海运交通经济带系统演化及平衡点研究

王 文，周 妮，裴彩月,邢 蒙

(集美大学航海学院，福建 厦门 361021)

0 引言

“21世纪海上丝绸之路”的提出，使得海运交通经济带及其演化规律和发展模式成为我国经济、贸易、外交、产业发展和海上安全等众多领域的重要研究热点。目前相关研究已形成了较为系统的理论框架，主要包含增长极理论、生长轴理论、点-轴空间结构理论，以及“交通经济带”的概念和基础理论[1]。

近期国际相关研究着重在于交通走廊的评价、政策与法律以及对港口的影响等方面，如Wiegmans等[2]对长途洲际陆路联运和海运货运走廊供应链的性能进行了分析、建模和评估；Dong等[3]通过问卷，评估了2个远东至欧洲贸易走廊——中欧海陆快线和新亚欧大陆桥的性能和绩效；Brooks等[4]研究了智利沿海航运的潜力，提出了北部、南部和组合沿海走廊并评估沿海航运的需求；Maria等[5]对欧盟主要交通走廊建设跨欧洲运输网络的立法进行了研究；Zeng等[6]预测了卡拉特运河通道对枢纽港间转运市场份额的影响等。

国内近期的研究对象主要集中在长江、黄河等内河经济带和丝绸之路经济带，如文献[7-9]研究丝绸之路经济带交通基础设施的空间溢出效应；李发莹等[10]的研究表明交通运输能力对长江经济带城市集聚经济促进作用显著；娜仁图雅等[11]研究了沿黄河经济带区域物流发展优势因素；汪德根等[12]研究了长江经济带陆路交通可达性与城镇化耦合协调度空间格局；黄勤[13]讨论了内河产业带的空间结构和集聚扩散、区域协调、海陆统筹等多重空间效应；鲁小丫等[14]对长江经济带交通网络密度、便捷度和通达性进行了空间化、定量化的分析。

综上所述，已有的交通经济带的研究基本针对陆上交通方式进行，明显缺少海运方式的相关研究。本文研究的海运交通经济带，是在一段沿海区域内，以沿海若干港口及港口城市构成的海运通道为主轴，以轴辐射和吸引陆域区域内联系密切的城镇、城镇群和产业群为主要依托，构成的带状区域经济系统。为获得其演化机制，选取海运通道与沿线经济带发展的规模参量，建立种群共生理论的Logistic模型，并解决模型中两个规模参量之间作用系数的量化形式，以及系统演化平衡状态稳定性影响因素。

1 海运通道与其经济带的共生关系

共生是生态学理论，指不同种属按某种物质联系生活在一起，后来其意义指两个共生单元为提高各自对环境的适应，在功能上合作，形成互为依存、优势互补、联系密切、共同发展的关系[15]。运输通道与其经济带显然具有类似的关系，经济带内各类产业的生存和发展需要运输通道提供客货运输的服务，运输通道的存在和发展也需要相关产业客货流的支撑，因此它们是相互依存、需求互补的。产业为实现利润增长，就会扩大规模或投资，从而产生更多运输需求，运输通道的经济效益便会增加，使用效率也会提高，这会促进资本对运输通道的投资，从而扩大运输通道的能力和规模，并提升技术水平，下降单位运输成本，这样贸易机会就会增加，促进产业获利，也扩大运输通道和经济带的影响范围，因此它们之间也是良性循环，相互促进的。

本文选择海运通道运输量和经济带陆向纵深为规模变量，定量研究海运通道与经济带的相互作用和发展关系。海运交通经济带分布如图1所示。其中：H1与S2或H2与S4之间的距离即为陆向纵深，是经济带向内陆延伸的宽度；H为枢纽港，也是海运通道的干线要素；h为卫星港。

建立海运通道与其经济带的Logistic共生方程：

(1)

其中：Le为海运交通经济带的陆向纵深；Qs为海运通道的运输量；ae、as分别为Le和Qs的自然增长率；Ke、Ks分别为环境资源所能承受的单独的Le和Qs的最大值；σe、σs分别为Qs对Le和Le对Qs的影响系数，根据共生方程的意义，σe表示单位数量Qs可以增加Le的数量，σs表示单位数量Le可以增加Qs的数量；t表示时间。根据交通经济带定义，没有海运通道，海运交通经济带也不能存在，因此Le的增长方程中aeLe项的系数是-1。σe和σs的表达形式就是需要解决的问题。

2 海运通道与其经济带规模变量相互作用系数

一般来说，货物运输以海运为主是因为运输成本较陆运方式低，而且满足运输时间的要求，否则便会以陆运为主。随着陆上运输起讫点与港口距离的增加，如果陆运能力增加或变化不大，海运通道的优势将逐渐降低，直至不再有竞争力，这是海运交通经济带边界和范围形成的基本原理。当Le增加，经济带的地理面积增大，会有更多的产业和经济体进入海运通道的经济范围，Qs会增加，由于一定通道能力范围内港口和航运公司的固定成本比例较高，海运方式具有规模经济，单位运输成本会降低，陆运成本一般视为无规模经济，如果没有变化，走海运的总成本就有下降空间，Le就会增加。

