基于系統(tǒng)動力學(xué)的貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整策略研究

摘 要：為優(yōu)化貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整策略，本文基于系統(tǒng)動力學(xué)，綜合考慮影響地區(qū)貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境因素，建立以公路、鐵路為主的貨物運輸結(jié)構(gòu)模型，并以赤峰市為例進(jìn)行仿真預(yù)測。結(jié)果表明，赤峰市貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整雖然成效顯著，但仍有改進(jìn)空間。因此本文提出基礎(chǔ)建設(shè)導(dǎo)向型、市場化導(dǎo)向型、單一結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)向型和綜合發(fā)展導(dǎo)向型4種改進(jìn)方案，其中綜合發(fā)展導(dǎo)向型改進(jìn)效果最佳。未來的貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整需要進(jìn)一步提高公轉(zhuǎn)鐵貨運轉(zhuǎn)移力度，同時加強貨運市場法治規(guī)范，全面提高貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：運輸工程；貨物運輸；運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整；系統(tǒng)動力學(xué)；模糊推理

中圖分類號：U 238" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)是充分發(fā)揮各種運輸方式的比較優(yōu)勢和組合效率，推動交通運輸碳減排和交通運輸高質(zhì)量發(fā)展。2021年12月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《推進(jìn)多式聯(lián)運發(fā)展優(yōu)化調(diào)整運輸結(jié)構(gòu)工作方案（2021—2025年）》，在推進(jìn)“公轉(zhuǎn)鐵”策略的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整運輸結(jié)構(gòu)，提出要基本形成以鐵路和水路為主的發(fā)展格局，明確了加速行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的必然要求。

研究人員圍繞貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行了大量探索性分析。多數(shù)研究使用定性分析方法為運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整提出建議，如馮文波從市場替代、能力短板等方面分析運輸結(jié)構(gòu)失衡的影響因素[1]；部分學(xué)者利用簡單的定量分析研究該問題，如高玉健通過政策工具視角研究方法分析近10年京津冀及其周邊地區(qū)的運輸結(jié)構(gòu)特征[2]；部分研究從單一影響因子角度進(jìn)行貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整研究，如王人潔等從減排成本效益角度出發(fā)分析運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要任務(wù)[3]。因此，本文以系統(tǒng)動力學(xué)為基礎(chǔ)，考慮影響貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的多重因素，構(gòu)建貨物運輸結(jié)構(gòu)模型，最后以赤峰市為例分析模型結(jié)果，并提出貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整策略改進(jìn)建議。

1 模型影響因子分析

貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整不僅離不開運輸市場自身作用，更離不開經(jīng)濟(jì)支撐和政策支持，同時在碳達(dá)峰、碳中和的背景下，環(huán)境效益也成為運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要考量。本文分析貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整影響因子時，主要考慮了經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境3方面因素，見表1。

2 系統(tǒng)動力學(xué)分析與建模

系統(tǒng)動力學(xué)從系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)尋找問題根源，利用反饋回路來描述問題的演變，從而反映出復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)各影響因素的關(guān)系。利用仿真軟件VensimPLE分析貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中的影響因素，刻畫各變量間的動態(tài)作用關(guān)系，從而為貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整策略提供建議。

2.1 因果分析

因果回路圖是為了反映系統(tǒng)內(nèi)部各因素間的因果關(guān)系而構(gòu)建的一種定性描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，是后續(xù)構(gòu)建貨物運輸調(diào)整模型的基礎(chǔ)。綜合考慮表1中提到的影響貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境因素等繪制因果回路圖，如圖1所示。圖中包括多條因果鏈，每條因果鏈都有極性，其中正號表示箭頭指向的變量隨箭頭源變量增加而增加，負(fù)號則相反。

