基于系統動力學的物流園區對城市交通影響模型

魏寶紅

摘 要：?為了輔助物流園區對城市交通影響的正確決策，通過構建物流園區和交通影響分析的系統動力學模型，分別針對主次干道、交叉口數量以及貨物周轉周期等因素對城市交通環境影響進行了仿真，最后以西安市國際港務區為例，驗證了該模型的有效性和實用性。

關鍵詞：?物流園區; 交通影響分析; 系統動力學

中圖分類號： F 127

文獻標志碼： A

Research on Traffic Model Affected by Logistics Parks Based on System Dynamics

WEI Baohong

（Department of Transportation， Xi'an Railway Vocational and Technical College，? Xi'an，? Shanxi? 710016， China）

Abstract：

In order to assist civil decision of logistics park impact on urban transportation， the paper establishes the system dynamics model for traffic impact analysis， and simulates the transport influence of surrounding section， crossings and the goods turnover cycle. By taking International harbor area in Xian as the analysis example， the paper validates the feasibility and maneuverability of the proposed method.

Key words：

logistics park; analysis of traffic effects; system dynamics

0 引言

物流園區是在政府規劃指導下多種現代物流設施與設備和多家物流組織機構在空間上集中布局的大型場所，是具有一定規模和多種服務功能的新型物流業務載體[1]。作為商品集散和轉移中心，以其先進的基礎設施、便利的交通條件、快速敏捷的信息傳達拉動城市經濟要素和經濟活動，對帶動周圍區域經濟相對發展具有重要作用。

它作為一個大型的物流公共設施平臺，已經引起眾多專家學者的關注，然而當前，我國對物流園區的研究以宏觀的規劃研究為主，更多關注于物流園區帶來的正面影響，更深層次的運作模式，內部設施規劃等研究較少，許多城市物流園區規劃忽視了對其進行交通影響分析。事實上，當物流園區規模和業務量達到一定程度，就會對周邊路網乃至整個城市交通造成一定影響，降低了路網的服務水平，尤其是在電子商務和網上購物模式日益普及的背景下，具有配送頻率高，停靠站點多，配送批量小等特點的城市配送物流發展迅速，這些因素就更加劇了物流園區對城市交通的影響[2]。從目前投入運營的物流園區來看，逐漸暴露出了一些弊端，其中周邊道路擁堵問題已經是一個最突出和普遍的問題。

本文正是在這種背景下，從物流園區周邊交通擁堵這一現象入手，運用系統動力學理論和方法，結合實證分析法，通過分析與歸納總結相結合，形象化地反映發展物流園區和周邊路網交通擁堵之間的邏輯關系，結合實際數據，模擬分析各類影響因子的作用，建立物流園區和周邊路網之間相互影響和作用的反饋模型。并以西安市國際港務區為例，仿真和模擬其規劃方案對于緩解交通擁堵的有效性，并提出一些避免未來物流園區運營造成擁堵的規劃建議，為物流園區的可持續發展提供必要的支持，同時也為其他的交通樞紐型經濟的城市經濟系統與交通運輸系統之間的相互發展提供有價值的參考。

1 交通影響分析的主要內容

物流園區作為貨物流通的樞紐，通常位于城市邊緣地帶，處于城市交通網絡與城市外圍交通網絡的結合部，具有車流量大，路網等級復雜的特點。一方面，物流園區強大的貨物吸納能力需要周邊道路網絡得支撐;另一方面，物流園區產生的加大交通量一般不直接接入等級較高的貨運通道，而是通過等級較低的道路將物流園區與主要干道銜接在一起。物流園區產生和吸引大量的貨運車輛，將對園區周邊的道路網絡造成直接影響，這是物流園區對周邊交通環境的主要影響。

因此，城市物流園區的交通量可以分為兩部分：一是絕對交通量;二是吸引交通量。其中，絕對交通量是城市物流園區內部條件生成的交通量，與物流園區自身的屬性密切相關，在區位一定的前提下，物流園區的定位、類型不同，絕對交通量就有很大的差別。但是由于生產和消費活動具有一定的季節趨勢和波動特點，由此而產生的物流園區絕對交通吸引量將呈現出一定的季節性;其次，各物流服務企業的配送、干線運輸的車輛和工商企業開展運輸活動的車輛都具有一定的時間規律[3]。

