基于系统动力学的货物运输结构调整策略研究

摘 要：为优化货物运输结构调整策略，本文基于系统动力学，综合考虑影响地区货物运输结构调整的经济、政策和环境因素，建立以公路、铁路为主的货物运输结构模型，并以赤峰市为例进行仿真预测。结果表明，赤峰市货物运输结构调整虽然成效显著，但仍有改进空间。因此本文提出基础建设导向型、市场化导向型、单一结构调整导向型和综合发展导向型4种改进方案，其中综合发展导向型改进效果最佳。未来的货物运输结构调整需要进一步提高公转铁货运转移力度，同时加强货运市场法治规范，全面提高货物运输结构调整的社会、经济和环境效益。

关键词：运输工程；货物运输；运输结构调整；系统动力学；模糊推理

中图分类号：U 238" " " 文献标志码：A

运输结构调整的目标是充分发挥各种运输方式的比较优势和组合效率，推动交通运输碳减排和交通运输高质量发展。2021年12月，国务院办公厅发布《推进多式联运发展优化调整运输结构工作方案（2021—2025年）》，在推进“公转铁”策略的基础上，进一步优化调整运输结构，提出要基本形成以铁路和水路为主的发展格局，明确了加速行业绿色低碳转型的必然要求。

研究人员围绕货物运输结构调整进行了大量探索性分析。多数研究使用定性分析方法为运输结构调整提出建议，如冯文波从市场替代、能力短板等方面分析运输结构失衡的影响因素[1]；部分学者利用简单的定量分析研究该问题，如高玉健通过政策工具视角研究方法分析近10年京津冀及其周边地区的运输结构特征[2]；部分研究从单一影响因子角度进行货物运输结构调整研究，如王人洁等从减排成本效益角度出发分析运输结构调整的主要任务[3]。因此，本文以系统动力学为基础，考虑影响货物运输结构调整的多重因素，构建货物运输结构模型，最后以赤峰市为例分析模型结果，并提出货物运输结构调整策略改进建议。

1 模型影响因子分析

货物运输结构调整不仅离不开运输市场自身作用，更离不开经济支撑和政策支持，同时在碳达峰、碳中和的背景下，环境效益也成为运输结构调整的重要考量。本文分析货物运输结构调整影响因子时，主要考虑了经济、政策和环境3方面因素，见表1。

2 系统动力学分析与建模

系统动力学从系统内部结构出发寻找问题根源，利用反馈回路来描述问题的演变，从而反映出复杂系统内各影响因素的关系。利用仿真软件VensimPLE分析货物运输结构调整过程中的影响因素，刻画各变量间的动态作用关系，从而为货物运输结构调整策略提供建议。

2.1 因果分析

因果回路图是为了反映系统内部各因素间的因果关系而构建的一种定性描述系统结构的方法，是后续构建货物运输调整模型的基础。综合考虑表1中提到的影响货物运输结构调整的经济、政策和环境因素等绘制因果回路图，如图1所示。图中包括多条因果链，每条因果链都有极性，其中正号表示箭头指向的变量随箭头源变量增加而增加，负号则相反。

2.2 系统流图和模型构建

货物运输结构存量流量图如图2所示。在因果回路图的基础上增加水平变量（图2中方框内变量）、速率变量（图2中双横线下变量）以及辅助变量（其余新增变量），输入各参数间的变量关系表达式，构建货物运输系统结构的系统动力学模型，得到如图2所示的货物运输系统结构存量流量图，以直观反映货物运输结构调整模型中各变量间的影响关系和内在机理。其中各子系统包括的主要变量表达式见表2。

3 货物运输结构调整案例应用

3.1 案例背景和模型参数

作为内蒙古自治区货物运输发展的领头羊，赤峰市全面推进了“公转铁”和运输结构绿色化转型等行动。因此，下文将以赤峰市为例分析其货物运输结构调整效果，并针对不同优化策略进行仿真预测和效果评价。以《赤峰统计年鉴》[4]《赤峰市国民经济和社会发展统计公报》等为主要数据来源，对所建立的模型内部变量进行标定，主要变量数值见表3。

3.2 模型仿真结果分析

为检验模型的可靠性，本文将2017年作为仿真初始年，选取时间步长为1a，进行2018—2021年共4年的仿真模拟。指标整体趋势和实际情况吻合程度较高，平均相对误差为3.1%，说明该模型具有较高的可靠性，可为后期的多重仿真预测提供合理性保障。