2.2 系統(tǒng)流圖和模型構(gòu)建

貨物運輸結(jié)構(gòu)存量流量圖如圖2所示。在因果回路圖的基礎(chǔ)上增加水平變量（圖2中方框內(nèi)變量）、速率變量（圖2中雙橫線下變量）以及輔助變量（其余新增變量），輸入各參數(shù)間的變量關(guān)系表達(dá)式，構(gòu)建貨物運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)動力學(xué)模型，得到如圖2所示的貨物運輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存量流量圖，以直觀反映貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整模型中各變量間的影響關(guān)系和內(nèi)在機理。其中各子系統(tǒng)包括的主要變量表達(dá)式見表2。

3 貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整案例應(yīng)用

3.1 案例背景和模型參數(shù)

作為內(nèi)蒙古自治區(qū)貨物運輸發(fā)展的領(lǐng)頭羊，赤峰市全面推進(jìn)了“公轉(zhuǎn)鐵”和運輸結(jié)構(gòu)綠色化轉(zhuǎn)型等行動。因此，下文將以赤峰市為例分析其貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整效果，并針對不同優(yōu)化策略進(jìn)行仿真預(yù)測和效果評價。以《赤峰統(tǒng)計年鑒》[4]《赤峰市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》等為主要數(shù)據(jù)來源，對所建立的模型內(nèi)部變量進(jìn)行標(biāo)定，主要變量數(shù)值見表3。

3.2 模型仿真結(jié)果分析

為檢驗?zāi)Ｐ偷目煽啃?，本文?017年作為仿真初始年，選取時間步長為1a，進(jìn)行2018—2021年共4年的仿真模擬。指標(biāo)整體趨勢和實際情況吻合程度較高，平均相對誤差為3.1%，說明該模型具有較高的可靠性，可為后期的多重仿真預(yù)測提供合理性保障。

在模型有效性得到驗證的基礎(chǔ)上，分析2021年貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整決策對未來赤峰市貨物運輸系統(tǒng)的影響。各種運輸方式貨運量對比圖如圖3所示，隨著年份增加，2種貨運量均呈上漲趨勢，其中鐵路貨運量漲幅較大，貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整效果顯著。環(huán)境污染量如圖4所示，隨著時間增加，環(huán)境污染量增長幅度不斷降低且環(huán)境污染量曲線的斜率有所增大，反映了環(huán)境污染治理過程中的時滯性，與真實情況吻合。到2027年，環(huán)境污染量開始下降，2030年相比下降3.24萬t。

GDP與物流成本分析圖如圖5所示。由圖5可知，物流成本在GDP中的占比明顯下降，整個貨運系統(tǒng)的物流效率和物流結(jié)構(gòu)得到大幅優(yōu)化。綜上所述，赤峰市貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整效果顯著，應(yīng)持續(xù)大力推進(jìn)貨物運輸市場結(jié)構(gòu)調(diào)整，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)社會價值和環(huán)境效益。

3.3 仿真優(yōu)化方案設(shè)計和分析

為優(yōu)化現(xiàn)有貨物運輸結(jié)構(gòu)，本文設(shè)置了5種方案，模擬不同的貨物運輸調(diào)整措施，見表4。并從經(jīng)濟(jì)效果、公轉(zhuǎn)鐵力度和環(huán)境效益3個方面分別選取GDP、鐵公貨運比和氮氧化物含量3項指標(biāo)，對多種貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化方案的效果進(jìn)行比較和評價。

3.3.1 經(jīng)濟(jì)效果

不同方案對應(yīng)的GDP和物流成本占GDP比值分別如圖6、圖7所示。由圖6和圖7可知，方案五GDP漲幅最大且物流成本占GDP比值降幅最大，方案一、三變化幅度最低且重疊程度較高，難以區(qū)分。方案四具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。方案二側(cè)重于提高鐵路基礎(chǔ)建設(shè)水平，比方案一有較大提升。方案三側(cè)重加強鐵路市場化程度，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展作用較小。因此在經(jīng)濟(jì)效果層面，應(yīng)加大公轉(zhuǎn)鐵力度以提高鐵路基礎(chǔ)建設(shè)水平。

