基于CAS的物流園區(qū)演化過(guò)程的仿真研究

胡 輝

（1.華東交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西 南昌 330013; 2.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院， 北京 100044）

基于CAS的物流園區(qū)演化過(guò)程的仿真研究

胡 輝1,2

（1.華東交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西 南昌 330013; 2.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院， 北京 100044）

總結(jié)歸納了物流園區(qū)發(fā)展演化的機(jī)理和過(guò)程，認(rèn)為物流園區(qū)是物流業(yè)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段的自組織產(chǎn)物，是物流系統(tǒng)中的一種“涌現(xiàn)”。利用復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)CAS理論及其工具對(duì)“涌現(xiàn)”現(xiàn)象進(jìn)行了建模分析。并結(jié)合多主體建模軟件Netlogo對(duì)物流園區(qū)形成的聚集過(guò)程進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，物流園區(qū)的發(fā)展演化過(guò)程是多個(gè)因素綜合影響的結(jié)果，構(gòu)建的模型能基本反映物流園區(qū)演化的過(guò)程，為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

物流園區(qū)；演化過(guò)程；復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)；涌現(xiàn)；仿真建模

1 引言

近幾年來(lái)，物流園區(qū)的建設(shè)作為基礎(chǔ)設(shè)施投資的一個(gè)熱點(diǎn)受到了廣泛的重視和關(guān)注。不少專家學(xué)者、政府、企業(yè)界人士對(duì)物流園區(qū)的建設(shè)發(fā)展進(jìn)行了大量的研究和探討，得到了許多中肯的建議和積極的成果，如對(duì)國(guó)外物流園區(qū)發(fā)展模式經(jīng)驗(yàn)的介紹、國(guó)內(nèi)物流園區(qū)建設(shè)的實(shí)際調(diào)查和存在問(wèn)題的分析等等。

從物流園區(qū)形成的基礎(chǔ)和理論來(lái)看，物流園區(qū)脫胎于傳統(tǒng)物流，是現(xiàn)代物流的一種高級(jí)形式，內(nèi)含著相關(guān)的產(chǎn)業(yè)集群理論、空間結(jié)構(gòu)理論、復(fù)雜系統(tǒng)理論和優(yōu)化理論等等[1]。對(duì)物流園區(qū)的理論研究主要集中在物流中心選址、配送路徑優(yōu)化、物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、物流發(fā)展戰(zhàn)略、物流需求預(yù)測(cè)、物流園區(qū)規(guī)劃、物流園區(qū)功能設(shè)計(jì)等方面。而涉及到物流園區(qū)發(fā)展演化理論更多的是停留在定性的分析，定量研究不多。已有的定量研究或是框架構(gòu)建[1]，或是單一方面的演化分析[2]，或是簡(jiǎn)單的模擬分析難以清楚說(shuō)明整個(gè)演化過(guò)程[3]。

本文以復(fù)雜系統(tǒng)理論為基點(diǎn)，認(rèn)為物流園區(qū)是物流業(yè)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段的自組織產(chǎn)物，是物流系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的一種自發(fā)“涌現(xiàn)”，并嘗試?yán)闷渲械膹?fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)CAS（Complex Adaptive System）理論和方法工具Netlogo對(duì)物流園區(qū)的發(fā)展演化過(guò)程中出現(xiàn)的這種現(xiàn)象進(jìn)行建模仿真，以期為物流園區(qū)的理論研究提供新的視角。

2 物流園區(qū)的演化機(jī)理及其過(guò)程[1,4]

2.1 物流園區(qū)的演化機(jī)理

物流園區(qū)是物流業(yè)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，其形成和發(fā)展有著深刻的內(nèi)在必然性。從物流節(jié)點(diǎn)體系的發(fā)展歷史來(lái)看，物流園區(qū)的形成就是物流節(jié)點(diǎn)體系的演變結(jié)果。首先是發(fā)展成物流中心的雛形，隨著物流中心的成熟和完善，物流業(yè)務(wù)的聚集，功能的增加，服務(wù)對(duì)象的擴(kuò)展，逐漸演變成物流園區(qū)。

（1）內(nèi)在因素。物流園區(qū)形成的最本質(zhì)內(nèi)在需求是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與規(guī)模經(jīng)濟(jì)、范圍經(jīng)濟(jì)等多重力量造成的集群效應(yīng)，物流企業(yè)在集群效應(yīng)的吸引下入駐物流園區(qū)是物流園區(qū)形成的內(nèi)在動(dòng)力。形成物流園區(qū)的這種內(nèi)在集聚效應(yīng)使物流園區(qū)在物流系統(tǒng)發(fā)展中具有多方面優(yōu)勢(shì)，如成本降低、互補(bǔ)效益等。這些優(yōu)勢(shì)將促使物流園區(qū)良性發(fā)展，而使傳統(tǒng)的物流系統(tǒng)形式如分散的傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)、貨運(yùn)場(chǎng)站和物流中心的業(yè)務(wù)量不斷下降，進(jìn)一步增強(qiáng)物流節(jié)點(diǎn)的集中化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)物流節(jié)點(diǎn)空間布局結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

