指标体系优化理论基础

本节主要从港城关系和系统动力学两个方面来论述港口与产业互动指标体系的优化理论基础，详细而全面地阐述了国内外关于港城关系内涵、具体内容、影响因素、互动评价、发展趋势等研究，并概述了系统动力学的相关原理和建模过程等。

一、港城关系理论

近年来，东部沿海地区已经成为我国整个国民经济快速增长的发动机，其中尤其以长江三角洲、珠江三角洲和环渤海经济圈为代表。这三个地区以大型港口为中心，依托沿海地区形成三大城市带，三大城市带的国土面积仅占全国总面积的1.61％ ，人口仅占10.08％ ，经济发展水平却远高于全国的平均水平，GDP占全国的50％以上，人均GDP是全国平均水平的3.32倍，进出口总额以及实际利用外资额占全国同类指标总量的70％以上，社会消费品零售总额和固定资产总额也占到全国的三分之一强，成为引领我国经济发展的三驾马车。

在沿海经济快速发展的过程中，港口起到了非常重要的作用，逐渐形成了三大港口群。当前，我国正兴起新一轮的港口建设热潮，由此带动了当地及其辐射区域系列产业链的发展，而这种辐射正形成一种“港口经济”效应。

（一）港口与城市的相互关系概述

港口与城市之间有着密不可分的关系，它们既是系统的整体，也是系统的两极，两者互为动力、休戚相关、相生相伴，就像人类文明的渊源总是伴随着河流一样，港口城市发展的脉络总是在港口的变迁和历史发展中清晰可见。比如，江泽民同志曾经指出：“港口和城市有着十分密切的关系。自有人类以来，人们就利用天然河流创造出一代代的人类文明。世界发展到今天的时代，港口如何依托城市现有的经济、技术条件，达到自我完善、自我发展，而城市经济又怎样利用港口门户走向世界，港为城用，城以港兴，应该是我们在世界经济新的挑战面前所要研究的主要课题。”[1]同时，由于港城发展的差异性，带来了发展过程中不可避免的矛盾、冲突、取舍，也正是由于两者在发展过程中相互间的必然影响与冲击，决定了港城关系对港口和城市发展的重要性。

1.港城关系的概念

一般而言，港城关系泛指港口与所在城市之间的关系。它既包括港口对城市的依赖和影响，城市对港口的依托和拉动等作用；同时也包括港口和城市在时间、空间、经济、产业、功能、文化上的不同关系。综观国内和国外、历史和现状，可以显见港口与城市之间表现出一种互动关系，即使在不同历史阶段，这种关系的表现或程度也有所不同，不断发展变化，但很显然两者之间的发展有着不可分割的联系。

2.港城关系的具体内容

港口作为运输的枢纽促进了城市的形成，港口不断的变迁发展，促进了城市区位的调整和城市空间的不断扩大；港口产业的发展可以改变或影响港口城市的产业结构，进而改变城市的功能布局；港口的开发和开放是港口城市社会文化多样性和外向型发展的催化剂；港口的集聚和辐射作用是奠定港口城市区域中心地位的基础。港口城市是港口的最直接经济腹地，其经济活动的扩张、经济规模的扩大，对港口生产提供源源不断的支持；港口城市为港口提供人力资源、土地、集疏运等硬件设施和金融、贸易、服务等软件的支持。港口与城市作为一个统一体，两者的良性互动关系将会推动港口和城市的共同发展。

（1）空间布局关系———从自然形成及历史发展来看，港口城市的出现和发展与港口的使用及变迁直接相关，港口城市的空间布局演变与港口的活动、分布与规模密切相关。

一方面，港口的发展引发港口功能、规模、区位的变化，进而带动港址地区城市的功能转化、空间扩展和布局调整。港口向水深、陆域条件更好的河口下段方向推移，再从入海口沿海岸推移或向海岛推移，形成河口港、海岸港或海岛港，相应城市空间也随着港口的推移而向入海口、海岸或海岛方向发展。另一方面，城市的经济活动与发展促进了城市规模及空间布局形态的变化，进而对港口各方面的发展提出了更多、更高的要求，从而促使港口的规模、布局形态发生变化。

（2）功能定位关系———港口的功能主要是运输、贸易和服务，港口作为运输的枢纽，为城市提供对外交通的通道并利用其资源配置功能，带动港口城市相关产业的发展。港口城市作为港口的依托，具有为港口提供金融、信息服务，贸易活动的空间和转运通道等功能。

现代港口不但能汇聚所在城市的生产要素，给城市经济注入活力，而且能吸引国内外优秀资源与资本在本城配置，给城市带来新的经济增长极，并进一步引导城市优势资源进行合理转移与重新配置，大大提升港口城市的经济水平、素质和区域影响力。港口城市作为港口的最直接腹地，其经济和产业结构的不断发展变化，给港口生产带来源源不断的动力，也使港口的功能、服务等相应发生变化；同时，作为港口重要依托的港口城市，在港口的转型与发展过程中不断地为其提供各种支持和服务。

（3）产业联动关系———作为综合运输枢纽的港口，其运输、贸易和服务功能使港口成为现代生产要素的最佳结合点、重要的信息中心和供应链的重要节点，并使港口在国际生产、贸易和运输系统中的地位不断上升，带来港口各项产业如工业、商业以及金融、贸易、科技、交通、信息、旅游等不断生成和飞速发展。同时，港口产业的发展不断要求建设和提升城市的基础设施条件，而良好的城市基础设施条件的建成，又为城市更好地吸引和集聚了众多的资源及关联产业，并促使港口城市原有的产业进行调整、重组和提升。如：港口作为综合运输枢纽，可带动港口各种运输方式和其他相关产业，如水运、陆运、物流业、仓储业、中介代理业等的发展，而这些港口产业的发展，需要城市产业的配合与衔接，从而使城市产业结构呈现港口城市独有的特点。

