基于系統動力學的陸港與城市經濟互動研究

李 晶，鐘 鵬，呂 靖

(1.大連海事大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116026；2.大連海事大學 物流研究院，遼寧 大連 116026)

0 引 言

“一帶一路”倡議的提出和實施有效拉動了沿線省市經濟發展，擴大內需，也打開了對外經貿的新路徑，減少產能過剩[1]。陸港作為絲綢之路經濟帶沿線國家互聯互通的重要節點，其具有的規模效益不僅能促進我國與沿線其他國家間鐵路運輸貿易[2]，而且對完善我國綜合交通運輸體系也起著十分重要作用。

目前，國內外關于陸港的研究大部分集中于陸港選址、評價分析、規劃布局及管理運營等方面。如：丁坤迪等[3]從復雜網絡節點重要性角度分析了陸港選址的主要評價指標；常征等[4]構建考慮環境約束的雙目標內陸港選址模型，并采用可避免由人為確定權系數產生的主觀性缺陷NSGAⅡ算法求解；J.JEEVAN等[5]通過11次面對面訪談，探討了馬來西亞干港發展的作用和挑戰。在城市經濟研究方面，國內外對于海港與城市經濟研究頗多，孫建平等[6]對中國港口業與經濟增長的時空關聯模式變化進行了研究；J.S.PARK等[7]分析了海港對韓國城市經濟的影響；DENG Ping等[8]從物流角度出發，考察了港口與城市經濟之間的關系；李電生等[9]采用隨機前沿分析方法，考察了港口建設與城市經濟技術效率之間的關系；管小青[10]基于萬有引力定律,開發了海港對陸港的吸引力模型,建立了海港綜合競爭力評價體系,并基于層次分析法提出了計算海港綜合競爭力的方法。

系統動力學模型廣泛應用于各個領域，在道路運輸能源需求預測[11]代理的綠色財政貨幣政策作用評估模型[12]、基于績效的規制市場最優競價[13]、意大利公共行政中紙張非物質化過程[14]、用有限控制重構開放量子[15]、評估新尼古丁產品上市對人群健康影響[16]等方面的研究中都取得了不錯成效；但系統動力學模型還未應用于陸港與城市經濟間關系研究。

筆者借鑒海港與城市經濟互動研究的系統流圖建模方法，構建了陸港與城市經濟相互影響的系統模型；并以西安陸港為例進行模擬，分析了西安陸港與城市經濟的相互影響作用，為西安陸港發展提出實踐性建議。

1 陸港與城市經濟互動機理

城市經濟系統作為一個復雜的巨系統，是由多個相互關聯的子系統組成，其涉及到資源、環境、經濟、人口等多個方面。針對城市經濟系統的復雜性、動態性和非線性等特點，通過系統結構分析，筆者將城市經濟系統分為經濟子系統、人口子系統、環境與資源子系統。

1.1 陸港對城市經濟影響

根據城市經濟系統劃分，將陸港對城市經濟的影響細化為其對經濟子系統、人口子系統、資源與環境子系統影響。① 陸港對經濟子系統的影響包括直接經濟貢獻和間接經濟貢獻，直接經濟貢獻是指陸港運營收益值對宏觀經濟貢獻，間接經濟貢獻是指陸港發展拉動相關產業增加值對宏觀經濟貢獻；② 陸港對人口子系統的影響主要體現在陸港創造的就業人數，包括直接和間接就業人口，直接就業人口是指陸港及相關企業直接拉動就業人數，間接就業人口是指陸港促進產業值增加拉動就業人數；③ 陸港對資源與環境子系統的影響體現在陸港對能源消耗及消耗能源對環境造成的影響，如電力資源和煤炭資源消耗造成排放氣體對環境的污染等。

