18区域物流系统与经济增长的动态耦合机理与实证仿真

发布时间：2016-12-17 07:22

本文关键词：区域物流系统与经济增长的动态耦合机理与实证仿真，由笔耕文化传播整理发布。

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl；第31卷第9期2011年9月；经济地理ECONOMICGEOGRAPHY；Vol.31，No.9Sep.，2011；文章编号：1000-8462（2011）09-1；区域物流系统与经济增长的动态耦合机理与实证仿真；刘维林；（南开大学经济与社会发展研究院，中国天津3000；摘要：采用系统动力学的方法对区域物流系

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2011.09.025

第31卷第9期2011年9月

经济地理ECONOMICGEOGRAPHY

Vol.31，No.9Sep.，2011

文章编号：1000-8462（2011）09-1493-06

区域物流系统与经济增长的动态耦合机理与实证仿真

刘维林

（南开大学经济与社会发展研究院，中国天津300071）

摘要：采用系统动力学的方法对区域物流系统与区域经济增长之间的动态关联关系及耦合结构进行模型设计和仿真实证，分析了其三大作用子系统及多重嵌套反馈回路，结合天津滨海新区案例，模拟了自适应、物流系统适度超前和其它产业优先三种发展模式下的协同演化路径。结果表明二者存在自适应调节机制，物流适

度超前短期内会略微减缓区域经济增速，但长期则能使区域经济增速显著提升。关键词：区域物流；区域经济增长；系统动力学；动态耦合

F061.5文献标识码：A中图分类号：

区域物流系统是区域经济发展的重要催化剂，

物流产业对区域经济的服务和支撑作用日益显著，其发展水平已经成为反映一个地区产业竞争力的重要指标[1]。一直以来，物流作为一种重要的基础设施被认为与区域经济的发展密切相关，二者的关系是经济研究者们长期重点关注的问题。1940年代，Rosenstein-Rodan的大推进理论认为基础设施是社会发展的先行资本，应当优先发展[2]。Rostow也将基础设施投资视为经济起飞的必要条件[3]。此后的研究逐渐分化出两种观点，一种是物流驱动论，即物流系统能够驱动区域经济发展。FanandZhang的实证研究认为物流基础设施对中国农村区域经济存

武志惠等则采用Logistic增在显著性的正向影响[4]。

长模型对三大经济圈的实证研究认为二者关系主

要表现为物流业对经济增长的驱动，经济增长对物流业的带动作用不显著[5]；许秀峰通过回归模型物流弹性系数的方法也得出类似结论[6]。另一种观点是经济带动论，陈虎等认为二者存在单向因果关系，即区域经济发展是区域物流能力发展的原因[7]。张永恒的Granger因果关系结果也显示河南省GDP增量是物流增量变化的原因[8]。杨志梁等的实证结果则显示，，在5%的显著性水平下，我国东部地区主要表现为区域经济对物流能力的单向带动作用，而中西部地区则恰好相反，主要是物流发展水平对区域经济的单向驱动作用[9]。

上述研究之所以得出截然不同的结果，一部分与所选实证对象差异有关，但更多是由于这些研究

大多是基于单向静态作用的假定，忽视了区域经济

物流系统的发展与物流系统的双向动态联动作用。

既通过降低物流成本、提高聚集效应来带动区域经济增长，同时区域经济规模的扩大也会通过提供物

流需求和增加物流设施的投入从需求和供给两方面促进物流产业量和质的提升。以往研究大多依赖的计量分析方法虽具有严谨的理论假设和较高的预测精度等优点，但在处理双向因果关系和结构性演进方面，则不够完善。国内也有人采用投入产出

但在物流产业的不断等方法分析二者的作用关系。

演进下，现代物流已经不再是传统运输、储存、装卸等环节的简单叠加，而是深度嵌入到地区生产、流

交换等各个环节，通过与制造业、流通业的联动通、

发展，形成直接和间接的传导机制来吸引其它生产要素的汇集，为提升地区的集聚效应发挥重要积极作用。因此，二者关系已经进入相互依赖、相互协调、相互促进的动态关联关系阶段，形成一种动态耦合结构[10]。刘秉镰，王燕认为，二者关系不仅直接体现为两个系统整体之间的相互作用，更表现为两个系统内部要素的直接关联与耦合[11]。在这种架构下，对二者关系的剖析需要更加深入地进行结构性的描述与分析，并能够有效处理系统变量的多重反馈和时变现象。在这一背景下，本文采用系统动力学方法，研究它们之间的这种复杂作用机理，构建区域物流与经济增长的动态耦合动力模型，并以天津滨海新区为例进行仿真和情景分析，探索二者的协同演化路径，这对于指导区域经济发展的战略决

