基于耦合理论的港口群耦合协调发展评价研究

周 杏 杨家其

(武汉理工大学交通学院 武汉 430063)

0 引 言

港口群作为区域社会经济发展到一定阶段的产物，是由若干个部分功能或全部功能可以被彼此替代的个体港口相互作用，逐渐演化而形成的特殊群体系统.目前我国在长期的历史发展中形成了长江三角洲港口群、环渤海港口群、珠江三角洲港口群、东南沿海港口群、西南沿海港口群这五大区域港口群，全国的港口布局已经形成初步的结构.但在港口群的发展过程中也逐渐暴露出一些问题，如重复建设、资源配置失调等问题.因此，研究如何衡量港口群内港口之间的合作深度与发展协调度以及采取何种方式来协调港口群内各港口的运作无疑对港口业的发展有着重要的作用.

对于港口群近些年来的研究，从国内来看，研究内容主要包括了港口群的定义及制度模式的定性研究、港口群综合评价方法的研究及港口群间合作与竞争的研究，具体来讲主要有：王列辉等[1]通过对国外三种不同形式的港口群制度合作模式进行对比和研究，进而对长三角港口群现行合作制度进行考察，提出 “政府退、协会进、企业是主体”的制度合作新思路.姜乾之等[2]通过分析世界主要城市群港口的战略规划，总结出城市港口、省市港口，以及全球城市群港口的演化趋势，并针对长三角港口群分析了其协调发展存在的瓶颈，最后提出了具体的长三角港口群协同发展战略举措.魏玲[3]首先利用AHP和熵权法算出指标权重，然后采取了综合加权评价的方法，构建综合评价模型，最后针对我国沿海港口群目前的发展水平做出了评价.肖汉斌等[4]运用方差分析对中国沿海五大港口群港口物流能力和区域经济进行了差异分析，较为清晰地展现了国内五大港口群区域的港口物流和区域经济发展现状.罗芳[5]通过对港口群的协调发展和治理机制的研究，科学设计竞争机制，使得港口群内部竞争环境得以优化.于少强等[6]运用聚类分析和博弈论的方法，具体分析了船舶大型化对辽宁港口群竞合关系的影响，提出了一种长期的双赢竞合关系，实现港口群的最优利益.章强等[7]通过美国西北海岸港口群的介绍以及分析美国在推动西北海岸港口群协调发展方面所开展的合作活动和具体的发展举措，总结了相关有益的发展经验.从国外研究来看，Lam等[8]站在港口用户的角度来评估港口的供应链定位和绩效，并提出了以港口为中心的多式联运网络的统一框架，为港口群的绩效评估提供了参考方向.Bai等[9]建立了一个制度框架来帮助分析重要港口群参与者在内、外部环境中的相互作用和协调状况，进一步确定政策是集群演化的主要驱动力.

总的来看，无论是国内还是国外研究，对港口群这一定义及港口群协调发展的重要性已经达成共识，并且对于港口群绩效的综合评价有了较为统一的框架，但是结合已有研究来看，港口群耦合协调评价研究较少且存在一些不足之处.首先，现有研究多为对某个具体港口群协调发展的定性分析，不具有普遍性，也难以实现不同港口群之间的比较.其次，对于港口群发展评价的研究，出现两种方向：①只对港口群内部子系统的关联程度作出评价，即耦合度的评价；②只对港口群整体发展协调状况做出定性评价，即协调度的评价，这二者割裂开就不能全面地反映港口群间的相互作用和港口群的综合发展水平.最后，已有的研究主要集中于国内外大型港口群，国内缺乏内河港口群的相关研究.为此，本文构造了港口群耦合协调评价模型，提出了港口群耦合协调度这样一个综合指标，对港口群发展过程中的子系统关联程度和港口群整体协调所处的发展层次作出综合定量测评，并可普遍推广应用于一般港口群.

1 耦合协调评价模型理论基础

1.1 耦合理论与协调理论

耦合是物理学的一个基本概念，是指两个或两个以上的系统之间通过各种相互作用而彼此影响、相互作用以至联合起来的现象，是各子系统相互联系、相互依赖、相互协调的动态关联关系[10].耦合度就是描述系统或系统内部要素之间相互关联程度的指标.在理解物理学中容量耦合概念的基础上，借鉴容量耦合系数模型，得到包含n个子系统的系统U的耦合度公式为

(1)

式中：ui为第i个子系统对总系统有序度的贡献，可利用功效函数求解.

协调是一种关系结构，它是系统内部各子系统或要素在协同运动中形成的比例关系的反映.协调度是度量在发展过程中各子系统或各要素之间彼此和谐一致的程度，体现了系统从简单到复杂、由低级到高级、从无序到有序的趋势，是用来描述系统演化过程中协调状况好坏程度的指标.

1.2 港口群耦合协调度的内涵

由系统耦合理论和系统协调理论可知，港口群可看作一个由若干子系统相互影响、相互联系、相互配合形成的整体系统.港口群耦合即港口群内各子系统在发展演化的过程中通过某些关联(如政策导向、合作与竞争等)彼此影响、相互作用而形成的动态关联关系.港口群协调即港口群系统内部各子系统通过排除相互固有的矛盾与冲突，形成一种彼此互利的、有序稳定的状态，从而使复杂系统实现整体效益尽可能地最大化.

