干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)關(guān)鍵因素敏感性分析

范小晶，封學軍，張艷，2，蔣柳鵬

（河海大學1.港口、海岸與近海工程學院；2.水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，江蘇南京210098）

干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)關(guān)鍵因素敏感性分析

范小晶1，封學軍1，張艷1，2，蔣柳鵬1

（河海大學1.港口、海岸與近海工程學院；2.水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，江蘇南京210098）

隨著我國對干散貨需求的不斷增加，海鐵聯(lián)運模式日益受到重視。為明確干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)中關(guān)鍵因素，運用系統(tǒng)動力學及建模軟件VENSIM，構(gòu)建了干散貨海鐵聯(lián)運的系統(tǒng)動力學模型，并采用福建省湄洲灣港干散貨海鐵聯(lián)運案列對模型進行仿真驗證，證明了該模型有效可行。最后對模型的關(guān)鍵因素進行敏感性分析，并提出促進湄洲灣海鐵聯(lián)運發(fā)展的相關(guān)建議。

海鐵聯(lián)運；系統(tǒng)動力學；關(guān)鍵因素；敏感性分析

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，經(jīng)濟的全球化和一體化進程加快，促進了生產(chǎn)性資源的全球配置和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，中國、印度等新型工業(yè)化國家對初級能源和生產(chǎn)原材料的需求不斷增加。我國2013年進口鐵礦石8.2億噸，增長10.2%，進口煤炭3.3億噸，增長13.4%。干散貨在港口的進出以鐵路、大型船舶運輸為主。干散貨干燥、散裝、量大的特點，均有利于發(fā)揮鐵路運輸?shù)母鞣N優(yōu)勢，從而形成了港口干散貨集疏運依賴于鐵路的局面。干散貨海鐵聯(lián)運即指貨物的進出港經(jīng)由港口的裝卸設(shè)備、港口鐵路線等基礎(chǔ)設(shè)施，將船舶運輸和鐵路運輸無縫聯(lián)接起來的一種運輸方式。由于作業(yè)對環(huán)境污染小，安全性強，以鐵路和港口共建的港站為依托，以內(nèi)陸為輻射，使得海鐵聯(lián)運具有得天獨厚的優(yōu)勢。

發(fā)達國家開展海鐵聯(lián)運已經(jīng)有相當長的一段歷史，無論是在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上，管理模式上，市場開發(fā)程度、商務運作模式上都達到了較為完善的程度。據(jù)統(tǒng)計，歐洲大部分港口海鐵聯(lián)運的比例己經(jīng)達到了20%以上，而美國部分港口則達到了35%以上［1-3］。相比之下，我國海鐵聯(lián)運方式所占運量比例卻很低，遠低于發(fā)達國家，制約我國海鐵聯(lián)運發(fā)展的因素研究也成為國內(nèi)學者新的研究方向。舍妮亞［4］在分析新亞歐大陸橋海鐵聯(lián)運中，由存在的問題定性分析了政策、基礎(chǔ)設(shè)施、信息化建設(shè)等關(guān)鍵因素；劉妍等［5］從宏觀（包括經(jīng)濟發(fā)展水平、政策及法律）、微觀（包括運價、技術(shù)、貨物及管理體制與模式）兩個方面對影響我國多式聯(lián)運的影響因素進行了深入分析；陶學宗等［6］在研究糧食多式聯(lián)運的無縫運輸中，對其主要影響因素包括基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備硬件系統(tǒng)、運輸組織與管理軟件系統(tǒng)進行了定性分析；許長新等［7］將系統(tǒng)動力學方法應用于港口吞吐量預測模型，在傳統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，定量地考慮了綜合運輸系統(tǒng)、環(huán)境等各種主要因素對港口吞吐量的影響；高曉月［8］考慮了影響集裝箱生成量大小的主要因素如國民經(jīng)濟以及對外貿(mào)易發(fā)展水平、外貿(mào)進出口構(gòu)成、外貿(mào)貨物重量系數(shù)、外貿(mào)適箱貨集裝箱箱化率等，對南京港集裝箱生成量進行了預測。

從已有研究可見影響我國海鐵聯(lián)運主要有硬件因素（港口、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施）、軟件因素（裝卸技術(shù)、信息化建設(shè)、社會經(jīng)濟）和政策因素。但現(xiàn)有研究側(cè)重從定性的角度對影響因素進行闡述分析，缺乏對關(guān)鍵因素定量的分析。

