基于CAS的物流园区演化过程的仿真研究

胡 辉

（1.华东交通大学 经济管理学院，江西 南昌 330013; 2.北京交通大学 交通运输学院， 北京 100044）

基于CAS的物流园区演化过程的仿真研究

胡 辉1,2

（1.华东交通大学 经济管理学院，江西 南昌 330013; 2.北京交通大学 交通运输学院， 北京 100044）

总结归纳了物流园区发展演化的机理和过程，认为物流园区是物流业随着社会经济发展到一定阶段的自组织产物，是物流系统中的一种“涌现”。利用复杂自适应系统CAS理论及其工具对“涌现”现象进行了建模分析。并结合多主体建模软件Netlogo对物流园区形成的聚集过程进行了仿真。仿真结果表明，物流园区的发展演化过程是多个因素综合影响的结果，构建的模型能基本反映物流园区演化的过程，为进一步的研究奠定了基础。

物流园区；演化过程；复杂自适应系统；涌现；仿真建模

1 引言

近几年来，物流园区的建设作为基础设施投资的一个热点受到了广泛的重视和关注。不少专家学者、政府、企业界人士对物流园区的建设发展进行了大量的研究和探讨，得到了许多中肯的建议和积极的成果，如对国外物流园区发展模式经验的介绍、国内物流园区建设的实际调查和存在问题的分析等等。

从物流园区形成的基础和理论来看，物流园区脱胎于传统物流，是现代物流的一种高级形式，内含着相关的产业集群理论、空间结构理论、复杂系统理论和优化理论等等[1]。对物流园区的理论研究主要集中在物流中心选址、配送路径优化、物流网络优化、物流发展战略、物流需求预测、物流园区规划、物流园区功能设计等方面。而涉及到物流园区发展演化理论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构建[1]，或是单一方面的演化分析[2]，或是简单的模拟分析难以清楚说明整个演化过程[3]。

本文以复杂系统理论为基点，认为物流园区是物流业随着社会经济发展到一定阶段的自组织产物，是物流系统发展过程中的一种自发“涌现”，并尝试利用其中的复杂自适应系统CAS（Complex Adaptive System）理论和方法工具Netlogo对物流园区的发展演化过程中出现的这种现象进行建模仿真，以期为物流园区的理论研究提供新的视角。

2 物流园区的演化机理及其过程[1,4]

2.1 物流园区的演化机理

物流园区是物流业随着社会经济发展到一定阶段的必然产物，其形成和发展有着深刻的内在必然性。从物流节点体系的发展历史来看，物流园区的形成就是物流节点体系的演变结果。首先是发展成物流中心的雏形，随着物流中心的成熟和完善，物流业务的聚集，功能的增加，服务对象的扩展，逐渐演变成物流园区。

（1）内在因素。物流园区形成的最本质内在需求是市场竞争与规模经济、范围经济等多重力量造成的集群效应，物流企业在集群效应的吸引下入驻物流园区是物流园区形成的内在动力。形成物流园区的这种内在集聚效应使物流园区在物流系统发展中具有多方面优势，如成本降低、互补效益等。这些优势将促使物流园区良性发展，而使传统的物流系统形式如分散的传统仓库、货运场站和物流中心的业务量不断下降，进一步增强物流节点的集中化趋势，实现物流节点空间布局结构的优化。

（2）外在条件。主要有企业生产经营与管理方式的变革、消费结构发生的变化、技术尤其是信息和交通技术的发展使得物流基础平台日趋完善、新的交易方式的出现、政府的重视支持等，都是物流园区形成与发展极其重要的外在因素。

这两方面的作用给物流园区的发展演化提供了强大的动力机制，即“市场需求驱动”、“产业关联驱动”、“外部经济驱动”、“比较优势驱动”等。

2.2 物流园区的演化过程

纵观国内外物流园区形成与发展的演变过程，大体有两种方式：

（1）自然生成型。主要指根植于当地社会经济系统中，与本地社会经济系统有着较为密切的关系，以传统物流园区或相关基础设施作为增长极，各种物流企业和相关企业以及其它物流设施按市场法则和园区规律逐步集聚而形成的物流园区。这种物流园区的发展模式是“自下而上”，主要受市场机制作用而形成，很少有政府行为的干预和影响。例如德国的不来梅物流园区、浙江传化物流园区、深圳平湖物流园区、长株潭工业物流园区。

