天津市滨海新区物流系统基本模拟结果分析

6　区域物流系统动力学仿真

6．1　系统动力学的原理与建模方法

6．1．1　系统动力学理论概述及研究进展

系统动力学（System Dynamics，SD）是系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的一门学科。系统动力学作为系统科学和管理科学的分支，其出现始于1956年，其创始人为美国麻省理工学院的福瑞斯特（Jay W．Forester）教授。

第二次世界大战以后，随着工业化的进展，城市人口、就业、环境污染和资源等各种社会问题日趋严重，这些问题范围广泛，关系复杂，因素众多，迫切需要用新的方法对其进行综合研究。1955年以后，随着计算机技术渐趋成熟和普及，在技术上使得新的方法有了产生的可能，于是系统动力学应运而生。系统动力学在发展初期被称为“工业动力学”，该阶段的研究主要以工业企业的经营管理问题为中心，例如运用动力学的原理和方法对库存控制、生产调节、企业劳动力雇佣、销售策略等不稳定性问题进行研究。1961年出版的《工业动力学》是系统动力学理论与方法的经典论著。后来，系统动力学的应用范围不断扩大，在工业、农业、交通、能源、产品开发、城市规划、国民经济计划、人口、生态等多个领域都得到了广泛应用，并取得了显著成果，进一步完善了系统动力学的理论和方法，开拓了系统动力学的应用领域，为其以后的发展奠定了坚实的基础。

20世纪70年代到80年代是系统动力学走向成熟的发展阶段，这一阶段的标志性成果是系统动力学世界模型和美国国家模型的建立。这些模型对世界人口不断增长、资源日益枯竭以及环境不断恶化等问题进行了研究，先后建立WORLDⅡ与WORLDⅢ模型，揭示了美国与西方国家经济长波形成的内在原因。这一系列巨大成就也使得系统动力学在20世纪80年代获得了进一步发展，达到了更加成熟的水平。

在随后的发展中，系统动力学在理论研究与应用研究方面得到了综合发展与广泛传播。在理论研究方面，系统动力学逐步加强与控制论、突变论、耗散结构、灵敏度分析以及优化技术等方面的联系。在应用研究方面，其研究领域包含了宏观经济领域、项目管理领域、物流与供应链领域以及公司战略领域，这也促使了系统动力学在世界范围内的广泛传播，并且获得新的发展。

中国的系统动力学研究起步较晚，20世纪70年代末才被引入中国，经过十几年的研究发展，已广泛应用于中国社会经济课题中的多个方面，特别是在区域和城市规划、企业研究、产业研究、生态环保、海洋经济和国家发展等领域已经取得了较为显著的成果。

6．1．2　系统动力学的特点及其适用性

系统动力学研究解决问题的方法是一种定性与定量结合，系统分析、综合与推理的方法，以定性分析为先导，定量分析为支持，两者相辅相成。系统动力学是为适应现代社会经济系统的管理和控制的需要而发展的，它不依据理想的假设，而是以现实存在的世界为前提，不追求“最优解”而是寻求改善系统行为的机会和途径。

（1）系统动力学的特点

系统动力学模型可作为各类实际系统特别是社会、经济、生态等复杂大系统的“实验室”。系统动力学的建模过程就是一个学习、调查研究的过程，模型的主要功用在于向人们提供一种进行学习与政策分析的工具，并使决策群体和整个组织逐步成为一种学习型与创造型的组织。一般来说，系统动力学具有如下特点：

1）综合性。从理论来源来看，系统动力学综合了系统论、控制论、系统力学、决策理论以及仿真技术的成果，形成了一门相互交叉的学科；从方法论来说，系统动力学又是结构方法、功能方法与历史方法的统一；同时，系统动力学又是建立模型与运用模型的统一过程，在其全过程中，必须紧密联系实际，深入调查研究，最大限度地收集与运用有关该系统及其问题的资料和统计数据，使模型的建立具有较高的科学性与合理性。

2）动态性。系统动力学认为，对于系统问题的考虑需要从随时间变化的变量开始，进而做动态思考。在多数情况下，系统动力学模型的构建过程主要集中讨论变量随时间变化的趋势与模式的研究，包括周期的增减、变量之间的相互关系、峰与谷的相对关系等，同时它还引入延迟的观点，真实地反映了现实系统。在动态研究中，延迟是导致系统动态复杂性的关键因素，因此系统动力学充分考虑延迟现象，能够对现实世界进行真实的动态考虑。

3）反馈性。对整个系统而言，反馈是指系统输出与来自外部环境输入的关系。反馈可以从单元、子块或系统的输出直接联至其相应的输入，也可以经由媒介——其他单元、子块甚至其他系统实现。系统动力学把有生命系统和无生命系统都作为信息反馈系统来进行研究，包括各种组织系统，经济、社会系统等，事实上，它认为每个系统之中都存在着信息反馈机制。

（2）系统动力学的适用性

系统动力学模型是实际系统的实验室，由系统动力学建立的模型最适用于分析研究信息反馈系统的结构、功能与行为之间的动态关系。系统动力学以其独有的特点，广泛适用于研究社会、经济、生态等系统以及复合的各类复杂的系统，模拟社会系统的未来行为和提出相应的长期战略决策。

1）适用于周期性问题。社会经济系统经常出现各种周期性的波动，如自然界的生态平衡、企业的生命周期和社会问题中的经济危机等都呈现周期性规律并需通过较长的历史阶段来观察，已有不少系统动力学模型对其机制作出了较为科学的解释，所以说，系统动力学能够较好地适用于研究带有周期性变化的系统。

2）适用于长期性问题。系统动力学从系统内部的微观结构入手来建立模型，借助电子计算机模拟技术以分析研究系统结构、功能与动态行为的内在关系及解决问题的对策。因此，它的仿真时间可以比较长，这样能更加有效地模拟具有较大惯性的社会经济系统。

3）适用于数据不足、精度要求不高的问题。在对社会经济系统进行实证研究时，在很多情况下都存在数据不足或者某些参数难以量化的问题，但是对于这些宏观的社会经济系统，由于多项反馈环的存在，使得系统行为的模式对于这些参数的敏感性不高，所以在这种情况下，虽然数据缺乏，但是只要估计的参数在允许的范围内，仍然能模拟出系统行为的趋势、行为模式、波动周期、相位超前与滞后等问题。

4）适用于高阶、非线性、时变等问题。复杂的社会经济系统往往很难用线性形式进行表示，往往是高阶、非线性和时变问题，因此，常规的线性规划等运筹学方法很难应付这些问题，为了从系统中获得完整的信息，系统动力学以数字计算机仿真为技术手段提供了有效的解决方法。系统动力学通过建立规范的数学模型进行模拟，可以剖析系统，获取更丰富、更深刻的信息，进而寻求解决系统问题的途径。

6．1．3　系统动力学的分析架构

系统动力学是一门认识和解决系统问题的交叉、综合性学科，也是一门沟通自然科学和社会科学等领域的横向学科。它与系统论、流体力学、控制论以及计算机仿真技术紧密结合。运用系统理论主要解决模型的统一性、整体性问题；流体力学是仿造流体水力学方法，主要是建立了水平方程和速率方程，这是系统动力学模型建立的基础；而控制论主要是利用信息反馈的因果控制环将系统内部各部分、各子系统之间进行有机联系，在层次上、结构上把系统结合为一体；最后运用计算机仿真技术实现了对模型的现实性模拟，真实地反映出社会经济系统的运行状态，并根据这种运行状态进行预测与决策。

