基于系统动力学的产业集群与城镇化互动发展研究*

周晓晔， 付东明， 高婧葳

(沈阳工业大学 管理学院， 沈阳 110870)



基于系统动力学的产业集群与城镇化互动发展研究*

周晓晔， 付东明， 高婧葳

(沈阳工业大学 管理学院， 沈阳 110870)

摘要：产业集群与城镇化都能促进区域经济发展，提升区域竞争力，因此对产业集群与城镇化互动发展进行研究极其重要。运用系统动力学方法分析产业集群与城镇化之间的因果反馈关系，建立产业集群与城镇化互动发展的系统动力学模型，并以沈阳经济区为例，通过Vensim软件对产业集群与城镇化互动发展进行仿真分析，给出产业集群与城镇化互动发展的动力关系，为促进产业集群与城镇化协调发展以及区域经济水平的提升提供支持。

关键词：产业集群； 城镇化； 系统动力学； 仿真； 沈阳经济区

产业集群与城镇化互动发展已成为中国区域经济发展过程中一个十分显著的经济现象，产业集群发展所带来的就业乘数效应、创新优势、集聚效应、品牌效应的相互作用推动农村人口向城镇人口转移、产业结构升级和城镇综合竞争力提升；城镇化也为产业的集聚提供基础设施条件、良好的制度文化环境等坚实基础，并且通过优化集群内部产业结构，进一步促进产业集群的发展与升级，是产业集群发展的有力支撑[1-2]。

目前国内外学者对产业集群与城镇化的研究主要侧重于产业集群与经济增长的关系、城镇化与产业结构的关联机制以及城镇化与区域经济的关系等方面[3]。朱烨(2010)运用格兰杰因果检验等计量方法对新型城市化与产业结构的互动关系进行了分析[4]；马远(2012)利用VAR模型分析了新疆的城镇化与三次产业发展的动态关联效应[5]；徐春祥(2015)运用因子分析法等对城镇化与区域经济协调度进行了测算[6]；Lennon(2013)对产业结构在城市化发展过程中所起的作用机理以及二者相互作用程度进行了分析[7]；Messina(2010)通过实证对比分析了产业集聚、专业分工在城镇化进程中的作用[8]。近几年对产业集群的发展与城镇化进程相互作用的定性研究日趋见多，但定量研究仍然较少，在产业集群与城镇化互动发展关系方面缺乏系统的理论梳理和实证研究[9]。因此，本文运用系统动力学方法，建立产业集群与城镇化互动发展的系统动力学模型，以沈阳经济区为例，通过Vensim软件进行仿真分析，给出产业集群与城镇化的互动关系。

一、产业集群与城镇化互动发展系统动力学模型的构建

1. 系统动力学的相关概念

系统动力学是福瑞斯特教授于1956年提出的，以反馈控制理论为基础，以仿真技术为手段研究复杂系统的仿真方法[10]。它适用于解决周期性、长期性以及对精度要求不高、数据不足的问题，尤其适用于研究非线性、高阶次、多重反馈的复杂系统[11]。

利用系统动力学建模，首先要明确系统的边界，建立因果关系图，对系统反馈关系进行分析；其次要建立系统动力学模型，把因果关系图转变成系统流图，并通过DYNAMO语言构建变量方程，运用Vensim仿真软件对系统动力学模型进行模拟；最后，设置参数并进行数据分析，给出相应的仿真结果，进行政策设计与评估[12-13]。

2. 系统因果关系分析

本文从产业集群和城镇化两个角度对有关变量进行选取，从集群产值、集群规模和经济结构出发，对影响产业集群与城镇化互动发展的各因素间的相互联系进行分析。产业集群与城镇化互动发展系统主要包括两个基本反馈环：一方面，城镇化水平的提高能够促进区域经济发展，提高产业集群的投资水平，进而增加集群产值、扩大集群规模，进一步促进产业的集聚，提高产业集群发展水平；另一方面，集群产值的增加，能够有效提高经济增长率，进而提高三次产业的发展水平，创造更大的社会生产总值，同时，产业集群的发展可以通过劳动力的转移使城镇就业人口增加，进一步提高城镇化水平。产业集群与城镇化系统的因果关系如图1所示。

