京津冀农产品物流网络构建——基于引力模型和轴-辐网络分析

刘明玉，张立中

（北京林业大学 经济管理学院，北京 100083）

关键字：农产品；供需空间分布；引力模型；轴辐网络；京津冀一体化

在京津冀一体化的重大战略发展背景下，农产品物流运输网络的一体化建设是促进京津冀协同发展的重要战略内容。2020年6月，国家发展改革委、交通运输部发布《关于进一步降低物流成本的实施意见》，文件明确指出近几年社会物流成本水平稳步下降，但部分地区物流成本高、效率低的问题依然突出。据《2019年全国物流运行情况通报》统计，2019年社会物流总费用达14.6 万亿元，占GDP 的14.7%，同比增长7.3%。尤其是受疫情影响，部分地区农产品流通受阻，物流成本呈现阶段性上升，对消费者和生产者都带来了一定程度的负面影响[1]。建设和优化京津冀农产品物流网络，对降低京津冀农产品物流运输成本，促进京津冀区域协调发展具有重要意义。

京津冀农产品物流网络覆盖13 个节点，包括北京、天津及河北11 个地级市。各城市地理位置分散，农产品供需空间分布不均衡，农产品物流发展水平参差不齐。如果在每个城市节点之间展开农产品点对点运输，则会造成不必要的资源浪费。如何通过科学合理地统筹规划京津冀农产品运输网络，以高效、节约地实现京津冀地区城市间的农产品运输，这是本研究研究的关键问题。

一、文献综述

前人对区域物流网络的研究进行了大量有益的探索，主要集中在网络的选址、设计、优化等方面。Ishfaq 运用轴辐式网络探究了多种交通方式联运条件下的节点选址和路线优化问题[2]。Rieck 在多节点问题的基础上考虑了交易频率和交付时间的问题，结合轴辐式理论优化了选址和路线算法[3]。Keizer 以保证产品质量最优为条件，运输成本最低为目标，设计了一种新的MILP 模型和一种混合优化仿真（HOS）方法来进行物流网络设计[4]。Maiyar 综合考虑到枢纽位置，路线变更，环境和社会成本的最小化，研究了以接近最佳的货运量和枢纽分配为主要决策的粮食运输方案[5]。国内学者多将研究重点放在京津冀和长江三角洲地区。徐建，曹有挥与孙伟从长三角公路运输成本出发，运用势能模型和轴辐网络原理，将长三角城市群发划分三个层次，构建了以上海为一级轴心城市的物流网络[6]。曹炳汝，尹娣与王静芳通过引力模型度量各城市间的物流引力大小，运用轴辐网络理论将长三角划分为上海、南京、杭州三大物流圈，在此基础上构建了长三角综合物流网络[7]。梁晨，刘小娟，龚艳侠等通过遗传算法探究了京津冀多枢纽混合物流网络中的节点数量选择，以降低物流成本为目标，结果表明在枢纽节点为3 时成本最低[8]。也有部分学者的研究具体到某一省份或地区，丁伟，张亮与李健选取广西壮族自治区的西江流域城市群进行实例分析，以优化整体物流网络结构为目标将西江流域城市群划分了发展优先次序，据此构建了西江流域综合物流网络[9]。唐建荣，张鑫与杜聪基于熵权TOPSIS 法和引力模型构建了江苏省综合物流发展网络[10]。

研究表明，轴-辐式物流网络可以有效提高流通效率，降低流通成本，产生网络规模效益。而在区域物流网络的构建研究中，以农产品为出发点的研究较少，也鲜有学者探究区域农产品供需分布对农产物流网络建设的影响，存在较大的研究空间。

因此，本研究在分析京津冀农产品供需空间分布特征的基础上，利用因子分析测算了京津冀13 座城市节点的农产品物流综合发展水平，通过聚类分析划分了轴心城市与辐点城市；利用引力模型和轴辐网络原理确定轴心节点城市的辐射范围，分别构建轴-轴主干线通道，轴-点支干线通道，点-点支线通道；最终绘制出构建京津冀农产品轴-辐式物流网络。