系统动力学主要以系统的因果关系和系统结构为思想基础，并以系统的结构以及系统内部的信息反馈机制最终决定着系统的行为和功能。所以，其基本原理表现为：以系统论的观念分析系统的组成，确定所研究的系统的边界；以控制论和流体力学来构建系统的结构，以促使系统形成有效的运行机制，发挥其效能。

（1）系统边界

系统动力学研究的对象一般是闭合的信息反馈系统，因此需要分析该系统的重要组成部分并确定系统的边界，以保证系统内部各个相互作用的部分处于系统边界之内。

系统动力学认为，系统是由单元、单元的运动及信息组成的。单元是系统存在的现实基础，各个单元形成系统的结构，单元的运动形成系统统一的行为与功能。为此，必须根据系统动力学所研究的系统的范围与规模来确定系统中所必须包含的单元。所研究的系统可能是自然系统、社会系统、经济系统、技术系统、思维系统中的一种或者这些系统相互构成的复合高阶时变系统，而它们所包含的系统单元则是不同的，因此要根据研究对象与研究目的来确定适合的研究单元与单元所处的边界。

一般来说，在确定系统边界时应遵循以下基本原则：

1）目的原则。由于系统动力学是把所研究的系统问题构造成一个系统动力学模型，借助于计算机模拟技术进行定量研究，所以构造模型要做到面向问题，而不能笼统地去面向系统。

2）就简原则。由于人类知识和思维能力的局限性，不可能对一个无所不包的模型进行分析，所以建模过程中应尽可能缩小边界的范围，真正将关注点放在核心问题上，对于不那么重要的因素可以予以忽略。

3）有效原则。在简化模型结构的同时，要关注模型的有效性，即系统边界的确定要顾及模型的置信度，同时系统边界所确定的要素要能形成有效的系统问题、系统行为以及由此产生的策略。

（2）反馈回路

系统动力学认为，系统的基本结构单元是反馈回路，即耦合系统的状态、速率（或称决策）与信息的一条回路^[1]。反馈回路是系统动力学将控制论的反馈理论运用到社会经济系统中所产生的重要概念，它是指当系统中的一个变量产生变化，便会通过一系列因果关系重新影响到这个变量本身的变化从而形成反馈，这一系列闭合的因果关系被称为反馈回路。

图6．1　收入与储蓄系统的因果反馈图

资料来源：作者整理

图6．1表示的是收入与储蓄系统所包含的因果反馈回路，这一系统包括了两个反馈回路。其中储蓄与利息形成的回路是正反馈回路，而收入、储蓄和工作努力程度形成的则是负反馈回路。确定反馈回路的正负极性可以遵循这样的一般原则：若反馈回路中包含偶数个负的因果链，则反馈回路的极性为正；若反馈回路中包含奇数个负的因果链，则其极性为负。

正反馈回路的作用是使回路中变量的偏差增强，而负反馈回路则力图控制回路中的变量趋于稳定。由此可知，负反馈回路并不一定起到坏作用，正反馈回路也不一定都起到好作用^[2]。

（3）系统流图

确定因果关系图之后，可以据此画出系统流图。由流体力学可知，流体在回路中流动必然要产生“积累”现象，堆积的物质就要产生压力，这种压力通过“信息”的传递作用于决策者，迫使决策者利用收到的信息，根据控制策略做出必要的“决策”去改变流速，从而改变积累的物质。因此，系统动力学采用状态变量、速率变量和辅助变量等来表示社会经济系统中各个单元之间的关系。

水平（积累）变量（Level Variable）又可称为状态变量，用于描述系统的状态，反映了动态系统变量的时间累积过程。在系统的研究中存在着具有积累效应的变量，所谓具有积累效应的变量是指现时值等于原值加上改变量，而且存在量的变化速度的变量。状态变量的基本特征是累加性，系统中所定义的状态变量是可以观察到的和保留下来的，但是也是在任何时间瞬间的取值，它的取值受速率变量的直接影响而改变。确定为状态变量的变量必须能获得其初始值数据。

速率（流速）变量（Rate Variable）又可称为决策变量，用于描述水平变量的时间变化。速率变量是表示积累效应变化快慢的变化速度的变量，速率变量可用阀符号表示。速率变量的基本特征是瞬时性，在系统中只能观察到速率变量在时间段内的平均值，因此速率变量是不能被测量和保留下来的。

其他变量主要包括辅助变量和常量两种变量。辅助变量主要用于描述位于水平变量和速率变量之间的中间变量，它位于水平变量和速率变量之间的信息通道之中，而常量则表示在所研究的时间段内那些几乎不存在变化的系统参数，也称为外生变量。

系统动力学采用特定的流图符号来描述因果反馈回路、水平变量以及速率变量之间的相互关系。图6．2表示的是储蓄系统的流图，其中储蓄为水平变量，利息为速率变量，而利息率为常量。

图6．2　储蓄系统的基本流图

资料来源：作者整理

由于结构流图强调了积累过程，与液体流动具有极强的相似性，因此在流图中，状态变量受到输入率和输出率的双重影响，输入率表示水平变量的增长量，而输出率则表示其消耗量，两者共同作用，形成观察期的水平变量值。图6．3表示的是系统动力学流图的一般形式。

图6．3　系统动力学流图的一般形式

资料来源：作者整理

由于物质和信息在传递过程中是需要时间的，于是产生了“延迟”问题，而正是因为延迟的存在使得系统状态产生波动，增加了系统控制的准确性和难度。

（4）延迟

在复杂的社会经济系统中存在着广泛的延迟现象。所谓延迟是指系统对应于某一输入，产生输出需要延迟一段时间。延迟是流体普遍存在的一种动态特性，一般地，无论是物流通道上还是系统流通道上，都存在延迟。

延迟实际上是将系统中流入速率转化为流出速率的一种转换过程。从延迟的内容上分，可分为物流延迟和信息流延迟；从延迟形态上分，主要有一阶指数延迟、二阶指数延迟、三阶指数延迟。

（5）方程体系

构建方程是系统动力学研究问题不可缺少的环节，它是在流图的基础上对系统的要素之间的关系定量描述的一组数学关系式，是从一个已知的初始状态开始确定下一个状态的递推关系式。系统动力学方程的实质是微分方程组，在运用的过程中，常常将微分方程差分化，然后利用计算机进行仿真分析。系统动力学方程主要包括五种，分别是水平方程（L）、速率方程（R）、辅助方程（A）、常量方程（C）、初值方程（N），以下将分别介绍这几种方程的差分形式。

1）水平方程（L）。水平方程是系统动力学的基本方程，是描述系统动力学模型中存量变化的方程，它的基本形式为：

其中，L．K表示状态变量L在时刻K的取值，L．J表示状态变量L在时刻J的取值，R．JKin表示流入速率Rin在JK区间内的取值，R．JKout表示流出速率变量Rout在JK区间内的取值，DT表示时间间隔。

2）速率方程（R）。在一般情况下，速率方程最终可以表示为状态变量和常量的函数，即

3）辅助方程（A）。为了使方程易于阅读，常常将其中的水平变量进行分解，形成一些独立的辅助方程。辅助方程一般也是其他变量的函数，即

4）常量方程（C）。为变量或者系统要素设立常量参数值就要用到常量方程。常量方程由于不随时间而改变，所以没有时间标识。

5）初始值方程（N）。初始值方程就是给水平变量赋初值。

总之，社会经济系统的结构可以抽象成“回路”、“积累”、“信息”、“延迟”和“决策”。系统动力学模型从本质上看是带时间滞后的一阶微分方程，由于建模时借助于流图，其中积累、流率和其他辅助变量都具有明显的物理意义，因此可以说是一种符合实际的建模方法，它以传统的管理程序为背景，引用信息反馈理论和系统力学理论，把社会问题流体化，从而获得描述社会系统构造的一般方法，并通过计算机仿真运算，获得对真实系统的跟踪，实现社会系统的战略与策略实验。从系统的微观结构出发建立系统的结构模型，用回路描述系统结构框架，用因果关系图和流图描述系统要素之间的逻辑关系，用方程描述系统要素间的数量关系，用专门的仿真软件进行模拟分析。整个分析过程从定性、半定性、定量，最后又把定量的数学模型简单地转换成计算机程序，利用计算机程序进行仿真分析。由于系统动力学是用计算机实验的方法来研究战略与策略的，因此被誉为“战略与策略实验室”。