敏感性分析是指從定量分析的角度研究有關(guān)因素發(fā)生某種變化對某一個或一組關(guān)鍵指標影響程度的一種不確定分析技術(shù)。其實質(zhì)是通過逐一改變相關(guān)變量數(shù)值的方法來解釋關(guān)鍵指標受這些因素變動影響大小的規(guī)律。通過參數(shù)的變動實現(xiàn)對目標趨勢與特性的把握，比一味追求數(shù)值的精確求解更具應用價值［9］。本文將在現(xiàn)有文獻基礎(chǔ)上，運用系統(tǒng)動力學構(gòu)建干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的模型，并結(jié)合案例，通過關(guān)鍵因素定量的敏感性分析，來確定關(guān)鍵因素對干散貨海鐵聯(lián)運量的影響及影響程度，得出的結(jié)論及建議將有利于決策者確定推動海鐵聯(lián)運發(fā)展措施的實施序列。

1 研究方法及思路

我國海鐵聯(lián)運仍處于起步階段，影響因素眾多，歷史數(shù)據(jù)不全，反饋機制復雜，各子系統(tǒng)以及各個變量之間都存在著復雜的、非線性的相互作用和反饋關(guān)系。傳統(tǒng)的研究方法往往忽略了海鐵聯(lián)運與諸多社會系統(tǒng)的相互關(guān)系，對單因素的影響分析不夠系統(tǒng)。系統(tǒng)動力學是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學科，也是一門認識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的交叉性、綜合性學科［10］。運用系統(tǒng)動力學方法建模，能較全面地考慮一個動態(tài)的、復雜系統(tǒng)的各種主要影響因素，可以對系統(tǒng)進行比較充分的分析，結(jié)論也更符合實際情況。同時，系統(tǒng)動力學也能定量地對系統(tǒng)中的因素進行敏感性分析。因此，本文提出將系統(tǒng)動力學的方法應用于干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)。

根據(jù)系統(tǒng)動力學解決問題的一般步驟：第1，確定研究問題為干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)，同時確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)邊界、地里邊界及時間邊界；第2，對干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)進行直觀的結(jié)構(gòu)分析、因果關(guān)系分析；第3，定義變量，通過繪圖軟件VENSIM PLE，繪制系統(tǒng)動力學模型；第4，應用案例的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對模型進行反復調(diào)試對模型進行驗證，直至模擬結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)相符；第5，在模型有效可行的基礎(chǔ)上，對相關(guān)主要因素進行敏感性分析，即每次對單一因素進行0.1個單位增加，觀察對比干散貨海鐵聯(lián)運量受到的影響，從而提出干散貨海鐵聯(lián)運發(fā)展的措施及建議。

2 模型的構(gòu)建

為準確地分析干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)，考慮主要影響因素即基礎(chǔ)設(shè)施、裝卸技術(shù)、政策的前提下，還選取了港口所在地及腹地經(jīng)濟水平、港口岸線資源、環(huán)境承載力、沿海港口競爭等作為影響干散貨海鐵聯(lián)運的因素。

2.1 因果關(guān)系分析

因果關(guān)系分析能夠直觀地反映系統(tǒng)動態(tài)發(fā)展的內(nèi)在機理。選取干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的內(nèi)部因素為需求及供給；環(huán)境承載力、岸線資源、港口所在地及腹地經(jīng)濟水平、沿海港口競爭等為系統(tǒng)發(fā)展的外部因素，建立干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)基本因果反饋圖（如圖1所示）。

2.2 干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)主要因果反饋環(huán)分析

因果反饋環(huán)能夠清楚地表達系統(tǒng)中各要素之間的定性關(guān)系，因此，因果反饋環(huán)的確定是系統(tǒng)動力學研究中的關(guān)鍵。此處分析圖1中幾個主要的因果反饋環(huán)。

反饋環(huán)1：港口收益→+港口所在地GDP→+交通運輸總投資→+鐵路投資→+港口運輸供給能力→+港口吞吐能力→+港口吞吐量→+港口收益。此反饋環(huán)為正反饋環(huán)，反映了港口發(fā)展與社會經(jīng)濟的互相加強關(guān)系。

反饋環(huán)2：港口收益→+港口所在地GDP→+交通運輸總投資→+鐵路投資→+港口鐵路吞吐能力→+海鐵聯(lián)運分擔率→+干散貨海鐵聯(lián)運量→+港口收益。此反饋環(huán)為正反饋環(huán)，反映了干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的自加強機理。

