基于系統(tǒng)動力學(xué)的蘭州“雙城”交通對經(jīng)濟發(fā)展影響趨勢研究

曾俊偉+烏云畢力格+錢勇生+廣曉平

摘 要：針對蘭州市近期提出的以蘭州市主城區(qū)為主城，蘭州新區(qū)為副城的“雙城”格局，文章從宏觀層面研究了“雙城”之間交通對蘭州市經(jīng)濟發(fā)展影響趨勢，在分析社會經(jīng)濟、就業(yè)人口、交通等相關(guān)要素之間的因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了蘭州“雙城”之間道路投資對蘭州市經(jīng)濟影響趨勢的系統(tǒng)動力學(xué)模型；廣泛收集數(shù)據(jù)，確定了模型的各子系統(tǒng)參數(shù)；利用SPSS軟件對生產(chǎn)總值與固定資產(chǎn)投資作了線性分析；對蘭州市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展趨勢進行了預(yù)測并在預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，進行了政策情景調(diào)整仿真。仿真結(jié)果表明：增加交通基礎(chǔ)設(shè)施投資比例，建立蘭州新區(qū)至蘭州主城區(qū)之間便捷、大容量的通道，縮短“雙城”經(jīng)濟點之間的距離，提高“雙城”交通通達性，對第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值影響較小，但對第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值和生產(chǎn)總值的促進顯著。

關(guān)鍵詞：雙城；系統(tǒng)動力學(xué)；交通；經(jīng)濟

中圖分類號：F570 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： According to the“two cities”pattern of mainly downtown for major city and new district for vice city came up by Lanzhou city， this article studied the influence on economic development of Lanzhou by the traffic on macro-level between two cities， on the basis of the analysis of society economy， employed population， traffic， we established system dynamics model of the road accessibility's impact tendency on the economics of Lanzhou city between two cities， we collected the data extensively， ensured the parameters of each subsystem model， made the in linear analysis of total output value and investment in the fixed assets by using of SPSS. Based on the forecast of regional economic development trend in Lanzhou city， the policy scenario adjustment simulation is carried out. Simulation result showed that increase traffic infrastructure investment ratio， establish convenient and high-capacity road between new district and major district in Lanzhou， shorten the distance economic region between two cities， improve the accessibility between two cities has little influence on the production value of the first industry but has a great promotion on the production of the third industry.

Key words： two cities； system dynamics； transportation； economy

0 引 言

目前，我國正在不斷強調(diào)并重點部署城鎮(zhèn)化建設(shè)，新型城鎮(zhèn)化將成為我國擴大內(nèi)需和實現(xiàn)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整的重要推進器，新型城鎮(zhèn)化建設(shè)也必然對作為重要先導(dǎo)的交通運輸提出新的時代要求。在城市發(fā)展中，交通運輸是區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要影響因素，也是區(qū)域經(jīng)濟良好運行和不斷發(fā)展的先決條件。交通運輸與區(qū)域經(jīng)濟之間具有很強的關(guān)聯(lián)性，某地區(qū)的交通運輸發(fā)展水平在某種程度上代表了該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平。交通運輸與區(qū)域經(jīng)濟在多方位、多層次上逐漸發(fā)展成為一個有機的整體，形成了一個復(fù)雜的系統(tǒng)。而系統(tǒng)動力學(xué)更為適合研究經(jīng)濟模型，它從宏觀的角度來思考、分析、解決問題，這樣就避免了微觀層面上的局限性。

近日，國務(wù)院批復(fù)了《蘭州市城市總體規(guī)劃（2011-2020）》，根據(jù)這一規(guī)劃，蘭州市定位為甘肅省省會，西部地區(qū)重要的中心城市之一，國家重要的工業(yè)基地和綜合交通樞紐。由此確定到2020年，蘭州市將建設(shè)形成“雙城”格局：主城為蘭州中心城區(qū)，副城為蘭州新區(qū)。在此背景下，采用定性分析與定量計算相結(jié)合的方法，分析蘭州市新城區(qū)與主城區(qū)的交通通達性與蘭州市經(jīng)濟之間的關(guān)系，并對其中各個反饋機制建立交通通達程度與經(jīng)濟的系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過政策情景調(diào)整仿真，助力蘭州市“雙城”經(jīng)濟社會發(fā)展，具有一定的實際價值和意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

