基于多代理人模擬的上海市域零售業(yè)中心體系研究*

朱 瑋 陳懿慧 王 德

0 引言

疏解中心城區(qū)人口、發(fā)展郊區(qū)和新城正成為上海市域空間結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要任務(wù)。《上海市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》[1]指出：“必須著力推動城鄉(xiāng)一體化發(fā)展。把統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展作為轉(zhuǎn)型發(fā)展的重大任務(wù)，優(yōu)化城市空間布局，充分發(fā)揮郊區(qū)在新一輪發(fā)展中的戰(zhàn)略作用，積極推進新城、新市鎮(zhèn)和新農(nóng)村建設(shè)，推動城市建設(shè)重心向郊區(qū)轉(zhuǎn)移?！痹诖吮尘昂挖厔菹拢虾５牧闶蹣I(yè)空間正在發(fā)生重構(gòu)。2012年上海市8個郊區(qū)（縣）的零售總額增長幅度顯著高于市區(qū)增長水平；再以近年來零售業(yè)發(fā)展的主要業(yè)態(tài)——購物中心為例，2001—2010年間郊區(qū)購物中心數(shù)量增長迅速，近5年來年均增加10個；而2011—2012年新開業(yè)的購物中心有將近一半為社區(qū)型或城郊型購物中心[2]。上海零售業(yè)的增速發(fā)展需要商業(yè)空間規(guī)劃的支撐與引領(lǐng)。

《上海市商業(yè)網(wǎng)點布局規(guī)劃綱要（2009—2020年）》[3]（以下簡稱“商業(yè)規(guī)劃綱要”）規(guī)劃在中心城區(qū)形成“市級、地區(qū)級、社區(qū)級”3級商業(yè)中心體系；在郊區(qū)形成“新城、新市鎮(zhèn)、中心村”3級商業(yè)網(wǎng)點體系。本研究并不意圖對該規(guī)劃的合理性進行評價，而是旨在探索一種新的規(guī)劃方法和思路，從基于個體行為模擬的方法出發(fā)，推演上海市域的零售業(yè)中心體系，作為對傳統(tǒng)的規(guī)劃方法以及對以上規(guī)劃內(nèi)容的補充。

我國對于城市商業(yè)體系結(jié)構(gòu)的研究一直主要是地理學的傳統(tǒng)[4-7]，近年來的商業(yè)設(shè)施規(guī)劃方法與其一脈相承[8-13]，主要通過商圈（服務(wù)區(qū)）分析，或者應(yīng)用GIS技術(shù)與細致的人口數(shù)據(jù)進行疊加等方法，從宏觀上來優(yōu)化商業(yè)設(shè)施的布局。但因為這種方法反映實際復(fù)雜機制的能力有限，限制了其應(yīng)用價值。同時，個人消費行為研究從自下而上的角度完善了城市商業(yè)體系形成的機制理論[14-18]，揭示了個人行為偏好與商業(yè)設(shè)施規(guī)模布局的關(guān)聯(lián)。然而這些研究尚未對商業(yè)空間規(guī)劃方法產(chǎn)生實質(zhì)影響。個體行為模擬方法的優(yōu)勢在于：（1）自下而上的視角更加貼近商業(yè)中心體系形成的本質(zhì)過程。經(jīng)典的中心地理論揭示[19]，中心地（如商業(yè)中心）的形成，是消費者和供應(yīng)商在時空中協(xié)調(diào)的結(jié)果；（2）不拘泥于以城鄉(xiāng)空間類型為基礎(chǔ)的等級體系，從消費者需求和消費行為特征來對應(yīng)商業(yè)空間的類型和特征，使得商業(yè)空間體系更加靈活豐富；（3）更加明確地納入多種影響要素，如：人口布局、需求水平、交通條件等，更有效地把握商業(yè)空間規(guī)劃的復(fù)雜性；（4）量化商業(yè)中心體系的績效，為優(yōu)化規(guī)劃方案提供依據(jù)。