港口群的耦合程度和协调程度可分别用耦合度和协调度来衡量，耦合度仅仅侧重于反映各子系统或各要素之间的关联程度，协调度则侧重于反映系统的整体功效与协同效应，为此，本文提出了港口群耦合协调度这样一个综合指标，它是评判港口群系统内部各子系统耦合与协调发展情况的综合指标，既能反映各子系统发展过程中的关联程度，又能反映系统整体协同效应所处的发展层次.

2 港口群耦合协调评价模型构建

2.1 评价指标选取与权重计算

本文借鉴企业生产流程的思路，建立的评价指标体系包含了输入层、过程层和产出层三个层面，分别代表了三种不同类型的数据，考虑到数据的可获得性和完整性，建立表1的评价指标体系.输入层的指标类比企业生产投入，表示各港口主要腹地的社会经济发展水平；过程层的指标表示各港口基础设施建设情况，是将腹地物流需求转化为港口生产产品的指标；产出层的指标类比企业生产能力的强弱，反映了港口现阶段的生产能力和未来的发展潜力.

表1 港口群耦合协调评价指标体系

对于指标权重的计算，本文选择了熵权法对指标客观赋予权重，很好地避免了人为因素的干扰，利用熵权法计算指标权重，首先要对每一项指标的信息熵进行计算，然后再根据信息熵与指标权重的计算公式最终计算出每项指标的权重，信息熵与指标权重二者具体关系为

(2)

式中：Ej为各项指标的信息熵，可由原始信息表对数据进行规范化和标准化处理后根据信息熵公式计算得出；Wj为各项指标权重.

2.2 港口子系统的贡献指数计算

港口子系统的贡献指数是港口子系统对港口群系统有序度的贡献程度，也是作为后续计算港口群耦合协调度的基础，其计算公式为

(3)

式中：ui为第i个港口子系统的贡献指数；M为各港口子系统中包含的序参量的数量；Wj为各子系统内部序参量指标;Aj在综合评价中的权重；Aij为第i个子系统中的第j个序参量去量纲(规范化处理)后的值.港口子系统的贡献指数越大，说明该子系统在港口群系统有序化的过程中贡献最大.

2.3 港口群耦合协调度的计算

借鉴系统耦合理论和系统协调理论提出的港口群耦合协调度是耦合度与协调度的综合指标，其目的是评判系统耦合的协调程度，既能反映各子系统发展过程中的关联程度，又能反映系统整体协同效应所处的发展层次，其算法可表示为

(4)

T=∑kiui

(5)

式中：Cn为系统耦合度，可利用式(1)求得；T为系统综合协同指数，即系统整体协同效应或贡献；ki为权重系数，即各港口子系统在港口群中的重要程度，这里根据各港口子系统贡献指数占港口群系统总的贡献指数的比重来确定；ui为港口子系统的贡献指数.

2.4 港口群耦合协调类型划分

港口群耦合协调度D的取值范围为(0，1)，根据耦合协调度的内涵可知，D的取值越接近1，说明港口群内部各子系统相互关联程度越高，各子系统相互适应、相互促进、相互协作情况越好，系统整体所处的发展层次也越高.为了更准确地描述港口群系统耦合协调发展的程度，采用均匀分布函数法对港口群耦合协调度进行类型划分，具体划分情况见表2.

表2 港口群耦合协调类型划分

3 评价模型实例检验

本文以长江中游港口群为例，包含了武汉港、宜昌港、荆州港、黄石港、长沙港、岳阳港、南昌港、九江港这八个主要港口.长江中游港口群受自然条件及开发建设中一些客观条件的制约，其发展暴露出一些问题如港口岸线资源总体开发利用不平衡、重复建设、集疏运网络不够完善等，因此选择长江中游港口群为实例，利用评价模型对长江中游港口群耦合协调发展状况作出评价，以此检验评价模型的有效性.

3.1 长江中游港口群耦合协调度计算

根据表1所构建的评价指标体系，收集整理了长江中游港口群八个主要港口2008—2017年的12项指标数据，将数据去除量纲后，根据信息熵的计算公式得出每个指标的信息熵值Ej，再根据式(2)可得历年评价指标的权重，再由式(3)计算各港口子系统的贡献指数.

得到各港口子系统贡献指数后，下一步可以计算港口群的耦合度和综合协同指数.对于长江中游港口群，本研究选取了八个主要港口，故利用式(1)计算港口耦合度时n取8，再根据式(5)计算港口群综合协同指数，最后利用式(4)计算出港口群耦合协调度.长江中游港口群历年耦合协调度计算结果见表3.

表3 长江中游港口群2008—2017年耦合协调度

由表3可知，长江中游港口群近10年来的耦合协调度一直处于(0.50，0.59]这个区间，即勉强协调类型，这表明长江中游港口群内部各港口子系统之间的配合协作还不够完善，港口群系统的发展水平还有较大的提高空间.