二、京津冀农产品供需空间分布特征

物流就是满足起始地与目的地之间的物质交换，物流活动解决的主要问题就是资源空间供需不均衡的问题[11]。因此要探究京津冀农产品物流网络的构建问题，先要分析京津冀各城市农产品供求的空间分布特征。

以京津冀13 个城市为空间维度，选取2018年农产品产量来反应农产品供给能力；由于河北省各地级市对主要农产品消费量统计口径不一，部分数据缺乏，因此选用社会消费品零售总额来反应农产品消费水平；利用ArcGIS 软件将其发展水平划分为四个层级，如图1 ～2 所示。

图1 京津冀农产品供给空间分布示意

图2 京津冀社会消费品需求空间分布示意

由图1 可知，京津冀农产品产量空间分布不均，总体态势呈南强北弱。主产区为唐山、保定、石家庄，优势产区为沧州、邢台、衡水，都相对集中在中南部。弱势产区承德、秦皇岛、北京三市均集中在区域北部，其中北京产量最低约为排名第一的唐山市农产品产量的四分之一。

由图2 可知，京津冀各城市消费能力差异显著，总体呈现东中部极强，西北部较强，南北两端较弱的空间分布特征。其中北京消费能力突出超过一万亿元，约为排名第二的天津的两倍。北京、天津两市社会消费品零售总额约占13 个城市总额的51%。可见京津冀地区的消费需求主要集中在东中部北京、天津两地。

综合图1 ～2 可知，京津冀地区的农产品供给与消费能力在空间分布上存在显著的不均衡，消费需求强的中东部地区供给能力较弱，供给能力较强的中南部地区消费能力不足，北方地区供需能力都相对偏弱。这种现象的出现主要是受各城市发展功能定位及地理特征差异的影响，由于这不是本研究研究重点，在此不做展开讨论。农产品供需存在的空间差异需要合理高效的农产品物流网络来实现资源的优化配置，因此构建京津冀农产品物流网络有重要意义。

三、农产品物流网络分析

（一）模型及方法的选用

1.引力模型

引力模型近几年被广泛应用于空间联系分析研究，其原理近似万有引力，两个物体之间的引力强度与质量成正比，与距离的平方成反比。本研究用以研究京津冀地区各城市之间的农产品物流引力强度，其公式如下：

式中：Fij为“物流引力”，G为引力系数，计算时取值为1。MiMj为研究对象i、j的各自的“物流质量”，在本研究中选取评价出农产品物流综合水平得分反映。r为引力衰减系数，通常是2。Dij为研究对象i、j之间的直线距离。

2.轴辐网络理论

轴辐网络的概念最初是由20 世纪80年代的O’Kelly 出，用以研究枢纽设施的选址并设计了P-枢纽中值模型[12]。轴辐网络原理类似于车轮的构造，由车轴心向外辐射出主干线、支干线，最后交织成不同层级的网络实现协同运转，连接主支干线的节点作为内部流通的交互点。在节点数相同的前提下，轴辐网络路径数较少，具有系统化、网络化、协调化等优点。演化过程如下图3所示。

图3 轴-辐式网络形成过程示意

3.隶属度函数

为进一步确定农产品物流网络中轴心城市对辐点城市的辐射范围，利用隶属度函数来确定辐点城市与轴心城市的分属关系，其公式如下：

式中：Pij表示“隶属度”，表示辐点城市i隶属于轴心城市j的程度；F为公式（1）中计算得来的“物流引力”。选取最大值对应的轴心城市即为该辐点城市分属的轴心城市，进而也可以确定各轴心城市的辐射范围。

（二）确定轴心城市与辐点城市

为构建京津冀农产品物流网络，需要先对各个节点在农产品物流网络的功能进行定位，划分轴心城市与辐点城市。其理论依据如下：轴心城市应具备较强的农产品物流综合实力，较高的经济发展水平、完备的物流设施建设、较高的农产品物流需求等。辐点城市应该处于轴心城市辐射范围内，一方面借助轴心城市的带动发展，一方面为轴心城市的发展提供资源。据此，需建立一套完整的评价指标体系，以定量分析区域内各节点城市的农产品物流综合发展水平。