多代理人模擬（multi-agent simulation）技術(shù)為模擬方法應(yīng)用于商業(yè)中心體系規(guī)劃提供了契機?，F(xiàn)有的商業(yè)中心體系模擬方法多采用數(shù)學規(guī)劃優(yōu)化方法[20-23]，由于受到算法的限制，僅能開展小規(guī)模、簡單場景下的模擬，且通常用于理論探討，無法用于商業(yè)規(guī)劃實踐。多代理人模擬不依賴于總體的優(yōu)化控制，而是通過精確地模擬個體行為，生成總體層面的商業(yè)中心體系形態(tài)，與現(xiàn)實世界的運行機制是一致的。本研究基于筆者[24]所開發(fā)的多代理人零售業(yè)空間結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)被證明在多種虛擬的消費者空間分布情景下，能夠獲得合理的商業(yè)中心體系。本研究改進了該系統(tǒng)，提高了其靈活性，增加了商圈模擬功能，并用此來對上海市域的零售業(yè)中心體系進行實證和推演。縱觀現(xiàn)有研究，這也是首次應(yīng)用該類模擬方法對實際的、大規(guī)模的商業(yè)中心體系進行實證，令推演的基礎(chǔ)更可靠。

本文第二部分簡要介紹該模擬系統(tǒng)。第三部分應(yīng)用該系統(tǒng)，首先對上海市域零售業(yè)中心體系進行實證，獲得必要的模型參數(shù)；接著在多種可預(yù)見的情景下，推演未來上海市域的零售業(yè)中心體系，這些情景主要包括人口數(shù)量和布局的變化，以及網(wǎng)絡(luò)購物（簡稱網(wǎng)購）對消費者需求的影響。第四部分討論推演結(jié)果對上海零售業(yè)發(fā)展和規(guī)劃的現(xiàn)實意義。

1 模擬系統(tǒng)簡介

根據(jù)中心地理論，商業(yè)中心體系的空間布局是在消費者和商業(yè)中心的互動之下形成，該機制是本模擬系統(tǒng)的核心。

1.1 消費者行為

消費者對不同等級的商品和服務(wù)產(chǎn)生需求，表現(xiàn)為不同的消費頻率和花費。高等級需求（如珠寶）的頻率較低、花費較高；而低等級需求（如日常食品）的頻率較高、花費較低。如此，通過改變頻率、花費這兩個變量，可以按需定義任意數(shù)量的需求等級，使得對應(yīng)商業(yè)中心等級、類型的定義也非常靈活。

消費者在備選的商業(yè)中心中選擇一個作為消費目的地。這個過程用離散選擇模型（Discrete Choice Model）來模擬，其中的效用函數(shù)包含消費者到商業(yè)中心的空間距離這一要素，其對效用的影響程度由距離參數(shù)來表征。距離參數(shù)為負值，說明商業(yè)中心的距離越遠，對消費者產(chǎn)生的效用越低，從而被選擇的可能性越低。參數(shù)值的大小反映商業(yè)中心的吸引范圍。對于低等級的商業(yè)中心，消費者希望其位于步行可達范圍內(nèi)。因此較?。ㄘ撝翟酱螅┑木嚯x參數(shù)將造成效用隨距離較快衰減，反映較小的商業(yè)中心服務(wù)范圍。相反，高等級需求由于頻率較低，僅能支撐少量的高等級中心。因此，高等級中心可以相對遠離消費者，這一現(xiàn)象可由較大（負值較?。┑木嚯x參數(shù)來反映。

1.2 商業(yè)中心行為

消費者為滿足特定等級的需求，選擇該等級的某一商業(yè)中心，這是互動過程中的一個方面，另一個方面則是商業(yè)中心調(diào)整其空間位置。調(diào)整采用“向錢看”的原則，以表征零售商利益最大化的目標導(dǎo)向。調(diào)整時，商業(yè)中心統(tǒng)計來自4個象限的消費者的消費總額作為其收入，隨后向收入最大的象限移動。