系統(tǒng)動力學(xué)的研究是在20世紀70年代末開始引入我國的。在近四十年里系統(tǒng)動力學(xué)在區(qū)域經(jīng)濟與交通的相互關(guān)系研究方面，F(xiàn).W.C.J. van de Vooren[1]（2004），在分析經(jīng)濟與交通之間的關(guān)系基礎(chǔ)上，建立了一個宏觀經(jīng)濟模型，分別對增大道路通行能力、增加交通運輸費用、發(fā)展公共交通這三個情景展開分析，論文認為投資和技術(shù)進步是經(jīng)濟增長的根本驅(qū)動力，在經(jīng)濟的增長過程中，地區(qū)之間存在相互影響，交通基礎(chǔ)設(shè)施的超負荷運行將會造成出行時間和出行費用的增加，同時也會對經(jīng)濟增長造成負面影響。王利芳[2]（2005），運用系統(tǒng)動力學(xué)方法進行道路客貨運輸需求供給與國民經(jīng)濟相互作用的系統(tǒng)模擬研究，從而定量研究道路運輸與國民經(jīng)濟相互作用變化規(guī)律。趙旭[3]（2007），以交通運輸系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟之間的相互作用關(guān)系分析了交通運輸系統(tǒng)資源整合基礎(chǔ)，以環(huán)渤海地區(qū)為例建立了系統(tǒng)動力學(xué)模型，從增加交通運輸投資比例、調(diào)節(jié)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加投資貢獻率等方面進行了政策模擬。吳群琪[4]（2010）、李婧[5]（2007）都在研究中引入了“運輸通道”這一概念，但具體的研究對象不同。前者以高速鐵路對綜合運輸通道的作用為研究對象，研究得出高速鐵路不僅加快了多種交通方式之間相互銜接，而且可以使各交通方式在結(jié)構(gòu)上達到最優(yōu)；后者主要利用空間經(jīng)濟學(xué)引力理論，通過建立經(jīng)濟影響模型來定量估算運輸通道對區(qū)域經(jīng)濟的影響程度。張敏[6]（2010），以經(jīng)濟圈交通系統(tǒng)為研究對象，分析了經(jīng)濟圈交通系統(tǒng)的演化規(guī)律，以關(guān)中—天水經(jīng)濟圈為例建立系統(tǒng)模型，論文認為增加交通基礎(chǔ)設(shè)施投資比例對增加國內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻最大，而提高公路投資比例對GDP的推動作用最明顯。Edward Calthrop等[7]（2011）對交通運輸投資的成本效益分析進行了研究，論文認為僅局限在交通運輸系統(tǒng)內(nèi)進行投入產(chǎn)出具有極大的局限性，投資方式和勞動力市場都將對交通運輸投資的凈收益產(chǎn)生巨大影響，建立了一個一般均衡模型來研究在稅收和其他外界因素影響下，交通基礎(chǔ)設(shè)施投資對經(jīng)濟的影響。謝偉杰[8]（2011），充分分析交通運輸系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟之間的關(guān)系，以珠三角區(qū)域經(jīng)濟與交通運輸為研究對象，建立了系統(tǒng)動力學(xué)模型，得出珠江三角州的交通運輸體系的不斷完善，對珠江三角洲的經(jīng)濟發(fā)展具有非常大的貢獻。龐金燕[9]（2014），探究了同城化交通與區(qū)域經(jīng)濟的相互影響關(guān)系，以X區(qū)域為模型的研究對象，建立同城化交通對X區(qū)域經(jīng)濟影響的系統(tǒng)動力學(xué)模型，論文認為建設(shè)同城化城市間的交通干線，將會加速X區(qū)域的第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的增長。

