港城互动系统的理论架构

一、港城互动系统的理论架构

许多学者已经对港口与城市的互动系统进行了分析，系统动力学被认为是能够揭示港城系统动态的重要理论。以此为基础建立的港城互动系统，能够为系统分析打下良好的基础。

（一）建立港城互动系统的理论基础

1.系统理论

系统是基于一定的目标，由相互联系和相互作用的若干组成部分结合而成的统一整体。系统的内涵包括几方面重要的内容：首先，系统由多个要素构成，而且不同要素之间存在着或多或少的联系；其次，系统内的各要素之间并不是孤立存在的，而是相互联系的；再次，由于系统目标和结构的变化，系统处于不断的动态变化中。

系统理论的基本思想，是把若干相互联系与作用的要素组成的要素集合，看作一个有机整体，这些要素集合具有相应特定结构和功能，同时要求全面地、开放地、持续地、发展和动态地看待问题。系统理论有如下基本特点：（l）整体性：强调要从系统整体及其整体运动规律层面上去认识、考察和把握一个系统及其分要素和子系统。（2）联系性：强调要以普遍联系的观点和方法去认识、考察和把握一个系统及其分要素和子系统。（3）有序性：认为系统的有序性越高，结构与功能就越优化，这就要求人们应该尽最大努力改善与提高系统的有序性。（4）动态性：强调要以动态的和发展的眼光与思维去认识、考察和把握一个系统及其分要素及子系统。（5）自适应性：认为任何稳定性有序的系统都具有自我调节、自我控制的能力。

2.系统动力学

系统动力学（System Dynamics，简称SD）出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院（MIT）的福瑞斯特（J.W.Forrester）教授。系统动力学是福瑞斯特教授于1958年为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法，最初叫工业动态学。

系统动力学是一种研究信息反馈系统动态行为的仿真方法，是认识和处理高阶次、非线性、多重反馈的复杂时变系统极为有效的认识工具和模型方法，有效地把信息反馈的控制原理与因果关系的逻辑分析结合起来，从研究系统内部结构入手，建立系统的仿真模型，并对模型实施各种不同的政策方案，通过计算机仿真展示系统的宏观行为，寻求解决问题的正确途径。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。它在企业经营管理方面的应用，自20世纪50年代开始经久不衰，还与60年代城市动力学、70年代世界动力学和始于70年代初而结果于80年代的美国国家SD模型和经济长波理论研究驰名于世。

系统动力学的研究点是那些源自反馈机制的动力学问题，强调系统的行为模式主要根植于系统内的信息反馈机制。运用系统动力学提出并解决的问题有两个共同特点。首先，系统动力学问题是动态的问题，这些问题通常用随时间连续变化的量来表示，可用变量随时间变化的图形曲线来定义。其次，系统动力学问题使用反馈来揭示原因和寻找解决问题的办法。复杂系统中的反馈回路（feedback loop）形成相互联系、相互制约的结构。就社会经济系统而言，反馈回路联结了关键变量（决策的杠杆作用点）与其周围其他变量的关系。决策导致行动，行动改变系统周围的状态，并产生新的信息——未来新决策的依据，如此循环作用形成反馈回路。

3.因果关系图

系统动力学的建模过程是从因果关系图→流图→数学建模的过程。如果事件A（原因）引起事件B（结果），AB间便形成因果关系。若A增加引起B增加，称AB构成正因果关系；若A引起B减少，则称负因果关系。两个以上因果关系链首尾相连构成反馈回路，亦分正、负反馈回路。因果关系图是反映系统各个要素之间因果反馈关系的框图。本章将运用系统动力学中的因果关系分析，深入探究港口系统与城市系统各要素之间的互动机制。

（二）港城互动系统的基本框架和特征

1.基本框架

港城互动的基本框架包括港口运输系统、城市经济系统、城市资源投入系统、港口资源与投入系统（见图3-1）。

图3-1　港口与城市系统的基本框架

2.特征

（1）复杂性和开放性

港口城市系统包括港口子系统、城市经济子系统等多个子系统，各个子系统内部要素间、子系统与外部环境之间存在着复杂的非线性的联系。港口城市系统的开放性，是指港口城市系统与物质、能量、信息等环境之间经过反复的流动、交换和加工处理，推动港口城市系统的经济活动有规律地运行。

（2）资源性

陆域空间、岸线和海域空间等港口资源是港口生存和发展的基础，具有不可替代性。所以，港口岸线资源是港口城市系统的重要组成部分。

（3）动态性和延迟性

港口城市是一个动态系统，其涉及的因素包括城市社会发展、港口建设、产业结构的调整等因素都随时间变化而变化。这种动态变化过程中存在着延迟，比如从城市经济发展战略的制定到具体实施，需要有一个过程，具有一定的滞后性。

（4）反馈性和可控性

反馈是动态平衡系统的一种固有的性质。当系统偏离稳定状态时，负反馈促使其返回原来的状态；而超过这一阈值，正反馈将加速系统的崩溃，而这一阈值可以通过人类活动的参加进行干预。

（三）港城互动系统模型构建的步骤

构建港城互动发展模型的步骤如下：

（1）首先分析港城互动发展所面临的问题，将整个系统划分为城市经济子系统、港口子系统、城市资源与投入子系统和港口资源与投入子系统。港口子系统和临港产业子系统对城市经济的发展起正反馈作用，但是若港口及临港产业对城市环境造成破坏，将对经济起阻碍作用。

（2）在分析系统内部要素以及系统间相互作用关系的基础上，作出其相互影响的因果关系图。

（3）通过系统要素的因果分析，画出系统的因果关系图。根据因果关系图中的反馈环，分析各要素之间的因果关系。

（4）根据因果关系分析，探讨港城互动机制及其动态变化趋势，并分析改善系统的途径。