收稿时间：2011-04-16；修回时间：2011-05-24

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（编号：HKZXB10064）资助。作者简介：刘维林（1979—），男，黑龙江佳木斯人，博士，讲师。主要研究方向为运输经济与区域产业分析。E-mail：liuwlcn@gmail.com。

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策都具有较强的现实意义。

1区域物流与经济系统的相互作用关系

从系统的运动与演进的视角来看，区域物流与区域经济是一种相互依赖、相互协调、相互促进的动态关联关系。这种关系犹如以弹簧相连的两个单摆，二者的震动此起彼伏、相互影响，物理学上将这种关系称为动态耦合关系。一方面区域物流是区域经济系统的一部分，区域经济的发展派生出对物流系统的服务需求[12]，同时物流系统建设所需的资源要素如资本、劳动、土地等都来自于区域经济的物质投入[13]；另一方面区域物流的发展有助于降低社会物流成本、强化聚集效应，从而加速区域经济增长，形成正面反馈[14]，而反之如果物流系统过度滞后，也会形成瓶颈效应制约区域经济增长[15-16]。本文将这种综合的动态作用机制建构为三个作用子系统，即反映区域经济对物流发展带动作用的需求拉动子系统和供给推动子系统以及反映物流系统对区域增长反作用的物流驱动增长反馈子系统。以往诸多研究囿于方法局限，多注重于考查这三个作用机制中的一种或两种，难以反映两大系统在动态演进的过程中平衡、反馈、延迟等机理，结论存在缺陷。为了反映这三重作用机制，本文利用系统动力学方法在处理复杂系统问题的优势，对两大系统三重关系的结构、功能与行为的动态关系进行剖析。1.1物流需求拉动子系统

与其它产业需求不同，物流主要是一种派生需求，随着经济规模的扩张和社会分工的深化，社会经济活动对原材料、成品和半成品以及废旧物品等产生越来越多的空间、时间和费用要求，涉及采购、配送、运输、库存、装卸搬运以及相关的信息需求等物流活动的诸多方面。区域经济的发展水平直接影响到物流系统的发展程度，全国社会物流总额多年来保持17%—24%的较高增速，2009年尽管受金融危机影响增幅有所下降，但仍达到7.4%的增长率①。区域产业结构也决定了物流需求的差异，资源型产业为主的区域会产生较高的物流需求量。而一个以轻工业、第三产业为主的区域，物流的对象主要是经过深加工以及凝聚了高科技的商业产品，物流需求总量虽小但附加值较高。

1.2物流供给推动子系统

物流供给指向社会提供各种物流服务的能力，

需依托大量的基础设施，如公路、铁路、港口、机场、园区等，而这些大多属于公共设施，具有投资规模大、回报周期长的特点，需要政府以各种形式参与供给。地方政府的基础设施投入水平首先取决于地方的经济规模，经济规模越大，地方政府可利用的资源越多，就越有利于基础设施条件的改善；其次取决于物流设施的紧缺程度，它决定了地方政府的物流投资的积极性，政府用于物流投资的比例与区域经济增长存在自我调整机制，当物流供给滞后于经济增长产生的需求时，基础设施的投入比例随之增加，而当设施供给超前于区域经济发展时，基础

一个地区物流设施的投入比例会随之减少。因此，

设施的投资规模取决于区域经济实力和物流设施的紧缺程度，前者决定固定资产投资规模，后者决定固定资产投资中用于物流设施的比例。1.3物流驱动增长反馈子系统

由于产业分工的不断加深和空间经济联系的日益紧密，物流系统如今已深度融入到区域产业发展过程当中，扮演着区域经济增长重要的助推器和润滑剂角色。其反馈作用为两方面：一方面体现在物流业对区域经济的直接贡献上，即物流产业本身的增加值构成区域经济增长的一部分，2009年全国物流业增加值为2.31万亿元，同比增长7.3%，占服务业增加值的16.1%；另一方面为物流发展产生的聚集效应所带来的间接贡献[17]，区域拥有高度发达的物流系统，就能够有效降低关联产业的物流成本，使各产业将精力集中于核心竞争力的培育上，并提高区域的辐射效应，吸引外部投资，从而推进区域经济的发展。

2区域物流与经济增长的动态耦合动力学模型

基于上述作用机理，本文采用Vensim5.8建立区域物流与经济增长的动态耦合动力学模型。2.1系统参数和变量设定

考虑到相关数据的可获得性和变量间的结构均衡关系，模型共选取了70多个变量进行研究，主要包括区域经济发展水平和各方式基础设施6个水平变量和相应的6个速率变量，还包括60余个辅助变量，主要变量及类型如表1。