國內(nèi)外學(xué)者對于區(qū)域經(jīng)濟與交通運輸?shù)年P(guān)系從不同角度和不同層次進行了研究，不論是從定性方面還是從定量方面，不論是從理論還是實踐方面都取得了豐碩的成果，但是基于“雙城”的背景定量研究“雙城”的連通程度對經(jīng)濟的影響還鮮有人涉足。

2 系統(tǒng)動力學(xué)模型的構(gòu)建

系統(tǒng)要素的確定是建立模型的前提與基礎(chǔ)條件。從宏觀上確定蘭州新區(qū)至蘭州主城區(qū)交通通達程度對蘭州市經(jīng)濟的影響因素，建立社會經(jīng)濟、就業(yè)人口與交通投資政策等要素之間的因果關(guān)系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)模型。而確定該系統(tǒng)的邊界時，由于城際鐵路剛開通，還沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)供參考，所以只考慮了蘭州新區(qū)至蘭州主城區(qū)的主要運輸載體—公路的連通情況。各要素之間因果關(guān)系如圖1所示。

相比上面的因果關(guān)系圖，系統(tǒng)流圖是一個包含多因素、多層次的復(fù)雜運動系統(tǒng)。蘭州市新區(qū)至蘭州主城區(qū)的交通通達程度和蘭州市經(jīng)濟兩者間相輔相成的關(guān)系影響著社會經(jīng)濟系統(tǒng)的變化過程和演進發(fā)展方向。如圖2所示。

3 參數(shù)的確定

在確定參數(shù)時，通過回歸分析、表函數(shù)等方法來確定，如表1所示為各參數(shù)之間的方程關(guān)系式。

除了表內(nèi)的參數(shù)外還有交通影響因子1、2、3，而這三個因子均使用表函數(shù)（公里里程）。

3.1 社會經(jīng)濟參數(shù)

所謂模型參數(shù)估計，就是調(diào)試模型的過程，不斷改變模型中的參數(shù)，觀察模型的行為隨時間是否發(fā)生變化。如果變化，則說明仍然需要繼續(xù)調(diào)試參數(shù)；當(dāng)模型參數(shù)繼續(xù)增大或減小，模型的行為都不隨著改變時，認為這個臨界值就是模型的參數(shù)值。

（1）初始值的確定。根據(jù)《蘭州市2014年統(tǒng)計年鑒》確定模型初始值，以2011年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)為例，其生產(chǎn)總值與固定資產(chǎn)投資量如表2所示。

（2）選取《蘭州市2014年統(tǒng)計年鑒》中2009～2014年GDP和固定資產(chǎn)投資總額的時間序列數(shù)據(jù)如表3所示。

為了得到生產(chǎn)總值與固定資產(chǎn)投資的線性關(guān)系，設(shè)GDP為自變量，固定投資總額為因變量，利用SPSS軟件進行一元回歸分析。得到方程式Y(jié)=1.081X-509.214，R2=0.982。說明該回歸分析有效。如圖3所示。

根據(jù)國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展政策和表4、表5可知，第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值和第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的增長率在近幾年變化幅度很小，因此各取2014年的增長率0.09和0.14，第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值增長率變化異常，但還是取2014年的增長率0.01。

3.2 就業(yè)人口參數(shù)

本文中的系統(tǒng)動力學(xué)模型需要蘭州市三產(chǎn)就業(yè)人口的比例以及就業(yè)人口數(shù)量。下面根據(jù)《蘭州市2014年統(tǒng)計年鑒》來估計就業(yè)子系統(tǒng)所需參數(shù)。

由表6和表7可知蘭州市2008～2013年蘭州市一產(chǎn)就業(yè)比例逐年下降，二產(chǎn)就業(yè)比例在26%左右徘徊，三產(chǎn)就業(yè)比例穩(wěn)步上升。因此在模型中假設(shè)三產(chǎn)就業(yè)比例在短期內(nèi)增長幅度不大，取二產(chǎn)就業(yè)比例為26.75%和三產(chǎn)就業(yè)比例為53.05%。

3.3 交通子系統(tǒng)參數(shù)