2.1 海运通道货运量对经济带陆向纵深的作用系数

假设有海港H1、H2,P1、P2为经济带内陆边界上的点，P1至P2的运输成本须满足式(2)，且时间满足供应链要求，才会选择海运通道，因海运货物相对时间不敏感，这里暂不考虑时间。

(2)

设海运成本采用平均总成本+利润定价[16]，若Cs为海运总成本，r为单位运量利润，则c=Cs/Qs+r，代入式(2)，并将式(2)取等号，则有

(3)

于是Le对Qs的变化率σe为

(4)

2.2 经济带陆向纵深对海运通道货运量的作用系数

经济带陆向纵深的增加使得海运通道的运输策略适合更远的产业贸易，Qs必然会增加，但产业分布的疏密程度或者说运输需求的分布一般空间不是均匀的。本文以目前应用于港口腹地研究中的烟羽模型[17]为基础，研究σs的形式。烟羽模型原用于计算、预测和描述污染源下风处空间污染物浓度，本文用它来描述以海运通道及其港口为中心的运输需求“浓度”的空间分布，以确定Qs随Le增加的增加量。

作为这类问题一般性的初步研究，这里采用2个1/4圆和一个直角梯形围成的区域表示海运交通经济带的大致范围，如图2所示。

2个1/4圆的运输需求量分别由两个端点港H1和H2的需求浓度烟羽模型表示，梯形区域的运输需求量由海运通道L产生的需求浓度烟羽模型表示。β1随Le变化而变化，因此H1周围一定区域内的运输量Q1为区域面积SH1上β1的积分，可将它转化为陆域纵深Le上的积分，H1端1/4圆区域内的运输量见式(5)。H2端同理。

(5)

L上可能分布有若干其他港口，为具有一般理论性，以L上各港的加权平均状态产生的需求浓度代表梯形区域内的运输需求分布，由海岸线以同样的浓度变化向内陆扩散，其运输量QT为区域面积ST上βT的积分，同样可转化为Le上的积分，即：

令αiθiμiRi=fi，L中各港参数的加权平均量的积为F，则σs为

(6)

可以看出,Qs的增加幅度随着Le的增加而减小，经济带范围扩张对海运通道运输量的增长作用同样是减缓的。港口的综合能力、海运通道长度和经济带纵深差异都对σs有正向作用。

3 海运通道与其经济带系统演化平衡点稳定性因素分析

将式(4)、式(6)代入式(1)，得到以海运通道运输量和经济带陆向纵深为规模变量的共生演化方程形式为：

(7)

可见，海运通道与其经济带的相互作用系数σe、σs是随规模变量变动的，不像一般Logistic演化方程那样是常系数，说明其相互作用力跟规模变量值的大小有关，在海运交通经济带的系统演化过程中不恒定，且都随规模变量自身值的增加而减小，表明其他因素不变的情况下，海运交通经济带发展初期两个子系统相互推动的作用较大，发展成熟，具有较大规模后，两个子系统相互推动作用就不明显了，此时投资建设的效果不如初期。

由于平衡点稳定性由x、y的正负决定，若x,y≻0，则平衡点稳定。将x、y分别通分，因分母都是正数，只需考察分子。x、y通分分子ρx、ρy分别为

8πaeLCsKeLe-as(λ+1)FLc1KsQs-as(f1+f2)πc1KsLeQs。

分析ρx、ρy的正负项，L、Cs、λ、F、f这几个因素只存在于ρx的负项中，λ和F这两个因素只存在于ρy的负项中，说明它们对平衡点稳定性具有纯负面作用，即在系统自然发展的状态下，海运通道长度、海运总成本、经济带陆向纵深差异、海运通道总体及两端港口的综合能力这几个因素越大，系统平衡点不稳定的可能性越大，有扰动因素时越容易发生相变，演化为新有序态，使海运通道与其经济带的相互作用以新的系数函数关系进行演化，即两个规模参量的相对增长率发生变化，且不易回到平衡点的关系状态。因此在这些因素值相对较大时，海运运量与经济带陆向纵深的关系在平衡点附近实现跃迁发展的可能性更大。

4 结论

海运通道与其沿海经济带具有共生关系，共同构成海运交通经济带，可用Logistic模型研究其演化过程，其中经济带的独立自然增长系数为负。当规模变量为海运通道运输量与其经济带陆向纵深时，它们的相互作用系数可由烟羽模型表达需求浓度，用成本比较的方法得到。研究发现：这两个规模变量都是彼此的增函数，但相互作用都随其规模增长而逐渐减缓。提高港口集疏运的能力和通畅性有助于扩大经济带范围，航运公司的利润水平的增加会使经济带内陆纵深减少，较长的海运通道、较高的海运总成本以及较低的陆运成本会使海运量的影响系数较大。较强的港口综合能力、较长的海运通道以及较大的经济带纵深差异会使经济带纵深的影响系数较大。由近似线性法分析海运通道与其经济带演化平衡点的稳定性，非零平衡点存在，对其稳定性具有纯负面作用的因素是海运通道长度、海运总成本、经济带陆向纵深差异、海运通道港口的综合能力。由此知道，由于新“海丝”线路较长，如果划分为若干区段，则较容易保持沿线各段经济带的稳定的影响力，同时为了使其经济带空间形态较均匀较规则，所选区段端点港应实力相当，并尽量降低航运公司成本；而港口综合能力的显著提升有利于海运交通经济带演化的跃迁。