3.3.2 鐵公貨運比

各優(yōu)化方案對應(yīng)鐵公貨運量比如圖8所示。由圖8可以看出，方案四公轉(zhuǎn)鐵效果最好，方案五緊隨其后，說明其他因素可以彌補政策導(dǎo)向型貨運轉(zhuǎn)移，促進(jìn)公轉(zhuǎn)鐵。方案二的初期與方案一、方案三差距不大，但方案二后期逐漸拉開與二者的差距，說明從長遠(yuǎn)角度看鐵路基礎(chǔ)建設(shè)的影響仍不可忽視。方案三雖然比方案一有所增長，但增幅不大，可見刺激鐵路貨運市場化發(fā)展不能成為公轉(zhuǎn)鐵的主要手段，與其他方式結(jié)合才能發(fā)揮較好作用。

3.3.3 環(huán)境污染

不同方案對應(yīng)的環(huán)境污染量如圖9所示。方案四氮氧化物、二氧化碳和PM2.5排放量增長的幅度最小且污染量最小，方案五次之，說明與治理已排放的氮氧化物相比，從源頭控制各種污染物產(chǎn)生能有效降低環(huán)境污染。隨著時間增加，治理效果更明顯，說明環(huán)境治理存在一定延遲性。

為全面考量各優(yōu)化方案的效果，利用MATLAB模糊推理工具對GDP（經(jīng)濟(jì)效果指標(biāo)）、氮氧化物含量（環(huán)境效果指標(biāo)）和鐵公貨運比（公轉(zhuǎn)鐵力度指標(biāo)）進(jìn)行綜合評價，以2030年數(shù)據(jù)為評價輸入值，評級規(guī)則包括GDP、污染量、鐵公貨運比和綜合評分，4個評價指標(biāo)均進(jìn)行三等分并生成結(jié)果，其中綜合評分最大值為1，所得各優(yōu)化方案綜合評價結(jié)果見表5。

方案四和方案五評級結(jié)果為“最好”，可以看出，單一結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)向型、綜合性發(fā)展導(dǎo)向型貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整方案的效果相對較好，其中綜合性發(fā)展導(dǎo)向型運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整方案得分最高，可見政策導(dǎo)向的公路貨運向鐵路貨運轉(zhuǎn)移的決策對整個系統(tǒng)具有重要作用，貨物運輸系統(tǒng)是一個綜合性系統(tǒng)，需要從經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境等多方面進(jìn)行改進(jìn)，以優(yōu)化貨物運輸結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

本文對運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行了模型應(yīng)用分析，提出4種赤峰市貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的改進(jìn)方案，其中相對最佳的參考改進(jìn)策略為綜合性發(fā)展導(dǎo)向型貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整方案，即在現(xiàn)有基礎(chǔ)上使公路向鐵路的長途貨運轉(zhuǎn)移量增加約25%，鐵路投資比增加約25%，政府補貼增加約25%。因此建議制定貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化策略時，應(yīng)加強政策引導(dǎo)，提高公轉(zhuǎn)鐵貨運轉(zhuǎn)移力度，輔助以增加鐵路基礎(chǔ)建設(shè)和鐵路市場化建設(shè)的投資和補貼，綜合考慮做出決策。同時，模型設(shè)置還可結(jié)合實際不斷完善，應(yīng)用于更廣泛的貨物運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整場景分析。

參考文獻(xiàn)

[1]馮文波.我國運輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整影響因素與策略研究[J].鐵道運輸與經(jīng)濟(jì)，2019，41（9）：18-23.

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[3]王人潔，王瑋，楊道源，等.內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整減排成本效益分析[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2022，18（4）：34-39.

[4]赤峰統(tǒng)計局.赤峰統(tǒng)計年鑒-2021[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2021.

作者簡介：王晨瑜（1968—），男，山西沁縣人，漢族，大學(xué)本科，就職于國家電投集團(tuán)電站運營技術(shù)（北京）有限公司，正高級工程師，從事交通物流及節(jié)能改造等項目研究。