环渤海地区物流网络空间布局结构研究*

陈红梅,肖 寒,林佳鑫,苏星宇

(燕山大学 经济管理学院,河北 秦皇岛 066004)

随着区域一体化协调发展机制不断完善,物流业逐渐成为区域经济快速发展的新动能。2021年7月发布的《国家物流枢纽网络建设实施方案(2021～2025年)》指出,“十四五”期间我国将聚焦打造“通道+枢纽+网络”现代物流运行体系,促进国家物流枢纽互联成网,推动完善以国家物流枢纽为支撑的“轴辐式”物流服务体系。打造高效畅通的区域物流网络将对提高生产要素流动性提供有效支撑,对加强区域经济协调发展,促进区域一体化发展具有重要作用[1-3]。环渤海地区作为我国重要经济区域[4],要实现区域经济快速发展、整体实力持续提升,就要以区域物流一体化为抓手增进城市间物流互通、经济互联的积极作用,从而促进环渤海地区协调发展。

目前在区域物流网络的研究领域中,研究者侧重于网络研究范式的引入,从空间联系视角探讨区域物流联系的关系网络特征[5],主要可分为三个方向:其一,基于轴辐式理论,以网络总成本最优为目标确定区域物流网络枢纽节点的功能定位,并探究节点辐射范围、网络结构优化等[6-7],徐小峰等以总物流成本最小和时间最短为优化目标构建了轴辐式协同物流网络任务—路径优化匹配数学模型[8];梁晨等以网络成本最优为目标函数,采用主成分分析法和遗传算法构建了多枢纽混合轴辐式物流网络[9]。其二,基于网络演化视角,研究区域物流网络的格局演化和集聚特征,并运用空间自相关分析方法探究驱动机制和影响因素等[10-12],刘程军等构建了长江经济带109个城市2006～2016年的物流网络,并利用杜宾模型分析了物流空间联系格局形成的驱动力[13];贾鹏等动态刻画2007～2016年中国物流枢纽承载城市货运网络时空特征,并利用空间面板动态数据模型剖析了其演化驱动机制[14]。其三,基于节点城市属性分析视角,运用引力模型、社会网络分析等方法研究区域物流网络的空间联系特征、通道建设和布局优化[15-17],高鑫等采用BP神经网络模型、修正后的引力模型以及社会网络分析方法,探讨渤海海峡跨海通道的建设为环渤海地区陆路物流网络格局带来的影响[18];李苑君等以珠三角城市群为案例探究电商快递物流网络空间结构特征,并利用QAP回归方法探究影响网络形成的因素[19]。以往研究中较多关注区域物流网络的构建,而第三类针对节点城市属性、关注网络结构特征的研究相对较少,尤其是针对环渤海地区的物流网络空间联系特征的研究尚未完全展开。本文利用修正的引力模型建立物流空间联系,构建环渤海地区物流网络,并运用社会网络分析法对环渤海地区物流网络的空间结构特征进行分析,探究环渤海地区物流网络发展情况,为环渤海地区物流一体化发展和物流网络规划建设提出政策建议。

二、研究对象、研究方法与数据来源

(一)研究对象

研究区域基于环渤海地区的三省两市,覆盖京津冀城市群和辽宁省、山东省的省会城市与重要港口城市共28个地级市,包括北京、天津、河北省11个地级市、辽宁省7个地级市(沈阳、大连、锦州、营口、盘锦、丹东、葫芦岛)和山东省8个地级市(济南、青岛、烟台、威海、潍坊、日照、东营、滨州)。

(二)研究方法

1.修正的物流引力模型

在社会网络分析(SNA)中,利用矩阵方法表达社会网络可以更好地分析复杂关系网络的结构[20]。通常运用引力模型建立节点城市间的物流空间联系,根据计算得出的矩阵关系数据并构建城市间的物流联系网络。引力模型源自于牛顿万有引力模型,传统的引力模型表达式为:

(1)

其中:Fij为城市i对城市j的物流引力强度;Gij为城市i和城市j之间的引力系数;Mi、Mj分别为城市i和城市j的物流“质量”;Dij为城市i和城市j之间的“距离”;b为距离摩擦系数,通常取b=2。本文基于传统的引力模型,对引力系数、物流“质量”“距离”等参数进行了如下的修正。