1.指标构建

在科学性、综合性、可操作性、可比性的原则指导下，参考了前人研究成果[13-15]对农产品物流综合得分的指标设定，构建了对京津冀农产品物流综合发展水平的评价指标如表1 所示。

表1 京津冀农产品物流综合发展水平评价指标设计

评价体系由4 个一级指标和10 个二级指标组成。首先经济发展水平是居民农产品消费能力和物流基础设施建设实力的基础，选用GDP、人均可支配收入、全社会固定资产投资总额作为二级指标；物流水平直接反应该地区的物流建设水平，因为京津冀区域的农产品运输相对属于短途运输，基本上不需要铁路、航运、水运的运输方式，因而选用了公路运输总量、公路货运周转量来衡量其农产品运输能力，用交通运输固定资产投资来衡量其发展规模；对农产品需求水平的衡量，由于主要农产品消费量各地区统计口径不一，因而选取了社会消费品零售总额和居民人均消费支出来进行综合反应；农产品供给水平则选择了农业总产值和农产品总产量两个指标来进行衡量。

2.城市节点农产品物流综合发展水平评价

本研究对2018年京津冀13 个城市节点的农产品物流相关统计数据进行了搜集整理，数据主要来源于《中国城市统计年鉴》《北京市统计年鉴》《天津市统计年鉴》《河北经济年鉴》以及各城市国民经济与社会发展统计公报。由于各数据之间存在量差，运用极差转变法对其进行无量纲化处理，结果如表2 所示。

表2 京津冀13 个城市农产品物流发展水平基本数据信息

运用SPSS20.0 版本进行相关系数、KMO 与Bartlett 检验，检验结果得到KMO 检验为0.633 ＞ 0.6，说明变量之间相关性较强，得到Bartlett 球形度检验的显著性为P=0.000 ＜0.01，说明该组数据可以进行主成分分析。通过降维，得到特征值与方差贡献率以及成分矩阵，第一个因子方差贡献率达52.978%，第二个因子方差贡献率为28.551%，前两个因子的累计方差贡献率达到87.784%，综合解释能力较强，可以反应京津冀地区农产品物流综合发展水平。采用方差最大法对因子载荷矩阵进行正交旋转，得到旋转矩阵（表3）。

由表3 可知，第一主成分对GDP、人均可支配收入、全社会固定资产投资总额、交通运输业固定资产投资、社会消费品零售总额、居民人均消费支出具有绝对值较大的负荷系数，代表城市经济发展和农产品需求水平；第二主成分对公路货运量、公路货运周转量、农业总产值、主要农产品总产量具有绝对值较大的负荷系数，反应了农产品供给能力及运输能力。运用SPSS 输出的因子得分F1、F2，分别结合两个主成分的方差贡献率56.919% 和30.865% 为权重，构造综合农产品物流综合发展水平得分函数：F=0.569 19F1+0.308 65F2，因为得分有负数，为后期更好的计算城市节点间农产品物流引力，将农产品物流综合发展水平得分整体进行线性平移 1 个单位，得分及排名如表4 所示。

表3 旋转成份矩阵

表4 京津冀13 个城市农产品物流综合发展水平得分及排名

3.确定轴心城市与辐点城市

对京津冀13 座城市的农产品物流综合发展水平得分进行K 平均值聚类分析，将其划分为三个层级，如表5 所示。

表5 京津冀农产品物流网络节点聚类结果分析

第一层级：北京（农产品物流综合发展水平大于2），是全国的政治中心、文化中心、国际交往中心和科技创新中心，也是京津冀经济发展水平最高的城市。北京在反应城市经济发展水平和农产品需求的因子F1 中得分2.76 排名第一，体现了其极强的经济发展带动能力、完善的交通基础设施和极强的农产品消费需求，在农产品物流网络中定位为消费主导型城市，起到重要的经济发展带动作用