反饋環(huán)3：港口收益→+港口所在地GDP→+港口技術(shù)投資→+港口技術(shù)提高→+港口鐵路吞吐能力→+海鐵聯(lián)運分擔率→+干散貨海鐵聯(lián)運量→+港口收益。此反饋環(huán)為正反饋環(huán)，與反饋環(huán)2相同，反映了系統(tǒng)的自加強機理。

圖1 干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)因果反饋圖Fig.1 Causal feedback loop diagram for rail-sea intermodal transportsystem of dry bulk

反饋環(huán)4：交通運輸總投資→+鐵路投資→+鐵路通達性→+鐵路沿線經(jīng)濟→+干散貨需求量→+運輸需求→+交通運輸總投資。此反饋環(huán)為正反饋環(huán)，反映了鐵路運輸?shù)墓┬杌ハ啻龠M的原則。

反饋環(huán)5：港口收益→+港口投資建設(shè)→+港口吞吐能力→+港口吞吐量→+干散貨吞吐量→+干散貨海鐵聯(lián)運量→+港口收益。此反饋環(huán)為正反饋環(huán)，反映了港口吞吐量的增加將直接促進港口干散貨海鐵聯(lián)運的增加。

反饋環(huán)6：港口投資建設(shè)→+港口吞吐能力→-港口可利用岸線→+港口投資建設(shè)。此反饋環(huán)為負反饋環(huán)，反映了港口岸線資源的重要性，起著調(diào)節(jié)城市與港口協(xié)調(diào)發(fā)展的重要性。

2.3 干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)動力學模型構(gòu)建

因果反饋圖只能描述反饋結(jié)構(gòu)的基本方面，不能表示不同性質(zhì)變量的區(qū)別，例如狀態(tài)變量的積累概念，以及影響它的速率。通過流圖能夠清晰地描述影響反饋系統(tǒng)動態(tài)性能的積累效應，區(qū)別物質(zhì)流與信息流。根據(jù)干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的因果關(guān)系和系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)內(nèi)的變量進行區(qū)分及定義，選取港口可利用岸線、港口干散貨吞吐能力、碼頭鐵路線長度、港口所在地GDP及腹地GDP為狀態(tài)變量。通過VEN?SIM軟件，構(gòu)建了干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的動力學模型（如圖2所示）。

模型涉及到的主要方程和變量（L為狀態(tài)方程，R為速率方程，A為輔助方程，T為表函）：

A干散貨海鐵聯(lián)運量=港口干散貨吞吐量×海鐵聯(lián)運分擔率×海鐵聯(lián)運開展與否

A港口干散貨吞吐量=港口干散貨吞吐能力×港口使用效率×港口競爭影響因子

L港口干散貨吞吐能力=INTEG（+年干散貨通過能力增加值，初始值）

R年干散貨通過能力增加值=港口技術(shù)×港口資金×可利用岸線因子×環(huán)境承載力因子

A海鐵聯(lián)運分擔率=港口鐵路吞吐能力/港口干散貨吞吐能力×海鐵聯(lián)運運輸優(yōu)惠政策

L碼頭鐵路線長度=INTEG（+碼頭鐵路線年新增長度，初始值）

A港口鐵路吞吐能力=鐵路裝卸效率×碼頭鐵路線長度

T海鐵聯(lián)運運輸優(yōu)惠政策=WITHLOOPUP（Time，數(shù)組）

R港口所在地GDP年增量=港口所在地GDP×GDP年增長率表1（Time）

T GDP年增長率表1=WITHLOOPUP（Time，數(shù)組）

T港口競爭影響因子=WITHLOOPUP（Time，數(shù)組）

A可利用岸線因子=港口可利用岸線/宜港岸線總長度

圖2 港口干散貨海鐵聯(lián)系統(tǒng)動力學模型Fig.2 System dynamicsmodelof rail-sea intermodal transportsystem of dry bulk

2.4 模型的使用

根據(jù)案例實際情況、收集歷史數(shù)據(jù)及對相關(guān)部門的調(diào)研，可將方程中初始值、常量、輔助變量等進行設(shè)定，并對模型中的可變參數(shù)進行調(diào)試，最終獲得模擬出的干散貨海鐵聯(lián)運運量。對比干散貨海鐵聯(lián)運運量歷史數(shù)據(jù)，進行歷史性檢驗，誤差在可接受范圍內(nèi)，即證明該模型的有效性，可進一步使用模型。

