基于系统动力学的陆港与城市经济互动研究
《重庆交通大学学报》自然科学版 2021年7期
作者：李 晶，钟 鹏，吕 靖
(1.大连海事大学 交通运输工程学院，辽宁 大连 116026；2.大连海事大学 物流研究院，辽宁 大连 116026)
0 引 言
“一带一路”倡议的提出和实施有效拉动了沿线省市经济发展，扩大内需，也打开了对外经贸的新路径，减少产能过剩[1]。陆港作为丝绸之路经济带沿线国家互联互通的重要节点，其具有的规模效益不仅能促进我国与沿线其他国家间铁路运输贸易[2]，而且对完善我国综合交通运输体系也起着十分重要作用。
目前，国内外关于陆港的研究大部分集中于陆港选址、评价分析、规划布局及管理运营等方面。如：丁坤迪等[3]从复杂网络节点重要性角度分析了陆港选址的主要评价指标；常征等[4]构建考虑环境约束的双目标内陆港选址模型，并采用可避免由人为确定权系数产生的主观性缺陷NSGAⅡ算法求解；J.JEEVAN等[5]通过11次面对面访谈，探讨了马来西亚干港发展的作用和挑战。在城市经济研究方面，国内外对于海港与城市经济研究颇多，孙建平等[6]对中国港口业与经济增长的时空关联模式变化进行了研究；J.S.PARK等[7]分析了海港对韩国城市经济的影响；DENG Ping等[8]从物流角度出发，考察了港口与城市经济之间的关系；李电生等[9]采用随机前沿分析方法，考察了港口建设与城市经济技术效率之间的关系；管小青[10]基于万有引力定律,开发了海港对陆港的吸引力模型,建立了海港综合竞争力评价体系,并基于层次分析法提出了计算海港综合竞争力的方法。
系统动力学模型广泛应用于各个领域，在道路运输能源需求预测[11]代理的绿色财政货币政策作用评估模型[12]、基于绩效的规制市场最优竞价[13]、意大利公共行政中纸张非物质化过程[14]、用有限控制重构开放量子[15]、评估新尼古丁产品上市对人群健康影响[16]等方面的研究中都取得了不错成效；但系统动力学模型还未应用于陆港与城市经济间关系研究。
笔者借鉴海港与城市经济互动研究的系统流图建模方法，构建了陆港与城市经济相互影响的系统模型；并以西安陆港为例进行模拟，分析了西安陆港与城市经济的相互影响作用，为西安陆港发展提出实践性建议。
1 陆港与城市经济互动机理
城市经济系统作为一个复杂的巨系统，是由多个相互关联的子系统组成，其涉及到资源、环境、经济、人口等多个方面。针对城市经济系统的复杂性、动态性和非线性等特点，通过系统结构分析，笔者将城市经济系统分为经济子系统、人口子系统、环境与资源子系统。
1.1 陆港对城市经济影响
根据城市经济系统划分，将陆港对城市经济的影响细化为其对经济子系统、人口子系统、资源与环境子系统影响。① 陆港对经济子系统的影响包括直接经济贡献和间接经济贡献，直接经济贡献是指陆港运营收益值对宏观经济贡献，间接经济贡献是指陆港发展拉动相关产业增加值对宏观经济贡献；② 陆港对人口子系统的影响主要体现在陆港创造的就业人数，包括直接和间接就业人口，直接就业人口是指陆港及相关企业直接拉动就业人数，间接就业人口是指陆港促进产业值增加拉动就业人数；③ 陆港对资源与环境子系统的影响体现在陆港对能源消耗及消耗能源对环境造成的影响，如电力资源和煤炭资源消耗造成排放气体对环境的污染等。
1.2 城市经济对陆港影响
城市经济对陆港影响主要体现在对陆港生产活动需求和供给两个方面。① 城市经济对陆港的需求表现为由内陆城市外贸量增加导致陆港吞吐量需求增加，即外贸量增长促进陆港货运量增长从而增加陆港吞吐量的需求；② 城市经济对陆港的供给表现为对陆港固定资产投资所带来的陆港吞吐能力增加，同时大量投资建设为陆港设施提供充足空间活动，使陆港能提供更优质快捷方便的运输服务。
2 陆港与城市经济系统动力学模型
2.1 系统边界确定
笔者主要研究的是陆港与城市经济的相互影响作用。城市经济主要通过GDP水平反映经济规模，对3大产业增加值分析城市经济的经济发展情况，通过人口吸引力分析城市经济的发展潜力。陆港系统则从需求和供给两方面出发，需求方面：内陆城市的外贸量增加刺激陆港的吞吐量增长；供给方面：陆港基础设施资金大量投入促进陆港吞吐能力增加，影响供给。根据研究内容分析，确定所研究问题的系统边界如表1。
表1 系统边界要素
2.2 因果关系
根据陆港与城市经济互动机理建立相应的因果关系(图1)，并将因果关系分解为5个反馈环。
图1 陆港与城市经济的因果关系
1)城市经济对陆港的负反馈环：城市GDP→产业值→货运生成量→陆港需求→陆港吞吐量→陆港负荷→城市GDP；
2)城市经济对陆港的正反馈环：城市GDP→陆港基础设施投资→陆港吞吐能力→陆港供给→陆港负荷→城市GDP；
