基于系統動力學的廣州港集疏運系統仿真研究*

□ 鐘慧玲，陳文華，顧一妙

(華南理工大學 電子商務系,廣東 廣州 510000)

1 引言

集疏運系統通過公路、鐵路和水路連接港口與貨源腹地，是港口發展的硬件基礎，其高效運作能夠促進港口-腹地區域經濟一體化發展。隨著全球貿易東移、“一帶一路”倡議布局和自貿區戰略的實施，廣州港在貨運需求日益增長的同時，其集疏運系統也面臨巨大挑戰[1]。因此，完善和優化廣州港集疏運系統對于提高腹地貨源吸引力，促進港城經濟發展十分重要。集疏運系統是連接港口與腹地的關鍵紐帶，也是推動廣州港國際航運中心建設的重要環節[2]，高效暢通的集疏運系統對廣州港乃至粵港澳大灣區的發展都有著重要的影響。

由于港口集疏運系統對港口和經濟的發展有著至關重要的影響，因此許多學者對港口集疏運系統展開研究。董潔霜[3]從集疏運網絡角度研究和評價港口集疏運網絡綜合平衡優化， 葉彩鴻等[4]從集疏運流量角度建立了雙因素兩階段預測模型，楊斌等[5]從能耗與時間范圍的角度建立了集疏運系統的成本模型、能耗最小模型以及能耗約束下的成本最小模型，分析了能耗、時間范圍和成本之間的關系，張戎等[6]對港口集疏運方式及運量影響因素、途徑和作用進行實證分析。以上研究都是集中在空間序列上的動態問題，未能解決時間序列上的動態問題。從系統工程的角度出發，港口集疏運系統受到腹地貨源、港口資源、低碳政策等多個因素的影響，其演變過程是動態、復雜的。因此，通過系統動力學方法(System Dynamics,SD)研究港口集疏運結構和發展趨勢能夠全面考慮復雜動態系統的各種影響因素，適合作長期和動態的仿真分析。其中，武慧榮等[7]運用系統動力學方法對大連港集裝箱海鐵聯運系統進行仿真和驗證。衛斐等[8]以廣西北部灣港口為例，建立港口集疏運協調發展的系統動力學模型。蔣永雷等[9]以天津市為例，運用系統動力學分析交通投資對陸路集疏運能力的影響。

目前，雖然已有部分學者運用系統動力學研究港口集疏運系統，但大多只研究公轉水或者公轉鐵，尚未涉及三種集疏運方式的整合。因此，本文將以廣州港為研究對象，分析其集疏運系統的內在機理并建立廣州港集疏運系統動力學模型，仿真分析廣州港集疏運結構特征及發展趨勢，并提出相應的政策建議。

2 SD模型構建

廣州港地處珠江三角洲中心，通過珠江水系、公路和鐵路網絡，連通泛珠三角以及華南地區的經濟腹地。其中，依托于西江、珠江干線等內河航道，廣州港“穿梭巴士”開通了67條支線運輸航線，促進內河碼頭與廣州港的貨物運輸；公路運輸方面，主要依靠廣州城區、佛山、中山與江門幾個方向的集疏運通道；鐵路運輸方面，目前，開通10條海鐵聯運班列。目前廣州港主要依靠水路和公路集疏運，港口集疏運體系還不完善，缺乏暢通的鐵路運輸通道。

要研究廣州港集疏運系統的協調發展，需要梳理港口經濟、港口吞吐能力、交通運輸投資建設和各集疏運方式的運輸能力等要素之間的反饋聯系。一方面，廣州港集疏運系統受到廣州市經濟發展水平、交通投資建設和港口航運能力的影響。另一方面，廣州港集疏運系統又影響著整個港口的運輸效率和經濟效益，進而影響到廣州市的經濟發展。因此，為了科學有效地分析廣州港集疏運系統各要素之間的關系，本文采用系統動力學分析廣州港集疏運系統存在的因果反饋關系并建立仿真模型。

2.1 因果反饋關系分析

本文從廣州市GDP、廣州港集裝箱吞吐量、廣州港集裝箱吞吐能力、廣州港集疏運能力之間的因果關系出發，分析主要的5個反饋環，如圖1所示。

圖1 廣州港集疏運系統因果關系圖

①反饋環1：廣州市GDP↑→廣州市固定資產投資↑→廣州市交通運輸基礎設施完成投資額↑→廣州港集裝箱吞吐能力↑→廣州港吞吐壓力↓→集裝箱吞吐量阻礙量↑→廣州港集裝箱吞吐量↓→港口拉動GDP↑→廣州市GDP↑。該反饋環是正反饋，反映了城市經濟與港口運輸供給能力的相互作用機理。

②反饋環2：廣州市GDP↑→廣州港集裝箱吞吐量↑→廣州港吞吐壓力↑→集裝箱吞吐量阻礙量↑→廣州港集裝箱吞吐量↓→港口拉動GDP↑→廣州市GDP↑。該反饋環為正反饋，反映了城市經濟與港口發展的協同促進關系。