图1　产业集群与城镇化互动发展的因果关系

图1中，主要包括3个因果反馈回路：

(1) 城镇化水平→+居民消费水平→+社会消费品零售总额→+经济增长率→+三次产业增长率→+三次产业发展水平→+城镇化水平

(2) 产业集群发展水平→+集群产值→+集群规模→+从业人员数量→+城镇人口→+城镇化水平→+产业集群发展水平

(3) 城镇化水平→+技术水平→+服务水平→+产业集群投资水平→+集群产值→+经济增长率→+三次产业增长率→+三次产业发展水平→+城镇化水平

3. 产业集群与城镇化互动发展系统流图及主要参数方程

(1) 产业集群与城镇化互动发展系统流图

在因果反馈分析基础上，选取7个流位变量、9个流率变量和多个辅助变量，构建产业集群与城镇化互动发展系统流图，如图2所示。

(2) 模型中的主要参数及参数方程

主要参数及方程如表1所示。

二、实证分析

沈阳经济区把加快产业集群的发展作为推进城镇化的重点，“一核、五带、十群”规划已初见规模，集群的集聚效应、规模效应带动了沈阳经济区城镇经济水平的提升。但沈阳经济区产业集群规模尚小，产业集群化程度较低，对城镇化的推动力不足，且城镇工业集中度普遍高于第三产业，城镇化水平滞后于工业化；同时，由于产业结构关联度较低，产业集群效应不能充分发挥。因此，本文根据沈阳经济区实际情况，对沈阳经济区产业集群与城镇化互动发展进行仿真分析。

图2　产业集群与城镇化互动发展系统流图

类型变量计算公式水平变量(L)速率变量(R)辅助变量(A)常量(C)城镇GDPINTEG(城镇GDP增加量-GDP减少量),单位:亿元城镇总人口INTEG(城镇总人口增加量),单位:万人三次产业产值INTEG(第一/二/三产业产值增加量),单位:亿元产业集群规模INTEG(产业集群规模增加值),无量纲财政INTEG(财政收入-消费支出),单位:亿元城镇GDP增加量城镇GDP×城镇GDP自增长系数,单位:亿元城镇GDP减少量(第一产业产值+第二产业产值+第三产业产值)×产业集群对城镇GDP影响率,单位:亿元城镇总人口增加量城镇总人口×产业集群对城镇人口的影响系数,单位:万人消费支出财政消费×支出指数,单位:亿元财政收入城镇GDP×收入指数,单位:亿元产业集群规模增加值规模以上企业总数量×集群内企业数量增长系数+城镇总人口×城镇就业人口比例,单位:亿元三次产业产值增加量城镇GDP增加量×第一/二/三产业产值增长率(当前时间-初始年),单位:亿元经济增长率[(固定资产投资额/投资总额)×投资对经济的影响系数+(社会消费品零售总额/消费总额)×消费对经济的影响系数-1]/经济增长系数,无量纲第一/二/三产业产值增长率经济增长率×第一/二/三产业增长系数,单位:亿元社会消费品零售总额消费支出+(城镇GDP-财政收入)×消费系数,单位:亿元投资支出财政投资×支出系数×财政收入,单位:亿元消费支出财政消费×支出系数×财政收入,单位:亿元集群规模增加值城镇就业人口数量+规模以上企业数量×集群内企业数量增长系数,单位:亿元固定资产投资第一产业产值×第一产业投资比例+第二产业产值×第二产业投资比例+第三产业产值×第三产业投资比例+投资支出,单位:亿元集群产值第二产业产值×第二产业贡献率×第二产业区位熵+第三产业产值×第三产业贡献率×第三产业区位熵,单位:亿元三次产业增长系数及投资比例,投资对经济的影响系数,集群内规模以上企业数量增长系数,第二、三产业区位熵及贡献率,消费对经济的影响系数,产业集群对城镇人口的影响系数,产业集群对城镇GDP影响率无量纲GDP自增长系数表函数,无量纲

1. 系统动力学模型基本参数的确定

(1) 初始值的确定。本模型的仿真步长为1，仿真年份设置为2010—2025年。根据《辽宁统计年鉴》确定2010年的初始值：城镇GDP为11 736.96亿元，城镇总人口1 268万人，产业集群规模为5 980亿元，三次产业产值分别为1 632.75亿元、5 494.43亿元、4 109.78亿元。