吸引交通量是物流園區項目外部條件所生成的交通量。對物流園區來說，吸引交通量主要由于園區內企業職員上下班集散及相關公務出行生成、周邊配載車輛及物流需求客戶的吸引等組成[4]。

2 系統動力學模型的建立

2.1 基于物流園區和交通影響的SD模型

根據上述討論和分析，根據物流園區特點和周邊交通影響關系，建立因果關系圖，如圖1所示。

圖中“+”表示箭頭指向的變量隨箭尾變量的增加而增加，“-”表示箭頭指向的變量隨箭尾變量的增加而減少。

1） 物流中心的年運輸能力越大，衍生的運輸量就越大，從而周邊道路飽和度高，周邊道路的飽和度也會影響物流中心的年運輸能力。

2） 物流中心的運作會帶來周邊區域人口密度的提高，從而增加了私家車增長率和私家車保有量，這些勢必會導致周邊道路飽和度就提高。

3） 根據相關文獻，現代物流的發展有利于經濟數量的增長，經濟增長率取決于技術進步存量的增長率和社會流通速度的增長率，且與他們成正比例關系。因此，物流的增長促進社會經濟的迅猛發展，而經濟的發展也會將會加大對公共交通基礎設施的投入力度，這樣會使得物流更有序健康高速的發展[5]。

2.2 基于SD模型的流圖

為了進一步對物流園區和交通影響之間的關系進行量化，在此因果關系圖的基礎上建立SD圖，如圖2所示。

流圖模型中，方框表示可積累的狀態變量，如物流中心業務發展量，物流中心車流量等，在狀態左右相連的雙連線表示狀態變量的增減行為，分別有流入和流出速率變量，如道路通行率，物流中心運輸增長率等。其他變量由單箭頭連接的為輔助變量、常量，如物流中心車輛流出量，物流中心場地規模等。

主要的變量含義如下。

物流中心年吞吐量：是物流活動各環節產生的實物在物流活動中數量的總和，包括貨運量、庫存量和配送量等部分（單位：萬噸）。

物流中心場地規模：物流中心的占地面積（單位：萬畝）。

衍生運輸量：也就是吸引交通量，物流園區項目外部條件所生成的交通量。對物流園區來說，衍生運輸量主要由于園區內企業職員上下班集散及相關公務出行生成、周邊配載車輛及物流需求客戶的吸引等組成（單位：萬輛）。

私家車保有量：指一個地區私家車的擁有量（單位：萬輛）。

道路通行率：反映道路上各類交通方式對道路資源的占用情況，可以表示為某一道路斷面上特定時間內單位寬度的路面所能通過的最大個體數，即每米寬度的路面上單位時間通過的人數[6]（單位：p/h·m）。

道路設計通行量：在一定的道路和交通條件下，道路上某一段單位時間內通過某一斷面的最大車輛數或行人數量（單位：輛/h）。

貨物周轉期：指物流中心從取得存貨開始，至消耗、銷售為止所經歷的天數。周轉天數越少，說明貨物流動的速度越快（單位：天）。

根據上述中的物流園區和城市交通影響的系統動力學模型流程圖和因果關系圖，進一步分析系統變量之間的邏輯聯系和相互作用，并根據Vensim PLE軟件的提示，將系統中的變量關系轉化成為數學公式，建立起相關的方程體系，便于進行計算機仿真模擬的定量分析。模型中的關鍵數學邏輯關系如下。

（16） 道路通行率=（衍生運輸量+物流中心車輛流入量+物流中心車輛流出量+私家車保有量+增加運輸量）/（（-主次干道數量+交叉口數量+紅燈數量+與高速公路的距離）*5 000）+0.2

3 模型仿真和實證分析——以西安市為例

利用所提出的系統動力學模型，選取西安市國際港務區進行實證研究，以驗證該方法的可行性和操作性，并試圖找到缺陷和不足。

西安國際港務區是陜西省“十一五”物流規劃重點建設項目，坐落于西安市中心東北方向，在灞橋區新筑街道辦境內，規劃占地總面積8.2平方公里。項目東臨紡渭路、西靠新筑鎮，南接西安繞城公路和東三環，北靠西安鐵路集裝箱中心站[7]。西安市國際港務區路網構造，如圖3所示。