③反饋環3：廣州港集裝箱吞吐量↑→廣州港公路集疏運量↑→公路集疏運短缺量↑→集裝箱吞吐量阻礙量↑→廣州港集裝箱吞吐量↓。該反饋是負反饋，反映了港口發展和公路集疏運系統的制約反饋關系。

④反饋環4：廣州港集裝箱吞吐量↑→廣州港鐵路集疏運量↑→鐵路集疏運短缺量↑→集裝箱吞吐量阻礙量↑→廣州港集裝箱吞吐量↓。該反饋是負反饋，反映了港口發展和鐵路集疏運系統的制約反饋關系。

⑤反饋環5：廣州港集裝箱吞吐量↑→廣州港水路集疏運量↑→水路集疏運短缺量↑→集裝箱吞吐量阻礙量↑→廣州港集裝箱吞吐量↓。該反饋是負反饋，反映了港口發展和水路集疏運系統的制約反饋關系。

2.2 SD模型結構

基于上述分析的廣州港集疏運系統因果關系圖和反饋環，進一步確定狀態變量、速率變量和輔助變量等，構造廣州港集疏運系統流圖，如圖2所示。

圖2 廣州港集疏運系統流圖

2.3 參數確定

本文的廣州港集疏運系統動力學模型仿真時間為2010-2025年，時間間隔為1年。 模型主要數據來源于歷年的廣州市統計年鑒、廣州市統計公報、中國港口年鑒以及廣州市港務局官網。基于歷史數據，運用加權平均、線性回歸和表函數等方法確定模型參數。

3 SD模型檢驗與分析

3.1 模型檢驗

利用Vensim軟件檢驗該模型的結構和量綱一致性，并選取廣州港2010-2020年的港口集裝箱吞吐量實際數據完成有效性檢驗，偏差率控制在±5%之間，如表1所示。檢驗結果表明該系統動力學模型能較為準確地反映廣州港集疏運的實際發展情況，適用于廣州港集疏運系統發展仿真研究。

表1 廣州港集裝箱吞吐量模擬結果與實際值誤差分析

3.2 仿真結果分析

表2和圖3是廣州港公路、水路、鐵路集疏運量的仿真結果，其中2006-2020年各集疏運方式的運輸量占比和變化趨勢符合實際情況。如表 2所示，從“十一五”到“十四五”期間，各集疏運方式比重相對穩定，廣州港形成以公路和水路運輸為主、鐵路運輸為輔的集疏運結構，其中小部分公路集疏運量逐漸被水路集疏運取代，水路集疏運比重從60.4%提高到65.1%。從圖 3可看出，廣州港未來五年公路和水路集疏運量都保持較快增長，到2025年，廣州港公路和水路集疏運量將達到1113萬TEU和2089萬TEU。廣州港鐵路集疏運量保持平穩增長，但即使到2025年，鐵路集疏運量仍不超過8 萬TEU。未來五年廣州港公路集疏運量和水路集疏運量差距在逐年擴大，水路集疏運發展速度加快。這主要是因為廣州港“穿梭巴士”為珠三角各中小碼頭提供支線運輸服務，截止至2019年已開通67條“穿梭巴士”支線，完善了廣州港水路運輸通道，提高水路集疏運需求。而由于廣州港的進港鐵路配套不足，沒有形成完善的鐵路集疏運網絡，不能滿足鐵路集疏運需求，導致廣州港的鐵路集疏運量較小。待南沙進港鐵路投入使用，廣州港的鐵路集疏運量將會有一定程度上的增加，但占集疏運量的比重僅為0.2%。

表2 廣州港各集疏運方式運量占比變化情況

圖3 廣州港各集疏運方式運輸量仿真結果

4 結論及建議

本研究通過分析廣州港集疏運體系的內在因果關系和系統結構，建立了廣州港集疏運的系統動力學模型。仿真結果表明廣州港集疏運主要以公路運輸和水路運輸為主導，鐵路運輸占比不足1%。要調整和優化廣州港集疏運結構，緩解公路運輸對城市交通的壓力和減少集疏運產生的碳排放量，促進廣州港集疏運體系的可持續發展，就必須減少對公路集疏運方式的依賴，加大水路和鐵路的投入，加快推進廣州港集疏運結構調整，積極引導推動“公轉水”和“公轉鐵”。

完善江海聯運和海鐵聯運網絡布局，擴大廣州港集裝箱腹地范圍，提高水路和鐵路運輸的競爭力，發揮其在大宗散貨運輸上的優勢。強化江海聯運，構建以南沙港區為核心的珠江-西江江海聯運樞紐，積極在西江流域的內河碼頭布局，擴大廣州港“穿梭巴士”的航線覆蓋范圍，增強對內河港口的貨源吸引力。

大力發展海鐵聯運，加快南沙進港鐵路建設及配套設施完善，建設南沙海鐵聯運樞紐，提高對非沿江地區和內陸地區的貨源吸引力。