基于系统动力学的兰州“双城”交通对经济发展影响趋势研究

摘 要：针对兰州市近期提出的以兰州市主城区为主城，兰州新区为副城的“双城”格局，文章从宏观层面研究了“双城”之间交通对兰州市经济发展影响趋势，在分析社会经济、就业人口、交通等相关要素之间的因果关系的基础上，建立了兰州“双城”之间道路投资对兰州市济影响趋势的系统动力学模型；广泛收集数据，确定了模型的各子系统参数；利用SPSS软件对生产总值与固定资产投资作了线性分析；对兰州市区域经济发展趋势进行了预测并在预测结果的基础上，进行了政策情景调整仿真。仿真结果表明：增加交通基础设施投资比例，建立兰州新区至兰州主城区之间便捷、大容量的通道，缩短“双城”经济点之间的距离，提高“双城”交通通达性，对第一产业生产值影响较小，但对第三产业生产值和生产总值的促进显著。

关键词：双城；系统动力学；交通；经济

中图分类号：F570 文献标识码：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，我国正在不断强调并重点部署城镇化建设，新型城镇化将成为我国扩大内需和实现经济结构战略性调整的重要推进器，新型城镇化建设也必然对作为重要先导的交通运输提出新的时代要求。在城市发展中，交通运输是区域经济发展的重要影响因素，也是区域经济良好运行和不断发展的先决条件。交通运输与区域经济之间具有很强的关联性，某地区的交通运输发展水平在某种程度上代表了该地区的经济发展水平。交通运输与区域经济在多方位、多层次上逐渐发展成为一个有机的整体，形成了一个复杂的系统。而系统动力学更为适合研究经济模型，它从宏观的角度来思考、分析、解决问题，这样就避免了微观层面上的局限性。

近日，国务院批复了《兰州市城市总体规划（2011-2020）》，根据这一规划，兰州市定位为甘肃省省会，西部地区重要的中心城市之一，国家重要的工业基地和综合交通枢纽。由此确定到2020年，兰州市将建设形成“双城”格局：主城为兰州中心城区，副城为兰州新区。在此背景下，采用定性分析与定量计算相结合的方法，分析兰州市新城区与主城区的交通通达性与兰州市经济之间的关系，并对其中各个反馈机制建立交通通达程度与经济的系统动力学模型，通过政策情景调整仿真，助力兰州市“双城”经济社会发展，具有一定的实际价值和意义。

1 国内外研究现状

系统动力学的研究是在20世纪70年代末开始引入我国的。在近四十年里系统动力学在区域经济与交通的相互关系研究方面，F.W.C.J. van de Vooren[1]（2004），在分析经济与交通之间的关系基础上，建立了一个宏观经济模型，分别对增大道路通行能力、增加交通运输费用、发展公共交通这三个情景展开分析，论文认为投资和技术进步是经济增长的根本驱动力，在经济的增长过程中，地区之间存在相互影响，交通基础设施的超负荷运行将会造成出行时间和出行费用的增加，同时也会对经济增长造成负面影响。王利芳[2]（2005），运用系统动力学方法进行道路客货运输需求供给与国民经济相互作用的系统模拟研究，从而定量研究道路运输与国民经济相互作用变化规律。赵旭[3]（2007），以交通运输系统与区域经济之间的相互作用关系分析了交通运输系统资源整合基础，以环渤海地区为例建立了系统动力学模型，从增加交通运输投资比例、调节产业结构、增加投资贡献率等方面进行了政策模拟。吴群琪[4]（2010）、李婧[5]（2007）都在研究中引入了“运输通道”这一概念，但具体的研究对象不同。前者以高速铁路对综合运输通道的作用为研究对象，研究得出高速铁路不仅加快了多种交通方式之间相互衔接，而且可以使各交通方式在结构上达到最优；后者主要利用空间经济学引力理论，通过建立经济影响模型来定量估算运输通道对区域经济的影响程度。张敏[6]（2010），以经济圈交通系统为研究对象，分析了经济圈交通系统的演化规律，以关中―天水经济圈为例建立系统模型，论文认为增加交通基础设施投资比例对增加国内生产总值的贡献最大，而提高公路投资比例对GDP的推动作用最明显。Edward Calthrop等[7]（2011）对交通运输投资的成本效益分析进行了研究，论文认为仅局限在交通运输系统内进行投入产出具有极大的局限性，投资方式和劳动力市场都将对交通运输投资的净收益产生巨大影响，建立了一个一般均衡模型来研究在税收和其他外界因素影响下，交通基础设施投资对经济的影响。谢伟杰[8]（2011），充分分析交通运输系统与区域经济之间的关系，以珠三角区域经济与交通运输为研究对象，建立了系统动力学模型，得出珠江三角州的交通运输体系的不断完善，对珠江三角洲的经济发展具有非常大的贡献。庞金燕[9]（2014），探究了同城化交通与区域经济的相互影响关系，以X区域为模型的研究对象，建立同城化交通对X区域经济影响的系统动力学模型，论文认为建设同城化城市间的交通干线，将会加速X区域的第二产业和第三产业的增长。

国内外学者对于区域经济与交通运输的关系从不同角度和不同层次进行了研究，不论是从定性方面还是从定量方面，不论是从理论还是实践方面都取得了丰硕的成果，但是基于“双城”的背景定量研究“双城”的连通程度对经济的影响还鲜有人涉足。