6．1．4　系统动力学建模的一般步骤

系统动力学以定性分析为先导，定量分析为支持，两者相辅相成，螺旋上升逐步深化，直到最后解决问题。建立系统动力学模型大致可以分为以下三个步骤：

（1）系统分析

在系统动力学建模之前，需要以系统的观点，对所研究的对象进行综合性的分析。这包括：一是要明确研究对象和系统研究目标，这是建立模型的基础。针对所研究的社会经济系统，弄清系统的研究目标，明确系统的其他变量和运行参数，为方便系统模型的构建和战略决策的提出奠定良好的基础。二是确定系统的边界，即确定所研究系统中包含的变量要素。确定系统边界应将系统中的反馈回路考虑成闭合的回路，力图把那些与建模目的关系密切、变量值较为重要的变量都划入系统内部，而对于那些对问题研究无关紧要的变量，则应剔除在系统之外，同时还应进一步确定变量的类型，包括确定内生变量、外生变量和输入变量等。

（2）模型构建

在对研究对象进行系统思考以后，接下来就是系统动力学模型的构建，这一步是研究和解决问题最为关键的一个步骤，它包括：一是对系统结构进行描述，即根据系统总体与局部的结构，划分系统的层次与子模块，并分析各个子系统以及系统内部各要素间的关系，确定回路及回路间的反馈复合关系，绘制因果关系图和系统流图，以反映出变量的关联结构及系统与环境的关系，进而清楚地描述系统的整体结构。二是建立数学模型，即根据确定的变量，写出这些变量的方程。系统动力学的独特之处在于能把定性的描述通过方程形式进行定量化的描述，通过数学模型的描述，系统动力学能进一步深入、具体地反映出模型的结构，为实证分析和决策制定提供更为科学的手段。

（3）仿真模拟

将构建的模型通过特定的软件，借助计算机技术，对系统在一定时间内的运行状况进行模仿，通过一个人工控制的运行过程来描述分析改进系统的运行特征。同时，当模型调试运行通过后，还要根据历史数据检验模型的真实性和有效性。只有通过有效性检验的模型才是可靠的、能够被利用的模型。如果模型有效性差，则要重新分析调整模型结构和影响参数直到其有效。之后，通过模型在计算机上实验的结果来分析改善系统的途径，或提出几种策略的比较方案，供决策者参考。

6．1．5　系统动力学的研究应用软件——Vensim PLE

用系统动力学流图方法建立结构模型及相关方程后，需要用相关的软件对其进行运行和模拟，进而得到仿真结果。系统动力学创建伊始，推出的软件为DNYMAO I，后来经过不断发展，到了20世纪80年代又出现了Micro DYNAMO和PD PLUS等软件，到了90年代，美国Ventana公司推出了在Windows操作系统下运行的系统动力学专用软件包Vensim软件，它是一个可视化的建模工具，通过使用该软件可以对系统动力学模型进行构思、模拟、分析和优化，同时可以形成文档，Vensim是普遍认为功能最优、应用广泛的系统动力学仿真软件。Vensim PLE（Ventana Simulation Environment Personal Learning Edition）即Vensim系统动力学模拟环境个人学习版是Vensim软件的一种，Vensim PLE主要有以下几个特点：

（1）建模编程图示化

Vensim的用户界面是标准的Windows应用程序界面，除支持菜单和快捷键外，还提供多个工具条或图标，用户使用起来非常方便。在Vensim中，“编程”实际上并不存在，只有建模的概念，即只要在启动Vensim PEL系统后得到的主窗口中，依据操作按钮画出简化流率基本入树或流图，再通过Equation Editor输入方程和参数就可以直接进行模拟使用了。

（2）结果输出简单化

在构建模型、建立方程以及模拟运行之后，需要将相应的运行结果予以输出，以方便分析。由于Vensim软件运行于Windows操作系统下，其数据共享性强，所以它的运行结果所提供的信息相当丰富，同时除了可以提供数据结果的输出方式以外，还可以提供图示化的输出方式。并且由于其输出兼容性强，一般的模拟结果除了即时显示外，还提供了保存到文件和复制至剪贴板等方法的输出。

（3）分析方法多样化

Vensim可以对模型进行结构分析和数据集分析。其中，结构分析包括原因树分析（逐层列举作用于指定变量的变量）、结果树分析（逐层列举该变量对于其他变量的作用）和反馈环列表分析^[3]；数据集分析包括变量随时间变化的数据值及曲线图分析。

6．1．6　系统动力学在相关领域的研究

由于系统动力学的上述特点以及区域物流与区域经济相互之间的复杂系统耦合作用关系，近年来国内外运用系统动力学来分析区域物流与区域经济发展之间关系的研究日益增多，特别是在基于系统动力学的区域物流系统仿真方法的开发上进行了大量的有益探索。

Taniguchi等（2000）^[4]较早从城市层面，利用交通仿真动力学模型，定量研究了经济增长、运输需求以及道路拥挤和环境污染的相互关联。Marco ＆Rafele（2007）^[5]运用系统动力学模型对意大利西北部的区域物流系统进行仿真，分析了各种外生变量对物流量的影响，并对不同的公路和铁路投资情形下进行模拟，为该地区的物流系统规划和投资决策提供理论依据。

国内近年来运用系统动力学分析区域物流系统的成果较多，从理论方法的探讨到实证研究都有相关的研究，总体上可分为两类：

一类是侧重于物流系统规划与管理方面的分析，多用于进行物流配送、物流中心的规划选址、物流外包风险分析等物流系统微观问题的研究。如尤安军等（2002）^[6]将系统动力学方法用于供应链物流系统、物资配送、区域物流等问题的分析研究，探讨了区域物流系统所涉及的关键问题，以及如何建立区域物流系统动力学模型，尝试利用全局、动态的观点和方法来模拟再现物流系统的运行机制及行为模式，探寻提高整体运行效率和服务水平的途径和方法；郑吉春、张文杰等（2006）^[7]在物流中心选址的动态双钻石模型的基础上，运用系统动力学的因果与相互关系分析并构建了物流中心选址的系统动力学流图，设计了动态模型方程式及状态变量方程；黄丽娟（2006）^[8]运用系统动力学对中国的物流园区规划进行分析；徐娟、刘志学、洪亮（2008）^[9]在分析企业物流外包风险形成机理的基础上，建立了包括风险子系统、绩效子系统和利益子系统的物流外包风险系统动力学模型，并从系统的角度对模型的运行进行了详细的阐述，为企业物流外包风险分析提供了一种可行的方法。