（2）外在條件。主要有企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)與管理方式的變革、消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化、技術(shù)尤其是信息和交通技術(shù)的發(fā)展使得物流基礎(chǔ)平臺(tái)日趨完善、新的交易方式的出現(xiàn)、政府的重視支持等，都是物流園區(qū)形成與發(fā)展極其重要的外在因素。

這兩方面的作用給物流園區(qū)的發(fā)展演化提供了強(qiáng)大的動(dòng)力機(jī)制，即“市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)”、“產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)”、“外部經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)”、“比較優(yōu)勢(shì)驅(qū)動(dòng)”等。

2.2 物流園區(qū)的演化過(guò)程

縱觀國(guó)內(nèi)外物流園區(qū)形成與發(fā)展的演變過(guò)程，大體有兩種方式：

（1）自然生成型。主要指根植于當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，與本地社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有著較為密切的關(guān)系，以傳統(tǒng)物流園區(qū)或相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施作為增長(zhǎng)極，各種物流企業(yè)和相關(guān)企業(yè)以及其它物流設(shè)施按市場(chǎng)法則和園區(qū)規(guī)律逐步集聚而形成的物流園區(qū)。這種物流園區(qū)的發(fā)展模式是“自下而上”，主要受市場(chǎng)機(jī)制作用而形成，很少有政府行為的干預(yù)和影響。例如德國(guó)的不來(lái)梅物流園區(qū)、浙江傳化物流園區(qū)、深圳平湖物流園區(qū)、長(zhǎng)株潭工業(yè)物流園區(qū)。

（2）主動(dòng)構(gòu)建型。指政府或主管部門從區(qū)域經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，根據(jù)物流市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和物流園區(qū)的發(fā)展規(guī)律，主動(dòng)規(guī)劃建設(shè)的物流園區(qū)，以整合各種分散的物流資源，形成區(qū)域物流發(fā)展的平臺(tái)和空間載體，并借以理順城市功能，提高城市經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效率。例如外高橋物流園區(qū)、湖南金霞物流園區(qū)。目前我國(guó)多數(shù)城市興建的物流園區(qū)主要為這種類型。

遵循這兩種基本的途徑，物流園區(qū)的空間網(wǎng)絡(luò)從初始的發(fā)展階段逐步發(fā)展到區(qū)域性的物流樞紐系統(tǒng)。

3 基于CAS的物流園區(qū)演化的建模分析

3.1 CAS及其建模工具Netlogo[5，6]

復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)CAS（Complex Adaptive System）是復(fù)雜性科學(xué)的一個(gè)重要理論，被稱為“21世紀(jì)的科學(xué)”。其核心思想是“適應(yīng)性造就復(fù)雜性”，認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)是由主體（agent）組成的，強(qiáng)調(diào)主體的主動(dòng)性，承認(rèn)主體有其自身的目標(biāo)（取向），能夠在與環(huán)境的交流和互動(dòng)作用中，有目的、有方向地改變自己的行為方式和結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境要求。其他的基本概念包括：聚集（aggregation）、標(biāo)識(shí)（tagging）、非線性（non-linearity）、流（flows）、內(nèi)模型（internal models）、多樣性（diversity）、積木（building block）等。其中聚集、非線性、流、多樣性是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的特性，在適應(yīng)和演化中發(fā)揮作用，而標(biāo)識(shí)、內(nèi)部模型、積木則被認(rèn)為是主體與環(huán)境進(jìn)行交流的機(jī)制。

CAS能被廣泛認(rèn)同的一個(gè)重要原因不僅在于其理論本身帶來(lái)認(rèn)識(shí)論上的突破，還在于它提供了一系列的建模工具使得理論上的概念方法能操作化具體化。其中基于多主體仿真建模工具軟件是研究復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)的基本平臺(tái)，它們的推出使得研究者可以將精力集中于模型本身的構(gòu)建，而不是復(fù)雜的編程語(yǔ)言本身。這些軟件平臺(tái)包括Swarm、Repast、Ascape、Mason、TNGLab和Netlogo等。

Netlogo是一種基于多主體模擬的建模工具，來(lái)源于早期的StarLogo，由美國(guó)西北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)建模中心開(kāi)發(fā)，用Java編寫，能夠在多種主流平臺(tái)上運(yùn)行。它簡(jiǎn)單易用，適合各領(lǐng)域中復(fù)雜性研究的使用。目前，該軟件已經(jīng)包括了涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科學(xué)、人工智能、物理、化學(xué)、生物等多個(gè)領(lǐng)域的軟件模型庫(kù)。