（2）主动构建型。指政府或主管部门从区域经济的角度出发，根据物流市场的发展趋势和物流园区的发展规律，主动规划建设的物流园区，以整合各种分散的物流资源，形成区域物流发展的平台和空间载体，并借以理顺城市功能，提高城市经济的运行效率。例如外高桥物流园区、湖南金霞物流园区。目前我国多数城市兴建的物流园区主要为这种类型。

遵循这两种基本的途径，物流园区的空间网络从初始的发展阶段逐步发展到区域性的物流枢纽系统。

3 基于CAS的物流园区演化的建模分析

3.1 CAS及其建模工具Netlogo[5，6]

复杂自适应系统CAS（Complex Adaptive System）是复杂性科学的一个重要理论，被称为“21世纪的科学”。其核心思想是“适应性造就复杂性”，认为复杂系统是由主体（agent）组成的，强调主体的主动性，承认主体有其自身的目标（取向），能够在与环境的交流和互动作用中，有目的、有方向地改变自己的行为方式和结构，以适应环境要求。其他的基本概念包括：聚集（aggregation）、标识（tagging）、非线性（non-linearity）、流（flows）、内模型（internal models）、多样性（diversity）、积木（building block）等。其中聚集、非线性、流、多样性是复杂适应系统的特性，在适应和演化中发挥作用，而标识、内部模型、积木则被认为是主体与环境进行交流的机制。

CAS能被广泛认同的一个重要原因不仅在于其理论本身带来认识论上的突破，还在于它提供了一系列的建模工具使得理论上的概念方法能操作化具体化。其中基于多主体仿真建模工具软件是研究复杂适应性系统的基本平台，它们的推出使得研究者可以将精力集中于模型本身的构建，而不是复杂的编程语言本身。这些软件平台包括Swarm、Repast、Ascape、Mason、TNGLab和Netlogo等。

Netlogo是一种基于多主体模拟的建模工具，来源于早期的StarLogo，由美国西北大学网络学习和计算机建模中心开发，用Java编写，能够在多种主流平台上运行。它简单易用，适合各领域中复杂性研究的使用。目前，该软件已经包括了涉及经济、社会、科学、人工智能、物理、化学、生物等多个领域的软件模型库。

Netlogo的虚拟世界由海龟（Turtle）、缀块（Patches）和观察者（Observer）三类智能体构成。二维世界划分为正交网格，每个缀块占据一个网格。海龟能在缀块上连续自由移动。通过观察者主体发布指令实现对海龟和缀块的控制。Netlogo仿真模型的推进是通过不断重复执行某个例程Procedure实现的。模型的主要逻辑结构是一个循环。

图1是Netlogo的界面。主界面中包括Interface、Information、Procedures三个设计说明模型的组件。Interface是一个图形接口，里面包括一个缀块，内含多个图形化的控件（Button、Slider、Switch、Chooser、Input、Monitor、Plot、Output、Note）供用户设计模型时使用。Information是对模型的说明解释和使用介绍。Procedures是对模型的具体实现，一般由多个函数构成，其中最为重要的函数是go，通过它实现模型的仿真运行。

3.2 物流园区演化过程的建模原理

从第2节中对物流园区演化机理及其途径可以看到，物流园区的发展过程可看成是多个相关的物流企业在各种因素形成的动力作用下逐步聚集的产物。如果聚集的过程是自发的，则形成的途径是自组织的，即演化出物流园区这样一种物流系统的“涌现”现象。如果聚集是在政府规划的支持下构建的，则形成的途径是主动构成的。进一步来看，其实“主动构成”可以看成是物流系统自组织后形成的一种反馈，也即如果自组织形成的“模式”被更高层次的主体系统认识后会通过环境因素的作用加快这种过程的演化。