(2) 其他参数的确定。通过回归分析、表函数等方法确定其他参数值，如表2所示。

2. 系统动力学模型有效性检验

(1) 历史检验：本文选取城镇GDP和城镇就业人口对模拟结果与实际数据进行比较分析，以检验模型有效性。表3列出了2010—2014年的模拟数据、实际数据及误差率。数据表明，误差率都保持在10%可控范围内，说明该模型拟合度较好，可对真实系统的运行状况进行预测。

表2　参数的设定

表3　历史数据与仿真结果对比

(2) 运行检验：在不同的时间间隔下(时间间隔分别为0.25、0.5、1年)，对模型的稳定性进行检验，以城镇就业人口为例进行仿真比较，结果如图3所示。可见，沈阳经济区就业人口在不同仿真步长下的变化不明显，说明模拟系统是稳定的。

图3　不同步长下沈阳经济区就业人口仿真

3. 仿真结果分析

(1) GDP及就业人口仿真分析。沈阳经济区GDP及就业人口仿真结果如图4、5所示。

图4　沈阳经济区GDP仿真

图5　沈阳经济区就业人口仿真

沈阳经济区社会总产值在2010—2015年期间稳步增长，到2015年末将达到18 946.56亿元，2021年末将突破30 000亿元，城镇经济水平呈稳步上升趋势。同时，沈阳经济区城镇就业人口到2022年末将超过830万人，约占城镇总人口的58%。可见，产业集群的发展在促进产业集聚的同时，也通过劳动力转移促进了人口的集聚，对城镇化有很大的拉动作用。但庞大的就业人群对于城市容量是个严峻的考验，沈阳经济区应对城镇空间进行布局优化，合理规划产业园区，使产业集群发展与城镇化良性互动，促进经济进一步发展。

(2) 产业集群产值及产业集群规模仿真分析。沈阳经济区产业集群产值仿真和规模仿真分别如图6、7所示。

图6　沈阳经济区产业集群产值仿真

图7　沈阳经济区产业集群规模仿真

由图6、图7可知，随着城镇化水平的提高，产业集群的投资比例逐年增加，沈阳经济区集群产值不断增加，集群规模逐步扩大。由三次产业产值的发展趋势可知，沈阳经济区工业化程度提升较快，第二产业产值相对上升较快；但在2016—2020年期间，第一、二产业产值总量占GDP比例略有下降，第三产业产值呈稳步上升趋势。到2020年，物流、服务业等第三产业将会是带动城镇发展的主要动力，其原因是沈阳经济区的第三产业主要是服务性和流通等行业，技术要求相对较低，可以通过劳动力转移加快农转非的进程，进而促进城镇化水平的提升。但由于沈阳经济区的工业基础较为雄厚，第二产业产值基数较大，总量仍占据最高比例。可见，沈阳经济区产业结构有待优化。

根据仿真结果，沈阳经济区的产业集群产值和规模在2010—2025年间呈稳步上升趋势，城镇GDP及人口也将不断增加。因此，随着产业集群的发展，沈阳经济区城镇化率逐步提升，而城镇化水平的提高也为产业集群的发展提供了稳定基础。工业化的发展对城镇的演变产生直接的拉动作用，但当工业发展到一定时期，对整个系统从外部到内部的连接服务就会有更多的要求，进而促进了物流、金融、信息技术等第三产业的发展，增强了城镇的吸引力，加快了城镇化的进程。因此，保持第二产业平稳发展的同时，实现第三产业高速增长，优化产业结构，使第三产业与其他产业联动发展是目前加快沈阳经济区城镇化进程的当务之急。

三、结论

本文运用系统动力学方法建立了产业集群与城镇化互动发展的系统动力学模型，模拟了沈阳经济区2010—2025年产业集群与城镇化的未来发展形势，给出了产业集群与城镇化互动发展的动力关系。根据仿真结果，得出以下结论：