另一类则侧重于分析区域物流系统与区域经济系统之间的相互耦合关系，通过建立区域经济系统与区域物流系统的系统动力学模型模拟二者之间的相互制约、相互促进机理，本书的研究也可归入此类。如桂寿平（2002）^[10]分析了经济和物流的关系，根据物流系统的系统动力学的特点，对物流系统建立相应的模型，并且对广州市物流和经济之间的关系作了实证分析，研究了广州市物流发展的方向；桂寿平（2003）^[11]将系统动力学基本原理与现代物流有机结合，根据区域物流系统动力学模型的特点，探讨了区域物流系统动力学的全新理念与建模方法，并由此对珠江三角洲区域物流系统进行了动态分析；陈畴镛、蔡小哩（2005）^[12]建立了区域经济与第三方物流互动发展的系统动力学模型，分析区域经济与第三方物流之间的相互制约、相互促进的关系。通过模型对实际区域进行仿真、检验，并根据模型仿真的结果，探讨了促进第三方物流与区域经济互动发展的途径与措施；曹明秀、关忠良、穆东（2007）^[13]将资源型企业物流系统与资源型城市物流系统耦合，采用系统动力学进行定量分析，对系统内部各个要素之间的关系给予了全面的分析，同时对物流产业与外部环境之间的互动关系的本质也进行了详细的探讨；汪传旭、崔建新（2007）^[14]通过分析上海和宁波两港口国际集装箱中转量、港口群水路集疏运比例的影响因素，建立长江三角洲港口群物流系统动力学分析模型，通过系统模拟进行长江三角洲地区港口功能的合理定位、集疏运结构的优化和近洋航线中转港的选择；汤云峰、许伦辉、黄永刚（2008）^[15]在系统基本因果反馈关系分析的基础上，建立了物流能源消耗系统动力学模型，对物流能源消耗系统的结构关系和运行机理进行了探索。除此之外，还有不少对具体省份的区域物流进行系统动力学分析的研究。比如陈亚绒、施国洪（2003）^[16]，桑套刚（2006）^[17]，李帅（2006）^[18]分别运用系统动力学定性分析了江苏省、湖南省、大连市现代物流的状况，并提出相应的政策建议。

尽管中国在这一领域研究较多，但真正较为成熟并能够普遍应用的方法尚需进一步探索，上述研究关于区域物流系统动力学模型的开发为本章仿真模型的设计提供了很多有益的参考，基于前面章节中关于二者关系的深入研究，本章提出了区域物流与区域经济的系统动力学仿真模型，并将其应用于天津市滨海新区进行实证分析与预测，从而为后面规划方法的开发提供相关依据。

6．2　区域物流与区域经济发展系统动力学仿真模型

6．2．1　区域物流与区域经济发展的系统构成与作用关系分析

（1）区域物流系统分析

区域物流的发展不仅涉及区域产业结构，还包括区域经济发展中基础设施的投资和建设等众多方面。从微观角度来看，区域物流是众多的企业物流活动集中、组合在一起，形成从采购到销售的商品链、价值链或供应链网络；从宏观角度来看，物流活动在区域上的集聚形成的不同空间维度的物流网络，与物流产业网络、其他经济网络相互交织并产生作用，从而构成了区域物流发展的复杂的网络体系。

由此可见，区域物流是一项系统工程，要使其得以有效实施并发挥重要的推动作用，合理的区域物流组织体系、区域物流基础设施体系、区域物流政策体系以及区域物流信息体系是必不可少的，同时还需对体系内部的构成要素加以优化，才能形成良好的区域物流供给能力。除了这些区域物流体系中的供给要素以外，还需要对区域物流发展的需求因素进行综合考虑。需求和供给是统一的，如果一味强调物流能力的建设而忽视区域物流需求的释放，其结果只会导致资源投资建设的浪费；同时，如果忽略物流需求的特性以及种类，盲目地提高物流能力或物流供给水平，同样会带来结构性矛盾。

因此，本书将区域物流系统分为两个部分：综合物流能力要素和区域物流需求要素。其中综合物流能力要素主要考虑包括主要运输方式基础设施在内的基础设施能力要素，而区域物流需求要素包括第一产业物流需求要素、第二产业物流需求要素以及第三产业物流需求要素，如表6．1所示。

表6．1　区域物流系统及其构成要素

资料来源：作者整理

从区域物流需求要素来看，一方面它反映了区域物流的需求状况和需求规模；另一方面也考虑了区域物流不同产业结构的不同物流需求。从综合物流能力要素看，它包括了区域物流发展所面临的硬件环境（物流基础设施能力）。这种指标对于指导中国物流规划是比较适用的，中国物流的规划建设长期存在着“重增量建设，轻存量资源的整合与优化”的问题^[19]。基于此，这种指标的选择一方面综合反映了区域物流供给所包含的要素；另一方面还考虑了存量的整合与运作效率提高的问题，使得模型的结果更具有科学性。

（2）区域物流与区域经济发展的相互作用机制

区域经济系统是区域物流系统存在的基础，它决定着区域物流的发展；反过来，区域物流相对于区域经济发展来说，具有先行性、适应性、促进性的特点，区域物流在区域经济开发中具有先导作用与促进作用。两者之间的相互作用机制主要体现在以下两个方面：

1）区域经济发展决定区域物流供给能力水平和区域物流需求水平。一方面，区域经济发展中对物流基础设施的投资力度、对物流发展模式的战略定位、对区域物流运作水平的要求都会在很大程度上制约着区域物流供给能力水平，同时区域产业结构及其变动趋势，对物流基础设施、区域物流供给结构以及区域服务水平等也有着重要的影响。另一方面，区域经济发展水平和层次制约着区域物流需求，如果区域经济发展水平较低，无法释放出足够的物流需求，也就不能促进区域物流的持续发展；同时区域产业结构的比重也是制约物流需求的重要因素，如一些资源型地区，因其能源、原材料工业是其产业结构中的主体，所以物流需求主要体现为第二产业所释放的物流需求。

2）区域物流对区域经济发展具有或正或负的反馈作用。一方面，物流系统的发展，会对区域经济发展产生集聚效应，即通过发达的物流网络扩大区域的辐射范围，以较低物流成本吸引各种生产要素由其他区域向该区域聚集，从而推动区域经济发展，同时还会带动区域产业结构调整、优化、升级，形成地区的“增长极”。另一方面，当物流系统发展相对滞后而无法满足区域经济发展的需要时，会增加全社会交易成本，降低产品竞争力，那么区域物流将会对区域经济发展形成“瓶颈”制约作用，进而制约了区域经济的持续发展。

6．2．2　区域物流与区域经济发展的系统界定

（1）建模目的界定

随着中国工业化进程的加快，物流业作为贯穿商品生产、流通和消费全过程的重要的生产型服务业，在经济发展中的基础性作用越发显著。2008年，中国物流业实现增加值2万亿元，占GDP比重6．6%，比2000年增长了1．9倍。2009年，为进一步发挥物流业的支撑和纽带作用，国务院将物流业纳入了国家十大产业调整和振兴规划之中，以期促进物流产业的良性整合和快速发展，同时促进其他九大产业形成完整的产业链和供应链，提升产业竞争力。

近年来，中国物流业发展较快，但是仍然存在以下两个主要问题：一是行业成长模式粗放、产业效率较低；二是物流产业与经济的发展不相适应，造成了大量潜在的物流需求无法得到满足。所以，本书希望通过建立系统动力学模型达到以下几个目的：

第一，理解区域物流与区域经济发展之间的内在关系。通过对中国区域物流发展与经济发展现状的了解，进一步探讨区域物流与区域经济发展之间的互动机理，包括区域经济对区域物流的决定作用，以及区域物流对区域经济的基础作用、推动作用以及“瓶颈”制约作用等。

第二，从物流供给和物流需求两个要素来探讨区域物流系统的内部结构以及动态运行机理，包括物流需求的增长对物流供给能力形成的“瓶颈”作用，同时物流供给能力的提升一方面会满足物流需求，另一方面又会释放更多的物流需求。在此基础上，研究如何保持最优的物流能力供给水平，使其与物流需求形成动态平衡，以促进区域经济的发展。