商業(yè)中心的運營收入來自消費者的花費。當收入過低，商業(yè)中心逐漸衰退；當?shù)陀谀硞€閾值時，經(jīng)營無法維持，則退出市場。收入增長則商業(yè)中心成長，設(shè)定當其大于上述閾值的兩倍時，由于收入足夠支撐兩個商業(yè)中心，則在該地新生成一個同等級的商業(yè)中心，以此表征新競爭者的加入。可見，閾值表征著商業(yè)中心的退出與擴張機制。對于低等級中心，閾值較低，反映其相對容易生存，但競爭更加激烈；對于高等級中心，閾值較高，因此競爭較少卻失敗的風險更高。

1.3 模擬過程

模擬過程始于在空間內(nèi)生成特定數(shù)量的消費者代理人，然后生成不同等級的商業(yè)中心代理人隨機分布于空間內(nèi)。以下的過程循環(huán)進行：（1）每個消費者產(chǎn)生特定等級的需求，選擇某個相應(yīng)等級的商業(yè)中心進行消費；（2）商業(yè)中心統(tǒng)計收入、光顧量、出行距離；（3）在設(shè)定的時間節(jié)點，商業(yè)中心調(diào)整位置；（4）在設(shè)定的時間節(jié)點，商業(yè)中心判斷是否消亡或者新增中心。

當商業(yè)中心的數(shù)量和位置達到穩(wěn)定狀態(tài)時，模擬程序終止。圖1為示例模擬結(jié)果，其中的灰色小三角形代表消費者，五角星代表一級中心（等級最高），綠色三角形代表二級中心（等級居中），圓形代表三級中心（等級最低），線條代表商圈范圍（此處為中心光顧量前75%的消費者）?？梢娨患壷行牡臄?shù)量最少，商圈范圍最大；二級中心的數(shù)量和商圈范圍中等；三級中心的數(shù)量最多，商圈最小。

2 上海市域零售業(yè)中心體系的實證及推演

2.1 實證

2.1.1 數(shù)據(jù)

應(yīng)用本模擬系統(tǒng)對上海市域零售業(yè)中心體系的實證研究為了達到兩個目的，一是對系統(tǒng)的實際可用性進行檢驗，二是獲得關(guān)鍵的模擬參數(shù)，作為下一步推演的基礎(chǔ)。采用兩個數(shù)據(jù)集：一是2000年第五次全國人口普查數(shù)據(jù)，提取了上海市域各街道的人口，圖2中的每個點代表所在街道的人口總和。二是2001年全國基本單位綜合調(diào)查數(shù)據(jù)，包括所有注冊的零售業(yè)單位。通過將每個零售單位的地址在ArcGIS地圖中定位，然后生成上海市域零售業(yè)的密度分布圖（圖3），顏色越深說明密度越高。之所以采用這兩個數(shù)據(jù)集，是因為在可獲得的數(shù)據(jù)源中，這兩個的時間最接近。根據(jù)圖3并以通常的認識作修正，辨識出市域零售業(yè)中心，為簡化起見，僅包含兩個等級（圖4）：4個一級中心（相當于市級），分別為南京東路、南京西路、淮海路、徐家匯；41個二級中心（相當于地區(qū)級、新城級和略低于這兩種形態(tài)的中心），其中25個位于中心城區(qū)（外環(huán)線內(nèi)），16個位于郊區(qū)（外環(huán)線外）。

圖1 模擬結(jié)果示例

圖2 2000年以街道為單位的上海市域人口分布

圖3 2001年上海市域零售業(yè)密度分布

2.1.2 系統(tǒng)擬合

擬合的目的是得到模型參數(shù)，以使得模擬的零售業(yè)中心體系分布盡量接近實際的分布。兩類參數(shù)需要估計，即決定零售中心空間位置的距離參數(shù)和決定中心數(shù)量的收入閾值。根據(jù)實際的消費者行為事前確定的參數(shù)包括消費的頻率和花費（表1）。其中花費的取值無需量綱，僅需保證兩個等級的相對數(shù)量關(guān)系與實際接近，在此即一級中心花費：二級中心花費=10：6。