(1)城市质量参数。城市质量参数的确定一般为单一要素变量,例如城市GDP总产值、城市人均GDP产值等等指标,齐梦溪等人选取多个指标来进行综合评定[21]。文内的城市质量参数体现了节点城市的物流综合能力,因此选取了多个体现物流产业发展水平的评价指标,建立城市物流综合能力评价指标体系。根据《城市发展质量评价指标》(GB/T40482-2021),结合相关研究者的研究[22-23],构建了包含4个维度共10个指标的城市物流综合能力评价指标体系,运用熵权TOPSIS法测算各个城市的物流综合能力评分,并以此得分结果作为城市质量参数,评价指标体系见表1。

表1 城市物流综合能力评价指标体系

(2)引力系数。部分研究者认为引力系数不对结果产生影响,通常根据重力系数将引力系数取经验数值为1,曹允春,罗雨认为节点城市之间的吸引力是不对等的,故对引力系数进行了修正。对于城市间的物流空间联系而言,物流引力实际上存在双向性和非对称性[24],因此运用城市的物流综合能力得分与两个城市物流综合能力得分之和的占比对引力系数进行修正,即城市i对城市j的引力常数可以表示为:

(2)

(3)距离参数。城市间的距离通常指两节点城市间的空间距离,但由于物流运输需要考虑时效性和低成本,因此以运输距离和时间成本作为参数对距离参数进行修正。此外,环渤海地区的城市受地域位置、政策倾斜、发展规划等因素的影响,物流运输方式的发展程度并不相同,故综合考量公路、铁路、航空和水运等多种运输方式,通过测算不同运输方式的最短经济距离,并以2020年全国货运量按不同交通方式的占比作为权重进行加权平均,从而得到最终的物流距离参数,表达式为:

(3)

其中:k表示不同的运输方式;λk表示第k种运输方式的运输占比;dijk表示城市i与城市j之间第k种运输方式的距离。

2.社会网络分析

社会网络分析是对网络结构及其属性加以分析的一套规范和方法,在关系数据的基础上通过图论法和矩阵法描述网络[25-26]。采用以下指标对环渤海地区物流网络的空间结构特征进行分析。

(1)网络密度。网络密度是指网络中各个节点之间联络的紧密程度,有向网络的网络密度表达式为:

(4)

其中:D为网络密度;l为网络中实际拥有的连线数;n为网络中的节点个数。

(2)网络关联度。关联度是基于节点间可达性体现网络连通程度的指标,其表达式为:

(5)

其中:C为网络关联度;v为网络中不可达的点对数目;n为网络中的节点个数。

(3)中心性。中心性是体现网络结构特征的指标,其中包括对网络节点重要性量化的中心度和对网络总体整合度量化的中心势。本文中主要运用了点度中心度、中间中心度、接近中心度和特征向量中心度来分析环渤海地区物流网络。

点度中心度测量的是与某节点直接相连的节点数,体现了该节点的核心能力。在有向网络中,点度中心度分为点入度C0(i)和点出度C1(i),其表达式分别为:

(6)

(7)

中间中心度测量的是某节点处于其他点对“中间”的程度,体现了该节点的控制能力,其表达式为:

(8)

接近中心度测量的是某节点与网络中其他节点的最短距离之和,体现了该节点对其他节点的依赖程度,表达式为:

(9)

其中:dij为节点i和j之间的最短路径距离。

(4)凝聚子群分析。凝聚子群分析是在某种条件下的网络节点子集合,探讨的是子群中的节点构成和节点关系。需要在“子群内外关系”基础上探究环渤海地区的区域物流关系结构,因此选择块模型分析环渤海地区的空间聚类情况。块模型将具有结构对等性的各节点分为几个集合,是网络的一种简化表示,代表了网络的总体结构。

(三)数据来源

采用2020年的统计数据进行计算,城市质量数据来源于各城市2021年的省(市)统计年鉴和统计公报以及《中国城市统计年鉴2021》,个别缺失值采用插值法估算。物流距离参数中的运输方式权重来源于《2020年交通运输行业发展统计公报》,公路运输距离和时间数据来源于Open StreetMap,铁路运输距离和时间数据来源于12306网,航空运输距离和时间数据来源于Great Circle Map和飞常准(Vari Flight),港口运输距离和时间数据来源于船讯网。

