基于第三次工業革命的貨物運輸結構演變趨勢

趙 楠， 真 虹

(上海海事大學 上海國際航運研究中心， 上海 200082)

JEFF[1]提出第三次工業革命，認為第三次工業革命是能源、互聯網與再生能源的結合所引起的人類生產生活和社會經濟的重要變革。每一次工業革命都會在新興產業、生產規模、技術革新等方面發生突破性變革，繼而影響交通運輸組織方式、運輸結構。

許多學者對第三次工業革命的技術特征[2]、驅動力量[3]、產業格局[4-5]等進行研究。第三次工業革命對交通領域影響的研究有:JEFF對運輸工具的動力和運輸需求進行簡單的闡述;真虹[6]從交通運輸發展自身規律出發分析對未來交通運輸發展所產生的影響。從已有文獻來看，尚未有學者研究第三次工業革命對貨運系統結構變化的影響。本文從第三次工業革命的技術特征、生產組織形式、產業結構等角度分析對貨運結構的影響，并通過系統動力學方法量化分析貨運結構的變化趨勢。

1 第三次工業革命對貨運結構的影響

1.1 第三次工業革命的特點

第一次工業革命以蒸汽機的發明應用為標志，機器在工業和農業中得到廣泛使用，工廠制度興起，制造業迅速發展，交通運輸作為新的工業部門出現。第二次工業革命以電機和內燃機的發明應用為特征，人類進入了電氣化、石油化和鋼鐵時代，工廠已實現規模化生產，產業國際化分工進一步深化。JEFF提出的第三次工業革命是以數字制造技術、互聯網技術和再生性能源技術的重大創新與融合為代表的。三次工業革命的特點比較見表1。與前兩次工業革命相比，第三次工業革命呈現出3個技術經濟特征。

1.1.1分散分布的可再生能源互聯網

第三次工業革命的能源主體將實現再生能源對石化能源的替代。可再生能源具有區域分散性的特征，能源獲取將減少長距離運輸需求。此外，可再生能源具有生產不連續和隨機波動的特征，其變革需與互聯網技術實現充分融合。

1.1.2分散型規模定制化生產

第三次工業革命以數字化、智能化制造為技術特征，制造業從機械化生產過渡到數字化生產是實現終端產品“大規模定制”的基礎。定制生產需對多樣化定制需求迅速做出反應，因此要求制造業和服務業進行深度融合。定制化需求、3D打印和互聯網技術將會使小型家庭作坊生產變為可能，企業組織向扁平化發展，生產分布呈分散化特征。

1.1.3多批次小批量區域內貿易

基于生產方式逐漸向分散化、小型化、大規模定制化轉變,市場貿易形式也將從批次少、批量大、批發與零售環節迥異逐步演變為批量小、批次多、批發與零售趨同,銷售模式將由全球分銷向就地銷售轉變，區域內貿易需求將顯著增長。

交通運輸服務于經濟貿易，工業革命技術經濟特征的變化會對貨運需求規模、運輸商品性質、運輸速度、成本、結構等貨運體系產生影響。

1.2 第三次工業革命對貨運結構演變的影響

運輸結構是指運輸系統中各種運輸方式之間的相互關系。根據上述第三次工業革命的特點，將對貨運結構產生以下影響：

1.2.1運輸需求規模和貨種結構變化

在前兩次工業革命背景下，國際貿易中海運占90%，其中大宗能源貨物占全部海運量的1/2以上。[7]在第三次工業革命背景下，石化能源需求的依賴度降低，分散不均的能源運輸需求將萎縮，大宗散貨運輸需求減少將導致全球貿易運輸規模增長變緩甚至減小，從而導致具有遠距離、大規模、低成本優勢的水路運輸和鐵路運輸需求可能出現一定萎縮。

1.2.2區域內運輸需求顯著增加

隨著可再生能源的使用以及銷售模式向“分散生產、就地銷售”的轉變，全球性的長距離運輸增長將放緩，洲域內的國際貿易業務以及本國內的內貿規模或將增加。區域內運輸需求的顯著增加以及貨物附加值的提升使貨物對運輸時效要求顯著提高，公路運輸和航空運輸的優勢將得以體現，進一步增強公路運輸和航空運輸在整個運輸體系中的作用。

表1 三次工業革命的特點比較

1.2.3運輸組織效率和方式發生變化

在第三次工業革命背景下，由于產品自身向高附加值的方向發展，隨著運輸工具的發展，運輸成本在貨物價值中占比將進一步降低。同時，在第三次工業革命背景下貿易方式以小批量、多批次、批發與零售趨同為主要發展模式，客戶更青睞于能夠提供快捷、安全、高效且靈活的運輸組織方式，貨運體系中各種運輸方式的無縫高效銜接將更加重要。