關(guān)鍵因素敏感性分析是在同一時間區(qū)間內(nèi)，先逐一對模型中影響干散貨海鐵聯(lián)運量的因素進行固定調(diào)整，得出不同的干散貨海鐵聯(lián)運量，再通過對比分析，得出不同因素對干散貨海鐵聯(lián)運量的影響方式及程度，從而可以提出干散貨海鐵聯(lián)運發(fā)展的建議。

3 案例分析

湄洲灣港位于臺灣海峽西岸，福建省沿海中部，莆田市和泉州市交界處。自2009年湄洲灣港口管理局正式掛牌成立，湄洲灣港口管理局統(tǒng)一管理原來分別隸屬于泉州和莆田的4個港區(qū)即湄洲灣南岸的肖厝港區(qū)、斗尾港區(qū)，北岸的秀嶼港區(qū)、東吳港區(qū)。

福建省近年來重點推進“兩集兩散”港口建設(shè)，其中湄洲灣港發(fā)展以大宗散貨為主。湄洲灣南北岸均有疏港鐵路支線進入港口，共建有鐵路裝車線1 500m，能滿足100車皮同時裝車作業(yè)。2013年底新建成的向莆鐵路，由湄洲灣港港前編組站莆田東站，通過港口支線鐵路連接湄洲灣東吳港區(qū)、羅嶼港區(qū)、秀嶼港區(qū)、莆頭港區(qū)，進行海鐵聯(lián)運，構(gòu)成了東南最大的物流中心樞紐。2015年全面建成的航道3期工程將湄洲灣主航道通航等級將提高至40萬噸，將進一步提高湄洲灣港的服務水平，形成干散貨運輸新的規(guī)模效應。

3.1 參數(shù)確定

系統(tǒng)動力學模型基本結(jié)構(gòu)是信息反饋，它強調(diào)系統(tǒng)的行為模式主要取決于內(nèi)部的動態(tài)結(jié)構(gòu)和反饋機制，對大多數(shù)參數(shù)則表現(xiàn)出不敏感性。但這并不是說模型的參數(shù)無需估計，干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的模型十分復雜，變量眾多，本文參閱相關(guān)統(tǒng)計資料和相關(guān)文獻，并咨詢有關(guān)專家進行參數(shù)調(diào)試，確定或標定了上述模型中各個參數(shù)。

1）根據(jù)湄洲灣港所在地即泉州市、莆田市兩市2009—2013年歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如單位吞吐量平均收益、GDP增長率、港口使用效率等。

2）不同的參數(shù)類型，選擇不同的公式按比例類推。如根據(jù)歷年數(shù)據(jù)情況推算交通投資與技術(shù)投資占GDP比例、鐵路投資占交通投資比例。

3）由于目前福建鐵路輻射范圍有限，故選取傳統(tǒng)腹地江西省作為腹地考慮。

4）干散貨需求因子、環(huán)境承載力因子、港口競爭影響因子、需求量轉(zhuǎn)換因子是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)部門出臺的各項政策措施初步獲得，結(jié)合專家意見進行修正確定。具體參數(shù)數(shù)值見表1。

表1 模型中主要參數(shù)Tab.1 Themain parameters of themodel

3.2 系統(tǒng)仿真及檢驗

系統(tǒng)動力學模型檢驗的目的是驗證所建立的模型是否較好地反映湄洲灣港干散貨海鐵聯(lián)運的本質(zhì)特征和某些主要特征。首先，模型是建立在系統(tǒng)分析港口干散貨海鐵聯(lián)運影響因素基礎(chǔ)上的模型，能反映各因素之間動態(tài)制約關(guān)系；其次，通過模型運行與歷史數(shù)據(jù)進行比較分析，以檢驗模型的有效性。利用湄洲灣港口管理局自2009年成立至2013年5年的港口干散貨吞吐量歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運行模型得到二者擬合程度較好的結(jié)論如表2所示。

表2 模型誤差分析Tab.2 Model error analysis

表2中仿真值與實際值誤差均小于5%，證明了模型有效且具有較高可信度。湄洲灣港的海鐵聯(lián)運于2011年始有，港口鐵路裝車線長度有限，鐵路裝卸效率偏低，且海鐵聯(lián)運運輸優(yōu)惠政策力度不夠，故海鐵聯(lián)運量小，增長甚微。