第二层级：石家庄、天津、唐山（农产品物流综合发展水平大于1 小于2）。其中天津是京津冀经济发展水平仅次于北京的综合型城市，也定位为消费主导型城市。石家庄、唐山则是京津冀农产品的优势产区，同时也是经济和物流综合实力较强的地区，定位为供给生产主导型城市。三市在农产品物流网络中也具有重要的发展带动作用。

第三层级：沧州、邯郸、保定、邢台、廊坊、张家口、衡水、承德、秦皇岛（农产品物流综合发展水平小于1）。这九个城市是农产品物流综合实力较弱的城市，说明其经济发展及农产品物流水平相对落后，发展需要借力。但是这九个城市也各自拥有不同的资源，有很大的发展潜力，能够为第一、二层级城市发展起到重要的辅助作用。

综上，结合各城市在农产品物流网络中的作用及各个城市所在的区域位置的分布，选择第一、二发展层次的北京、石家庄、天津、唐山四个城市作为轴心城市，沧州、邯郸、保定、邢台、廊坊、张家口、衡水、承德、秦皇岛作为辐点城市。

（三）确定轴心城市的辐射圈范围

确定了枢纽节点的功能定位，要进一步构建农产品物流网络需要分析轴心城市对辐点城市的辐射范围。据此进一步计算各城市间的农产品物流引力强度及隶属度。

1.城市间农产品物流引力计算

结合表4 农产品物流综合发展水平计算及表5 分析结果，选定北京、石家庄、天津、唐山四个城市作为轴心城市，运用引力模型公式对13 座城市的农产品物流引力进行计算，结果如表6 所示。

农产品物流引力的强度取决与城市的农产品物流综合发展水平及城市间距离。从表6 数据可以看出，北京、石家庄、天津、唐山四个城市对周边城市的农产品物流引力强度表现明显。其中北京与廊坊、天津、唐山之间引力显著；石家庄与邢台、保定、邯郸引力较大，天津与唐山、沧州、廊坊之间引力显著；唐山与沧州和廊坊之间引力较大。综合来看，北京、天津对周边城市的引力更强，这主要是因为北京和天津的经济实力在区域内处于领先水平，消费能力强，而农产品生产能力薄弱，有很强的农产品消费需求。石家庄与唐山作为主要的农产品供应城市，对周边城市也具有较强的辐射作用。这也进一步佐证了四个城市可以作为轴心城市起到枢纽节点的辐射带动 作用。

其次，各辐点城市之间的农产品物流引力值普遍较弱，这说明辐点城市之间相互影响作用不强，发展需要依靠轴心城市的辐射带动。然而，邯郸与邢台两市之间引力值达2.72，这主要是因为两市之间距离很近，引力大小与距离成反比。

表6 京津冀城市节点农产品物流引力强度†

2.轴心-辐点城市间隶属度计算

综合各城市农产品物流综合发展水平得分（表4）及各城市间农产品物流引力强度（表5），运用隶属度函数公式（2）测算辐点城市对轴心城市之间的隶属度，结果如表7 所示：

表7 辐点城市隶属度分析

通过对比辐点城市对各轴心城市的隶属度值，可以看出辐点城市对各轴心城市的隶属区分度还是比较高的，这主要是受到城市间距离的影响。根据最高隶属度得分确定轴心城市的辐射范围，可建成北京、石家庄、天津、唐山四个轴心城市的农产品物流圈（表8）。

表8 轴心城市辐射圈

四、京津冀农产品物流网络构建

在上述分析中，运用因子分析法计算出区域节点城市农产品物流综合发展水平得分，依据聚类分析结果确定了轴心城市与辐点城市，通过引力模型和隶属度测算划分了以轴心城市为核心的四大农产品物流圈。基于此，构建京津冀以主-支干线为主，点-点为辅的农产品物流网络，如图4 所示。

图4 京津冀农产品物流网络构建示意

轴辐网络通道主干线：主干线用于连接四个轴心城市，即轴心-轴心通道。北京、天津、唐山之间农产品物流引力强度较大，引力值均大于1，需要在点对点之间设置主干线。石家庄也是轴心城市，但受到地理位置影响，与北京、天津之间引力相对较弱，但也在0.4 以上，属于中强度引力，应设置主干线，但石家庄与唐山距离较远，引力值仅为0.23，因而不需要设置主干线。