2 基于系統動力學的運輸結構演變趨勢預測模型構建

本文聚焦于分析在第三次工業革命背景下由于經濟貿易特征變化影響貨運結構變化的趨勢。因此,在利用系統動力學構建模型過程中側重于從需求角度分析因果循環關系和作用方式，主要對鐵路、公路、水路、航空等4種運輸方式進行研究。

2.1 系統動力學系統界限及要素分析

根據上述影響貨運結構的主要因素分析，構成系統動力學模型的要素主要包括3部分：

2.1.1區域經濟貿易系統要素

區域經濟貿易系統要素主要包括國內生產總值(Gross Domestic Product,GDP)、固定資產投資額、進出口貿易總額、國內批發零售業銷售總額、能源消耗總量以及上述經濟貿易指標項下細分指標。

2.1.2交通運輸體系要素

交通運輸體系要素主要包括貨運交通量和4種主要運輸方式貨運量及其分擔率。

2.1.3第三次工業革命影響下的約束系數

在第三次工業革命背景下清潔能源使用量增加，能耗降低，區域內運輸和高附加值貨物運輸需求增加。因此,增加第三次工業革命對整個模型的約束系數，包括環保對能源消耗約束系數、清潔能源推廣系數、居民消費水平指數、公路承載能力約束系數。

2.2 系統動力學模型流圖及模型構建

根據系統各要素的因果關系分析，進一步確定變量類型和變量之間的關系，得到系統動力學模型流圖見圖1。根據圖1確定各變量的模型方程組如下：

1) 狀態變量

GDP=INTEG(GDPGR，初始值)

(1)

FI=f1(GDP)

(2)

EC=(1-γ)×f2(GDP)

(3)

圖1 第三次工業革命背景下貨運結構系統動力學模型流圖

2) 輔助變量

OIEC=f3(GDP)

(4)

ISGR=f4(GDP)

(5)

OSIGT=(1-α)×f5(OIEC)

(6)

LIGT=OIEC-OSIGT

(7)

HAVIGT=f6(CII×OIEC)

(8)

CGT=f7(TRP×CII×ISGR)

(9)

MET=f8(TSP×ISGR)

(10)

OCEC=(1-θ)×f9(EC)

(11)

CTV=WTV+TTV+RTV+FTV

(16)

WTSR=WTV÷CTV

(17)

TTSR=TTV÷CTV

(18)

RTSR=RTV÷CTV

(19)

FTSR=FTV÷CTV

(20)

式(1)～式(20)中:GDPGR為國內生產總值增速;FI為固定資產投資額;EC為能源消費量;γ為能源消耗約束系數;OIEC為進出口商品貿易總額;ISGR為國內批發和零售業商品銷售額;OSIGT為跨洋國際商品貿易總額;α為區域貿易增長系數;LIGT為陸橋國際商品貿易總額;HAVIGT為高附加值進出口貨物貿易額;CII為居民消費水平指數;CGT為日常生活消費用品貿易銷售總額;TRP為第三產業比例;MET為機械電子配件銷售總額;TSP為第二產業比例;OCEC為原油及煤炭能源消費量;θ為清潔能源推廣系數;WTV為水路貨運量;TTV為鐵路貨運量;RTV為公路貨運量;β為公路承載能力約束系數;FTV為航空貨運量;CTV為貨運交通量;WTSR為水路運輸分擔率;TTSR為鐵路運輸分擔率;RTSR為公路運輸分擔率;FTSR為航空貨運分擔率。

3 模型檢驗及實證分析

3.1 模型校驗

21世紀以來，由于環保要求日益提高，我國能源生產結構中可再生能源比重不斷提高，其中煤炭基本保持自2003年以來76%～77%的份額，原油由2001年的16.3%降至2010年的9.8%，而天然氣份額由7.9%提升至9.4%。僅2017年，中國水電、風電、光伏和核電占電力總裝機量比例分別達到20%、9%、7%和2%。中國信息產業自21世紀以來飛速發展，2003—2010年中國信息產業銷售收入年均增長28%，由于互聯網產業的發展，誕生了眾多可提供定制化服務的中小企業。2005—2017年，區域內集裝箱海運航線所占的市場份額由13%提升至19%。綜上所述，21世紀以來我國表現出一定的向第三次工業革命變革的技術特征。因此，以我國為例分析在第三次工業革命技術經濟特征影響下未來運輸結構的發展變化趨勢。2004—2015年我國各經濟貿易指標數據見表2。

表2 2004—2015年我國經濟貿易指標數據

將2004—2015年中國各經濟貿易指標數據歷史值與各運輸方式貨運量歷史值進行回歸分析擬合，計算模型方程組函數式(1)～式(15)，并對常系數進行賦值。結果如下：

GDP=INTEG(GDPGR,161 840)

(21)