3)陆港对城市经济的正反馈环：陆港吞吐量→产业值增加值→陆港经济贡献值→城市GDP→陆港投资→陆港吞吐量；
4)陆港对人口子系统正反馈环：陆港吞吐量→就业人口→社会消费品零售总额→城市GDP→陆港吞吐量；
5)陆港对人口子系统负反馈环：陆港吞吐量→环境污染和资源占用→人口吸引力→总人口→就业人口→社会消费品零售总额→城市GDP。
2.3 系统流图构造
根据因果关系，构建陆港与城市经济系统流图，如图2。
图2 陆港与城市经济系统流图
3 实证分析
3.1 西安陆港与城市经济系统流图
2008年西安国际港务区正式成立，依托“西安综合保税区、西安铁路集装箱中心站、西安公路港”这3大核心平台，形成了以中亚班列“长安号”、“西安港”、一类陆路开放口岸、跨境电子商务产业园为基础的对外开放基础格局，通过海铁联运快捷体系与国际国内港口搭建无缝衔接的运输走廊。考虑到中亚班列内燃机车对环境污染较小，故暂不考虑西安港务区对资源与环境子系统的影响。构建西安陆港与城市经济的系统流图，如图3。
3.2 参数确定
本模型模拟时间段为2012—2022年，通过查阅文献[17-18]，得到2012年状态变量初始值及相关常量相关数据。运用SPSS软件、Excel和计量经济学，结合西安市历年数据得出辅助变量(表2)，解释说明了模型中主要几个变量等式。
表2 2012年相关初始数据
1)3大产业值与总货运量(q)的方程如式(1)：
lnq=a0+a1lnt1+a2lnt2+a3lnt3
(1)
式中：t1、t2、t3分别为第一、第二和第三产业值；a0为常数项；a1、a2、a3分别为第一、第二、第三产业货运系数。
2)陆港吞吐量(Z)的方程如式(2)：
Z=c0+c1lnk1+c2lnk2
(2)
式中：c0为常数项；c1、c2分别为吞吐量系数和吞吐能力对吞吐量的影响系数；k1、k2分别为陆港货运量和陆港吞吐能力。
运用Excel对式(1)、(2)进行多元线性回归，即可算出相应系数值。
3)运用SPSS对西安市2010—2017年净迁入人口和人口密度数据进行回归分析得出净迁入人口(y)与人口密度(x1)方程如式(3)：
y=-0.198x1+2.765e-16
(3)
4)GDP自身增长系数(M)的方程如式(4)：
(4)
式中：G(K)为第K年GDP值；G(K+1)为第K+1年GDP值。
取2010—2017年西安市GDP数据，可得出西安市GDP自身增长系数表为：{[(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自身增长系数平均值为0.127 6，经过调整后得到最终GDP增长系数表为：{[(2013,0)-(2015,1)],(2013,0.115 3),(2014,0.056 2),(2015,0.083 0)}。同理，其他增长系数表的结果也可得到。
5)货运量对吞吐能力影响是货运量变化度对吞吐能力增长系数的影响，其系数可用Excel线性回归得出。
3.3 模型检验
对模型中主要几个状态变量进行历史检验，得到2012—2016年近5年模拟值与实际值如表3。
表3 主要变量历史检验
由表3可知：2012—2016年，西安市总人口模拟值与实际值平均误差为0.36%，社会消费品零售总额平均误差为2.68%，西安市GDP总量和西安港吞吐量的平均误差分别2.9%和1.72%。在2016年数据中，西安市社会消费品零售总额和西安市GDP总额模拟值与实际值误差较大，分别达到了6.6%和8.6%；2017年西安市GDP总额模拟值为7 594.5亿元，与实际值7 471.89亿元的误差减小到1.64%；社会消费品零售总额模拟值为4583.29亿元，与实际值误差为5%；由此说明所建模型与真实系统拟合度较好，能准确预测短期真实系统发展情况。
3.4 政策模拟分析
3.4.1 城市经济对陆港影响分析
1)对陆港投资占比的政策模拟分析
城市经济通过固定资产投资影响陆港供给。在其他变量不变情况下，改变陆港投资占比后西安陆港吞吐量变化如图4。其中占比1、2、3分别为0.034 8、0.174 0、0.870 0。
图4 投资占比政策模拟
① 西安陆港吞吐量与投资占比呈正相关，但增加幅度不大，2012—2022年，相同投资占比增幅带来西安陆港吞吐量平均年增长率分别为1.26%和6.14%，最大增长率分别为2022年的2.49%和11.95%；② 西安陆港吞吐量对投资占比敏感性较低，单纯大量增加基础设施投资并不能有效促进西安陆港吞吐量增加。2016年，西安陆港每亿元固定资产投资带来0.11万TEU吞吐量，说明固定资产投资将直接影响西安陆港吞吐能力，能增加其供给能力，减少港务区负荷；而西安陆港吞吐量普遍偏小，说明西安陆港吞吐能力没有得到充分利用，应该大力提高西安陆港吞吐效率。