2 系统动力学模型的构建

系统要素的确定是建立模型的前提与基础条件。从宏观上确定兰州新区至兰州主城区交通通达程度对兰州市经济的影响因素，建立社会经济、就业人口与交通投资政策等要素之间的因果关系，在此基础上构建系统动力学模型。而确定该系统的边界时，由于城际铁路刚开通，还没有相关的数据供参考，所以只考虑了兰州新区至兰州主城区的主要运输载体―公路的连通情况。各要素之间因果关系如图1所示。

相比上面的因果关系图，系统流图是一个包含多因素、多层次的复杂运动系统。兰州市新区至兰州主城区的交通通达程度和兰州市经济两者间相辅相成的关系影响着社会经济系统的变化过程和演进发展方向。如图2所示。

3 参数的确定

在确定参数时，通过回归分析、表函数等方法来确定，如表1所示为各参数之间的方程关系式。

除了表内的参数外还有交通影响因子1、2、3，而这三个因子均使用表函数（公里里程）。

3.1 社会经济参数

所谓模型参数估计，就是调试模型的过程，不断改变模型中的参数，观察模型的行为随时间是否发生变化。如果变化，则说明仍然需要继续调试参数；当模型参数继续增大或减小，模型的行为都不随着改变时，认为这个临界值就是模型的参数值。

（1）初始值的确定。根据《兰州市2014年统计年鉴》确定模型初始值，以2011年统计的数据为例，其生产总值与固定资产投资量如表2所示。

（2）选取《兰州市2014年统计年鉴》中2009～2014年GDP和固定资产投资总额的时间序列数据如表3所示。

为了得到生产总值与固定资产投资的线性关系，设GDP为自变量，固定投资总额为因变量，利用SPSS软件进行一元回归分析。得到方程式Y=1.081X-509.214，R2=0.982。说明该回归分析有效。如图3所示。

根据国家经济转型发展政策和表4、表5可知，第一产业生产总值和第三产业生产总值的增长率在近几年变化幅度很小，因此各取2014年的增长率0.09和0.14，第二产业生产总值增长率变化异常，但还是取2014年的增长率0.01。

3.2 就业人口参数

本文中的系统动力学模型需要兰州市三产就业人口的比例以及就业人口数量。下面根据《兰州市2014年统计年鉴》来估计就业子系统所需参数。

由表6和表7可知兰州市2008～2013年兰州市一产就业比例逐年下降，二产就业比例在26%左右徘徊，三产就业比例稳步上升。因此在模型中假设三产就业比例在短期内增长幅度不大，取二产就业比例为26.75%和三产就业比例为53.05%。

3.3 交通子系统参数

兰州新区至兰州主城区的道路建设有兰秦快速通道，全长51公里，投资为51.1亿元，2013年5月开建。白银至兰州新区至永登公路，全长83.1公里，投资69亿元，2014年开建。中通路，全长84.25公里，投资170.55亿元，2015年开建。

兰州新区至兰州市主城区的道路里程在2011年已有的道路为中川机场至西固快速路、省道201线、中川机场至城关快速路等三条，总里程为157公里（此数据是从谷歌地图中测量所得）。

4 历史检验

为检验模型的合理性，对该模型进行历史检验。本文对2011～2014年三大产业生产总值进行历史检验。检验结果如表8所示：

对2011～2014年三大产业GDP的仿真结果进行相对误差分析，相对误差均小于5%，符合历史检验的要求，因此该模型可以代表系统运行的情况。

5 模型的仿真模拟

正如MATLAB被称为矩阵实验室一样，系统动力学也被称为政策仿真实验室。通过变动模型中的交通投Y政策因子，来观察结果的输出并与基础情景进行比较，分析政策实施的效果。

5.1 基础情景

根据兰州市基础数据标定的参数值、初始值等参数输入模型，运行本模型。其仿真年限设定为2011～2025年，输出结果如图4所示。因为GDP1的曲线变化在图4里不是很明显，所以把GDP1的输出结果单独显示，如图5所示。

由模型输出结果分析可知，兰州市三大产业年生产总值在未来将保持迅猛增长，由表9可知2018年的生产总值比2011年翻一番，到2025年，生产总值相比2018年又翻一番。而第三产业生产总值到2020年占全市的比重达到64.9%，这与兰州市人民政府报告里的发展目标一致，这一结果再次证明了此模型的有效性。如图6所示。

5.2 基础情景与情景一的对比分析

为了仿真加强“双城”交通连通程度对兰州市经济带来的影响，加大固定资产投资中的交通投资比例，在基础模型中的交通基础设施投资比例上增加0.1，将输出结果与基础情景的结果进行对比分析，情景一的结果如表10所示。

通过情景一和基础情景的结果对比图的分析可知：通过建立兰州新区至兰州主城区之间便捷、大容量的通道，缩短“双城”经济点之间的距离，可以促进兰州市生产总值的迅猛增长。

图7中run1是基础情景的输出结果，run2为增加交通基础设施投资比例后的输出结果，由曲线趋势可以看出，随着兰州新区至兰州主城区之间的交通路网的不断完善，通达性不断提高，对兰州市经济的促进也是逐渐显现。全社会生产总值到2025年达到了12 071.70亿元，是基础情景的1.1倍。到2025年，GDP1的生产总值比基础情景增加了11.5亿，GDP2和GDP3分别增加了151亿和1 031亿，由此可以知道，增加交通基础设施投资比例，提高可达性，对GDP1的促进作用较小，但对GDP3的促进是显著的。