3.3 關(guān)鍵因素敏感性分析

如前文所述，影響干散貨海鐵聯(lián)運的主要因素有硬件因素（港口、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施）、軟件因素（裝卸技術(shù)、信息化建設(shè)）和政策因素，對鐵路投資、技術(shù)投資、海鐵聯(lián)運運輸優(yōu)惠政策進行敏感性分析。將鐵路投資、技術(shù)投資、海鐵聯(lián)運運輸優(yōu)惠政策各進行0.1個單位的增加，得出的對比分析如圖3，圖4所示。

圖3 關(guān)鍵因素分析AFig.3 Key factor analysis A

圖4 關(guān)鍵因素分析BFig.4 Key factor analysis B

由圖3可以看出，中期發(fā)展來看，海鐵聯(lián)運運輸優(yōu)惠政策的提高對海鐵聯(lián)運發(fā)展的重要性大于鐵路投資和技術(shù)投資的增加，并且隨著海鐵聯(lián)運量的不斷增長，因素的重要性越來越明顯。這是由于優(yōu)惠政策的提高，如運價的降低、“五定”班列的開通，將極大地吸引腹地干散貨需求量，同時大幅提升港口的海鐵聯(lián)運分擔率。由圖4可知，在海鐵聯(lián)運發(fā)展初期，加大技術(shù)投資，對提高港口鐵路的裝卸效率將更為有效。

3.4 建議

為進一步加快湄洲灣港干散貨海鐵海鐵聯(lián)運發(fā)展，本文建議湄洲灣在近期加大港口技術(shù)投入，在現(xiàn)有政策及碼頭鐵路線資源的基礎(chǔ)上，提高鐵路裝卸效率，從而更快更好地提供干散貨海鐵聯(lián)運服務。

作為中遠期考慮，應加大省、市級政府的政策支持與財政補貼，如提高單位干散貨海鐵聯(lián)運量補貼，開設(shè)干散貨海鐵聯(lián)運“五定”或“三定”班列等措施，提高地區(qū)經(jīng)濟效益的同時，發(fā)揮福建省地域及港口的優(yōu)勢，更好地為福建山區(qū)和內(nèi)陸省份服務。

4 結(jié)論

利用系統(tǒng)動力學，先在定性分析干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)之后建立了系統(tǒng)動力學模型，然后應用案例進行仿真，同時對系統(tǒng)關(guān)鍵因素進行了定量的敏感性分析。與傳統(tǒng)研究的影響因素定量分析相比，實現(xiàn)了對干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)中關(guān)鍵因素定量的敏感性分析，為港口決策者在推動干散貨海鐵聯(lián)運發(fā)展提供了實施序列的參考。

通過對湄洲灣港干散貨海鐵聯(lián)運系統(tǒng)的仿真分析，驗證了模型的有效性與可靠性，對模型中的關(guān)鍵因素的敏感性分析，為加快湄洲灣港的海鐵聯(lián)運發(fā)展提供了建議。

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Sensitivity Analysis on Key Factors of Rail-sea Intermodal Transport System of Dry Bulk

Fan Xiaojing1,Feng Xuejun1,Zhang Yan1,2,Jiang Liupeng1
(HohaiUniversity 1.College ofHarbor,Coastaland Offshore Engineering;2.State Key Engineering Research CenterofEfficient Utilization ofWaterResourcesand Engineering Safety,Nanjing 210098,China)

With the growing demand of dry bulk in China,rail-sea intermodal transportgetsmore attention.In or?der to define the key factors of rail-sea intermodal transportofdry bulk,this study uses system dynamic andmod?eling software VENSIM to establish system dynamicmodel of rail-sea intermodal transport of dry bulk,and the case of rail-sea intermodal transport of dry bulk of Meizhou Bay Port in Fujian is simulated and verified by the model.The resultshows that themodel is feasible and effective.Finally,the key factors in themodelare sensitive?ly analyzed,and suggestions for promoting the developmentof rail-sea intermodal transport in Meizhou Bay have been proposed.

rail-sea intermodal transport;system dynamic;key factors;sensitivity analysis

F550

A

2014-06-20

國家自然科學基金（51009060）；中央高校基本科研基金（B13020031）

范小晶（1990—），男，碩士研究生，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理；封學軍（1975—），男，教授，研究方向為物流管理與水運經(jīng)濟。

1005-0523（2014）05-0056-07