在模型有效性得到验证的基础上，分析2021年货物运输结构调整决策对未来赤峰市货物运输系统的影响。各种运输方式货运量对比图如图3所示，随着年份增加，2种货运量均呈上涨趋势，其中铁路货运量涨幅较大，货物运输结构调整效果显著。环境污染量如图4所示，随着时间增加，环境污染量增长幅度不断降低且环境污染量曲线的斜率有所增大，反映了环境污染治理过程中的时滞性，与真实情况吻合。到2027年，环境污染量开始下降，2030年相比下降3.24万t。

GDP与物流成本分析图如图5所示。由图5可知，物流成本在GDP中的占比明显下降，整个货运系统的物流效率和物流结构得到大幅优化。综上所述，赤峰市货物运输结构调整效果显著，应持续大力推进货物运输市场结构调整，创造更好的经济社会价值和环境效益。

3.3 仿真优化方案设计和分析

为优化现有货物运输结构，本文设置了5种方案，模拟不同的货物运输调整措施，见表4。并从经济效果、公转铁力度和环境效益3个方面分别选取GDP、铁公货运比和氮氧化物含量3项指标，对多种货物运输结构调整优化方案的效果进行比较和评价。

3.3.1 经济效果

不同方案对应的GDP和物流成本占GDP比值分别如图6、图7所示。由图6和图7可知，方案五GDP涨幅最大且物流成本占GDP比值降幅最大，方案一、三变化幅度最低且重叠程度较高，难以区分。方案四具有较好的经济效益。方案二侧重于提高铁路基础建设水平，比方案一有较大提升。方案三侧重加强铁路市场化程度，对经济发展作用较小。因此在经济效果层面，应加大公转铁力度以提高铁路基础建设水平。

3.3.2 铁公货运比

各优化方案对应铁公货运量比如图8所示。由图8可以看出，方案四公转铁效果最好，方案五紧随其后，说明其他因素可以弥补政策导向型货运转移，促进公转铁。方案二的初期与方案一、方案三差距不大，但方案二后期逐渐拉开与二者的差距，说明从长远角度看铁路基础建设的影响仍不可忽视。方案三虽然比方案一有所增长，但增幅不大，可见刺激铁路货运市场化发展不能成为公转铁的主要手段，与其他方式结合才能发挥较好作用。

3.3.3 环境污染

不同方案对应的环境污染量如图9所示。方案四氮氧化物、二氧化碳和PM2.5排放量增长的幅度最小且污染量最小，方案五次之，说明与治理已排放的氮氧化物相比，从源头控制各种污染物产生能有效降低环境污染。随着时间增加，治理效果更明显，说明环境治理存在一定延迟性。

为全面考量各优化方案的效果，利用MATLAB模糊推理工具对GDP（经济效果指标）、氮氧化物含量（环境效果指标）和铁公货运比（公转铁力度指标）进行综合评价，以2030年数据为评价输入值，评级规则包括GDP、污染量、铁公货运比和综合评分，4个评价指标均进行三等分并生成结果，其中综合评分最大值为1，所得各优化方案综合评价结果见表5。

方案四和方案五评级结果为“最好”，可以看出，单一结构调整导向型、综合性发展导向型货物运输结构调整方案的效果相对较好，其中综合性发展导向型运输结构调整方案得分最高，可见政策导向的公路货运向铁路货运转移的决策对整个系统具有重要作用，货物运输系统是一个综合性系统，需要从经济、政策和环境等多方面进行改进，以优化货物运输结构。

4 结论

本文对运输结构调整进行了模型应用分析，提出4种赤峰市货物运输结构调整的改进方案，其中相对最佳的参考改进策略为综合性发展导向型货物运输结构调整方案，即在现有基础上使公路向铁路的长途货运转移量增加约25%，铁路投资比增加约25%，政府补贴增加约25%。因此建议制定货物运输结构调整优化策略时，应加强政策引导，提高公转铁货运转移力度，辅助以增加铁路基础建设和铁路市场化建设的投资和补贴，综合考虑做出决策。同时，模型设置还可结合实际不断完善，应用于更广泛的货物运输结构调整场景分析。

参考文献

[1]冯文波.我国运输结构优化调整影响因素与策略研究[J].铁道运输与经济，2019，41（9）：18-23.

[2]高玉健.京津冀及周边地区运输结构调整影响因素与策略研究[J].交通节能与环保，2022，18（2）：22-26.

[3]王人洁，王玮，杨道源，等.内蒙古自治区交通运输结构调整减排成本效益分析[J].交通节能与环保，2022，18（4）：34-39.

[4]赤峰统计局.赤峰统计年鉴-2021[M].北京：中国统计出版社，2021.

作者简介：王晨瑜（1968—），男，山西沁县人，汉族，大学本科，就职于国家电投集团电站运营技术（北京）有限公司，正高级工程师，从事交通物流及节能改造等项目研究。