很显然，港口产业的繁荣和发展带来了所在城市产业的繁荣和进步，又同时反过来进一步促进了自身更长远的发展，这种连锁反应般的良性循环使城市和港口的产业关联更加紧密，同时更加多元和合理。

（4）要素配置关系———现代港口经济的发展使资本、贸易、科技、航运、仓储、金融、商业、信息、旅游等经济要素向区域中心港口和中心城市集聚，以达到区域内资源优化配置，成本最低，资源消耗最少，效率最高，竞争力最强的目的，这给区域港口和城市发展带来挑战和机遇。经济和贸易的全球化，竞争的多元化和白热化，使得这些经济要素的流动在不断加强、加快。港口要吸引和留住这些要素并进行集聚配置，除了需要在经营管理、产业发展、服务提升等方面下足功夫外，也要求港口城市在政策、法律、基础设施等要素方面进行积极配合，成为港口和城市发展、能力提升的“助推器”。

（5）经济互利关系———港口在城市经济发展中起着重要的作用。第一，港口城市的自身物流占港口吞吐量的比重一般都比较高，城市本身对港口条件利用较大，城市经济发展的运输成本、基本建设支出与土地的利用与增值更加优化合理。第二，港口作为海陆交通枢纽，具有连接国内外市场的作用，使城市经济辐射范围更广、更远，使港口城市经济外向型程度明显高于非港口城市。第三，现代港口集聚了资本、贸易、科技、航运、仓储、金融、商业、信息、旅游等诸多经济要素，可以为港口城市的贸易、金融、物流、仓储等产业的发展带来许多机会和便利，使城市的经济更加多元化、各类市场更加活跃，随着港口与城市的一体化发展，港口和港口城市正成为跨国企业、国际贸易和服务业的集聚场所，成为新的经济增长点。

（6）文化渗透关系———港口及城市的全球化竞争，除涉及经济、贸易、服务等方面之外，港口和城市的个性特色、文化魅力成为当前竞争的新军。一方面，港口城市因港口而生，因港口而兴，因港口而名，港口城市的个性特色、社会文化的形成及内在特征与港口的发展及变迁不可分割，带着明显的港口烙印，港口城市文化的多样性和外向性明显。另一方面，现代港口作为城市整体的组成部分，在地域上和生产生活上与城市呼吸相闻、休戚相关，并依托其所在的城市不断壮大和发展，城市先进的企业文化、管理理念等不断地影响着港口文化的内涵与发展，不断地与港口文化相碰撞、融合，形成港口与城市政府、社区、市民、其他企业或团体、保税区、岛之间密不可分的联系。

3.其他视角的港城关系

现代港口产业和功能的发展变化极大地提升了港口城市的竞争力，同时城市频繁的经济活动也为港口提供了各种支持和动力，使港口得以更好地向前发展。港口和城市相互促进，共同繁荣。然而，由于港城系统在不同的发展阶段因利益主体、功能发挥、价值取向的不同，以及对资源和空间的竞争性利用，港口与城市在相互促进的同时也存在着不同程度的矛盾与冲突。

作为企业和城市区域，港口需要所在城市在各方面的谅解、支持与依托，如港城集疏运体系的完善、港口和岸线的扩张、能源的使用和对环境的保护、卫生医疗等社会保障体系的支持等。而城市作为人们的聚居地，其发展目标是不断促进经济的发展，提高市民的生活质量，同时又满足人们对环境的高标准要求。港口和城市两者虽然在发展经济这个问题上有着共识，但对城市而言，港口生产造成的土地占用、交通拥挤、噪声、环境污染等是非常严重的问题，是破坏城市生活、城市形象、城市化进程的重要因素；但对港口而言，要进行正常的生产作业，城市完善的交通基础设施和系统、合理的土地使用及岸线设置、有力的金融和财政政策、水电及其他生产生活资料的供应、完善的卫生医疗社会保障等支持非常重要，同时，港口生产带来的各种不利因素及对城市环境的破坏也希望能得到一定程度的谅解。

4.影响港城关系发展的因素

由以上港城关系的内容可以看出，建立和发展良性的港城关系牵涉到许多方面，不论其影响力的大小，主要有区位及自然条件、理念、政策、硬件、软件等因素。

众所周知，区位及自然条件对港口或城市发展的影响显著。在经济全球化的今天，经济发展已经跳脱了一港、一城和一国的界限，一个港口或一个城市如果处在全球交通要道或要塞，那么它发展的机会就完全可以与其重要性成正比，发展的时机也相对要更早，这是当前我国沿海港口与城市在经济发展大潮中冲在前方的重要原因。由于港口与其所在城市联系的紧密性，良好的区位及自然条件带动了港口或城市的发展，同时发达的港口或城市又促进了其所在城市或港口的经济发展。

具备了良好的区位及自然条件，港口或城市有了发展的原动力，但是港、城的持续发展与港城关系的发展息息相关，一味地强调港口发展或只强调城市利益，那么再好的区位和自然条件也只能带来一时的港、城繁荣，当港口和其城市发展带来的矛盾、冲突扩大到难以调和的地步时，它们都将失去可持续发展的机会。而发展良好的港城关系的前提在于其先锋因素———理念开拓和保障因素———政策支持。只有在理解和掌握了港城关系的内涵、内容和发展变化的特点的基础上，建立发展良性港城关系的一系列先锋理念，才能在港、城发展的过程中把握和调节各种冲突或矛盾的发展变化，更好地促进港、城可持续发展。当然，先进的理念必须要有良好的政策支持，否则就会成为空想或空谈，而在具体建设和实施的过程中则离不开各种硬件和软件的支持。