第三，对物流能力外部影响因素和内部运行机制进行讨论，以求找到解决中国物流能力“瓶颈”的不同方案和制约因素，为缓解中国当前物流运输“瓶颈”提供理论和方法依据。

第四，通过仿真结果，提出政策建议。通过区域物流系统动力学的仿真模拟分析，预测区域物流的发展趋势，并针对可能存在的问题，提出各种解决方案并进行政策模拟，通过方案优劣的比较，判断并选择较优的发展方案。

（2）模型假设界定

区域经济系统和区域物流系统都是典型的复杂系统，都由多个子系统组成，且各子系统之间相互影响、相互制约，关系错综复杂。由于系统涉及内容体系庞杂，将所有影响因子考虑进去显然不利于研究工作的开展和结论的得出，为了突出研究目的，本书的研究基于这样的假设：

第一，在考虑区域物流发展对区域经济发展的推动作用时，一方面在讨论区域经济时不再对区域经济子系统进行细分，忽略区域物流系统与区域经济系统中的就业、国民收入、企业盈利水平等子系统之间的相互作用，而仅将其作为一个整体考察其与区域物流系统的关系；另一方面在考虑区域物流的推动作用时，假定这种作用包括物流业自身对GDP的直接贡献和由于物流业集聚效应（为该区域经济发展吸引更多社会投资）所带来的投资吸引对GDP的间接贡献，而对于区域物流的产业关联效应、乘数效应等则作为固定参数处理。

第二，对于物流供给能力的形成，本书认为其主要取决于物流基础设施的发展规模，而视物流运作效率、物流人力资本水平以及物流技术进步等因素在研究期间内保持不变。

第三，对于物流需求规模，本书认为其主要取决于经济发展水平和三次产业结构，而忽略农业、工业或服务业自身结构变动对于物流需求的影响。

第四，关于天津滨海新区区域经济发展趋势，本书假定该地区在2020年以前仍然保持快速发展势头，发展态势与1997～2006年基本一致。

（3）系统边界确定

从以上的分析中可以看出，区域物流与区域经济发展系统的相互关系主要体现在：一方面，区域经济从物流能力和物流需求两个方面对区域物流形成决定作用；另一方面，区域物流会产生集聚效应，对区域经济起到基础性作用和推动作用，同时区域物流由于物流供给不足又会对区域经济发展形成阻碍作用。

确定系统边界的过程，即确定系统包含哪些重要的系统要素的过程。根据系统论原理，区域物流与区域经济发展系统是一个由多因素组成且因素之间关系较为复杂的系统工程，各因素的相互作用决定了区域物流与区域经济发展的相互作用机理以及模型运行结果。因此，只有建立一个适合于该系统的动态分析模型，才可能全面准确地研究系统中各因素间的相互作用关系和它们对系统行为的影响。

本书的研究焦点在于找出物流与区域经济的互动关系及其行为模式，进而为区域物流系统规划提供依据。物流是区域经济的重要组成部分，是整个区域经济系统的一个子系统，为突出研究目的，需要从二者各自系统中的众多因素中挑选出联系最紧密的要素，合成一个闭合的、符合研究目的的物流—区域经济系统。根据系统建模的目的，本书研究系统的界限大体包括以下内容：

1）区域物流子系统：物流业生产总值（亿元）、综合物流能力指数、公路网总里程（公里）、港口泊位数（个）、铁路网总里程（公里）、物流基础设施紧缺程度指数、物流基础设施投资额（亿）、公路投资比例、港口投资比例、铁路投资比例、全社会物流需求总量（亿吨）、第一产业物流需求（亿吨）、第二产业物流需求（亿吨）、第三产业物流需求（亿吨）、物流基础设施集聚效应系数。

2）区域经济子系统：GDP、GDP增长量、GDP自然增长率、第一产业地区生产总值、第二产业地区生产总值、第三产业地区生产总值、第一产业的产运系数、第二产业的产运系数、第三产业的产运系数、全社会固定资产投资额、物流业对GDP增长直接贡献、物流业对GDP增长间接贡献。

6．2．3　区域经济发展与区域物流间的因果关系

系统由相互联系、相互影响的元素组成。在系统动力学中，元素之间的联系或关系可以概括为因果关系（Causal Relationship），正是这种因果关系的相互作用最终形成系统的功能和行为。所以，为了研究系统的反馈结构，因果关系分析是本书开展系统动力学模型研究的基础。物流产生和发展的根源是由于社会经济活动，同时物流业的发展也会促进社会经济的进一步发展。

系统动力学的研究重点在于自反馈机制的系统动力学问题。由于因果关系分析，可以把它们联结在一起形成回路，并用因果关系图表示这些反馈回路机制（见图6．4）。

图6．4　区域物流与区域经济发展的因果关系图

资料来源：作者整理

由图6．4的区域物流与区域经济发展的因果关系图可以得到以下的反馈回路，详细的反馈回路及其解释如下：

第一，物流基础设施固定资产投资与区域经济发展形成正反馈回路。区域经济的增长为区域物流基础设施建设提供了良好的资金保证，基础设施的加快建设会带来物流供给能力的提高，物流能力提高将从两个方面对区域经济系统形成正反馈影响：一方面对物流产值的提高起到提升作用，另一方面物流基础设施将形成对社会投资的集聚效应，进而对区域经济增长起到拉动作用。图6．5反映了区域物流对物流产业增长的影响，进而影响区域经济发展。

图6．5　区域物流投资与区域经济发展的反馈回路图1

资料来源：作者整理

第二，除了图6．5所反映的物流基础设施投资对区域经济发展的适应性以外，区域经济发展带来区域物流的投资的增长，进而促进物流供给能力提高，还会通过集聚效应带来更多的社会再生产投资，进而带动经济的快速发展。图6．6反映了区域物流对区域经济发展的推动作用。

图6．6　区域物流投资与区域经济发展的反馈回路图2

资料来源：作者整理

第三，区域经济与区域物流的相互作用机理不仅反映在对区域物流的投资上，也反映在对区域物流需求的影响上。区域经济的发展以及区域经济结构都会制约区域物流的需求量，而需求量的增加则会对区域物流供给能力形成挑战，造成区域物流能力“瓶颈”，反过来会对区域经济发展形成制约作用（如图6．7所示）。

图6．7　区域物流需求与区域经济发展的反馈回路图

资料来源：作者整理

第四，物流供给能力受到多方面的制约，本书认为其主要受到物流基础设施投资的影响。图6．8所反映的是区域物流能力受到物流基础设施投资的影响。一旦区域物流供给能力不足，就会形成区域物流能力“瓶颈”，此时为了保持与区域经济发展的协调性，就必须增大区域物流基础设施投资，提高区域物流供给能力。

图6．8　区域物流能力“瓶颈”与区域物流投资的反馈回路图

资料来源：作者整理

第五，区域物流供给能力与区域物流需求之间也存在着这种相互关系。一方面，区域物流需求需要相应的区域物流能力去满足，物流供给能力是区域物流需求得以转化的重要载体，区域物流需求在很大程度上迫使区域物流能力增长，以缩小物流“瓶颈”；另一方面，区域物流能力的增长也会对区域物流需求形成反馈作用，如果区域物流能力得以提高，将会降低社会物流成本，吸引更多的企业到该地区投资，促使更多的物流资源与物流需求在空间上集聚，同时还会通过对区域经济的作用间接地影响到区域物流需求，最终使得区域物流需求得以极大的释放（见图6．9）。