模型的大部分变量数据可通过地区历年统计年鉴得到，一些作用系数则可通过区域投入产出表

①国家发展改革委、国家统计局、中国物流与采购联合会.2009年全国物流运行情况通报,国家发展和改革委员会网站,

gov.cn/jjxsfx/t20100310_334178.htm

第9期刘维林：区域物流系统与经济增长的动态耦合机理与实证仿真

表1系统动力学模型的主要变量及其类型

Tab.1VariablesandtheircategoriesofSDmodel

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状态变量

区域GDP道路里程铁路里程港口泊位航线数量

仓储设施面积

速率变量经济增长速率新增道路里程新增铁路里程新增港口泊位新增航线数量

新增仓储设施面积

辅助变量

需求拉动子系统各产业产值比重各产业产值各产业产运系数各产业物流需求量全社会物流需求量

供给推动子系统全社会固定资产投资物流设施紧缺度物流设施投资比例各运输方式投资比例其它领域投资比例综合物流能力指数

物流反馈子系统物流业产值

物流业对GDP增长直接贡献物流业对GDP增长间接贡献基础设施对物流业产值贡献率物流业对各产业聚集效应乘子物流基础设施综合聚集效应

注：限于篇幅，此处仅列出模型中的主要变量。

或计量回归得出。尽管某些参数在估计中难免存在一定误差，但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，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作用机制、趋势、周期和超前与滞后等问题，这也是系统动力学模型的优势之一。2.2系统主要因果反馈关系

根据三大子系统之间的相互制约关系和变量动态变化特征，本文将它们之间的嵌入关系及作用机理归纳为如图1所示的多重嵌套反馈回路。区域经济对物流系统的需求拉动作用存在两重反馈回路：①区域经济产生物流需求，带动物流投资和供给增加，进而通过物流业产值和聚集效应对区域经济产生贡献，为全局正反馈回路；②区域经济产生

物流需求，带动物流投资增加，引起其它领域投资

减少，进而减少其它领域对区域经济的贡献，为全

区域经济对物流系统的供给推动作局负反馈回路。

用也存在两重反馈回路：①区域经济增长使得区域投资能力增加，物流投资随之增加并带动物流供给的提高，进而增加物流业对区域经济的贡献，为全局正反馈回路；②物流设施投资增长引发物流能力供给的增长，使得物流供需的紧缺程度降低，从而减少了物流投资的比例，造成物流设施投资的下降，为局部负反馈回路。在上述多重反馈机制下，区域物流与区域经济两大系统相关变量在涨落的过程中达到动态均衡，形成动态耦合机制，其整体反馈结构见图2。2.3系统流图

注：代表反馈存在延迟效应。

图1主要系统反馈回路示意图Fig.1Systemfeedbackloopsschematic

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卷

通过系统动力学模型将三大作用子系统彼此的交叉变量进行联结，就可以得到图3所示的系统动力学流图（为精简图形，仅以公路和港口两种运输方式分别代表网络型和节点型物流设施）。通过区域GDP的状态变量将物流反馈子系统与需求拉动子系统联系起来；通过社会物流需求总量将需求拉动子系统与供给推动子系统联系起来；通过区域

图2系统整体反馈结构示意图

Fig.2Systemoverallfeedbackstructureschematic

GDP和综合物流能力两个变量将供给推动子系统与物流反馈子系统联系起来。

图3区域物流与经济增长的系统流图

Fig.3Regionallogisticsandeconomygrowthsystemflowchart

3仿真实证与情景分析———以天津滨海新区为例

天津滨海新区是中国北方国际航运中心和国际物流中心，正在成为未来北方经济最主要的增长极。本文以天津滨海新区物流与区域经济增长的相关实际数据为例进行仿真，时间跨度为1997—2020年。首先对系统动力学模型的有效性进行检验，然后通过参数调整进行方案仿真模拟，并进行方案比选，从中选出最优方案。3.1模型检验

本文选取1997—2009年的数据进行检验，首先根据以上模型架构和参数选择，以1997年为基年，得出天津滨海新区区域物流系统仿真模型的基本模拟值，将之与1997—2009年的实际数值进行比较分析，结果见表2。由于滨海新区近年来处于加速发展期，数据波动较大，年份异常值较多，但总体

表21997—2009年指标实际值与预测值对比表

Tab.2Comparisonofactualandpredictedvalueofindex

1997—2009

年份1997199819992000200120022003200420052006200720082009

滨海GDP/亿元实际值382.04416.58467.89571.74685.32862.451046.301323.261633.931983.632414.263349.093810.67

382.04442.50480.03561.15660.48897.411086.641312.741592.981954.612365.453278.323812.56