三、实证结果与分析

(一)环渤海地区城市质量和物流引力分析

1.城市物流质量分析

根据环渤海地区28个城市的相关统计数据和表1的指标体系,采用熵权TOPSIS法对各城市的综合物流能力进行评价,得到城市质量参数M值,见表2。根据自然间断点分级法将城市质量分为高水平、较高水平、中等水平、较低水平、低水平5个等级。

表2 环渤海地区城市物流质量M值

从表2可以看到,环渤海地区28个城市的综合物流能力呈现出阶段式分布的特征。北京、沈阳、青岛和天津4个城市具有高水平的综合物流能力,并且北京具有绝对强势的物流地位。其次是石家庄、济南、潍坊、唐山、大连5个城市具有较高水平的综合物流能力。中等水平综合物流能力的城市包括5个,其余14个城市的综合物流能力则相对偏低。从比例上看,高水平和较高水平的节点城市占总体城市数量的32%,而低水平和较低水平的节点城市数量占50%。整体而言,环渤海地区的城市综合物流能力普遍偏低,偏高水平质量的城市大多数为省会城市或国家物流枢纽建设城市,这表明环渤海地区的城市综合物流能力与行政区划和物流产业发展具有一定联系。

2.物流引力分析

将计算出的M值代入公式(2)中可得到引力系数Gij,再将运输方式权重和物流距离数据代入公式(3)得到物流距离参数Dij。最后根据修正的引力模型,将上述计算所得值代入公式(1),得到环渤海地区节点城市间的物流引力值Fij(为方便观察和后续计算,Fij为原始数据的108倍)。运用自然间断点分级法将城市的物流引力值和物流联系总量分为5个等级,并在Arcgis中分别以节点间的连线和节点的大小进行表示。

结果显示,环渤海地区物流空间联系的结构较为复杂,城市间的物流连线较为密集,但大部分节点城市间的物流联系偏弱,较强的物流联系主要集中于京津冀地区,包括北京、廊坊、天津、唐山、保定、石家庄、邢台、邯郸等8个城市间的11组物流联系。城市间的物流引力值与经济距离参数呈反比,表明引力值大小受地理位置影响较大。例如邢台和邯郸间的物流引力值较高,但两城市的物流质量都属于中等,因此高引力值主要依赖于两城市间的地理位置较近。从物流联系总量上看,北京、廊坊、天津三个城市的物流联系总量具有较大的优势,其次是石家庄、保定、邢台、唐山等城市。28个城市中大部分城市的物流联系总量都偏低,尤其是辽宁省和山东省的城市。物流联系总量在网络中整体呈现东北—西南方向分布。水平方向主要以沧州—天津—唐山为核心线向东西延伸,垂直方向主要以北京—廊坊—沧州为核心线向南北延伸。

为进一步探究物流网络节点的区域影响力,选取每个城市的最大引力联系城市,将城市间最大物流引力值按空间流向分为物流接收量和物流辐射量,结果表明物流网络形成了以北京、沈阳、青岛、石家庄为主要核心的4个局部放射状网络。其中,北京的物流最大引力联线最多、物流引力总量最大,表示北京的区域影响力最强。

总体来看,在环渤海地区的物流网络中,物流引力联系并不均衡,受地理位置影响较大。大部分城市间的物流联系较弱,较强的物流联系主要集中在京津冀地区。网络的区域物流接收和辐射以北京、沈阳、青岛、石家庄为主要核心,区域影响力和物流联系总量呈正相关关系。

(二)物流网络中心性分析

通过结构特征指标进一步探究节点城市在网络中的物流地位和作用。用二值化处理将多值矩阵转化为二值矩阵,并根据相关研究方法[24],将阈值设置为0.05,以此消除极值对网络结构的影响。运用Ucinet软件测算环渤海地区28个城市的物流网络的整体密度和关联度,结果显示环渤海地区物流网络密度值为0.5,网络关联度值为0.782。从测算结果可见,阈值为0.05的二值化网络整体密度较高,关联性较强,网络通达性较好,可用来考察环渤海地区物流节点城市的网络中心性指标。