根據物流園區的地理位置和實際情況，確定的基礎數據如下：2015年西安人口約850萬人，主要集中在西安市區，未央區和灞橋區人口密度約為3 000人/平方公里，而港務區占地約15平方公里，輻射半徑為2公里，區域面積約為35平方公里，因此區域人口數量預估為10萬人。西安港務區周邊有港務大道、秦漢大道、北三環、北三環輔道、東三環及港興路等6條主次干道，其中的主要交叉口有港務大道和港興路交叉口、港務大道和向東路交叉口、港務大道和潘騫路交叉口、港務大道和柳新路交叉口、港務大道和保稅三路及港務大道和秦漢大道6個路口。國際港務區到謝王立交距離約為3公里，從謝王立交和直接上京昆高速和繞城高速，通過繞城高速快速到達連霍高速、包茂高速、西藍高速、機場高速、西寶高速、西漢高速及福銀高速。因此主要的幾個變量參數為：01）與高速公路的距離=3（Units：公里）;02）主次干道數量=6（Units：條）;03）交叉口數量=6（Units：個）;04）區域人口數量=10（Units：萬人）;05）紅燈數量=3（Units：組）。

下面進行物流園區對周邊交通影響進行模擬，結果如圖4所示。

在物流中心運作前期，各項物流業務較少時，此時意味著車道上車輛占有率較低，道路比較寬敞，道路上行駛的車輛都可以以較大的速度行駛，主次干道為6條，8條，10條時，道路的通行率差異不是很大。但是隨著后期物流中心運

作成熟，業務量進一步擴大時，而當車流量增大到一定程度時，道路上的車輛會變得擁堵，當車道占有率也就增大，兩輛車之間的距離變小，這種粘滯性在行駛車輛之間變大，車輛的平均速度變小。因此，物流園區內外交通組織設計應便于長時間的車流、人流集散，盡量減少對周邊道路的影響，而物流中心規劃主次干道數目時一定要高瞻遠矚考慮到后期業務量增加后帶來的車流量的增加，避免車流量的增加而降低道路通行率。西安市國際港務區后期在原來的規劃上新增了一條高速公路聯絡線，實現港務區與西安咸陽機場的快速連接，區域內規劃紅線寬度60至120米的主干路，同時建立與窯村機場的便捷聯系，用于運輸應急物流.同時規劃新增高速公路聯絡線，未來還擬建建立兩條與其他主干道的快速對接干道。后期的規劃方案修正是在確定保持服務水平不下降的對策或修改方案，實施補償措施，以減少開發方案對交通負荷的影響，如圖5所示。

從圖5可以看出，交叉口數量很多時，道路通行率較低，產生這個現象的原因主要是物流園區的外圍是以高速路、快速路承擔長距離運輸，在主次干道確定的前提下，如果在同一條道路上設置過多的出入口會導致短距離車流的進入，從而增加內部交通流對周邊交通的制約，因此當主次干道確定的情況下，盡可能不要在相同的道路上設置多個出入口，這樣反而會對提高道路通行率不利。同時園區出入口應盡量避免與干道直接相連，避免基地交通對主線交通的影響，減少對鄰接道路的交通干擾。如果物流園區地形比較特殊，可以根據需要在物流園區內主要出入口布置相應的信號燈或者分別管理，可以有效避免造成交通堵塞。西安國際港務區后期規劃在控制范圍內新增五座互通式立交，規劃范圍外擬增兩座互通式立交，形成干支結合，內外暢通，布局合理的城市立體交通體系。

4 總結

總之，需體現城市物流園區規劃的積極意義，必須在物流園區的規劃建設階段進行交通影響分析，本文通過建立物流園區對周邊交通環境影響的系統動力學分析模型，該研究方法對城市物流園區規劃產生積極影響，有助于規劃決策者在建設物流園區時綜合考慮其對周邊路網的影響，緩解城市交通壓力。

參考文獻

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（收稿日期： 2019.06.11）