港口物流系统协调发展研究——以天津港为例

张念祖 （上海大学 管理学院，上海 200444）

0 引 言

从2001年加入WTO组织到2020年共同签署RCEP促进亚太经济圈的升级，不可否认的是，中国已经成为了国际经济发展中的重要成员之一。在此背景下，中国港口物流作为对接全球化贸易市场的关键组成部分，通过发挥连接国内国际两端市场及资源的枢纽作用，进一步提升了进出口货物的运输效率，助力“双循环”战略体系的发展完善。

港口物流作为典型的开放式系统，具有结构复杂、业务时间及空间跨度大等特征。普月等为提升港口的整体经济和环境发展潜力，考虑对多源激励的港口能流-物流全过程进行协同调度优化，并利用交替方向乘子法对相关问题进行求解。唐柯楠以无锡港作为实际案例，选取无锡市GDP的发展情况和无锡港港口的吞吐量等指标作为相关变量，进行线性回归分析，并在分析结果的基础上提出相应的港口物流协调优化发展策略。杨琪以环渤海地区港口为研究对象，用SWOT模型对环渤海地区港口物流与区域经济发展的优势、劣势、机遇与威胁进行分析，最后提出了港口物流与区域经济协调发展的对策与建议。黄明霞从外部环境以及内部层面等角度详细分析了港口物流与区域经济协调发展中所存在的问题，并着眼于“三位一体”的发展模式，构建区域经济、港口物流、相关政策等方面的协调发展路径。庞卫宏等基于津冀港口的相关运营数据，采用对比分析的方法归纳总结港口企业发展过程中存在的不足，并针对性地提出了相关的港口协调发展战略措施以改进津冀港口群的运作管理环节。邓萍等利用复合系统协调度模型以及弹性系数模型，对长江上游相关港口协调发展的进行程度及影响因素进行深入分析，并提出了强化国际区域合作、建立区域经济一体化模式、加强港口基础设施建设等措施以增加港口物流的竞争能力。高波聚焦于煤炭港口物流集疏运系统协调管理研究，基于现行的运输情况和协调管理情况，从煤炭港口物流战略模式、联合经营模式等角度出发提出了对应的发展建议。张阳等基于Super-SBM 模型测算出京津冀地区港口2007—2017年的物流效率以衡量其协调发展水平，并在此基础上提出了促进京津冀地区港口物流效率的模式与路径。基于上述文献可以发现，如何在开放式交互的环境下实现港口物流系统中各影响因素的平衡发展，提升系统整体协调发展的水平，是当前港口物流系统亟待优化解决的重要问题之一。

文章以天津港港口物流系统为实际案例，在详细分析天津港港口物流能力的基础上，利用复合系统协调度模型对天津港港口物流系统下各子系统的有序度进行计算，得到天津港港口物流系统的最终协调度。基于天津港港口物流系统协调度的变化趋势，本文归纳提取了阻碍协调度提升的关键因素，为天津港港口物流的运作体系的发展提供科学合理的应对策略，促进港口物流系统的进一步协调发展，为其他港口的物流系统优化发展提供参考。

1 天津港港口物流发展分析

1.1 天津港港口简介

天津港是京津冀地区最大的港口，承接了国际贸易、航运物流等综合运输业务；是北方港口中基础建设较为完善、港口物流能力较强、现代化服务体系较为完整的港口之一。天津港不断打通国际物流运输业务往来过程中的障碍和困境，推动港口资源和能源的优化配置，与其他港口共同构建起中国国际航运体系。

天津港的空间分布形式可以归纳总结为“一港八区”。天津港各港区的职能划分较为明确，东疆港区以国际物流贸易为主；北疆、南疆、大港港区承接港口装卸搬运、货物承接、代理服务等相关业务；高沙岭港区稳步推进港产一体化建设的发展；海河港区以及大沽口港区为沿岸地区提供中转运输业务，并积极发展临港工业；北塘港区以发展远洋捕捞、冷链运输等绿色生态物流为主，加快港口绿色经济的发展。天津港下的八大港区之间的职能相互补充，在保留航运业务的同时，积极推动港口物流建设一体化以及可持续化的发展，逐步形成大规模、多职能的现代化港口物流生态圈。综上所述，天津港的港口物流运输体系较为完整，具备一定的港口物流发展能力。