1.点度中心度

环渤海地区各节点城市的点度中心度见表3。点度中心度数值越大代表节点的核心能力越强。其中点入度表示物流接收能力,点出度表示物流辐射能力,比值为点出度与点入度的比值,定义比值大于1则为物流辐射型节点,等于1为物流平衡型节点,小于1为物流接收型节点。从物流平衡性来看,除了廊坊和滨州两个城市为物流平衡型节点,其他节点的物流辐射能力和接收能力并不对等,且点度中心度较高的节点大多为辐射型节点,点度中心度较低的大多为接收型节点。从具体节点来看,核心能力较强的城市主要集中于京津冀地区,并以北京、天津为主要核心节点,唐山为次核心节点,这3个城市对其他城市具有显著的物流辐射能力。烟台、大连、营口的点度中心度虽然较低,但却属于物流辐射型节点,这表明它们虽然在整体网中不处于核心地位,但在部分区域中起核心作用。而丹东的物流辐射能力和接收能力均较弱,在网络中处于边缘位置。

表3 点度中心度分析结果

2.中间中心度

中间中心度分析结果见表4。

表4 中间中心度分析结果

由表4可知,沈阳的中间中心度处于28个城市中的首位,表明经过沈阳的最短路径最多,其在网络中有极强的物流资源控制能力和物流联系影响力。其次是北京、天津和唐山,这3个城市的中间中心度均大于45,在物流网络中处于核心节点城市与边缘节点城市间的“桥梁”位置。沈阳、北京、天津和唐山的中间中心度总和占总量的77.6%,表明这4个城市在网络中起到重要的连接作用,控制着绝大部分的物流联系,同时这也再次验证了北京、天津和唐山的核心地位。其他中间中心度处于城市则属于地方性的核心节点或一般性节点。而威海、丹东、日照3个城市的中间中心度为0,表明这些城市在网络中处于边缘位置,不能控制其他城市的物流资源。

3.接近中心度

接近中心度的分析结果见表5。

表5 接近中心度分析结果

其中入度和出度分别表示个城市物流接收和物流辐射的接近中心度。从表5可知,北京、天津和唐山排在前三位,表明这3个城市在物流联系中不需要依赖其他城市,可与其他节点城市直接建立物流联系,具有较高的独立性。其次是廊坊、沧州、石家庄、保定等具有较高接近中心度的城市,在物流网络中对于其他城市有较弱的依赖程度。丹东、威海等城市的接近中心度较低,则表示与其他城市的距离相对较远,其物流联系需要大量依赖“中间”城市。

综合以上3种中心性分析,可以发现在环渤海地区物流网络中,北京和天津作为网络核心节点,对其他城市具有极强的物流辐射能力和物流资源控制能力,能直接与其他城市形成良好的物流传递关系。唐山作为潜力核心节点城市,不仅具有距离优势,而且具备优秀的物流吸引能力和传递能力,未来有望成为核心城市。沈阳、青岛、秦皇岛等城市的中间中心度相对较为突出,属于网络中的“桥梁城市”。而丹东、威海等属于边缘节点城市,在网络中离其他城市距离较远,并且在物流联系上对其他城市依赖程度较高。总体而言,环渤海地区物流网络表现出了显著的“核心—半核心—边缘”结构特征,京津冀地区在环渤海物流网络中占据重要地位,省会城市和重要物流枢纽城市也具有较强的物流网络影响力。

(三)凝聚子群分析

为进一步探究网络中子群的聚类情况,运用Ucinet中的CONCOR算法分析环渤海地区物流网络的凝聚子群构成,结果显示,28个城市在三级层面形成了8个子群,在二级层面形成了4个子群。测算三级层面中各子群间的密度系数和E-I指数,结果见表6。其中E-I指数是分裂指数,用于测量网络中派系林立的程度[26],其取值范围为[-1,1],子群的E-I指数越接近1,则表明网络关系越趋向于发生在群体之外,派系林立的程度越小。

表6 凝聚子群密度系数与E-I指数分析结果

通过凝聚子群结果分析,环渤海地区物流网络的凝聚子群在结构上并不均衡,子群成员数量差距较大,地域差距较明显。整个网络在二级层面上将环渤海地区划分为了中部、南部和北部三大部分地区。子群1包含两个核心城市和一个次核心城市,体现了以北京—天津为双核心驱动,唐山优先承接核心资源,“两级三城”紧密互动的物流网络特点。子群2包含了大部分河北省的城市,与子群1在二级层面合为第一子群,体现了核心城市对周边城市的聚集效应,以及京津冀地区在环渤海地区中的重要地位。子群3与子群4在二级层面上合为第二子群,覆盖了环渤海地区的南部城市,这表明山东半岛和河北省的部分城市形成了良好的物流互动关系,其中邢台、衡水、邯郸并未划入子群2,说明其地理区位虽然占优势,但子群2的物流辐射能力略显不足。环渤海的辽东半岛地区形成了4个三级子群和2个三级子群,相较而言网络割裂情况较为明显,子群成员较为分散,表明辽东半岛地区的物流网络凝聚性较差,节点城市间的物流互动关系较差。其中子群8中仅丹东一个城市,说明其属于地理位置较远,物流联系较差的边缘节点。