(1) 产业集群的发展通过劳动力转移促进农转非的进程，集群的产值和规模影响着城镇经济系统，制约着城镇居民收入及基础设施的投入；同时，城镇化水平的提高意味着经济活动的增强、基础设施的完善，可为产业集群的发展提供载体和支撑，即产业集群发展和城镇化是一个互促共进的良性循环。

(2) 通过优化城镇空间布局、合理规划产业园区，可使产业集群发展与城镇化良性互动。应进一步发展优势产业，并加强区域内城际连接带、交通网络等基础设施的建设，以中心城市为同心圆向周围城市扩散，促进周边经济要素的聚集，形成若干新城区、经济区，推进城镇化进程。

(3) 调整产业结构，完善与城镇化互动发展的产业集群系统，大力发展现代服务业，打造商贸服务中心、物流园区、高科技开发园等服务业集聚区，并使工业与高新技术产业相结合，可促进产业集群与城镇化协调发展，提高区域经济水平。

参考文献：

[1]杜宁，赵民.发达地区乡镇产业集群与小城镇互动发展研究 [J].国际城市规划，2011，28(9)：28-36.

[2]张爱武，刘玲.新型城镇化视角下的产业集群发展研究 [J].宏观经济管理，2013(12)：66-67.

[3]孙晓华，原毅军.产业集聚效应的系统动力学模型研究 [J].经济与管理，2011，21(5)：10-13.

[4]朱烨.新型城市化与产业结构的互动性关系研究 [D].西安：西北大学，2010.

[5]马远，陈军.城镇化与产业发展的动态关联效应研究 [J].管理现代化，2012(5)：49-53.

[6]徐春祥，韩召龙.新型城镇化与区域经济协调发展研究：以辽宁省为例 [J].沈阳工业大学学报(社会科学版)，2015，8(1)：65-69.

[7]Lennon H T.Economic performance of industrial development on collective land in the urbanization process in China [J].Habitat International，2013(40)：184-193.

[8]Messina.Urbanization and economic development [J].Annals of Economic and Finance，2010(3)：178-183.

[9]胡聪聪.基于系统动力学的产业集群竞争力研究 [D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[10]张丽丽，贺舟.基于系统动力学的新疆旅游业可持续发展研究 [J].管理评论，2014，26(7)：37-45.

[11]潘婧，杨山，沈芳艳.基于系统动力学的港城耦合系统模型构建及仿真：以连云港为例 [J].系统工程理论与实践，2012，32(11)：2440-2445.

[12]杨珺，李金宝，卢巍.系统动力学的碳排放政策对供应链影响 [J].工业工程与管理，2012，17(4)：21-29.

[13]朱庆华，王一雷，田一辉.基于系统动力学的地方政府与制造企业碳减排演化博弈分析 [J].运筹与管理，2014，23(3)：72-82.

(责任编辑：张璐)

Research on interaction between industrial clusters and urbanization based on system dynamics

ZHOU Xiao-ye, FU Dong-ming, GAO Jing-wei

(School of Management, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)

Abstract：Both industrial clusters and urbanization can promote regional economic development and enhance regional competitiveness, thus analyzing the interactive development between industrial clusters and urbanization is extremely important. Analysis of the causality of the interaction between industrial clusters and urbanization is based on the method of system dynamics. The system dynamics model is built after the causality of the interactive system is analyzed. Shenyang Economic Zone is taken as an example to simulate the interaction development between industrial clusters and urbanization by using the software Vensim, thus the dynamic relationship of industrial clusters interacting with urbanization is given, so as to support the coordinated development between them and the promotion of regional economy.

Key words：industrial cluster; urbanization; system dynamics; simulation; Shenyang Economic Zone

中图分类号：F 207

文献标志码：A

文章编号：1674-0823(2016)01-0047-06

doi：10.7688/j.issn.1674-0823.2016.01.08

作者简介：周晓晔(1965-)，女，辽宁沈阳人，教授，博士，主要从事区域物流、物流产业集群等方面的研究。

基金项目：教育部规划基金项目(11YJA630214)； 沈阳市社会科学界联合会课题(sysk2014-06-01)。

收稿日期：2015-07-15

*本文已于2015-09-17 14∶03在中国知网优先数字出版。 网络出版地址： http：∥www.cnki.net/kcms/detail/21.1558.C.20150917.1403.030.html

【装备制造业发展研究】