1.2 天津港港口物流发展能力分析

天津港港口物流的发展能力指标众多，本节主要介绍一部分能够反映天津港港口物流发展能力的关键指标。

1.2.1 天津港港口物流基础设施建设能力

天津港建设面积广阔、基础设施较为完善。天津港的泉港共有泊位160个，万吨级以上泊位100多个，泊位岸线长度约35.8km。泊位分类专业，拥有集装箱、矿石、煤炭、焦炭、原油及制品、钢材、大型设备、滚装汽车、液化天然气、散粮、国际邮轮等各类泊位。除此之外，天津港主航道已浚深至30万吨级，复式航道也逐步建设完善。

1.2.2 天津港港口物流集疏运能力

天津港国内集疏运交通体系主要由公路、铁路、水路、管道等运输方式组成，其中公路占72%，铁路占20%，水路和管道共占8%。天津港与京津塘高速公路、津晋高速公路等路线相结合形成规模化的公路网络，向外辐射至北京、天津及华北、西北地区下的各省市。天津港与京哈铁路、京沪铁路、京津城际铁路三条铁路交汇，并通过京广铁路、京九铁路、京包铁路、京承铁路等线路与全国铁路网络相连，从而形成四通八达的海铁联运网络。

天津港国际集疏运体系主要由铁路和水路等运输方式组成。天津港通过水路运输同世界上180多个国家和地区的500多个港口进行贸易往来，集装箱班轮航线达到120条，每月航班550余班。除此之外，天津港利用中欧班列促进国外货物的进口与国内优质商品的出口，吸引商品贸易企业聚集，并提供产品从生产到出口的供应链物流配套服务。

1.2.3 天津港港口物流信息能力

天津港港口物流信息系统由港口物流服务信息、单证查询信息、多式联运信息、代理信息等多方内容组成。天津港港口物流信息能力主要体现在以下方面：首先，天津港利用信息系统能够实现单证交接、货物追踪、港口业务查询等服务的透明化管理，加快港口物流的运作效率；其次，天津港通过信息系统加强了托运人、委托人、船舶代理等港口物流上下游企业之间的合作关系，提升了港口物流产业链的协调合作能力，形成多方共赢的局面；最后，天津港利用分布式存储系统、分布式文件系统等相关信息系统提高了港口物流数据的有效转化率，提升了信息的容错性。

2 天津港港口物流系统协调发展实证分析

2.1 复合系统协调度模型

本文以复合系统协调度模型作为理论研究方法，将其应用于天津港港口物流系统的协调发展之中。复合系统协调度模型由孟庆松等创造性地提出，通过计算系统内部各子系统中序变量的有序度，得到复合系统的整体协调度，从而反映系统由无序走向有序的趋势与程度。综上所述，复合系统协调度模型应用的前提是复合系统内部的子系统构建和子系统中序变量的选择。

2.1.1 天津港港口物流子系统构建

港口物流系统作为庞大的复合运输系统，其协调发展水平的提升受到各子系统的影响。本文从港口物流环境、港口物流竞争能力、港口物流可持续发展等战略层面构建了天津港港口物流系统，并选取各层面下的港口物流的相关发展要素作为港口物流系统的子系统，天津港港口物流系统及其子系统如表1所示。

表1 天津港港口物流系统及其子系统

港口物流发展环境子系统反映了港口物流服务行业的总体发展状况和未来的发展方向，对港口物流系统的长远战略规划产生了一定的影响；港口物流基础设施子系统、港口物流运营能力子系统、港口物流成本子系统对设施建设、业务水平、运输效益等港口物流竞争能力的提升与发展至关重要；港口物流创新能力以及绿色港口物流等子系统能够推动港口物流系统向智慧化、绿色化方向转型升级，促进港口物流的可持续发展。