（二）国外港城关系相关理论

由于国外港口的先发优势，国外对港城关系的研究起步较早。在对港口发展的过程中，不断对港城发展做出新的总结、归纳和研究，有力地推进了港口城市的建设与发展。国外对港口城市的研究，主要从港口区位、港口经济效益、港口与城市空间关系、可持续发展等几大方面展开。

1.港口与腹地关系研究

港口与腹地之间关系的研究有着悠久的学术渊源。腹地的存在与变化体现了港口与城市、区域之间的相互依存关系。20世纪50年代Patton[2]、Morgan[3]等人的研究都表明腹地在港口形成与发展过程中的决定性作用。到60年代对港口与腹地相互依存关系有了进一步的认识，认为港口发展是区域经济增长的重要因素，港口建设应成为国家和区域的政策重心。

随着世界经济贸易的持续发展，以及港口与内陆交通联系网络的不断改善，欧美国家港口之间对腹地的货源竞争日益激烈。西方学者对港口与腹地的关系研究不再局限于单个港口，而开始从区域和整体的角度出发，对相关港口之间的相互竞争进行分析。起初只是局限于港口的陆向腹地竞争的探讨，稍后逐渐深入到海向腹地竞争，以及对港—陆综合费用优势的综合分析。20世纪70年代以后，相关港口之间腹地竞争的研究扩展到劳动力费用、铁路连通性、港口可达性以及土地可得性等因素。[4][5]

20世纪70年代末，运输的集装箱化和全球经济一体化打破了港口与腹地之间传统的运输联系网络。在集装箱时代到来之前，件杂货港口服务的腹地普遍很小，大部分港口货物的来源地与目的地距离不远，一般不超过几百公里。但是80年代以后，全球经济一体化的迅速发展为港口带来丰富的货源，同时也极大地刺激了航运业的技术进步。集装箱运输及随之迅速发展起来的国际多式联运极大扩展了港口的吸引范围。在新的技术条件下，传统的腹地概念也发生很大的变化，港口之间的竞争更趋激烈。Hayuth[6][7]、Slack[8]等人的研究表明：一些港口由于解除了政府管制，加强与铁路的协作从而强化了原有的区位优势，腹地得到扩展。另一些港口却失去了原有的腹地。港口与腹地的关系更趋复杂化，腹地呈现多样化趋势，即腹地出现许多为集装箱服务的“旱港”（内陆集装箱中转站），工业、商业和交通运输管理更多集中于此。传统的直接腹地概念受到极大冲击，传统港口仅成为多式联运模式下的一个中转站。有关港口与腹地关系研究的广度和深度仍在不断地拓展，仍然是港口与区域发展研究的一个重要内容。

2.港城空间关系研究

20世纪60年代英国地理学家Bird在基于英国海港发展考察的基础上，提出了“任意港”的概念，成为“港口通用模型”。该模型着眼于港口设施的扩展，总结了港口发展的六个阶段[9]，即初始阶段、边缘码头扩张阶段、边缘码头整缮阶段、港区整缮阶段、一般线性码头群发展阶段、专业化码头群发展阶段。这一理论的重要意义在于揭示了港口发展规律：随着港口设施的不断完善，港口向下游发展的趋势十分明显，从而使港口与城市中心区之间的分离也越来越明显。由于“港口通用模型”提出之时，集装箱运输并没有大规模发展，现代物流理念还远未成熟，所以该模式对集装箱化与物流化导致港口布局的变化并不适用。

不同学者将“港口通用模型”应用于世界多个港口，并根据各港口的特定条件对模型进行了修正。Taaffe在研究中构建了港城发展动力模型[10]，归纳了交通欠发达地区的交通发展包含港口彼此孤立发展、干线连接主要港口和内陆中心、支线发展、相互联系产生、相互联系完善、主要公路连接专业化港口与内陆中心等六个发展阶段，认为交通网络扩张对腹地交通便利的影响和枢纽港的产生与港口群的产生成为港口空间格局发生变化的重要因素，即随着交通网络的延伸和枢纽港的带动，港口腹地随港区布局的变化而发展，港口所在城市因港口腹地扩张而迅速发展。

在Taaffe所做研究的基础上，Rimmer[11]根据对澳大利亚、新西兰海港空间演化的实证研究，对Taaffe的模型进行了改进，将不定期班轮服务与定期班轮服务的影响，尤其是后者的作用纳入对港口体系的考虑，对Taaffe的交通网络模型进行改进，在发展序列上加入了“边缘港口发展与港口体系扩散型发展”这一阶段。Taaffe和Rimmer的模型主要解释了港口城市发展的动力问题，并且都侧重考虑交通因子的作用，所以被称为港口城市发展单因子动力模型。

研究在一定地域范围内的港口体系演化过程，分析区域内众多港口如何竞争主枢纽港的地位，以及技术进步如何改变区域内港口空间结构和港口之间的相互关系。主要代表有Hayuth[12]对美国港口以及Hoyle和Charlier[13]对东非国家的区域内港口的竞争及港口体系的研究。他们共同关注的问题是港口设备的技术水平、航运的发达程度及港口与陆路交通的经营等对区域港口体系形成与发展的影响。