从表6可以发现,第一子群对其他子群具有明显的物流辐射作用和带动作用,并且第一子群的内部联系等于外部联系,表明子群1和子群2在内部和外部都具有较好的物流联系,子群结构较为成熟稳定。第二子群中,子群3的内部联系和外部联系相对来说较为均衡,但子群4的内部联系较弱,且与子群2的物流联系较差。第三子群和第四子群的外部物流联系呈现出明显的偏向,外部密度系数普遍较低,表明其仅与部分子群具有良好的物流联系,外部联系并不紧密。从E-I指数来说,子群1、子群4、子群5、子群6、子群7和子群8的E-I指数均大于0.5,表明这些子群的物流联系趋向于发生在群体之外,派系林立的程度较小。而子群2和子群3的E-I指数相对来说偏低,表明这两个子群的物流联系趋向于群体之内,派系林立的程度较大。综合来看,环渤海地区物流网络的核心城市子群辐射作用突出,中部地区的子群结构相对较好,但凝聚子群间物流联系极不平衡,子群结构并不稳定。物流互动关系的地域偏向性较强,尤其是辽东半岛的子群凝聚力较弱,不利于环渤海地区物流网络的一体化发展。

四、结论与政策建议

(一)结论

第一,在城市质量上,环渤海地区物流网络整体呈现“中部强,两翼弱”的空间格局,京津冀地区的物流质量整体强于山东半岛和辽东半岛,其中北京的资源优势明显,综合物流能力较高,区域内其他城市则普遍偏低。

第二,在物流联系上,环渤海地区物流网络的物流引力联系密集,但存在大量较弱的物流联系。物流空间联系在辐射能力和接受能力上整体处于不平衡的状态,物流辐射能力和接受能力与物流联系总量呈正相关关系。

第三,在网络结构上,环渤海地区物流网络整体密度较高、关联性较好,形成了以北京—天津为双核心节点、京津冀地区为核心区域,唐山、沈阳、青岛等为半核心节点,丹东、威海等为边缘节点的“核心—半核心—边缘”结构。

第四,在凝聚子群上,物流网络可分为4类子群,其中京津冀地区的子群结构相对较好,北京、天津所在的子群辐射作用突出。其他子群的结构稳定性差,物流互动关系的地域偏向性较强,子群内外协作关系需要进一步完善。

(二)政策建议

第一,强化核心辐射作用,平衡物流空间差异。提高北京和天津的综合物流承载能力和物流资源优化配置能力,加强对区域发展的物流辐射作用。放大京津冀城市群的优势,以优势区域为引领将物流资源扩散至辽东半岛和山东半岛,积极联动核心区域以外的其他城市。优先选择建设唐山、青岛等具有“桥梁”作用的重要节点城市,促进其承接核心城市的物流资源输出,疏解核心城市的物流压力,搭建起区域物流发展框架,带动网络边缘城市联动发展,提升区域整体经济水平和物流联系强度。

第二,整合物流产业资源,完善物流通道建设。推动建设国际性物流枢纽中心、综合性区域物流中心和功能性物流园区,利用多层次、多元化的物流产业布局将环渤海地区的城市相互关联、紧密连接。科学规划设计物流通道,完善公路、铁路、航空、水运以及多式联运方面的建设,考虑建设跨海大桥将辽东半岛和山东半岛直接相连,畅通环渤海地区的物流传递通道,加速城市间的要素流动。

第三,形成物流协同机制,健全一体化发展机制。明确环渤海地区物流网络节点的功能定位,统筹优化区域资源配置,健全资源输入地和资源输出地之间的利益补偿机制,消除重复性建设,促进区域协同发展。建立长期有效的合作机制,克服跨区域壁垒、地方性政策等障碍,积极发展区域物流合作平台。充分发挥市场主导作用,有序发展物流行业协会,加快探索建立规划制度统一、发展模式共推、治理方式一致、区域市场联动的区域市场一体化发展新机制。