图6．9　区域物流能力“瓶颈”与区域物流需求的反馈回路图

资料来源：作者整理

综上所述，本书确定区域经济与区域物流发展的因果关系图包含了三个层次的反馈图。首先，反映了区域经济发展对区域物流的决定作用，这主要反映在区域经济发展对物流能力形成所需要的投资决定作用上，同时还反映在区域物流需求受当地经济发展水平、产业结构以及经济开放程度等因素的影响上。其次，反映了区域物流对区域经济发展的反作用，这主要反映在区域物流能力的形成水平、增长力度对于区域经济的适应程度以及推动作用上。最后，还反映了区域物流内部因素之间的相互作用，包括物流能力与物流需求的相互影响、物流能力与物流投资的关系、物流能力与物流基础设施投资之间的关系等。

6．2．4　区域物流与区域经济发展的系统动力学模型

经过以上因果关系图的定性分析，总结出区域物流系统运行的基本结构，为了进一步进行定量分析，还要将因果关系图转化为系统流图，将组成区域物流系统的各种因素分为水平变量与流率变量，并引入部分辅助变量，对变量之间的关系进行定量描述，以模拟区域物流系统的运行状态。

（1）经济子系统

从本书研究的角度，模型假设经济的增长主要受物流业的综合贡献以及由整个产业体系综合决定的区域经济本身自然增长率的影响。而物流业的综合贡献部分主要包括两部分，即物流业产值对GDP的直接贡献和物流基础设施集聚效应吸引社会投资所带来的间接贡献。

1）主要变量：

流位变量：区域GDP，反映区域经济的发展水平；

流率变量：区域GDP增长量；

常量：滞后期、GDP初始值、GDP自然增长率；

表函数：该子系统共包括两个表函数，分别为物流基础设施集聚效应表函数和基础设施对物流业产值贡献率表函数；

辅助变量：剩余变量为辅助变量。

2）系统流图：

图6．10　区域经济子系统

资料来源：作者整理

3）主要方程：

区域GDP＝INTEG（GDP增长量，区域GDP初始值）（亿元）

增长量＝物流业对GDP增长综合贡献＋区域GDP×GDP自然增长率（亿元）

物流业对GDP增长综合贡献＝物流业对GDP增长直接贡献＋物流业对GDP增长间接贡献（亿元）

物流业对GDP增长直接贡献＝物流业产值－DELAY1I（物流业产值，1，初值）

物流业产值＝DELAY1I（综合物流能力，滞后期，1）×基础设施对物流业产值贡献率（亿元）

基础设施对物流业产值贡献率＝基础设施对物流业产值贡献率表函数（Time）

物流业对GDP增长间接贡献＝社会总投资增长量（亿元）

社会总投资增长量＝DELAY1I（综合物流能力，滞后期，1）×物流基础设施集聚效应乘子（亿元）

物流基础设施聚集效应乘子＝物流基础设施集聚效应表函数（Time）

（2）物流供给能力子系统

本书模型假设物流供给能力水平主要受各种运输方式基础设施水平的影响，而每个地区的地理和区位条件不同，公路、铁路、水运各有侧重。比如本章关于天津市滨海新区的实证模型就以公路和港口为主。而各种运输方式基础设施增长主要来自于物流基础设施投资，物流基础设施投资又进一步取决于地区的固定资产投资规模和经济发展水平。

1）主要变量：

流位变量：道路里程，反映公路基础设施的发展水平；

流率变量：公路里程增长量；

常量：初始值港口数量、初始公路里程、固定资产投资比例、公路投资比例、港口投资比例；

表函数：该子系统共包括两个表函数，分别为公路单程造价表函数、港口码头单位造价表函数；

辅助变量：剩余变量为辅助变量。

2）系统流图：

图6．11　区域物流供给能力子系统

资料来源：作者整理

3）主要方程：

综合物流能力＝公路能力指数×港口码头能力指数

港口码头能力指数＝港口泊位数／初始港口码头数量

港口泊位数＝DELAY1I（港口投资完成额，滞后期，泊位数初值）／港口码头单位造价

港口码头单位造价＝港口码头单位造价表函数（Time）

港口投资完成额＝物流基础设施投资×港口投资比例

公路能力指数＝道路里程／初始公路里程

道路里程＝INTEG（公路里程增长，初始公路里程）

公路里程增长＝公路投资完成额／公路单程造价

公路单程造价＝公路单程造价表函数（Time）

公路投资完成额＝物流基础设施投资×公路投资比例

物流基础设施投资＝全社会固定资产投资×物流基础设施投资比重

全社会固定资产投资＝区域GDP×固定资产投资比例

物流基础设施投资比重＝物流基础设施紧缺程度×乘子

物流基础设施紧缺程度＝物流需求指数／综合物流能力

物流需求指数＝全社会物流需求总量／初始物流需求

（3）区域物流需求子系统

本书模型假设物流需求主要来自于三次产业对物流的需求量，每个产业对物流的需求量主要与该产业的规模和该产业的产运系数有关。而每个产业规模又取决于该地区的区域GDP和三次产业的产业结构。

1）主要变量：

流位变量：区域GDP；

常量：第一产业的产运系数、第二产业的产运系数、第三产业的产运系数；

表函数：该子系统共包括三个表函数，分别为第一产业比重表函数、第二产业比重表函数、第三产业比重表函数；

辅助变量：剩余变量为辅助变量。

2）系统流图。

图6．12　区域物流需求能力子系统

资料来源：作者整理

3）主要方程：

全社会物流需求总量＝第一产业对物流的需求量＋第二产业对物流的需求量＋第三产业对物流的需求量

第一产业对物流的需求量＝GDP1×第一产业的产运系数

第二产业对物流的需求量＝GDP2×第二产业的产运系数

第三产业对物流的需求量＝GDP3×第三产业的产运系数

GDP1＝区域GDP×第一产业比重

GDP2＝区域GDP×第二产业比重

GDP3＝区域GDP×第三产业比重

第一产业比重＝第一产业比重表函数（Time）

第二产业比重＝第二产业比重表函数（Time）

第三产业比重＝第三产业比重表函数（Time）

（4）整个区域物流与区域经济系统关系

将上述三大子系统相互耦合就得到整个区域物流与区域经济的系统关系图，

如图6．13所示。

图6．13　区域物流与区域经济发展系统流图

资料来源：作者整理

6．3　区域物流系统动力学模型的实证分析

基于上述模型，本节对天津市滨海新区物流系统发展进行了仿真实证分析，以1997～2006年的相关统计数据为样本，进行系统动力学模型构建和调校。第一部分主要对系统动力学模型的有效性进行检验；第二部分应用该模型进行系统动力学仿真模拟，分析截至2020年天津市滨海新区物流系统的发展趋势，预测经济子系统、物流供给子系统、物流需求子系统主要指标的增长情况；第三部分进一步应用该模型进行不同政策方案的模拟并进行方案比选，从中选出最优的政策方案；第四部分是对以上分析结果的总结；第五部分提出对区域物流规划的启示。

6．3．1　系统模型有效性检验

根据以上模型的建立与参数的选择，以1997年数据为基础数据，可以得出天津市滨海新区区域物流系统仿真模型的基本模拟值。

为了检验天津市滨海新区区域物流系统仿真模型的有效性和实用性，现将其基本模拟运行后的结果与1997～2006年的实际数值进行比较分析（见表6．2）。

表6．2　模型检验对比表　单位：亿元

资料来源：作者整理

由表6．2可以得出，本模型模拟的结果与实际结果的误差率基本保持在10%以内，天津市滨海新区近年来处于加速发展期，数据波动较大，个别年份异常值较多，但总体来说该模型模拟值与实际值基本吻合。由此可见，天津市滨海新区区域物流系统仿真模型具有一定的可行性和有效性，较好地模拟了天津市滨海新区区域物流系统的发展情况。