Netlogo的虛擬世界由海龜（Turtle）、綴塊（Patches）和觀察者（Observer）三類智能體構(gòu)成。二維世界劃分為正交網(wǎng)格，每個(gè)綴塊占據(jù)一個(gè)網(wǎng)格。海龜能在綴塊上連續(xù)自由移動(dòng)。通過(guò)觀察者主體發(fā)布指令實(shí)現(xiàn)對(duì)海龜和綴塊的控制。Netlogo仿真模型的推進(jìn)是通過(guò)不斷重復(fù)執(zhí)行某個(gè)例程Procedure實(shí)現(xiàn)的。模型的主要邏輯結(jié)構(gòu)是一個(gè)循環(huán)。

圖1是Netlogo的界面。主界面中包括Interface、Information、Procedures三個(gè)設(shè)計(jì)說(shuō)明模型的組件。Interface是一個(gè)圖形接口，里面包括一個(gè)綴塊，內(nèi)含多個(gè)圖形化的控件（Button、Slider、Switch、Chooser、Input、Monitor、Plot、Output、Note）供用戶設(shè)計(jì)模型時(shí)使用。Information是對(duì)模型的說(shuō)明解釋和使用介紹。Procedures是對(duì)模型的具體實(shí)現(xiàn)，一般由多個(gè)函數(shù)構(gòu)成，其中最為重要的函數(shù)是go，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)模型的仿真運(yùn)行。

3.2 物流園區(qū)演化過(guò)程的建模原理

從第2節(jié)中對(duì)物流園區(qū)演化機(jī)理及其途徑可以看到，物流園區(qū)的發(fā)展過(guò)程可看成是多個(gè)相關(guān)的物流企業(yè)在各種因素形成的動(dòng)力作用下逐步聚集的產(chǎn)物。如果聚集的過(guò)程是自發(fā)的，則形成的途徑是自組織的，即演化出物流園區(qū)這樣一種物流系統(tǒng)的“涌現(xiàn)”現(xiàn)象。如果聚集是在政府規(guī)劃的支持下構(gòu)建的，則形成的途徑是主動(dòng)構(gòu)成的。進(jìn)一步來(lái)看，其實(shí)“主動(dòng)構(gòu)成”可以看成是物流系統(tǒng)自組織后形成的一種反饋，也即如果自組織形成的“模式”被更高層次的主體系統(tǒng)認(rèn)識(shí)后會(huì)通過(guò)環(huán)境因素的作用加快這種過(guò)程的演化。

因此，把影響物流企業(yè)自發(fā)聚集的內(nèi)外因素形成的動(dòng)力即“市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)”、“產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)”、“外部經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)”、“比較優(yōu)勢(shì)驅(qū)動(dòng)”等當(dāng)作是各種驅(qū)動(dòng)“力”，在這些驅(qū)動(dòng)力合力的作用下，各個(gè)物流企業(yè)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。每個(gè)物流企業(yè)都有一定的初始能量，在移動(dòng)過(guò)去的地方給環(huán)境留下一定的“沉淀物”以促進(jìn)集聚效應(yīng)的產(chǎn)生，這樣周圍的其他物流企業(yè)會(huì)沿著這些“沉淀物”移動(dòng)靠近。同時(shí)，物流企業(yè)的能量在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)以一定速度逐漸消耗，當(dāng)有多個(gè)企業(yè)靠近到一起時(shí)，能量會(huì)增大。另外，遺留的“沉淀物”在環(huán)境影響下也會(huì)以一定速率消散，使得物流企業(yè)聚集的過(guò)程變慢。當(dāng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的演化后，會(huì)有若干個(gè)物流企業(yè)因?yàn)槟芰肯亩劳觯奂谝黄鸬奈锪髌髽I(yè)形成一個(gè)群體，按群體包含數(shù)量的多少，可以認(rèn)為最多的是“物流園區(qū)”，次多的是“物流中心”等等，這樣就能把物流園區(qū)的發(fā)展演化過(guò)程基本表示出來(lái)。

4 基于CAS的物流園區(qū)演化的模型構(gòu)建

4.1 模型構(gòu)建

在上面分析的基礎(chǔ)上，利用NetLogo多主體建模軟件構(gòu)建了物流園區(qū)發(fā)展演化的CAS模型。模型參數(shù)設(shè)置如下：

（1）初始物流企業(yè)個(gè)數(shù)為400，初始能量在[0,10]內(nèi)隨機(jī)取值，概率保證為20%的物流企業(yè)能量在[8,10]內(nèi)取值，40%的物流企業(yè)能量在[4,8]內(nèi)取值，20%的物流企業(yè)能量在[0,4]內(nèi)取值，能量消耗速度為0.1，即每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間步能量減少2個(gè)單位。