蘭州新區(qū)至蘭州主城區(qū)的道路建設(shè)有蘭秦快速通道，全長51公里，投資為51.1億元，2013年5月開建。白銀至蘭州新區(qū)至永登公路，全長83.1公里，投資69億元，2014年開建。中通路，全長84.25公里，投資170.55億元，2015年開建。

蘭州新區(qū)至蘭州市主城區(qū)的道路里程在2011年已有的道路為中川機場至西固快速路、省道201線、中川機場至城關(guān)快速路等三條，總里程為157公里（此數(shù)據(jù)是從谷歌地圖中測量所得）。

4 歷史檢驗

為檢驗?zāi)Ｐ偷暮侠硇?，對該模型進行歷史檢驗。本文對2011～2014年三大產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值進行歷史檢驗。檢驗結(jié)果如表8所示：

對2011～2014年三大產(chǎn)業(yè)GDP的仿真結(jié)果進行相對誤差分析，相對誤差均小于5%，符合歷史檢驗的要求，因此該模型可以代表系統(tǒng)運行的情況。

5 模型的仿真模擬

正如MATLAB被稱為矩陣實驗室一樣，系統(tǒng)動力學(xué)也被稱為政策仿真實驗室。通過變動模型中的交通投資政策因子，來觀察結(jié)果的輸出并與基礎(chǔ)情景進行比較，分析政策實施的效果。

5.1 基礎(chǔ)情景

根據(jù)蘭州市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)定的參數(shù)值、初始值等參數(shù)輸入模型，運行本模型。其仿真年限設(shè)定為2011～2025年，輸出結(jié)果如圖4所示。因為GDP1的曲線變化在圖4里不是很明顯，所以把GDP1的輸出結(jié)果單獨顯示，如圖5所示。

由模型輸出結(jié)果分析可知，蘭州市三大產(chǎn)業(yè)年生產(chǎn)總值在未來將保持迅猛增長，由表9可知2018年的生產(chǎn)總值比2011年翻一番，到2025年，生產(chǎn)總值相比2018年又翻一番。而第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值到2020年占全市的比重達到64.9%，這與蘭州市人民政府報告里的發(fā)展目標(biāo)一致，這一結(jié)果再次證明了此模型的有效性。如圖6所示。

5.2 基礎(chǔ)情景與情景一的對比分析

為了仿真加強“雙城”交通連通程度對蘭州市經(jīng)濟帶來的影響，加大固定資產(chǎn)投資中的交通投資比例，在基礎(chǔ)模型中的交通基礎(chǔ)設(shè)施投資比例上增加0.1，將輸出結(jié)果與基礎(chǔ)情景的結(jié)果進行對比分析，情景一的結(jié)果如表10所示。

通過情景一和基礎(chǔ)情景的結(jié)果對比圖的分析可知：通過建立蘭州新區(qū)至蘭州主城區(qū)之間便捷、大容量的通道，縮短“雙城”經(jīng)濟點之間的距離，可以促進蘭州市生產(chǎn)總值的迅猛增長。

圖7中run1是基礎(chǔ)情景的輸出結(jié)果，run2為增加交通基礎(chǔ)設(shè)施投資比例后的輸出結(jié)果，由曲線趨勢可以看出，隨著蘭州新區(qū)至蘭州主城區(qū)之間的交通路網(wǎng)的不斷完善，通達性不斷提高，對蘭州市經(jīng)濟的促進也是逐漸顯現(xiàn)。全社會生產(chǎn)總值到2025年達到了12 071.70億元，是基礎(chǔ)情景的1.1倍。到2025年，GDP1的生產(chǎn)總值比基礎(chǔ)情景增加了11.5億，GDP2和GDP3分別增加了151億和1 031億，由此可以知道，增加交通基礎(chǔ)設(shè)施投資比例，提高可達性，對GDP1的促進作用較小，但對GDP3的促進是顯著的。