3.港城可持续发展研究

随着资源和环境因素在经济发展中越来越受到重视，港城互动关系的可持续发展被越来越多的学者和专家所重视。

港城互动关系的可持续发展肇始于滨水区的研究。20世纪50年代以来，由于临海工业区的大幅度扩张，以及港口深水化发展引起的港口与城市日趋明显的分离趋势，大部分港口活动迁至城区以外的区域。在这种情况下，位于港城界面的老港区因不再适用于港口生产而遭到废弃，往往成为一个令政府头疼、环境污染严重，犯罪率高的“问题区域”。在这种背景下，美国主要港口城市如波士顿、巴尔的摩、旧金山等率先提出并实施了著名的“滨水区复兴运动”，之后逐渐扩展到北美其他城市和欧洲国家甚至全世界。滨水区的复兴就其本质而言，就是如何实现港城的可持续发展问题。

1988年Hoyle等[14]三人主编了《滨水区复兴》一书，共收录15篇文章，较为全面地反映了地理学家、经济学家和规划师对全球性的滨水区复兴的思考与主张，同时对多伦多、鹿特丹、巴尔的摩、香港等国际化港口城市进行了个案分析。

20世纪90年代以后。随着可持续发展概念的深入，尤其是1993年，联合国贸易开发会议（UNCTAD）提出了港口可持续发展战略[15][16]，这一举措进一步推动了港口可持续发展研究的全面展开。相关领域的专家和学者们纷纷从定性或定量方面问题进行了研究，并取得了一定的研究成果。定性研究的代表性成果主要有：Brooke[17]首次提出应用绿色理念建立环境影响评估程序并对港口建设过程中产生的影响因子进行总体分析；Georgison[18]等人提出了应通过制度改革实施加拿大最大港口的可持续发展管理模式；Tamura[19]等人指出了21世纪的港口发展战略应强调土地保护和环境友好的重要性；Goulielmos[20]指出了港口运营时导致的运输和环境之间的冲突并提出相关解决对策；Mc Cornnell[21]等通过分析港航业对港区经济发展和周边环境的影响，宣传可持续发展战略和综合管理方法以加强海洋生态系统的保护；Sawada[22]提出了日本大阪湾地区海岸带的生态发展策略；Frihy[23]分析了埃及13个典型的海岸开发项目对本国海洋生态环境造成的负面影响等。

Trozzi[24]等人基于可持续发展思想应用扩散和传播模型全面分析了港航业产生的大气、水域、弃土、垃圾物和噪声污染情况；Dekker[25]从商业利益和公共福利角度分析了港口产生的正面和负面效应，并对鹿特丹港“Maasvlakte2”项目进行环境影响评估，最终测算出了港口对公共福利的净贡献；Bak[26]等人结合城市可持续发展战略，运用交通运输模型对未来集装箱码头发展的预测结果进行了分析；面对日益严重的港口污染问题，近年来世界上许多港口城市都开始致力于环境政策的研究，在港口建设中推广新技术，采用环境保护措施，以期在经济发展动力和城市生活质量之间寻找新的平衡点。欧美等国提出了“绿色港口”的发展策略，将环保理念纳入港口设计和建设中。中国香港政府基于港口污染对人体健康及本地旅游业等方面的影响，已将“绿色港口”策略提至“危机”处理程度。

随着低碳时代的到来，港口与城市的可持续发展，已经成为学界和业界的共识。减少港口对港区和城区的污染，建设绿色港城，将对区域经济产生正面的影响，是今后港城关系必须要考虑的一个重要问题。

（三）国内港城关系相关理论

从国内来看，改革开放以来，沿海港口城市进入全新的快速发展时期。1980年8月，我国正式宣布在深圳、珠海、汕头、厦门四地设置经济特区。1984年4月，国务院决定开放14个沿海开放城市，即大连、秦皇岛、天津、烟台、青岛、连云港、南通、上海、宁波、温州、福州、广州、湛江、广州、北海。1990年4月，党中央、国务院又做出开发和开放上海浦东新区的战略决策，以上海开发开放为龙头，进一步开放长江沿岸城市，尽快把上海建成国际经济、金融、贸易中心之一。随着我国沿海开放战略的实施和港口城市的崛起，港城关系受到理论界的重视和关注。最有代表性的是从系统动力学的角度对港城关系开展了研究与探讨，为传统意义上的港城关系注入了新的内涵，体现了中国传统元素与世界理论前沿的融合与对接。

郑绍昌[27]较早从历史角度探讨了宁波港发展问题。郑绍昌提出，宁波作为中国古代四大港口之一，历史上曾对经济发展产生过很大的影响。可是由于历史条件的限制，宁波港城的巨大优势并没有得到很好的利用。因此，全面评价港城在经济发展中的历史作用，对今天的港城建设将是一种有益的借鉴。商品经济发展对港口发展起着重要作用。黄梦平[28]（1987）等进一步总结了港城发展历史经验，具体探讨港城体系的三种类型，强调指出沿海港口与其所处城市的发展一般表现为伴生相长的关系。港口为所处城市的重要发展因素必然是城市经济结构中举足轻重的组成部分。

许继琴[29]（1997）较早探讨了港口对港口城市发展的促进作用和港口城市的发展模式，认为港口城市成长最重要的动力来源于港口，第一次将港城关系划分为港城初始阶段、港城相互联系、港城聚集效应和城市自然自增长效应四个阶段。提出港口对区域经济发展的推动作用，首先表现为港口建设促进港口城市成长和城市中心职能的增强，然后是港口通过港口城市的中心带动作用推动区域经济的发展。港口城市在港口和临港工业具备相当规模之后，关键是发展第三产业，以增强城市的物流中心和生产中心职能。