（2）“市場(chǎng)需求”、“產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)”、“外部經(jīng)濟(jì)”、“比較優(yōu)勢(shì)”4種驅(qū)動(dòng)力分別設(shè)置為5、5、4、3。

（3）物流企業(yè)的“沉淀物”的環(huán)境消散系數(shù)為0.9。

如圖2所示。Population指的是企業(yè)個(gè)數(shù),market-factor，industry relevant-factor，outereconomy-factor，compare-factor分別是市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)、外部經(jīng)濟(jì)、比較優(yōu)勢(shì)等外力的取值。diffuse-efficient是環(huán)境（在Netlogo中相當(dāng)于patch）“沉淀物”的

4.2 結(jié)果分析

在以上假定基礎(chǔ)上，依次按界面中“setup”和“go”按鈕，可得到模型演化過(guò)程如圖3所示，從左到右分別是演化過(guò)程的初始、中間、穩(wěn)定后的狀態(tài)圖。

從圖3中可以清楚看到物流園區(qū)演化過(guò)程。開(kāi)始，物流企業(yè)隨機(jī)散布在環(huán)境中，隨著演化過(guò)程在各種驅(qū)動(dòng)力的作用下，物流企業(yè)開(kāi)始逐步聚集，到最后形成較為穩(wěn)定的幾個(gè)簇（即物流園區(qū)和物流中心等）。改變參數(shù)設(shè)置，將得到演化過(guò)程不同的狀態(tài)圖，反映不同驅(qū)動(dòng)因素對(duì)物流園區(qū)形成的影響程度。

5 結(jié)束語(yǔ)

在定性分析物流園區(qū)演化機(jī)理及其途徑的理論基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為物流系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程是自組織的結(jié)果，物流園區(qū)是一種“涌現(xiàn)”，并利用復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)CAS的理論和工具Netlogo在考慮各種影響驅(qū)動(dòng)力的條件下對(duì)物流園區(qū)的演化過(guò)程進(jìn)行了建模仿真分析，仿真結(jié)果說(shuō)明構(gòu)造的模型能基本描述實(shí)際演化的一般結(jié)果。

需要指出的是，本文模型中的參數(shù)設(shè)置僅僅是假設(shè)數(shù)值，只是為了說(shuō)明建模的內(nèi)在原理和仿真的基本過(guò)程。如果需要更深入地探討分析譬如不同物流園區(qū)的發(fā)展模式比較，可能要引入其他參數(shù)和調(diào)整參數(shù)的取值。但不管如何，本文構(gòu)建的仿真模型對(duì)于理論分析物流園區(qū)的發(fā)展演化提供了新的視角，希望為類似研究提供參考和深入研究奠定基礎(chǔ)。

[1]張得志.物流園區(qū)演化機(jī)理與布局優(yōu)化方法的研究[D].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)，2006.

[2]趙闖.城市物流節(jié)點(diǎn)布局規(guī)劃理論與方法[D].北京：北京交通大學(xué)，2005.

[3]李嬋娟.基于元胞自動(dòng)機(jī)的臨港物流園區(qū)分析[J].物流工程與管理, 2009,31（10）:68-69.

[4]陳志剛,程慧平.物流園區(qū)形成機(jī)理研究[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化,2008,（2）: 111-112.

[5]黃春萍.基于CAS理論的企業(yè)系統(tǒng)演化機(jī)制研究[D].石家莊：河北工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]Uri Wilensky.Netlogo Model Library[EB/OL].Ccl.northwestern.edu/netlogo.

CAS-based Simulation of the Logistics Park Evolutionary Process

HUHui1,2
（1.School of Economics&Management,East China Jiaotong University,Nanchang330013; 2.School of Traffic&Transportation,Beijing JiaotongUniversity,Beijing100044,China）

After summarizing the mechanism and process of logistics park development and evolution,the paper holds that logistics parks are a self-organizing product of social economic advancement and an emergence of logistics systems,and then,using CAS theories and tools and the multi-agent modeling soft ware Netlogo,it carries out a simulation experiment on the agglomeration process in the formation of logistics parks and finds that the development and evolution of logistics parks are the result of the combined influence of multiple factors and the model of the paper can reflect the basic process of logistics park evolution.

logistics park;evolutionary process;complex adaptive system;emergence;simulation and modeling

F252；N945.1

A

1005-152X（2011）02-0085-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.02.027

2011-01-17

江西省社科規(guī)劃項(xiàng)目“基于CAS的物流園區(qū)發(fā)展模式的比較研究”（09YJ227）

胡輝（1973-），男，江西萍鄉(xiāng)人，北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院在讀博士，華東交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院統(tǒng)計(jì)系教師，研究方向：交通運(yùn)輸系統(tǒng)建模、物流工程。