2.1.2 天津港港口物流子系统序变量选择

本文在港口物流系统的基础上，根据现有的参考文献以及相关数据，针对不同的子系统选取了相应的测算衡量指标作为其序变量，各子系统的序变量如表2所示。

表2 天津港港口物流子系统序变量

2.2 复合系统协调度模型计算步骤

本文在分析天津港港口物流子系统以及各子系统中序变量指标的基础上，对天津港港口物流复合系统协调度模型计算步骤进行描述，为实例计算提供相应的数学理论基础。

2.2.1 计算序变量有序度

设天津港港口物流子系统为X，∈[1,6]。设各子系统下的序变量为X=(X,X,X,…,X)，≥1。设定β≤X≤α，∈[1,]，其中α和β分别是第个港口物流子系统中的第个序变量的最大值和最小值。根据复合系统协调度模型研究论文，可以按照序变量取值大小与系统有序度之间的关系，将序变量分为正向序变量和负向序变量。序变量的取值越大，系统的有序程度就越高，反之系统的有序程度越低，这样的序变量为正向序变量；序变量的取值越大，系统的有序程度越低，反之系统的有序程度越高，这样的序变量为负向序变量。上述两类序变量有序度的计算公式如下所示：

从子系统序变量的有序度计算公式中可以看出，Z(X)∈[0,1]，Z(X)值越大，表示序变量有序度越高，序变量对系统有序程度的贡献度越大。

2.2.2 计算各子系统有序度

各子系统的有序度可以利用几何平均法计算得出，相关公式如下所示:

从子系统有序度的计算公式中可以看出，Z（X）的值越高，子系统的有序度就越高，反之子系统的有序度越低。

2.2.3 计算复合系统协调度

复合系统协调度是以动态视角将子系统的有序度进行重新测度。假设各港口物流子系统在初始时刻时，其有序度为（X），=1,2,...,6。当港口物流子系统发展到时刻时，其有序度为Z（X），=1,2,...,6。则将该时间段的港口物流系统协调度定义为公式（3）中的：

式(3)中的满足以下条件：

根据公式(3)可知，∈[-1,1]，取值越大表明港口物流系统协调发展的程度越高，反之则越低。

2.3 实证分析

本研究的计算数据主要来源于中国港口年鉴、国家统计局、上市公司年报、交通运输部等数据库中可搜集到的2014—2019年的相关数据，并以2014年的数据为后续的计算基准。

2.3.1 数据初始化

天津港港口物流子系统的序变量相关初始数据如表3所示。

表3 天津港港口物流子系统序变量相关初始数据

2.3.2 数据标准化

为了消除量纲不同带来的干扰，本文对各子系统的序变量的初始数据进行标准化处理，天津港港口物流子系统序变量标准化数据如表4所示。

表4 天津港港口物流子系统序变量标准化数据

2.3.3 计算天津港港口物流子系统序变量有序度

将天津港港口物流子系统序变量的标准化处理结果代入公式(1)，得到天津港港口物流子系统序变量的有序度，如表5所示。各子系统下的序变量上限值和下限值分别取2014—2019年最大值和最小值的110%。