刘秉镰[30]（2002）深入地探讨了在经济全球化背景下，港口对城市的作用渠道与内在机理。“建港兴城，以港兴城，港为城用，港以城兴，港城相长，衰荣共济”，这是世界范围内港口城市发展演变的普遍规律。它既揭示了港城关系的变迁过程，也揭示了港城关系相互作用的机理。即港口的发展将促进依托港口的城市发展，城市的繁荣又促进港口的发展。面对经济全球化的浪潮，港口对城市经济发展的作用可以通过以下几个方面进一步发挥：一是利用港口的基础设施功能发挥产业优势，产生直接或间接的经济贡献；二是通过港口服务功能，发挥环境优势，吸收国际跨国公司经营活动的集中，为城市的集聚与扩张奠定基础；三是通过港航业关联作用，发挥结构优势，促进城市第三产业发展，进而向服务型城市迈进；四是利用港口物流功能，逐渐形成物流、人流、商流、资金流、信息流合为一体、相互吸引的良性循环，促进城市现代化和国际化。

宋德驰[31]（2004）概括、总结战后世界各国港口发展史，从港城关系角度第一次概括出依次迭进的三种港口发展观。第一种是交通枢纽观，即以运输经济理论为导向，认为港口是交通枢纽，是水陆运输工具的衔接点，水运货物的集散地。港口的主要任务是进行水运货物与各种运输方式之间的换装。第二种是区域经济观，即以区域经济理论为导向对港口功能的再认识。第三种是生态环境观，即以生态经济理论为导向对港口发展现状的反思，是对港口发展规律认识的再次升华。作者还指出，改革开放以来，我国港口在快速发展的同时，多年积累的矛盾和问题正在凸显出来。主要表现：一是忽视大区域经济发展的潮流，只重视单个港口对本地区经济发展的作用而未能关注港口群体对大区域经济整体推进的协同效应。二是强调港口对地区经济发展的贡献率，而未能全面认识港口发展对城市生态环境的负面作用，而经济发展同生态环境、自然资源的矛盾正在加剧。

张萍、严以新等[32]率先提出了港口建设与城市发展的协调度概念，将协调度的区间划分为8个等级，率先建立了港口与城市发展的评价指标体系。港口与城市系统协调发展指标体系包括城市评价指标体系和港口评价指标体系。城市指标包括GDP，人均GDP，对外贸易额，第一产业、第二产业和第三产业产值，公路货运量，铁路货运量；港口指标体系包括水运货运量、港口吞吐量、港口集装箱吞吐量、泊位数、码头岸线长度、港口设计吞吐能力等。通过对现有的几种协调度评价方法的局限性分析，采用主成分分析与回归相结合的方法建立港口与城市协调度评价模型，为港口和城市的协调发展分析提供了新的思路。作者以上海市为例，对港口与城市的协调发展进行较为深入的分析。

邓焕彬等[33]（2009）选取港口吞吐总量（TTL）代表港口发展水平的指标，港口所在城市的地区国内生产总值（GDP）代表地区经济发展水平的指标，运用计量经济学面板数量（panel data）模型探讨2000—2007年沿海25个港口城市港城发展相互促进的定量关系。研究结果显示，港口吞吐量与港口所在城市国内生产总值具有明显的正相关关系，拟合优度达0.998，说明港口发展对腹地经济发展具有明显的推动作用。从研究结果可以看出，各个港口的截距项和斜率项明显不同，说明各个港口吞吐量与港口所在城市的经济发展关系复杂，这主要与港口吞吐的货类及港口所在城市的经济发展特色有关。βi为港口吞吐量与港口所在城市经济发展促进作用的弹性系数。弹性系数大说明吞吐量对港口所在城市经济影响大，意味着港口服务的腹地范围主要为港口所在城市；弹性系数小说明吞吐量对港口所在城市地方经济影响小，意味着港口的服务腹地远大于港口所在城市范围。

高宗祺等[34]从世界范围内港城关系发展趋势，评述“港兴城兴，港衰城衰”的发展思想，探讨港口城市发展战略。提出港口城市的空间结构实际上是港口地域与城市空间地域的结合，二者发展取向相异却结合为一体。长期以来“港兴城兴，港衰城衰”的发展思想成为各港口城市的发展与规划理念，以致我国沿海大兴港口设施和出台促进港口业发展的政策，导致城市间港口群的竞争加剧，资源重复配置。作者总结不同的港口城市发展历程，发现港口的发展与港口城市的发展不一定要保持一致，“港衰”不一定会引起“城衰”。港口城市的可持续发展应该是港口功能发挥与腹地社会经济发展相互作用的结果，港口功能的调整、腹地社会经济的发展以及地区制度和政策的制定，三者应加以统筹考虑。当前我国港口城市的可持续发展，一方面要探索港口与港口城市发展差异化的可能性，另一方面要依循环经济发展重心转移调整港口城市发展战略。

高琴等[35]试构建港口与城市之间数据包络分析（简称DEA）评价模型，定量测算出港口城市发展的有效性，反映港口与城市互动关系。作者认为，DEA评价模型分为两个子模型：（1）港口所在城市有效性评价模型。评价城市经济发展有效性选择的输入指标，如固定资产投资总额、从业人员总数；输出指标，如GDP、社会消费品零售总额。（2）港口有效性评价模型。在港口有效性评价中，选取历年来港口集装箱有关数据，突出港口当前集装箱化趋势给港口和港口城市、港口腹地带来的影响。作者选择的输入指标，如万吨级以上泊位数、铁路专用线长度；输出指标，如集装箱吞吐量。通过软件对上海、宁波、深圳、广州、天津、大连、青岛等七个城市进行数据分析，将七个城市归纳为四类：港口有效且城市有效的（称之为双有效城市）；港口无效且城市无效的（称之为双无效城市）；港口有效但城市无效的；港口无效但城市有效的。作者还试图构建生产函数测定港口对港口所在城市的经济贡献。