模擬的2000年上海市域零售業(yè)中心體系見圖4，共有4個一級中心和42個二級中心。對于二級中心，14個位于郊區(qū)，略少于實際，其中10個二級中心的位置與實際非常接近。位于中心城區(qū)的二級中心有28個，略多于實際，其分布與實際的匹配程度不如郊區(qū)，主要是由于中心城區(qū)的人口分布均質(zhì)性較高，中心分布的可能性也更多。模擬的一級中心數(shù)量與實際的一致，但在分布上略顯分散，這主要由兩個原因?qū)е拢海?）實際的市級中心在歷史的基礎(chǔ)上發(fā)展，其位置不容易受城市結(jié)構(gòu)變化的影響；（2）模擬尚未考慮不同人群的消費能力差異，一般中心城區(qū)人口的消費能力高于郊區(qū)，因此如果納入該因素，模擬的一級中心將更加集聚以迎合中心城區(qū)的消費者。

總體上，該模擬系統(tǒng)可以較好地再現(xiàn)上海市域的零售業(yè)中心體系，尤其是對郊區(qū)的模擬相較中心城區(qū)更準確。

2.2 推演

以上述實證結(jié)果為基礎(chǔ)，應(yīng)用本模擬系統(tǒng)對未來可能情景下的上海市域零售業(yè)中心體系進行推演。主要探討兩種情景，一是人口數(shù)量和布局的變化，二是網(wǎng)購對實體購物行為的影響。

2.2.1 人口分布變化的影響

推演的時間截面為2010年和2020年，因此比較2010年的推演結(jié)果與實際的情況也可作為對模擬系統(tǒng)的驗證。

根據(jù)第六次全國人口普查數(shù)據(jù)，2010年

圖4 實際及模擬的2000年上海市域零售業(yè)中心體系

表1 模擬的參數(shù)及結(jié)果

根據(jù)第六次全國人口普查數(shù)據(jù)，2010年上海市域人口規(guī)模為2 303萬人，人口密度為3 631人/km2；中心城區(qū)人口密度為24 137人/km2，比2000年有所下降。根據(jù)各區(qū)縣控制性詳細規(guī)劃，2020年市域人口規(guī)模為2 895萬人，中心城區(qū)人口密度進一步降低，為20 628人/km2。經(jīng)過模擬設(shè)定消費者的花費每個階段提高30%，以反映人們生活水平和消費能力的提高。

模擬結(jié)果如圖5所示。比較這3年，一級中心分別為4個、8個和14個；二級中心分別為42個、55個和69個。從中心的分布來看，2010年一級中心分布在中心城區(qū)，2020年有兩個一級中心出現(xiàn)在郊區(qū)，位置接近老閔行和松江老城；二級中心主要在郊區(qū)增長，每10年大約增加10個，遠快于中心城區(qū)的速度。比較人均出行距離，盡管人口布局趨向分散，但由于中心數(shù)量增加以及布局更加均等化，反而減少了人均購物出行距離。此處的距離數(shù)值無量綱，不對應(yīng)實際距離，從相對關(guān)系看，2010年的人均出行距離比2000年減少9%；2020年比2010年減少10%。

進一步考察一級中心。2010年相較2000年新增的有（圖6）：北外灘、上海火車站、漕河涇、上海南站。這與2010年的實際情況有出入，這4個地方并未形成公認的市級中心。2020年新增的有：豫園、耀華路、大華、世紀大道、老閔行、松江老城?？梢娖謻|的一級中心明顯較浦西少，僅耀華路和世紀大道兩處。雖然人口規(guī)模、單次消費額均增長，但愈加激烈的競爭導(dǎo)致各時期的中心平均收入有所下降（圖中灰色色塊表示下降趨勢）。每一階段收入最高的中心均為新增的中心：2010年是北外灘，2020年是世紀大道；同時現(xiàn)有中心之間的收入差距縮小。這是因為原先的商業(yè)中心空白地區(qū)積蓄了大量的消費需求，但一直達不到新增中心的收入閾值。一旦超過閾值，新增中心成為該地區(qū)釋放需求的集中地，壓縮著既有中心的商圈。