2)对陆港货运量占比政策模拟分析
城市经济通过外贸量影响陆港吞吐量需求。2010年，港务区货运量为12 495 t，西安市总货运量为34 323×104t，占比为0.004%；2015年，西安铁路集装箱中心站运输各类货物合计247.66×104t，总货运量为46 270×104t，占比达到0.54%，相比2010年增长约146倍。其他变量不变，改变货运量占比西安陆港吞吐量变化如图5。其中占比1为0.005 4，占比2为0.010 8，初始占比为0.004%。
图5 货运量占比政策模拟
① 西安陆港吞吐量与货运量呈正相关，港务区货运量对西安陆港吞吐量影响比较显著，当货运量占比增加1倍时，吞吐量年平均增长率达到9.49%，2012年增长率最大为10.43%；② 货运量占比增加1倍时，西安陆港吞吐量增长率呈现下降趋势，平均年下降率为-4.1%。西安陆港吞吐量规模偏小，港务区货运量占全市总货运量偏小，吞吐能力未得到充分开发，西安陆港应该大力发展第三产业，提高产业聚集度，增加城市外贸量，提高港务区货运量。
3)对GDP增长系数表的政策模拟分析
2010—2017年西安市城市生产总值呈现稳步上升趋势。其他变量不变，GDP增长系数政策模拟分析如图6。① 西安陆港吞吐量与西安市GDP总值呈正相关，GDP增长系数增长10%时，西安陆港吞吐量2012—2022年年平均增长率为8.59%，但增长率随时间呈现下降趋势；② 西安陆港吞吐量对西安市GDP敏感性良好，2012年西安市每亿元生产总值促进西安陆港17.75 TEU吞吐量。
图6 GDP增长系数政策模拟分析
3.4.2 陆港对城市经济影响分析
1)陆港对经济子系统影响
在西安陆港折旧额未知及忽略环境与资源子系统条件下，本模型只考虑西安陆港对经济子系统的间接经济贡献，陆港创造3大产业值及间接GDP值如图7。2016年7月5日，港务区托管的灞桥两个街道才有了第一产业，该年港务区第一、二、三产业值分别为6.96、15.24、31.06亿元。① 2016年，西安陆港间接GDP贡献值为53.26亿元，间接经济贡献率为0.81%，西安陆港吞吐量为13万TEU，即每万TEU吞吐量创造间接GDP值4.1亿元，2020年每万TEU吞吐量将创造间接GDP值6.71亿元，相比2016年增长63.66%；② 2016—2022年，贡献率随时间呈类似对数曲线增长，向1.23%逐渐靠近并趋于平缓，西安陆港间接GDP值年平均增长率为20%，其中2016年达到峰值为31.93%，随时间降低，到2021年降到12.71%。2012—2022年，西安陆港创造年平均间接GDP109.6亿元。
图7 陆港创造间接三大产业值和间接GDP值
2)陆港对人口子系统影响
西安陆港拉动直接就业人口和总就业人数如图8。2016年西安陆港吞吐量为13万TEU，第一、二、三产业拉动就业人数分别为1.5×104、3 099、8 157人，西安陆港拉动总就业人口为2.63×104人，全市总就业人口为539.18×104人，就业人口贡献率为0.49%，每万TEU吞吐量创造2 023人就业；2020年每万TEU将创造4 836人就业，创造总就业人数达到9.14×104人。2012—2022年西安陆港拉动年平均就业人口8.40×104人。
图8 陆港拉动总就业人口
4 结 论
笔者从系统结构角度研究了陆港与城市经济之间的相互影响。通过分析陆港对城市经济主要贡献及城市经济影响陆港主要途径，构建了陆港与城市经济相互影响的系统模型，并以西安国际港务区为例对模型进行检验及仿真分析。得出如下结论：
1)西安陆港吞吐量与城市经济呈正相关。城市经济通过固定资产投资影响陆港供给，西安陆港固定资产投资额对吞吐量的影响并不十分显著，应该大力提高西安陆港的吞吐效率，充分开发西安陆港的吞吐能力潜能；
2)城市经济通过外贸量影响陆港吞吐量需求，港务区货运量对吞吐量影响显著，但港务区货运量占比较低，应充分发展第三产业提高产业聚集度，增加城市外贸量，提高港务区货运量；
3)西安陆港带来产业增加值与吞吐量呈正相关，吞吐量增加对西安市GDP增长起着明显带动效益；西安陆港拉动总就业人口数量与吞吐量呈正相关，吞吐量越大，单位吞吐量所创造总就业人口数量越多，西安港就业贡献率越大。
由于陆港及城市经济影响因素较多，笔者仅选取了与陆港及城市经济相关的部分指标，下一步应综合考虑多个方面因素，全面、系统地刻画陆港与城市经济之间的相互关系，并结合多个陆港与其城市经济关系视角进行研究。