薛芳[36]研究了南通港和南通经济是否合理、有效地发展，揭示港口和城市互动发展的规律，并基于南通港城互动发展的目标提出了相应的建议。作者认为，科学地认识港口和城市的互动发展规律对于正确处理好港口和城市协调、快速发展有着重要的意义。通过对南通港口进行区域经济DEA评价模型实证分析，得出南通城市和港口经济发展的现状，并提出了南通市港口与区域经济互动发展主要实现途径，包括加快沿海洋口、吕四深水港区建设，提升长江港区码头泊位等级，沿江与沿海实现产业互补、联动发展。

系统动力学的运用，为港城关系的研究提供了新的理论基础，打开了新的视野，以系统动力学原理分析港城关系渐渐成为港城关系研究的新热点。

刘丽娜等[37]基于系统动力学分析港口经济，是该领域出现较早的研究文章。作者以系统动力学模型为主体，结合投入产出法、乘数法和计量经济学模型，进行港口经济影响分析，并将该模型应用到大连市的港口经济系统中，通过模型的基本模拟和政策模拟，得出2020年之前大连市港口对社会经济影响的动态变化，并提出了大连市港口发展的建议。确定动态港口经济影响模型主要包括国内生产总值、港口吞吐量、GDP、港口通过能力、港口自然资源、港口压力和港口固定资产投资七个状态变量，此外还包括港口拉动的GDP、港口拉动就业、港口收入和港口自身投资四个辅助变量，通过动态港口经济影响模型对大连市的模拟，发现系统动力学方法和投入产出法以及计量经济学模型相结合可以很好地模拟港口竞争、港口压力等因素对港口经济的影响，并可以利用它作为政策模拟分析思路的理论依据，具有其他方法难以替代的作用。

许长新等[38]将系统动力学方法应用于港口吞吐量预测模型，考虑了各种主要因素对港口吞吐量的影响，较好地解决了港口吞吐量预测方法中考虑系统因素较少的问题以及经济社会发展水平的不确定性等影响港口吞吐量预测所产生的误差问题。与传统方法相比，该模型不仅考虑经济、人口等常规因素，而且考虑资源及综合运输网等更多的影响因素，能较系统地反映出系统各影响因素间的相互关系，通过对宁波港口吞吐量预测系统进行仿真分析，验证了该模型的实用性和有效性。

傅明明等[39]选用系统动力学模型，构建港口—区域经济系统，分析系统内港口子系统、区域经济子系统和社会子系统之间因果关系，构建系统动力学流图和变量关系体系。港口—区域经济系统是自然系统和人工系统组成的复合系统，该系统既存在于国家或国际区域的宏观范畴下，又非具体针对某一微观经济个体，属于中观层面，具有动态性和复杂性的特点。港口—区域经济系统的3个子系统既表现为相互促进，又表现为相互阻碍。通过对某港口与其所在经济间关系的模拟，计算出现阶段该港口与区域经济之间相互促进和阻碍的程度，结果证明了该模型的有效性。

袁旭梅、华艳[40]阐述了港城系统的内涵和构成，运用系统动力学方法构建港城系统仿真模型，构建了港城系统的因果关系图和仿真模型，通过仿真运行，得出2015年之前秦皇岛市港城系统的动态变化情况。运用系统动力学方法并以秦皇岛市港城系统为例进行案例研究，验证了此方法的可行性。从仿真模型运行结果及数据的综合分析可以得出，提高水运货运量、降低港口自然资源消耗和合理规划港口固定资产投资是实现秦皇岛港城系统发展三个最重要的方面。

侯剑[41]在分析港口动力学的基础上，分析了港口经济可持续发展的动态机制，利用系统动力学Vensim软件实现了对港口城市子系统、区域经济子系统、资源环境子系统、港口功能子系统、临港产业子系统和综合运输子系统六个子系统因果关系的分析，从而建立了港口经济可持续发展的系统动力学模型。该模型主张的是对港口经济发展方向和特性的研究，希望从趋势和规模上对港口经济各子系统的行为趋势进行把握。通过模拟发现，港口经济的发展依赖功能的拓展，由于港口功能所带来的辐射效应，使得与港口相关的航运服务业获得持续发展，从而缓冲了城市人口就业压力。但临港产业的发展对港口功能的过度依赖又容易使其陷入过度开发的境地，对区域GDP反而带来副作用。由于港口的建设与发展是一项具有长期效应的系统工程，因此，对其趋势与特性的强调和把握，比在数值上的一味求解精确，可能会更符合实际，也更具有应用价值和指导意义。

上述研究成果为深化新时期港城关系研究奠定了基础，指明了方向；但也存在一定的不足，主要是研究视野不够开阔，特别对新世纪新阶段工业化信息化城镇化市场化国际化整体推进、后危机时代以及生态文明时代背景下港城关系缺乏定性、定量的深入研究。本书基于系统动力学原理分析港城关系，既吸收借鉴了前人的研究成果，又尽量避免前人研究中出现的不足和理论滞后，在运用新理论研究港城关系的方面做出了大胆的尝试。