圖7顯示在2020年的模擬情景下，各時間截面下的既有或新增中心的商圈，以中心客流量的前30%為標準。4個在2000年已存在的一級中心的商圈擴展到整個市域范圍，但其收入的下降以及在所有中心中排名居中，說明其商圈范圍的擴大僅僅是由于消費者分布的擴散所致，并沒有增強其經(jīng)濟實力。比較圖7a）和圖7b），發(fā)現(xiàn)2000年的4個既有中心和2010年的4個新增中心商圈重合較大，可見這些地區(qū)消費者選擇中心時并沒有絕對的意向，新增中心與既有中心之間存在較大程度的競爭關(guān)系。不同的是，圖7c）中松江老城和老閔行這兩個一級中心的商圈范圍雖然小，但是基本壟斷了周邊地區(qū)，因此它們與其它的中心不存在競爭關(guān)系。另外4個新增中心的商圈主要覆蓋市域北部和浦東，與除了漕河涇、上海南站、老閔行、松江老城4個中心以外的其他的中心有較強的競爭關(guān)系。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)購物的影響

在網(wǎng)購日益興盛的背景下，傳統(tǒng)實體商業(yè)面臨挑戰(zhàn)。盡管實體商業(yè)正在調(diào)整策略加以應(yīng)對，但網(wǎng)購對未來零售業(yè)中心體系的影響也十分有必要作為一種可能性來探討。在此以2020年的情景為基礎(chǔ)，加入網(wǎng)購作為影響要素。假設(shè)到2020年上海網(wǎng)民數(shù)量占市民總數(shù)的75%（2011年為65%），網(wǎng)購者占網(wǎng)民總數(shù)的80%（2008年為45.2%，2009年為52.6%），約為1 734萬人。對于不網(wǎng)購的居民，其消費行為參數(shù)設(shè)定與之前的模擬一致（表1）；對于網(wǎng)購者，設(shè)定其在一級中心進行消費的頻率為2%，在二級中心消費的頻率為15%，花費與不網(wǎng)購者一致。

在網(wǎng)購因素的影響下，2020年上海市域模擬零售業(yè)中心體系規(guī)模大幅縮減（圖8）。一級中心減少4個，位于老閔行和松江老城的兩個中心消失，以致于一級中心仍限定在中心城區(qū)之內(nèi)；二級中心減少21個，其中中心城區(qū)減少11個，郊區(qū)減少10個。如果將原先的14個一級中心固定在原處，以觀察網(wǎng)購對這些中心收入的影響，則會發(fā)現(xiàn)所有一級中心的收入平均減少20%。由于原本這些中心之間的競爭已經(jīng)比較激烈，部分中心的收入位于閾值的邊緣，20%的收入減少導(dǎo)致所有中心無法生存，因此也不得不退出部分中心從而令市場重新洗牌。

圖5 上海市域零售業(yè)中心體系模擬3年比較

圖6 模擬一級中心的收入

3 結(jié)論

3.1 模擬系統(tǒng)的潛力

對2000年上海市域零售業(yè)中心體系的實證是同類研究中的首次嘗試，取得了較好的效果，證明應(yīng)用該多代理人模擬系統(tǒng)能夠?qū)嶋H的、大規(guī)模的商業(yè)中心體系進行解釋并再現(xiàn)，為規(guī)劃提供新的方法和思路。盡管目前的模型系統(tǒng)僅涉及消費者前往中心的距離和商業(yè)中心收入閾值兩個變量，模擬的零售業(yè)中心體系已經(jīng)能夠一定程度上接近實際的零售業(yè)體系，說明模型把握了商業(yè)中心形成機制的核心部分。而模擬方法特有的優(yōu)勢——情景分析，也通過對不同人口分布以及網(wǎng)購影響下的市域零售業(yè)中心體系推演得以展示。相信隨著影響要素的不斷豐富以及模擬機制的不斷完善，該方法對于商業(yè)規(guī)劃的價值將進一步顯現(xiàn)。

3.2 對上海零售業(yè)發(fā)展的借鑒

對上海零售業(yè)中心體系幾個可能情景的推演結(jié)果，在模擬系統(tǒng)尚未成熟的情況下，尚不足以作為實際規(guī)劃的依據(jù)，其中的定量分析也至多作為定性判斷的過程。盡管其與商業(yè)規(guī)劃綱要的結(jié)論之間存在一定差異，但也不妨礙將其作為一種思考的可能方向。