3.2 长江中游港口群耦合协调度评价

为了更直观地描述港口群耦合度、综合协同指数及耦合协调度三者的变化趋势和相互关系，下面将三者的变化趋势呈现在一个折线图中，见图1.

图1 长江中游港口群2008—2017年分指标变化趋势

从港口群耦合度(Cn)来看，其值由2008年的0.786波动上升为2017年的0.841，这表明长江中游港口群的耦合在波动中逐渐呈现良性耦合的良好势态，耦合度的不断增长也从另一方面反映了各港口子系统在港口合作与竞争中越来越紧密的联系；从港口群综合协同指数(T)来看，其值在2008—2017年这10年间变化不大，在小幅波动中有轻微下降趋势，这表明港口群内部子系统在相互协调、合作中仍然存在一定问题，各港口发展不同步，并没有向着更具竞争力和关联性的系统方向演化；从港口群耦合协调度(D)来看，其值在2008—2017年这10年间基本维持着同一水平，均属于勉强协调这一等级.这表明港口群的耦合状况虽然有较好的发展趋势，但囿于港口群的协调情况，最终港口群的耦合协调度并不能呈现良好的发展势态.这一结果也反映了港口群在发展中暴露的问题，即各港口子系统尽管会随着日益增多的合作交流加强彼此的关联程度，但这并不代表关联程度越高，整体的发展水平就会越高，内部各子系统在数量规模上的相互适应、发展速度上的相互配合同样至关重要.

值得注意的是，2011年是一个较为特殊的节点，长江中游港口群耦合度、综合协同指数、耦合协调度这三个指标在这1年均出现了较为明显的提高.2011年是国家经济持续复苏的1年，通过对2011年各港口统计数据的分析比较，可以发现八个港口在2011年的社会经济指标及港口吞吐量指标的数值均有较高的增长率，正是八个港口的齐头并进促进了整个港口群系统的良性发展.从相关政策和港口建设情况来看，2011年1月国务院出台《加快长江等内河水运发展的意见》，并将武汉长江中游航运中心作为重要建设内容.此外，2011年7月6日黄石市政府与深圳盐田港务集团有限公司签订了合作开发建设棋盘洲港区的协议，总投资37亿元；2011年，湖南省的长沙综合枢纽工程、湘江2 000 t级航道建设一期工程进展顺利，衡量水运发展的几个重要经济指标均创历史最高水平.这些政府文件的出台和规划建设的实施对港口群的发展都有较大的推动作用.

从其他政策来看，2012年2月，武汉、长沙、南昌三省会城市签署《加快构建长江中游城市群战略合作协议》，三省地方政府首次正式明确提出建设长江中游城市群；2017年12月7日，湖北省社会科学院、社会科学文献出版社发布了《中三角蓝皮书：长江中游城市群发展报告(2017)》，报告指出，长江中游城市群应以省会为龙头，推进六个一体化，其中交通发展一体化就是重点深化武汉港、宜昌港、岳阳港、长沙港、南昌港、九江港等主要港口之间的合作，构建功能完善、布局合理、层次分明、紧密协作的长江中游港口群.这些明确的政策规划一定程度上推动了长江中游港口群的发展，图1中在波动中不断增长的港口群耦合度也较为准确地反映了政府出台的相关政策对长江中游港口群发展的影响.

4 结 束 语

港口群作为港口之间通过合作与竞争逐渐形成的特殊群体系统，如何较为准确地评价其发展程度对港口业的发展至关重要.本研究基于物理学中的耦合理论，通过引入贡献指数，构建港口群耦合协调评价模型，并以长江中游港口群为实例对评价模型进行了检验.通过实例分析，结果表明长江中游港口群2008—2017这十年间港口群的耦合协调状况一直处于勉强协调类型，结合耦合度和综合协同指数来看，耦合度在这段期间处于波动上升态势，而综合协同指数在小幅波动中有轻微下降趋势，这表明港口群在发展过程中，尽管各港口之间关联程度不断提高，但囿于各港口的不同步发展，港口群系统的耦合协调发展水平并不会有明显提高.由此可知，港口群的耦合协调发展不仅取决于各子系统的关联程度，避免各港口之间差距过大的发展同样不可忽视.结合长江中游港口群的发展现状，实例分析结果表明本研究提出的港口群耦合协调评价模型有效.

本文构造的港口群耦合协调度函数，是各港口子系统发展过程中的关联程度和港口群整体协调所处的发展层次的综合考量模型，克服了之前研究中只考虑港口子系统的相互作用而忽略系统整体发展的问题.并且本研究构造的港口群耦合协调评价模型是定量的分析评价，可以普遍推广应用于一般港口群，实现不同港口群之间的比较，同时也能够为国内港口群资源整合程度、协调港口关系提供一定的方法借鉴.但由于时间和篇幅的限制，在构建港口群耦合协调评价指标体系时，考虑到数据的可获得性和完整性，仅仅选取了一些最基础、最重要的指标，这些指标的选取不一定能十分全面地评价港口群耦合协调发展的情况，仍有待进一步深入分析，这也是下一步的重点研究对象.