轴辐网络通道支干线：支干线用于连接轴心城市和辐点城市，即轴心-辐点通道，以实现轴心城市与辐点城市间的资源互通。其流通强度明显小于主干线，但是覆盖密度更高。依据表7 的隶属度及表8 的辐射圈来进行设置，组合成四大农产品物流圈。

点对点通道支线：轴辐网络实现以轴心城市为中转节点的流通，使得一些距离较近的城市之间的物流运输还需要通过中转才能实现，反而效率低下，造成浪费，因此需要在辐点城市之间增设点对点通道支线。对辐点城市之间的引力进行聚类分析结果见表9 所示。

表9 辐点城市农产品物流引力聚类结果分析

从表9 聚类结果可知，邯郸与邢台两市之间的农产品物流引力值达2.72，属于强度引力，两市之间应该增设点对点通道以满足农产品流通需求。此外，沧州-保定、沧州-廊坊、保定-廊坊三个节点之间的农产品物流引力值均大于0.3 属于中强度引力值。这三个城市位于京津冀城市群腹地，北临北京、东接天津，是南方城市群进入北京、天津的重要门户城市。雄安新区的设立并投入建设，带动了该区域社会经济的发展，也进一步完善了交通基础设施，加强了城市间的联系，因此也需要设立点对点通道支线。

五、结论与建议

本研究在分析了京津冀农产品供需空间特征的基础上，运用引力模型、轴辐网络原理及隶属度算法，将13 个城市划分为以北京、天津、唐山、石家庄为轴心城市的四大农产品物流圈，结合各城市间的引力强度及隶属度分析，构建了以主支干线通道为主，点对点支线通道为辅的区域农产品物流网络。

（一）研究结论

本研究的研究主要得出以下三点结论：

第一，从农产品供需的空间分布情况来看，京津冀农产品供需存在明显的空间分布不均衡，主要消费城市集中在中东部，主要供给城市集中在南方和北方城市群边缘，因此农产品流向有明显的自南向北、自周边向中间的趋势。农产品流通需求量大，需要建立一个高效、合理的农产品物流网络。

第二，从农产品物流综合发展水平角度来看，13 个城市差距较大。北京、石家庄、天津、唐山综合得分大于1，远超过其他城市，具有较强的发展带动力，在网络发展中定位为轴心城市，并据此构建轴心-轴心主干线通道。

第三，从农产品物流引力及隶属度模型结果来看，各城市间的农产品引力受城市综合实力影响明显，随距离增加而递减，轴心城市对周边城市辐射效果显著，北京辐射廊坊、张家口、天津辐射沧州，石家庄辐射邯郸、保定、衡水、邢台；唐山辐射承德、秦皇岛，并据此构建轴心-辐点支干线通道，形成四大基本农产品物流圈。

（二）发展建议

第一，结合京津冀农产品供需分布特征，优化农产品产业布局。现有农产品消费城市主要集中在北方，然而北方边缘城市供给能力较弱，农产品供给主要来源于南方各城市，增加了农产品流通成本。应进一步提升北方各城市的农产品供给能力，提高供给效率，舒缓北京、天津农产品流通压力。

第二，因地制宜，发展产业优势，加快提升河北省南方各城市的农产品物流发展水平。虽然石家庄也被定位为轴心城市，但是受距离限制，难以受到北京、天津的辐射作用。然而石家庄作为区域内重要的农产品产区，应积极发挥产业优势，在产业链延伸上，结合周边城市特点，开展农产品精深加工等产业合作，增强与周边城市的农产品运输往来，更好地发挥轴心城市的辐射带动能力。

第三，进一步明确各城市在农产品物流网络中的功能定位，协调区域发展，避免同质化竞争。河北各城市作为主要的农产品供给节点，在农产品产量、产值上存在明显差异，应紧密结合区域一体化发展趋势，协调优化农产品品种结构，发展特色农产品产业。北京、天津作为科研优势区，积极发挥科研教育优势，为新型农业发展助力。