1.2 城市經濟對陸港影響

城市經濟對陸港影響主要體現在對陸港生產活動需求和供給兩個方面。① 城市經濟對陸港的需求表現為由內陸城市外貿量增加導致陸港吞吐量需求增加，即外貿量增長促進陸港貨運量增長從而增加陸港吞吐量的需求；② 城市經濟對陸港的供給表現為對陸港固定資產投資所帶來的陸港吞吐能力增加，同時大量投資建設為陸港設施提供充足空間活動，使陸港能提供更優質快捷方便的運輸服務。

2 陸港與城市經濟系統動力學模型

2.1 系統邊界確定

筆者主要研究的是陸港與城市經濟的相互影響作用。城市經濟主要通過GDP水平反映經濟規模，對3大產業增加值分析城市經濟的經濟發展情況，通過人口吸引力分析城市經濟的發展潛力。陸港系統則從需求和供給兩方面出發，需求方面：內陸城市的外貿量增加刺激陸港的吞吐量增長；供給方面：陸港基礎設施資金大量投入促進陸港吞吐能力增加，影響供給。根據研究內容分析，確定所研究問題的系統邊界如表1。

表1 系統邊界要素

2.2 因果關系

根據陸港與城市經濟互動機理建立相應的因果關系(圖1)，并將因果關系分解為5個反饋環。

圖1 陸港與城市經濟的因果關系

1)城市經濟對陸港的負反饋環：城市GDP→產業值→貨運生成量→陸港需求→陸港吞吐量→陸港負荷→城市GDP；

2)城市經濟對陸港的正反饋環：城市GDP→陸港基礎設施投資→陸港吞吐能力→陸港供給→陸港負荷→城市GDP；

3)陸港對城市經濟的正反饋環：陸港吞吐量→產業值增加值→陸港經濟貢獻值→城市GDP→陸港投資→陸港吞吐量；

4)陸港對人口子系統正反饋環：陸港吞吐量→就業人口→社會消費品零售總額→城市GDP→陸港吞吐量；

5)陸港對人口子系統負反饋環：陸港吞吐量→環境污染和資源占用→人口吸引力→總人口→就業人口→社會消費品零售總額→城市GDP。

2.3 系統流圖構造

根據因果關系，構建陸港與城市經濟系統流圖，如圖2。

圖2 陸港與城市經濟系統流圖

3 實證分析

3.1 西安陸港與城市經濟系統流圖

2008年西安國際港務區正式成立，依托“西安綜合保稅區、西安鐵路集裝箱中心站、西安公路港”這3大核心平臺，形成了以中亞班列“長安號”、“西安港”、一類陸路開放口岸、跨境電子商務產業園為基礎的對外開放基礎格局，通過海鐵聯運快捷體系與國際國內港口搭建無縫銜接的運輸走廊?？紤]到中亞班列內燃機車對環境污染較小，故暫不考慮西安港務區對資源與環境子系統的影響。構建西安陸港與城市經濟的系統流圖，如圖3。

3.2 參數確定

本模型模擬時間段為2012—2022年，通過查閱文獻[17-18]，得到2012年狀態變量初始值及相關常量相關數據。運用SPSS軟件、Excel和計量經濟學，結合西安市歷年數據得出輔助變量(表2)，解釋說明了模型中主要幾個變量等式。

表2 2012年相關初始數據

1)3大產業值與總貨運量(q)的方程如式(1)：

lnq=a0+a1lnt1+a2lnt2+a3lnt3

(1)

式中：t1、t2、t3分別為第一、第二和第三產業值；a0為常數項；a1、a2、a3分別為第一、第二、第三產業貨運系數。

2)陸港吞吐量(Z)的方程如式(2)：

Z=c0+c1lnk1+c2lnk2

(2)

式中：c0為常數項；c1、c2分別為吞吐量系數和吞吐能力對吞吐量的影響系數；k1、k2分別為陸港貨運量和陸港吞吐能力。

運用Excel對式(1)、(2)進行多元線性回歸，即可算出相應系數值。

3)運用SPSS對西安市2010—2017年凈遷入人口和人口密度數據進行回歸分析得出凈遷入人口(y)與人口密度(x1)方程如式(3)：

y=-0.198x1+2.765e-16

(3)