（1）市級中心建設(shè)的重點在中心城區(qū)。盡管未來上?？臻g結(jié)構(gòu)調(diào)整的大方向是郊區(qū)，但絕大多數(shù)市級中心仍在中心城區(qū)發(fā)展，這點與商業(yè)規(guī)劃綱要的目標一致，但在中心的具體位置上有一定差異。可能興起的中心包括：北外灘、上海火車站、漕河涇、上海南站、豫園、耀華路、大華、世紀大道、老閔行、松江老城。其中，老閔行與松江老城位于郊區(qū)，其商圈與中心城區(qū)的市級中心不存在競爭關(guān)系，主要服務(wù)于地方居民；且受需求波動的影響較大，作為市級中心有較高的不確定性。

（2）二級中心建設(shè)的重點在郊區(qū)。郊區(qū)二級中心的增長速度將遠高于中心城區(qū)二級中心，這是市域人口增長與向郊區(qū)疏解同步進行的結(jié)果。這里的二級中心，在中心城區(qū)內(nèi)對應(yīng)于商業(yè)規(guī)劃綱要中的地區(qū)級中心，以及規(guī)模和服務(wù)介于地區(qū)級和社區(qū)級之間的中心形態(tài)；在郊區(qū)，既包括商業(yè)規(guī)劃綱要中的新城中心，也包括介于新城中心和新市鎮(zhèn)中心之間的中心形態(tài)。因為模擬以2000年的情況為目標，當時二級中心的發(fā)展水平應(yīng)略低于當前的地區(qū)級中心和新城中心。

圖7 2020年情景下各階段新增中心的商圈

圖8 網(wǎng)購影響下的2020年上海市域零售業(yè)模擬布局

（3）北外灘、世紀大道具有成為頂級市級中心的潛力。在商業(yè)地理中，區(qū)位是影響商業(yè)中心繁榮的基本要素，由于地理區(qū)位不可改變，也因此有了“區(qū)位、區(qū)位、區(qū)位”（Location，location，location）這一通俗而經(jīng)典的論斷。在特定的環(huán)境中，一個中心的區(qū)位可能因為歷史、建成環(huán)境等因素制約不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。由于目前該模擬系統(tǒng)唯一的選址機制就是中心與消費者的空間關(guān)系以及由此而形成的收入差異，結(jié)果顯示北外灘、世紀大道在不同的階段分別是收入最高的兩個市級中心，說明它們具有優(yōu)良的先天區(qū)位條件。北外灘地區(qū)功能的逐步升級和世紀大道地鐵四線交匯地區(qū)的開發(fā)，與它們的區(qū)位優(yōu)勢將共同發(fā)揮兩個地區(qū)作為頂級市級中心的潛能。

（4）網(wǎng)購的影響要充分考慮。網(wǎng)購導(dǎo)致消費者對實體商業(yè)需求量的減少，模擬顯示按照目前網(wǎng)購的發(fā)展趨勢，未來將對市域零售業(yè)體系產(chǎn)生顯著的影響，不考慮網(wǎng)購影響的零售業(yè)體系存在規(guī)模過大的風險。在考慮網(wǎng)購的情景下，模擬顯示市級中心僅在中心城區(qū)發(fā)展，數(shù)量約為10個；位于中心城區(qū)和郊區(qū)的二級中心數(shù)量接近。

3.3 研究展望

改進模擬系統(tǒng)將作為今后研究的基礎(chǔ)部分，納入更多相關(guān)的影響要素，如不同的消費者行為、因地而異的商業(yè)中心運營成本、商業(yè)中心吸引力受傳統(tǒng)認知的影響、軌道交通的作用等。在此基礎(chǔ)上開展實證研究，希望能在第六次人口普查的基礎(chǔ)上，在上海軌道交通發(fā)展基本成型的背景下，更深入地研究市域零售業(yè)中心體系的形成機制，為商業(yè)規(guī)劃提供更可靠的支撐。另外，該模擬系統(tǒng)也適用于模擬社會服務(wù)設(shè)施體系，為學校、醫(yī)院、公園等設(shè)施的規(guī)劃提供新的思路。

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