0.006.222.60-1.85-3.634.053.86-0.80-2.51-1.46-2.02-2.110.05

物流业产值/亿元40.7440.5745.4052.6967.3080.5898.72117.05132.21148.59216.21254.04276.73

40.7439.3445.9951.3471.5179.57103.51107.70137.06140.14205.60259.17285.31

0.00-3.031.30-2.566.26-1.254.85-7.993.67-5.69-4.912.023.10

模拟值误差率/%实际值模拟值误差率/%

注：表中实际数据来源于《天津滨海新区统计年鉴》1998-2010年版。

来说，模拟结果与实际结果的误差率保持在10%以内，可以认为仿真模型较好地反映了天津滨海新区物流系统与区域经济之间的动态耦合关系，可运用

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1497

此模型进行方案模拟与预测。

3.2情景分析

从物流系统与区域经济增长的关系来说，由于物流系统直接和间接的贡献作用，应该率先发展。但物流设施庞大的资金投入对于大多数发展中地区来说，往往面临资金缺口的困境，如何在物流设施投资和其它产业之间进行权衡，是区域发展中面临的两难抉择。赫希曼的非均衡增长理论不同意罗丹等人的观点，认为应把有限的资源分配于最有生产潜力的产业中，实现资本的快速积累[18]。因此在基础设施是否应优先发展方面，不同的地区都采取了不同的现实路径。对于被国务院纳入国家发展战略的滨海新区而言，这一问题尤为突出[19]。根据上述动力学模型，本文主要探讨三种发展模式，即自适应发展模式、物流系统适度超前发展模式和其它产业优先发展模式。

3.2.1模式A自适应发展模式。由于区域物流系统与经济增长之间多重正负反馈回路同时存在，使得两个系统能够建构一种自我调节机制，其核心是物流供需的自动平衡机制，从而呈现出二者共同涨落的自适应协同发展模式。这种模式的前提是地方政府作为物流设施的主要提供者，能够根据物流供需的均衡状况决定物流设施的投资水平。模型中物流基础设施的投资比重为物流基础设施紧缺程度的因变量，具体数值由历史数据拟合而得。由于滨海新区成立时间较短，在发展初期物流投资比例呈现较大波动，随着经验的积累，2009年以后震荡幅度逐步减小，投资比例总体上呈现先上升后下降的趋势。按该模式发展，到2020年滨海新区的GDP将达到26318亿元，物流业产值达到3483亿元，由物流业聚集效应带来的间接贡献达到5423亿元。3.2.2模式B物流系统适度超前发展模式。这种模式是罗丹和罗斯托建议大多数发展中国家或地区应采取的模式，尽管物流系统与经济增长具有自适应机制，但由于物流系统的建设和回报周期较一般产业而言更长，因此在某一时点上，二者的均衡很难实现，特别是在区域发展初期，自适应的模式难以达到二者长期的最优契合。图1也显示需求拉动效应的正反馈回路出现多处延迟，明显多于其它投资的负反馈回路。为了实现跨时最优，需要对物流系统适度增加投入，使之超前发展。将物流基础设施的投资比重在自适应模式的基础上提高20%，此模式下物流设施的投资比例也呈先上升后下降的趋势，到2020年滨海新区的GDP将达到32119亿

元，物流业产值达到4841亿元，由物流业聚集效应

带来的间接贡献达到7537亿元。

3.2.3模式C其它产业优先发展模式。由于物流设施投资回报期较长，而区域发展初期缺乏资金的积累，因而也有一种观点认为，发展中国家和地区应将投资优先放在回报较快的产业特别是制造业，以实现原始资本的快速积累。从中国等很多发展中国家的实践来看，也大多采取这种路径。模型也对这一模式进行模拟，将物流基础设施的投资比重按模式A下调20%，得到2020年滨海新区的GDP为21306亿元，物流业产值达到2394亿元，由物流业聚集效应带来的间接贡献达到3727亿元。

三种模式下区域经济增长和物流投资比例的结果比较如图4、图5。

图4三种模式下区域经济增长模拟结果

Fig.4Simulationresultsofregionaleconomygrowthin

threemodel

图5三种模式下物流系统投资比例变动情况

Fig.5Proportionoflogisticssysteminvestmentinthree

model

如图4所示，三种模式下区域经济均呈现指数增长，但比较到2020年区域经济的发展结果，B模式最高，A模式次之，C模式最低，说明物流系统率先发展对区域经济的长期增长最为有利，而其它产业优先发展模式会造成物流设施的滞后从而制约区域经济的长期增长。结果还显示在整个分析期的前5年，三种模式下区域经济规模的排序正好相反，说明在短期内，增加生产性产业的投入能够较快取得成效，而物流系统的投资由于存在延迟效应，反而降低了区域经济的发展速度。

从物流系统投资占全社会固定资产投资的比

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