6．3．2　天津市滨海新区物流系统基本模拟结果分析

根据现有的模型，通过Vensim PLE软件运行，可以得到不同指标在不同年份的模拟结果。我们将分别用经济子系统、物流需求子系统以及物流供给子系统进行相关结果的分析。

（1）经济子系统的基本模拟结果

经济子系统的输出主要包括物流业产值以及区域经济GDP的总量，通过模拟，相关结果如表6．3所示。

表6．3　经济子系统的基本模拟结果　单位：亿元

续表

资料来源：作者整理

由表6．3可知，天津市滨海新区的经济总量（GDP）在2015年左右将达到1万亿元，在预测期内，2020年将达到2．8万亿元的经济总量；而天津市滨海新区的物流业产值则保持稳定增长的态势，在2020年达到1000亿元的产值。

图6．14　物流业产值占GDP的比重趋势图

资料来源：作者整理

从物流业产值占天津市滨海新区GDP的比重来看，1997年所占比例为10．66%，随后的年份不断下降，到2020年降低到3．47%。造成这一结果的原因主要是由于天津市滨海新区近年来招商引资力度不断加大，一批大型工业项目陆续入驻，使得该地区工业产值所占份额日益加大，导致物流业产值所占比重逐渐下降。由此可以看出，如果按照目前的发展态势，物流业对GDP的直接贡献作用将会不断降低，这与天津市滨海新区国际航运中心和国际物流中心的定位不相匹配。因此，必须调整相关政策，进一步促进天津市滨海新区物流业发展，提高其对区域经济发展的推动力。

（2）物流需求子系统的基本模拟结果

物流需求子系统的输出主要包括全社会物流需求量以及三次产业各自的物流需求量，通过模拟，相关结果如表6．4所示。

表6．4　物流需求子系统的基本模拟结果　单位：亿吨

资料来源：作者整理

由表6．4可知，全社会物流需求总量保持稳定上升的态势，并在2013年达到10亿吨，在预测期内总量将达到近40亿吨。在三次产业中，第一产业物流需求量所占的比重最小，第三产业物流需求量所占比重最大；在变化趋势上，第一产业物流需求量所占的比重呈现不断下降趋势，第二产业和第三产业则保持稳定上升的趋势。

（3）物流供给子系统的基本模拟结果

物流供给子系统的输出主要包括港口泊位数、道路里程、泊位能力指数、道路能力指数以及物流综合能力指数，通过模拟，相关结果如表6．5所示。

表6．5　物流供给子系统的基本模拟结果

资料来源：作者整理

由表6．5可知，在总量上，港口泊位数在2020年将达到282个，大大提高了其吞吐能力，道路里程则将由现在的1000多公里增加到近3000公里；从能力指数看，港口的能力指数提高相对较快，2020年的港口能力将是1997年的4倍，而公路的能力指数提高较缓慢，2020年将达到3．4左右，两者共同作用，到2020年，天津市滨海新区的综合物流能力将是1997年物流能力的近13．67倍。

6．3．3　天津市滨海新区物流系统发展的政策模拟方案及结果分析

在对天津市滨海新区进行区域物流系统动力学基本模拟的基础上，本节通过调整模型的控制参量，经过运行后得到新的模拟结果，再与基本模拟结果进行比对，最后得到适合天津市滨海新区物流系统发展的政策措施。

（1）天津市滨海新区物流系统发展的政策模拟方案

针对政策模拟而言，主要是调整模型中相关参数的取值范围，进而使得系统的输出结果达到最优化，本书主要从以下两个方面入手：

1）基础设施优先发展方案。从全社会固定资产投资不同方向分配出发，改变物流基础设施投资比重，进而影响区域物流能力的增长。在全社会固定资产投资不变的情况下，提高物流基础设施投资的比重，进而带动物流能力的增长。

2）港口或道路优先发展方案。从港口和道路两种不同物流供给能力出发，改变二者之间的投资比例关系，可以促使供给能力更强的物流供给手段得到更好的发展。对天津市滨海新区来说，主要的物流供给手段是港口和道路，但是港口与道路在消化物流需求中所体现出来的能力是不同的，因此通过调整二者之间的投资比例，观察其对GDP的影响，进而确定最优的投资比例，更好地满足区域物流需求，从而促进区域经济良性发展。

（2）天津市滨海新区物流系统政策模拟的结果分析

1）基础设施优先发展方案。本书在基本模型模拟的基础上，将物流基础设施投资比重提高到原来比重的120%，其余的参数及公式保持不变，由此可以得出该方案与原模型在各个子系统的不同结果。

第一，经济子系统的政策模拟比较。将物流基础设施投资比重提高20%，可以得出新的模拟方案下的经济子系统（GDP、物流业产值）的相关结果，将其与原来的基本模拟方案对比，可以得到如表6．6所示的结果。

表6．6　基础设施优先发展方案与原模拟方案下的经济子系统结果比较

资料来源：作者整理

由表6．6可以看出，将物流基础设施投资比重提高20%，到2020年，滨海地区GDP的总值相对原模型将提高14．66%，而物流业产值的增长将更加明显，较原模型将提高27．45%。

图6．15　基础设施优先发展方案与基本模拟方案下的GDP对比图

资料来源：作者整理

图6．16　基础设施优先发展方案与基本模拟方案下的物流业产值对比图

资料来源：作者整理

由图6．15和图6．16可知，提高基础设施投资比重对天津市滨海新区的GDP增长和物流业产值增长有着明显的作用，特别是在2010年以后，基础设施将会发挥越来越重要的作用。

从天津市滨海新区物流业产值占GDP的比重来看，虽然随着经济的发展，物流业产值所带来的贡献比重同样会越来越小，但是相对原模拟方案，提高基础设施的投资比重，物流业产值对国民经济的贡献将有所提高。2020年，原模拟方案的物流业产值占GDP的比重为3．47%，而基础设施投资优先方案下的比重为3．85%。

图6．17　政策调整方案与基本模拟方案下的物流业产值所占比重对比图

资料来源：作者整理

第二，物流需求子系统的政策模拟比较。将物流基础设施投资比重提高20%，可以得出新的模拟方案下的物流需求子系统（全社会物流需求量）的相关结果，将其与原来的基本模拟方案对比，可以得到如表6．7所示的结果。

表6．7　基础设施优先发展与原模拟方案下的物流需求子系统结果比较

续表

资料来源：作者整理

在物流基础设施投资比重提高的基础上，物流需求量也随之提高。到2020年，全社会物流需求量从原模拟的37亿吨提高到43亿吨，增长率为14．67%，与区域GDP增长率保持一致。

第三，物流供给子系统的政策模拟比较。将物流基础设施投资比重提高20%，可以得出新的模拟方案下的物流供给子系统（港口泊位数、道路里程以及综合物流能力）的相关结果，将其与原来的基本模拟方案对比，可以得到如表6．8所示的结果。

表6．8　基础设施优先发展与原模拟方案下的物流供给子系统结果比较

续表

注：“政策”表示基础设施投资优先方案，“基本”表示基本模拟方案
资料来源：作者整理

由表6．8可知，在物流基础设施投资比重提高20%的基础上，由此带来港口泊位数和道路里程将会增加，使得港口的吞吐能力和公路的运输能力也在原来的基础上得到提高，在两者综合作用下，天津市滨海新区的综合物流能力由在基本模拟的13．67的基础上提高到18．7，提高幅度较大。由此看来，通过增加基础设施投资对于提高区域物流能力的作用较大。

2）政策模拟方案二。其基本思路是：在提高物流基础设施投资比重（方案一）的基础上，调整港口与道路投资比例之间的关系，通过比较天津市滨海新区的综合物流能力、全社会物流需求量以及GDP总量，进而寻求港口与道路之间最优的投资比例。