（四）港城关系的发展趋势

1.港城关系内涵更丰富，港城互动范围更大、形式与途径更多样

一般情况下，港口都是与江、河、海联系在一起的，主要划分为河岸港、河口港、海港。但是，随着社会分工的细致化，科技进步的超前化，竞争加剧的严重化，时代发展的跳跃化，港口的范围变得更广了，港城关系的内涵变得更丰富了。“无水港”“物流港”“生态港”“空港”“信息港”等概念不断涌现且快速发展。这些概念无疑与传统的港口概念有较大的差别，但是无论从它们的自然形态去看，还是就它们的功能进行剖析，或者从它们的发展形式去比较，都会发现这些概念与传统的港口还是一脉相承的。如“无水港”的兴起就是为了更有效地拓展港口的经济腹地，降低货物运输的港口费用；“物流港”与“生态港”则是为了拓展港口功能、加大港口综合开发利用、实现港口资源循环综合利用、适应低碳时代需要、实现港口的可持续发展，是港口发展的趋势；“空港”可以更系统、更全面、更有效地服务于港口发展，实现港口功能的有效利用和补充；“信息港”的建立与推广，突破了时间、空间的局限，大大完善和提高了港口和城市的全方位服务能力和水平，同时也成为港口城市新的增长点。由此可见，港口概念的进一步拓宽，将改变人们的生产与生活，拓宽人们的思路与认识，对当前及今后的港城关系产生重要而深远的影响。

在以往阶段，港城互动主要局限于一城一港之间，空间范围比较有限；港口与城市互动形式主要局限于港口与产业、港口与城市等方面，互动的途径也相对较少。随着“无水港”“物流港”“生态港”“空港”“信息港”的出现和发展，港城互动的范围不断扩大，形式和途径也变得更丰富。港城互动的范围从过去单纯的港口与港口城市的互动，拓展到范围更大的港口与周边城市的互动、港口与内陆其他城市的互动。同时港城互动的形式和途径也变得更丰富多样，各种层次港口联盟的建立加强了港口与港口之间的互动，对进一步整合港口资源，提升港口竞争力具有重要的意义；港口与城市产业互动的链条得到充实与延伸，向高端化、高效化、环保化发展；港口与城市空间一体、功能分开，城市框架进一步拉大，港口与城市互动的空间链得到充实与拓展，城市向多中心化发展，港口和城市功能得到提升。

2.海、港、城联系更密切

随着高新技术产业化和经济全球化的进展，各沿海国家将加大大规模开发和利用海洋资源的步伐，使海洋经济成为各国经济新的增长点。由于海洋产业与陆域产业之间有着较强的相互依存性，随着海洋开发的全方位深入，海陆关系将越来越密切，海陆资源的互补性、产业的互动性、经济的关联性将进一步增强，港口经济将朝更深层次、全方位发展，由过去的城—港、港—城两点一线更多地向海—港—城三点一线发展。由此，各海港城市将进一步加大各项投入，加强港口基础设施和综合服务能力的建设，提高港口作业、集疏运速度及水平，提升港口管理、港口经营能力，增强临港和海上物流企业竞争力，加快新兴海洋产业的培育、结构优化和合理布局，拓展城市新空间，打造城市衔接海洋经济的各项核心功能。以海港为核心基地，以海洋开发为目的，更深层次地开发、利用港口资源，发展港口经济，进一步推进海港和海港城市的工业化进程，进一步拓展、加强、完善港口和港口城市的产业结构、空间布局，进一步促进港口、港口城市、区域乃至整个国家经济的持续、稳定、高效发展。港城关系也将向以海港城市为重点，以海、港、城一体化为目的，以海洋高新技术开发为支撑的一体化方向发展。

3.港城发展更适度、更高效、更生态

自2008年下半年开始的国际金融危机已逐渐硝烟散去，但是，由于经济危机的根源并没有消除，也不可能消除，因此世界经济等方面仍存在很多的不确定性和不稳定性，全球进入后危机时代。当前，国际金融区域出现结构性调整，全球经济格局发生变化。经济重心、金融中心东移，不断向东京、香港、上海等亚洲区域拓展，全球供应链从出口导向转向内需导向，各国外贸进出口锐减，经济发展将更多依赖本国消费。同时，由于全球气候变暖导致工业生产和消费模式将会有一个结构性的变化，会出现大量投资能源、水和其他资源的新举措，能源消耗型生产方式将会被绿色科技生产方式所取代。

在这种背景下，国际航运市场曾一度低迷，港口货物吞吐量直线下降，世界各大港口遭遇严重威胁，不得不做出各种调整动作，港口城市深入思考应对危机和发展的两个重大问题。随着港口城市自身发展的不断完善，自增长能力的不断提高，港口对城市的贡献呈下降趋势，港口规模扩张往往会给城市发展带来负面效应。因此，港口建设应朝适应性、合理性转变，港口发展将更适应区域发展的方向与速度，向自动化、专业化、大型化、高效化、环保化运营和发展。另外，随着印度、俄罗斯等新兴经济体的崛起，亚太地区各港口和港口城市的竞争将会更激烈、更肉搏化，港口综合性、服务性，有优势、有特色的要求将更高。同时，由于内贸发展的需要，港口城市将更进一步利用和挖掘港城内部资源与优势，加速城市自增长步伐，提高城市综合实力，把握港口和城市发展的方向、规模和速度，以国内、国际两个背景为参照，以区域为核心，以经济发展、社会进步、生态环境不断改善为基本内容，适度和高效结合，进一步整合港口和城市的空间、功能、产业等要素的布局和发展，港城关系将进一步朝更密切、更联动、更科学、更适度、更有效的方向发展。

在能源危机、环保危机、经济危机可能再次爆发或激化的后危机时代，转变生产方式、生活方式、思维方式、发展方式，推进科技进步，调整管理结构、能源结构、工艺水平，提高能源利用效率，加快创新步伐，发展低碳经济，加快产业升级和优化，打造资源节约型、环境友好型绿色港口和城市迫在眉睫。港口在重视自身可持续发展、科学发展的同时，会更加认清并重视其作为城市组成部分的角色，为城市绿色、低碳发展服务。港城关系发展也必将以港口和城市共同可持续发展为重点，向具体化、细节化、生态化发展。