FI=257 800×ln(GDP)-3×106

(22)

(23)

OIEC=48 432.9+0.26×GDP

(24)

ISGR=0.87×GDP-83 351

(25)

OSIGT=0.88×((1-α)×OIEC)+5 936.60

(26)

LIGT=OIEC-OSIGT

(27)

HAVIGT=EXP(6×10-6×OIEC)×CII×9 965.8

(28)

(29)

MET=1 258.42+0.47×ISGR×TSP

(30)

OCEC=(1-θ)×(45 770+0.742 766×EC)

(31)

RTV=1.006 01×106+(11.2×MET+8.12×

CGT)×(1-logβ(MET×CGT))

(34)

FTV=156.107+0.000 640 4×CGT+

0.001 635 5×MET+0.002 691×HAVIGT

(35)

常量賦值為

α=0.01，γ=0.01，θ=0.01，β=10

通過Vensim軟件模擬獲得2015年4種運輸方式的分擔率，將其與實際值比較，計算誤差見表3。

表3 貨運結構模擬數據與實際數據比較誤差表 %

對模型運行結果進行有效性檢驗后，誤差率均小于5%，該系統動力學模型符合模擬的精度要求。在此基礎上，對未來15 a的各種運輸方式分擔率進行預測，根據高盛對我國GDP增長率的預測，2016—2020年我國GDP的年均增速設定為6.7%，2021—2030年GDP年均增長率設定為5.5%。[8]根據我國經濟國內消費能力穩步提升以及第三產業比重穩步提升，第二產業基本穩定，在此基礎上對相關時間影響的變量進行設定,據此測算2016—2030年我國貨運結構變化趨勢預測見表4。

表4 2016—2030年我國貨運結構變化趨勢預測 %

3.2 實證分析的啟示

中國貨運結構隨著經濟貿易結構的調整和貨運技術的發展而變化。1949—1978年，鐵路和水路承擔大量的貨運需求。1978—2000年，公路運輸迅猛發展，航空貨運得到一定的發展。在第三次工業革命影響下，需求將導致貨運結構發生如下變化：

3.2.1鐵路、水運運輸需求趨于減少，迫切面臨轉型需求

本文對貨運結構的系統動力學分析中僅考慮經貿影響下運輸需求變化所帶來的運輸結構調整，并未考慮對各種運輸方式基礎設施和技術的影響，也未考慮政策作用的影響。但可清楚看到需求對運輸結構變化的影響,由表3可知:在第三次工業革命影響下，能源和原材料長距離運輸需求減少，貨運結構中以承擔大宗貨物為主的水路和鐵路運輸分擔率呈現下滑趨勢。未來如若鐵路和水路不加速轉型升級，將面臨公路和航空帶來的極大挑戰。

3.2.2公路、航空運輸需求趨于增加，航空運輸發展潛力明顯

從測算數據來看，在第三次工業革命影響下，公路在貨運體系中作用越來越重要，航空運輸比例在貨運結構中雖有擴大但并不明顯。其主要原因是目前航空貨運規模仍然相對較小，在用歷史數據測算過程中往往經濟數據和航空貨運規模是以歷史情況擬合，但在航空貨運技術成熟且高附加值貨物貿易顯著增加的情況下，航空運輸需求的增長將是跨越式的增長，具有非常明顯的發展潛力。

3.2.3亟需提升技術和政策引導，不斷優化運輸產業結構

本文研究貨運結構變化僅考慮需求因素而未考慮供給和政策因素。但需求變化往往難以人為調整。為使貨運結構進一步優化，需要通過運輸供給和政策導向加以干預和調整。從預測數據來看，公路運輸比重大比例增加，但公路運輸的單位貨值或效率并不具備優勢，且土地資源占用大，集約優勢不明顯。因此，為避免上述情況發生，國家應出臺相關政策，加快技術改造和產業轉型升級，引導公路貨運需求向集約化的鐵路和水路分流。一方面，打通區域內鐵路網和內河水網；另一方面，創新鐵路和水路組織模式和運輸技術，提升速度，提高其對高附加值貨物運輸服務的響應能力。

4 結束語

本文基于第三次工業革命對經濟貿易產生的影響，總結分析由此帶來的貨運結構變化，在此基礎上構建在第三次工業革命影響下的貨運結構系統動力學仿真模型。將我國經濟貿易數據和貨運交通結構

數據作為模型仿真和校驗的基礎數據，對第三次工業革命影響下的中國貨運交通結構進行分析預測。研究發現:在第三次工業革命影響下,水路和鐵路運輸的分擔率將下滑，公路和航空分擔率增長，但公路將面臨需求增長的較大壓力，在進一步完善公路供給能力的同時，更重要的是抓緊推動其他3種運輸方式轉型升級，分流公路貨運交通壓力。