4)GDP自身增長系數(M)的方程如式(4)：

(4)

式中：G(K)為第K年GDP值；G(K+1)為第K+1年GDP值。

取2010—2017年西安市GDP數據，可得出西安市GDP自身增長系數表為：{[(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自身增長系數平均值為0.127 6，經過調整后得到最終GDP增長系數表為：{[(2013,0)-(2015,1)],(2013,0.115 3),(2014,0.056 2),(2015,0.083 0)}。同理，其他增長系數表的結果也可得到。

5)貨運量對吞吐能力影響是貨運量變化度對吞吐能力增長系數的影響，其系數可用Excel線性回歸得出。

3.3 模型檢驗

對模型中主要幾個狀態變量進行歷史檢驗，得到2012—2016年近5年模擬值與實際值如表3。

表3 主要變量歷史檢驗

由表3可知：2012—2016年，西安市總人口模擬值與實際值平均誤差為0.36%，社會消費品零售總額平均誤差為2.68%，西安市GDP總量和西安港吞吐量的平均誤差分別2.9%和1.72%。在2016年數據中，西安市社會消費品零售總額和西安市GDP總額模擬值與實際值誤差較大，分別達到了6.6%和8.6%；2017年西安市GDP總額模擬值為7 594.5億元，與實際值7 471.89億元的誤差減小到1.64%；社會消費品零售總額模擬值為4583.29億元，與實際值誤差為5%；由此說明所建模型與真實系統擬合度較好，能準確預測短期真實系統發展情況。

3.4 政策模擬分析

3.4.1 城市經濟對陸港影響分析

1)對陸港投資占比的政策模擬分析

城市經濟通過固定資產投資影響陸港供給。在其他變量不變情況下，改變陸港投資占比后西安陸港吞吐量變化如圖4。其中占比1、2、3分別為0.034 8、0.174 0、0.870 0。

圖4 投資占比政策模擬

① 西安陸港吞吐量與投資占比呈正相關，但增加幅度不大，2012—2022年，相同投資占比增幅帶來西安陸港吞吐量平均年增長率分別為1.26%和6.14%，最大增長率分別為2022年的2.49%和11.95%；② 西安陸港吞吐量對投資占比敏感性較低，單純大量增加基礎設施投資并不能有效促進西安陸港吞吐量增加。2016年，西安陸港每億元固定資產投資帶來0.11萬TEU吞吐量，說明固定資產投資將直接影響西安陸港吞吐能力，能增加其供給能力，減少港務區負荷；而西安陸港吞吐量普遍偏小，說明西安陸港吞吐能力沒有得到充分利用，應該大力提高西安陸港吞吐效率。

2)對陸港貨運量占比政策模擬分析

城市經濟通過外貿量影響陸港吞吐量需求。2010年，港務區貨運量為12 495 t，西安市總貨運量為34 323×104t，占比為0.004%；2015年，西安鐵路集裝箱中心站運輸各類貨物合計247.66×104t，總貨運量為46 270×104t，占比達到0.54%，相比2010年增長約146倍。其他變量不變，改變貨運量占比西安陸港吞吐量變化如圖5。其中占比1為0.005 4，占比2為0.010 8，初始占比為0.004%。

圖5 貨運量占比政策模擬

① 西安陸港吞吐量與貨運量呈正相關，港務區貨運量對西安陸港吞吐量影響比較顯著，當貨運量占比增加1倍時，吞吐量年平均增長率達到9.49%，2012年增長率最大為10.43%；② 貨運量占比增加1倍時，西安陸港吞吐量增長率呈現下降趨勢，平均年下降率為-4.1%。西安陸港吞吐量規模偏小，港務區貨運量占全市總貨運量偏小，吞吐能力未得到充分開發，西安陸港應該大力發展第三產業，提高產業聚集度，增加城市外貿量，提高港務區貨運量。