在本书的基本模拟中，港口在物流基础设施投资中所占的比例为81%，道路所占比重为19%；在政策模拟下，本书在此基础上分别模拟了四种不同方案：第一种方案是优先发展港口方案，将港口的比重提高到90%，而道路的比重降低到10%；第二、三、四种方案是优先发展道路方案，即将道路的比重分别提高到30%、40%和50%，相应地，港口的投资比重降低到70%、60%和50%。通过模拟，可以得到如下结果（见表6．9）。

表6．9　不同投资比例下滨海新区的物流能力指数对比

注：“道路优先0．5”表示提高道路的投资比重，0．5表示其占投资比重的50%。“道路优先0．4”、“道路优先0．3”分别以此类推，下同
资料来源：作者整理

由表6．9可以看出，到2020年，在不同的投资比例下结果不同。其基本结论是：如果进一步提高港口的投资比重的话，其物流综合能力指数相对于基本模拟将有所下降，因此，天津市滨海新区进一步的发展方向是降低港口的投资比重，提高道路的投资比重；同时，在道路投资比重为40%的时候，其综合能力是最高的。

图6．18　道路优先投资方案下的综合物流能力对比图

资料来源：作者整理

由图6．18可知，道路投资比例达到50%时，其物流综合能力发展的趋势表现为起伏波动较大，道路投资比重为30%和40%时，物流综合能力的提高较为平稳。

由物流综合能力看，天津市滨海新区物流业进一步发展的方向是：提高道路的投资比重，并保证道路与港口的投资比重保持在2∶3左右为宜。

表6．10　不同投资比例下滨海新区GDP总量对比

续表

资料来源：作者整理

由表6．10可知，提高港口投资比重，同样会导致天津市滨海新区GDP总量相对下降，所以从区域经济发展的角度来看，未来天津市滨海新区的物流发展方向仍然是提高道路的投资比重，而且当道路投资比重达到50%时，GDP总量最大，但与道路投资达到40%的方案差距并不明显。因此，从模型的稳定性角度出发，本节认为道路与港口的投资比重保持在2∶3左右是最佳方案。

6．3．4　天津市滨海新区物流系统模型结果的综合分析

由以上的基本模拟和政策模拟可以得出以下基本结论以及确定天津市滨海新区物流业未来发展的基本方向。

（1）基本模拟的结论

通过基本模拟可以看出，按照目前的发展状况，天津市滨海新区的物流能力将会得到很大的提高，区域物流需求总量也不断增加，而且物流供给能力与物流需求水平之间的差距将会逐渐减小，由此带来天津市滨海新区的物流业产值不断提高，区域GDP也将不断提高，但是物流业产值对GDP的综合贡献却不断下降，这与天津市滨海新区未来国际物流中心和国际航运中心的定位并不相称，并且可能会限制该地区制造业的发展。由此，应该进一步加强天津市滨海新区物流业的发展。

（2）政策模拟的基本结论

由基本模拟可知，天津市滨海新区应该进一步提高物流业的投资比例，加快物流业的发展，其重要的途径就是提高物流基础设施的投资比重，经过模拟分析，提高基础设施投资比重不仅会带来物流能力的提高，而且会通过物流能力的直接贡献和间接贡献，对天津市滨海新区的GDP以及全社会物流需求产生极为重要的促进作用。

整体提高物流基础设施对于区域的发展有良好的推动作用，但是在不同的物流载体上还应该进行进一步优化，于是本书调整了港口与道路之间的投资比重，然后进行了不同方案的模拟，最后得出结论：天津市滨海新区的港口与道路投资的比重应该保持在3∶2左右的比例为最优。

综上所述，通过本书的研究，天津市滨海新区未来的物流发展方向为：继续提高物流基础设施的投资比重，并在投资结构上进行优化，提高道路的投资比重，使得道路的投资比重占到30%～40%，从而促进区域综合物流能力的提升。

6．3．5　模型仿真结果对区域物流规划的启示

天津市滨海新区是环渤海地区的“龙头”，也是未来中国北方经济最主要的增长极，可以预见，滨海新区以及天津市未来10余年仍将保持高于全国平均水平的发展速度，从目前滨海新区的产业结构来看，近年来的快速发展主要是由一系列大型工业项目所支撑，可以预期未来滨海新区第二产业在整个区域经济中所占的比例会在长期内保持较高份额，而物流业所占的份额相对较低。

然而从滨海新区作为中国北方经济增长极的地位而言，未来必须充分发挥其区域辐射作用，而这种辐射作用必须依赖于发达的物流体系，这也是国务院同时将天津定位为北方航运中心和国际物流中心的主要目的。因此，适当增加物流业的投入比重，加快物流业与制造业的协同发展，对于滨海新区实现国家的战略定位具有重要意义。

本章的研究结果还进一步表明，在物流系统的未来规划中，应注意调节不同运输方式的比例，目前港口设施投资大约占滨海新区物流基础设施投资80%的份额，而道路设施份额较低，这种趋势长期下去必然会造成港口集疏运系统能力相对紧张等一系列问题，从而制约综合运输体系整体效率的发挥。因此，在未来的规划中应尤其重视公路物流系统的建设以及与港口衔接物流设施的建设，提升综合物流供给能力，从而更好地为区域经济发展服务。

【注释】

[1]李旭．社会系统动力学——政策研究的原理、方法和应用．上海：复旦大学出版社，2009：19

[2]何有世．区域社会经济系统发展动态仿真与政策调控．北京：中国科学技术大学出版社，2008：4

[3]何有世．区域社会经济系统发展动态仿真与政策调控．北京：中国科学技术大学出版社，2008：17

[4]E．Taniguchi，R．G．Thompson，Tadashi Yamada，J．H．R．van Duin．City Logistics．PERGAMON，2001

[5]A．D．Marco and C．Rafele．System dynamics simulation：an application to regional logistics policy making．International Journal of Mathematics and Methods in Applied Sciences，2007（1）：253 260

[6]尤安军，庄玉良．系统动力学在物流系统分析中的应用研究．物流技术，2002（4）：19～20

[7]郑吉春，张文杰等．区域物流中心选址的系统动力学分析．北京科技大学学报，2006（2）：203～206

[8]黄丽娟．基于系统动力学建模的我国城市物流．改革与战略，2006（5）：33～34

[9]徐娟，刘志学，洪亮．物流外包风险的系统动力学分析．统计与决策，2008（8）：17～19

[10]何秋，桂寿平，朱强．区域物流系统动态学模型的建立与合理性检验．交通与计算机，2002 （3）：30～33

[11]桂寿平，朱强．区域物流系统动力学模型及其算法分析．华南理工大学学报（自然科学版），2003（10）：36～40

[12]陈畴镛，蔡小哩．区域经济与第三方物流互动发展的系统动力学模型．数量经济技术经济研究，2005（7）：44～52

[13]曹明秀，关忠良，穆东．资源型城企物流耦合系统系统动力学分析．理论探索，2007（7）：39～43

[14]汪传旭，崔建新．长江三角洲港口群物流系统动力学分析模型．交通运输工程学报，2007（5）：77～83

[15]汤云峰，许伦辉，黄永刚．基于系统动力学的道路物流系统能耗模型研究．物流技术，2008 （9）：60～63

[16]陈亚绒，施国洪．江苏现代物流系统动力学分析．物流技术，2003（3）：101～103

[17]桑套刚．基于系统动力学的湖南现代物流系统分析．山西科技，2006（6）：87～88

[18]李帅．大连物流的系统动力学分析．技术与创新管理，2006（4）：87～89

[19]鞠颂东．物流网络：物流资源的整合与共享．北京：社会科学文献出版社，2008：92