因此，把影响物流企业自发聚集的内外因素形成的动力即“市场需求驱动”、“产业关联驱动”、“外部经济驱动”、“比较优势驱动”等当作是各种驱动“力”，在这些驱动力合力的作用下，各个物流企业开始运动。每个物流企业都有一定的初始能量，在移动过去的地方给环境留下一定的“沉淀物”以促进集聚效应的产生，这样周围的其他物流企业会沿着这些“沉淀物”移动靠近。同时，物流企业的能量在移动过程中会以一定速度逐渐消耗，当有多个企业靠近到一起时，能量会增大。另外，遗留的“沉淀物”在环境影响下也会以一定速率消散，使得物流企业聚集的过程变慢。当经过长时间的演化后，会有若干个物流企业因为能量消耗而死亡，而聚集在一起的物流企业形成一个群体，按群体包含数量的多少，可以认为最多的是“物流园区”，次多的是“物流中心”等等，这样就能把物流园区的发展演化过程基本表示出来。

4 基于CAS的物流园区演化的模型构建

4.1 模型构建

在上面分析的基础上，利用NetLogo多主体建模软件构建了物流园区发展演化的CAS模型。模型参数设置如下：

（1）初始物流企业个数为400，初始能量在[0,10]内随机取值，概率保证为20%的物流企业能量在[8,10]内取值，40%的物流企业能量在[4,8]内取值，20%的物流企业能量在[0,4]内取值，能量消耗速度为0.1，即每经过一个时间步能量减少2个单位。

（2）“市场需求”、“产业关联”、“外部经济”、“比较优势”4种驱动力分别设置为5、5、4、3。

（3）物流企业的“沉淀物”的环境消散系数为0.9。

如图2所示。Population指的是企业个数,market-factor，industry relevant-factor，outereconomy-factor，compare-factor分别是市场驱动、产业关联、外部经济、比较优势等外力的取值。diffuse-efficient是环境（在Netlogo中相当于patch）“沉淀物”的

4.2 结果分析

在以上假定基础上，依次按界面中“setup”和“go”按钮，可得到模型演化过程如图3所示，从左到右分别是演化过程的初始、中间、稳定后的状态图。

从图3中可以清楚看到物流园区演化过程。开始，物流企业随机散布在环境中，随着演化过程在各种驱动力的作用下，物流企业开始逐步聚集，到最后形成较为稳定的几个簇（即物流园区和物流中心等）。改变参数设置，将得到演化过程不同的状态图，反映不同驱动因素对物流园区形成的影响程度。

5 结束语

在定性分析物流园区演化机理及其途径的理论基础上，本文认为物流系统的发展过程是自组织的结果，物流园区是一种“涌现”，并利用复杂自适应系统CAS的理论和工具Netlogo在考虑各种影响驱动力的条件下对物流园区的演化过程进行了建模仿真分析，仿真结果说明构造的模型能基本描述实际演化的一般结果。

需要指出的是，本文模型中的参数设置仅仅是假设数值，只是为了说明建模的内在原理和仿真的基本过程。如果需要更深入地探讨分析譬如不同物流园区的发展模式比较，可能要引入其他参数和调整参数的取值。但不管如何，本文构建的仿真模型对于理论分析物流园区的发展演化提供了新的视角，希望为类似研究提供参考和深入研究奠定基础。

[1]张得志.物流园区演化机理与布局优化方法的研究[D].长沙：中南工业大学，2006.

[2]赵闯.城市物流节点布局规划理论与方法[D].北京：北京交通大学，2005.

[3]李婵娟.基于元胞自动机的临港物流园区分析[J].物流工程与管理, 2009,31（10）:68-69.

[4]陈志刚,程慧平.物流园区形成机理研究[J].商场现代化,2008,（2）: 111-112.

[5]黄春萍.基于CAS理论的企业系统演化机制研究[D].石家庄：河北工业大学，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

江西省社科规划项目“基于CAS的物流园区发展模式的比较研究”（09YJ227）

胡辉（1973-），男，江西萍乡人，北京交通大学交通运输学院在读博士，华东交通大学经济管理学院统计系教师，研究方向：交通运输系统建模、物流工程。