表5 天津港港口物流子系统序变量有序度

2.3.4 计算天津港港口物流子系统有序度

将天津港港口物流子系统序变量有序度的计算结果带入公式(2)，得到天津港港口物流子系统的有序度，如表6所示。

表6 天津港港口物流子系统有序度

2.3.5 计算天津港港口物流系统协调度

将天津港港口物流子系统的有序度计算结果带入公式(3)，得到天津港港口物流系统的协调度，如表7所示。

表7 天津港港口物流子系统有序度及系统协调度

黄洁等在文献中指出，根据协调度的大小，可以把协调水平分为：高度不协调，∈[-1,-0.666)；中度不协调，∈[-0.666,-0.333)；轻度不协调，∈[-0.333,0)；轻度协调，∈[0,0.333)；中度协调，∈[0.333,0.666)；高度协调，∈[0.666,1]。2015—2019年天津港港口物流系统的协调度计算结果，如图1所示。从总体的发展趋势上来看，在2015—2019年之间，天津港港口物流系统处于轻度至中度的不协调状态，说明各子系统之间存在着一定的管理优化问题，阻碍了系统整体的协调发展。

图1 2015—2019年天津港港口物流系统协调度

2.4 结果分析

协调发展是阶段性过程，需要各子系统的发展达到相对平衡的状态。本文通过对天津港港口物流子系统有序度的分析，总结归纳出影响系统协调发展的因素，为协调改进方案提供了指导方向，2014—2019年各子系统的有序度，如图2所示。

图2 2014—2019年天津港港口物流子系统有序度

2014—2015年期间，港口物流成本的子系统有序度大幅度下降以及其他子系统有序度的上升导致天津港港口物流系统在2015年呈现轻度不协调的状态；2015—2016年期间，港口物流创新能力子系统有序度到达近些年的最高值0.897 8，港口物流成本子系统有序度跌到近些年的最低值0.038 1，但其他港口物流子系统有序度呈现缓慢上升的态势，增长幅度也并非完全一致，从而导致2016年的天津港港口物流系统呈现中度不协调的状况；2017年港口物流成本的子系统有序度实现回升且港口绿色物流能力的子系统有序度以及港口物流发展环境的子系统有序度不断提高，港口物流创新能力、基础设施、运营能力等子系统有序度开始下降，但各子系统有序度的增长变化幅度相较于2016年较小，此时虽然天津港港口物流系统的协调度仍处于负数，但已经由中度不协调状态转化为轻度不协调状态；2018—2019年，由于港口物流发展环境、绿色港口物流能力等子系统有序度的大幅提升，其余子系统有序度提升幅度较小或呈现下降的趋势，导致天津港港口物流系统的协调度再次下跌。

从整体发展来看，港口物流发展环境和绿色港口物流能力等子系统有序度呈现稳步上升的趋势，说明天津港港口物流系统在城市协调发展和绿色运作等方面取得了一定的成效。而港口物流成本、港口物流创新能力、港口物流基础设施以及港口物流运营能力等子系统有序度的波动变化导致天津港港口物流系统呈现出不协调状态。

3 天津港港口物流系统协调发展方案

通过对天津港港口物流系统近几年协调度的研究分析，可以发现其发展过程经历了失衡、冲突等阶段。失衡主要体现在各子系统发展的不平衡性，冲突则体现在各子系统之间（例如港口物流运营能力子系统以及港口物流成本子系统）存在着一定的背反效益。因此，港口物流系统协调优化的核心和关键是平衡冲突，重构机制。以下针对有序度波动较大的子系统提出改进方案，以促进天津港港口物流整体系统的协调发展。

3.1 天津港港口物流运营能力改进方案

从天津港近几年的发展情况可以看出，天津港对于煤炭、矿石等货物的依赖性过高，由于大宗货物运输限制政策的颁布，货物吞吐量以及外贸吞吐量呈下降趋势，导致港口物流运营能力的子系统有序度呈现波动状态。天津港需要在分析港口物流整体运行态势的同时，横向对比其他著名港口，加快运输产品结构的改革，减少对煤炭、矿石等资源的依赖性，推动新能源、药品、电子电器等设备的物流运输。同时天津港应积极与政府、港口物流相关企业进行信息传输，构建环渤海港口圈物流信息共享机制，协调各港口的物流职能，促进北方航运体系的发展，从而扩大货物吞吐量、外贸吞吐量以增强港口物流运营能力。