3)對GDP增長系數表的政策模擬分析

2010—2017年西安市城市生產總值呈現穩步上升趨勢。其他變量不變，GDP增長系數政策模擬分析如圖6。① 西安陸港吞吐量與西安市GDP總值呈正相關，GDP增長系數增長10%時，西安陸港吞吐量2012—2022年年平均增長率為8.59%，但增長率隨時間呈現下降趨勢；② 西安陸港吞吐量對西安市GDP敏感性良好，2012年西安市每億元生產總值促進西安陸港17.75 TEU吞吐量。

圖6 GDP增長系數政策模擬分析

3.4.2 陸港對城市經濟影響分析

1)陸港對經濟子系統影響

在西安陸港折舊額未知及忽略環境與資源子系統條件下，本模型只考慮西安陸港對經濟子系統的間接經濟貢獻，陸港創造3大產業值及間接GDP值如圖7。2016年7月5日，港務區托管的灞橋兩個街道才有了第一產業，該年港務區第一、二、三產業值分別為6.96、15.24、31.06億元。① 2016年，西安陸港間接GDP貢獻值為53.26億元，間接經濟貢獻率為0.81%，西安陸港吞吐量為13萬TEU，即每萬TEU吞吐量創造間接GDP值4.1億元，2020年每萬TEU吞吐量將創造間接GDP值6.71億元，相比2016年增長63.66%；② 2016—2022年，貢獻率隨時間呈類似對數曲線增長，向1.23%逐漸靠近并趨于平緩，西安陸港間接GDP值年平均增長率為20%，其中2016年達到峰值為31.93%，隨時間降低，到2021年降到12.71%。2012—2022年，西安陸港創造年平均間接GDP109.6億元。

圖7 陸港創造間接三大產業值和間接GDP值

2)陸港對人口子系統影響

西安陸港拉動直接就業人口和總就業人數如圖8。2016年西安陸港吞吐量為13萬TEU，第一、二、三產業拉動就業人數分別為1.5×104、3 099、8 157人，西安陸港拉動總就業人口為2.63×104人，全市總就業人口為539.18×104人，就業人口貢獻率為0.49%，每萬TEU吞吐量創造2 023人就業；2020年每萬TEU將創造4 836人就業，創造總就業人數達到9.14×104人。2012—2022年西安陸港拉動年平均就業人口8.40×104人。

圖8 陸港拉動總就業人口

4 結 論

筆者從系統結構角度研究了陸港與城市經濟之間的相互影響。通過分析陸港對城市經濟主要貢獻及城市經濟影響陸港主要途徑，構建了陸港與城市經濟相互影響的系統模型，并以西安國際港務區為例對模型進行檢驗及仿真分析。得出如下結論：

1)西安陸港吞吐量與城市經濟呈正相關。城市經濟通過固定資產投資影響陸港供給，西安陸港固定資產投資額對吞吐量的影響并不十分顯著，應該大力提高西安陸港的吞吐效率，充分開發西安陸港的吞吐能力潛能；

2)城市經濟通過外貿量影響陸港吞吐量需求，港務區貨運量對吞吐量影響顯著，但港務區貨運量占比較低，應充分發展第三產業提高產業聚集度，增加城市外貿量，提高港務區貨運量；

3)西安陸港帶來產業增加值與吞吐量呈正相關，吞吐量增加對西安市GDP增長起著明顯帶動效益；西安陸港拉動總就業人口數量與吞吐量呈正相關，吞吐量越大，單位吞吐量所創造總就業人口數量越多，西安港就業貢獻率越大。

由于陸港及城市經濟影響因素較多，筆者僅選取了與陸港及城市經濟相關的部分指標，下一步應綜合考慮多個方面因素，全面、系統地刻畫陸港與城市經濟之間的相互關系，并結合多個陸港與其城市經濟關系視角進行研究。