影響。各種運輸方式貨運量對比圖如圖3所示，隨著年份增加，2種貨運量均呈上漲趨勢，其中鐵路貨運量漲幅較大，貨物運輸結構調整效果顯著。環境污染量如圖4所示，隨著時間增加，環境污染量增長幅度不斷降低且環境污染量曲線的斜率有所增大，反映了環境污染治理過程中的時滯性，與真實情況吻合。到2027年，環境污染量開始下降，2030年相比下降3.24萬t。

GDP與物流成本分析圖如圖5所示。由圖5可知，物流成本在GDP中的占比明顯下降，整個貨運系統的物流效率和物流結構得到大幅優化。綜上所述，赤峰市貨物運輸結構調整效果顯著，應持續大力推進貨物運輸市場結構調整，創造更好的經濟社會價值和環境效益。

3.3 仿真優化方案設計和分析

為優化現有貨物運輸結構，本文設置了5種方案，模擬不同的貨物運輸調整措施，見表4。并從經濟效果、公轉鐵力度和環境效益3個方面分別選取GDP、鐵公貨運比和氮氧化物含量3項指標，對多種貨物運輸結構調整優化方案的效果進行比較和評價。

3.3.1 經濟效果

不同方案對應的GDP和物流成本占GDP比值分別如圖6、圖7所示。由圖6和圖7可知，方案五GDP漲幅最大且物流成本占GDP比值降幅最大，方案一、三變化幅度最低且重疊程度較高，難以區分。方案四具有較好的經濟效益。方案二側重于提高鐵路基礎建設水平，比方案一有較大提升。方案三側重加強鐵路市場化程度，對經濟發展作用較小。因此在經濟效果層面，應加大公轉鐵力度以提高鐵路基礎建設水平。

3.3.2 鐵公貨運比

各優化方案對應鐵公貨運量比如圖8所示。由圖8可以看出，方案四公轉鐵效果最好，方案五緊隨其后，說明其他因素可以彌補政策導向型貨運轉移，促進公轉鐵。方案二的初期與方案一、方案三差距不大，但方案二后期逐漸拉開與二者的差距，說明從長遠角度看鐵路基礎建設的影響仍不可忽視。方案三雖然比方案一有所增長，但增幅不大，可見刺激鐵路貨運市場化發展不能成為公轉鐵的主要手段，與其他方式結合才能發揮較好作用。

3.3.3 環境污染

不同方案對應的環境污染量如圖9所示。方案四氮氧化物、二氧化碳和PM2.5排放量增長的幅度最小且污染量最小，方案五次之，說明與治理已排放的氮氧化物相比，從源頭控制各種污染物產生能有效降低環境污染。隨著時間增加，治理效果更明顯，說明環境治理存在一定延遲性。

為全面考量各優化方案的效果，利用MATLAB模糊推理工具對GDP（經濟效果指標）、氮氧化物含量（環境效果指標）和鐵公貨運比（公轉鐵力度指標）進行綜合評價，以2030年數據為評價輸入值，評級規則包括GDP、污染量、鐵公貨運比和綜合評分，4個評價指標均進行三等分并生成結果，其中綜合評分最大值為1，所得各優化方案綜合評價結果見表5。

方案四和方案五評級結果為“最好”，可以看出，單一結構調整導向型、綜合性發展導向型貨物運輸結構調整方案的效果相對較好，其中綜合性發展導向型運輸結構調整方案得分最高，可見政策導向的公路貨運向鐵路貨運轉移的決策對整個系統具有重要作用，貨物運輸系統是一個綜合性系統，需要從經濟、政策和環境等多方面進行改進，以優化貨物運輸結構。

4 結論

本文對運輸結構調整進行了模型應用分析，提出4種赤峰市貨物運輸結構調整的改進方案，其中相對最佳的參考改進策略為綜合性發展導向型貨物運輸結構調整方案，即在現有基礎上使公路向鐵路的長途貨運轉移量增加約25%，鐵路投資比增加約25%，政府補貼增加約25%。因此建議制定貨物運輸結構調整優化策略時，應加強政策引導，提高公轉鐵貨運轉移力度，輔助以增加鐵路基礎建設和鐵路市場化建設的投資和補貼，綜合考慮做出決策。同時，模型設置還可結合實際不斷完善，應用于更廣泛的貨物運輸結構調整場景分析。

參考文獻

[1]馮文波.我國運輸結構優化調整影響因素與策略研究[J].鐵道運輸與經濟，2019，41（9）：18-23.

[2]高玉健.京津冀及周邊地區運輸結構調整影響因素與策略研究[J].交通節能與環保，2022，18（2）：22-26.

[3]王人潔，王瑋，楊道源，等.內蒙古自治區交通運輸結構調整減排成本效益分析[J].交通節能與環保，2022，18（4）：34-39.

[4]赤峰統計局.赤峰統計年鑒-2021[M].北京：中國統計出版社，2021.

作者簡介：王晨瑜（1968—），男，山西沁縣人，漢族，大學本科，就職于國家電投集團電站運營技術（北京）有限公司，正高級工程師，從事交通物流及節能改造等項目研究。