6 結(jié) 論

本文以蘭州市作為研究對象，廣泛收集該市的經(jīng)濟社會資料、數(shù)據(jù)，并對其進行深入分析，建立了系統(tǒng)動力學(xué)模型，將模型輸出結(jié)果與蘭州市歷史數(shù)據(jù)進行對比，驗證模型的有效性，在此基礎(chǔ)上，調(diào)控政策變量，仿真通達程度對經(jīng)濟總量的影響。通過對情景一與基礎(chǔ)情景的對比分析，可知，通過加大交通基礎(chǔ)設(shè)施投資比例，提高蘭州“雙城”通達性，可加速蘭州市第三產(chǎn)業(yè)的迅猛增長，對蘭州市的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生明顯的推動作用。

經(jīng)濟社會系統(tǒng)是一個開放的、動態(tài)的復(fù)雜大系統(tǒng)，考慮到數(shù)據(jù)獲取的困難性，本文在建模時只考慮了目前蘭州新區(qū)至主城區(qū)的主要的運輸載體—公路，而未考慮鐵路運輸。在后續(xù)研究中，隨著蘭州“雙城”交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，將鐵路考慮進來，相信能得到更多、更合理的研究結(jié)果。

參考文獻：

[1] F.W.C.J. van de Vooren. Modelling transport in interaction with the economy[J]. Transportation Research Part E， 2004（40）：417-437.

[2] 王麗芳. 道路運輸對國民經(jīng)濟發(fā)展的適應(yīng)性評價方法與模型研究[D]. 長春：吉林大學(xué)（博士學(xué)位論文），2005.

[3] 趙旭. 現(xiàn)代物流理念下的交通運輸系統(tǒng)資源整合方法研究[D]. 大連：大連海事大學(xué)（博士學(xué)位論文），2007.

[4] 李兆磊，吳群琪. 高速鐵路對區(qū)域運輸通道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響分析[J]. 蘭州學(xué)刊，2010（12）：47-50.

[5] 李婧. 綜合交通發(fā)展對端點城市經(jīng)濟發(fā)展的影響分析[D]. 成都：西南交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2007.

[6] 張敏. 基于系統(tǒng)動力學(xué)的經(jīng)濟圈交通模型研究[D]. 西安：長安大學(xué)（博士學(xué)位論文），2010.

[7] Edward Calthrop， Bruno De Borger， Stef Proost. Cost-benefit analysis of transport investments in distorted economies[J]. Transportation Research Part B， 2011，44：850-869.

[8] 謝偉杰. 基于系統(tǒng)動力學(xué)的交通運輸與區(qū)域經(jīng)濟的互動關(guān)系研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2007.

[9] 龐金燕. 同城化交通對區(qū)域經(jīng)濟影響的系統(tǒng)動力學(xué)模型研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2014.

[10] 張茜. 綜合交通運輸體系與區(qū)域經(jīng)濟的互動分析[D]. 大連：大連理工大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2009：5-10.

[11] 趙娟，林曉言. 京津城際鐵路區(qū)域經(jīng)濟影響評價[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟，2010（1）：11-15.

[12] 李林. “西三角經(jīng)濟區(qū)”綜合交通發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 西部論壇，2010，20（2）：66-74.

[13] 徐麗營. 區(qū)域高速公路網(wǎng)社會經(jīng)濟影響系統(tǒng)分析與評價[D]. 北京：北京交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2007.

[14] 鄭林昌. 中國交通運輸成本評價研究[J]. 物流技術(shù)，2010（5）：1-15.

[15] 王啟仿. 區(qū)域經(jīng)濟差異及其影響因素研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)（博士學(xué)位論文），2003.

[16] 董大朋. 交通運輸對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展作用與調(diào)控[D]. 長春：東北師范大學(xué)（博士學(xué)位論文），2010.

[17] 宋波. 基于系統(tǒng)動力學(xué)的區(qū)域交通與經(jīng)濟的互動性研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2008.

[18] 查偉雄，熊桂林，劉會林，等. “交通運輸—區(qū)域經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)的效率評價[J]. 系統(tǒng)工程，2007，25（5）：60-65.

[19] 柳思維，徐志耀，唐紅濤. 公路基礎(chǔ)設(shè)施對中部地區(qū)城鎮(zhèn)化貢獻的空間計量分析[J]. 經(jīng)濟地理，2011，31（2）：237-241.