3.2 天津港港口物流成本改进方案

天津港港口物流成本在总成本中的所占比例较高是近些年天津港港口物流系统协调发展的制约因素之一，天津港港口物流的成本控制模式，如图3所示。

图3 天津港港口物流成本控制模式

天津港港口的物流成本体系主要由三个部分组成:内陆运输成本、港口管理成本、远洋运输成本。内陆运输成本主要包括车辆运输成本、车辆维护折旧、转运费用等系列相关支出。港口管理成本由物流管理活动、设备的折旧维护、园区管理、人力资源管理等相关费用构成。远洋运输成本主要包括船舶航行费用、船舶能耗费用、海关验收费用以及自然灾害风险可能造成的损失。天津港需要根据不同类型的支出费用对港口物流成本进行精准把控。

在内陆运输成本方面，天津港可以继续推进多式联运体系的发展，将与港口对接的铁路干线深入内陆腹地，控制联运在末端环节的转运费用，同时对运输路径进行优化以降低整体的运输成本。

在港口管理成本方面，天津港可以完善信息管理系统，将人员管理、园区管理、设备管理等编入相应的成本管理系统中。对于工作人员，天津港需要不断提升工作人员的工作效率和专业化程度，利用指派、优化等科学管理方法分配管理人力资源。对于港口园区管理，要促进物流技术的创新应用，实现物联网下的园区自动化、信息化管理。对于设备管理，天津港可以采用融资租赁的方式来缓解设备在使用寿命期限到达之前交付货款的问题。

在远洋运输成本方面，天津港不仅需要与航线上的不同国家与海关进行协调，制定共同发展政策，而且需要不断完善国际物流保险以及海洋危险预警机制，将自然灾害带来的风险降到最低。

3.3 天津港港口物流基础设施改进方案

在外部建设环境中，天津港港口物流的基础设施建设需要在把控物流成本的基础上，协调港口绿色生态系统，向智慧化、自动化方向深化发展。在内部协调发展中，天津港港口物流的基础设施建设需要在保持规模稳定的基础上，注重安全设施、经营设施、装卸设备之间的调度优化关系，提升基础设施运行能力，天津港港口物流的基础设施建设模式，如图4所示。

图4 天津港港口物流基础设施建设模式

3.4 天津港港口物流创新能力改进方案

智慧港口物流的发展能为港口物流创新能力提供一定的支撑。智慧港口物流的作用主要体现在接受资源的同时，加强天津港港口物流系统平台内部各个板块之间的关系，促进内部物流功能的协调发展，实现产能对接。除此之外，智慧港口物流建设方案有利于协调天津港港口产业链上各个企业之间的利益与发展战略，实现港口物流信息共享，从而提高整体的运作效率，实现多方共赢，天津港智慧港口物流服务模式，如图5所示。

图5 天津港智慧港口物流服务模式

4 结 语

本文的主要贡献包括：第一，本文通过搜集相关文献，明确了港口物流系统协调发展的重要性，并以其为切入点对港口物流系统的整体进行研究。第二，本文以天津港港口物流系统为案例进行实证分析，选取复合系统协调度模型作为研究方法，将港口的实际情况与数学理论模型相结合，构建了多层级的天津港港口物流系统。第三，本文在利用真实数据作为研究来源的基础上，对天津港港口物流复合系统的协调度进行计算。根据计算结果，本文根据阻碍天津港港口物流系统协调发展的要素，针对性地从港口物流运营能力的提升、港口物流成本控制、港口物流基础设施完善、智慧港口物流发展规划等角度提出了创新性的解决方案，对天津港港口物流系统以及其他区域港口物流系统的协调优化发展具有一定的借鉴意义。

在未来的研究中，相关研究体系将不断丰富天津港港口物流子系统及其下的序变量，更加客观深入地分析近几年天津港港口物流系统协调发展的状况。除此之外，相关研究体系将进一步完善理论方法，将复合系统协调度模型与其他数学方法相结合，使得计算结果更加科学全面。