二、系统动力学理论

系统动力学理论为本书研究提供理论基础和方法论工具。

（一）系统动力学概述

系统动力学（System Dynamics，SD）出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院（MIT）的Forrester教授，起源于其名著《工业动力学》。系统动力学是Forrester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，以系统思考为理论基础，但更进一步，融进了计算机仿真模型。由于初期它主要应用于工业企业管理，故称为“工业动力学”；后来，随着该学科的发展，其应用范围日益扩大，遍及经济社会等各类系统，故改称为系统动力学。

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，还以60年代城市动力学、70年代世界动力学和始于70年代初而硕果结于80年代的美国国家SD模型与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。第一，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。第二，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。

系统动力学法的步骤 ：（1）找出问题；（2）对问题产生的原因形成动态假设；（3）从问题根源出发，建立计算机仿真模型系统；（4）对模型进行测试，确保现实中的行为能够再现于计算机模型系统；（5）设计、测试各选择性方案，减少问题；（6）实施方案。

（二）系统动力学特点

系统动力学具有以下特点：适用于处理长期性和周期性的问题；适用于对数据不足的问题进行研究；适用于处理精度要求不高的复杂的社会经济问题；强调有条件的规范的预测。

因此，系统动力学原理应用于港口与城市产业的研究中是十分契合系统分析要求，满足系统思考观点的。

（1）契合性。系统动力学本身就是研究社会以及经济活动系统方面问题的科学。其研究领域包括资源系统、能源系统、经济管理系统等，港口与产业系统属于经济管理系统中的一个方面，因此从契合性上来说完全可以利用系统动力学原理来尝试解决分析港口与产业问题。

（2）简便性。系统动力学是一种计算机仿真实验，其充分利用计算机技术，从最初的专用软件Dynamo，经过不断发展到现在的Vensim PLE软件，使得系统动力学模型的构思、模拟、分析和优化实现彻底计算机化。Vensim PLE软件使用起来十分方便，避免了人工计算的烦琐，且拥有十分友好的人机对话界面，大大地提高了系统动力学研究的便捷程度，相应地也提高了系统分析的准确度和政策模拟的实用性。

（3）反馈性。系统动力学的一个重要优点就是强调系统的因果关系和反馈关系，而以往的计量经济模型处理复杂反馈关系的能力较弱。在港口综合竞争力的研究分析中，由于系统范围庞大，影响因素众多，而各个因素之间又存在错综复杂的因果反馈关系。因此，运用系统动力学处理港口与产业问题是适用可行的。

（4）中长期预测。计量经济模型一般主要用于分析短期的经济问题，而系统动力学特别适用于研究中长期的预测，其主要用途在于作政策试验，为决策提供模型模拟检验依据。港口竞争力是一个与时间有着紧密联系的经济动态过程，而且呈一定的趋势或者规律变化。从这点上说，港口竞争力是一种长期性的现象。由于港口竞争力与要素投入有着密切的关系，而要素投入会受到一系列因素的影响，因此，从时间性和系统性两方面来看，可以用系统动力学方法来研究港口与产业间的问题。

（三）系统动力学建模过程

系统动力学的整个建模过程，要采用定性到定量的综合集成的方法。它包括以下几个方面：

（1）确定建模目的。从系统动力学的角度来看，一个模型是为了研究一组具体的问题而设置的，是为了解决问题而建模。确定建模目的，主要是明确解决什么问题。

（2）定性分析与系统边界确定。这里说的系统边界，是指问题研究中的系统变量。其确定原则是：第一，采用系统思考是深度汇淡的方法，根据建模目的，集中系统工程专家，管理专家、经济专家及相关领域专业专家与实际工作者、课题研究者的知识，形成定性分析意见，在此基础上确定边界。第二，尽可能缩小边界的范围，如果没有该变量要素，仍能达到系统研究的目的，那么就不应该把该变量列为边界内。

（3）建立流位流率系。系统动力学模型不同于一般直角坐标系下的模型，不是直接建立直角坐标系下变量曲线方程，而是先建立流位流率系。第一，确定流位变量 。流位变量是在系统动力学模型研究中具有积累效应的变量。但必须注意的是，系统动力学中的积累效应与平时社会经济领域中的积累效应的概念是不同的。流位变量的确定主要是根据建模目的。确定为流位变量的变量必须具备一个必要条件：能够获得初始值数据。第二，确定流率变量。当流位变量确定以后，对应的流率变量自然跟随而来。其类型有三种：一是流入率与流出率都不等于零；二是流入率恒等于零或流出率恒等于零；三是流入率与流出率为合成流率。

（4）确定因果关系图、流图或流率基本入树模型。第一，确定辅助变量及必要的其他变量。位于流位变量与流率变量信息通道上的变量统称为辅助变量。在仿真计算时，辅助变量是在流位变量之后，在流率变量计算之前计算。第二，形成整体结构流率基本入树模型或流图模型 。上述流位、流率、辅助变量等变量及其相关关系确定了，整个入树模型或流图结构模型就确定了。

（5）进行反馈环分析。进行反馈环分析，就是在已建流图结构模型中，找出所有的或部分重要反馈环，然后找出系统的基模和主要的反馈环，通过系统基模、主导反馈参数调试等方法，对系统模型进行调试、反馈环分析、结果分析、效果检验。

（6）写出全部方程。建立系统动力学模型，写出全部变量方程。这一工作由于出现了可视化的系统动力学建模软件以后，已经变得相当简单了。

（7）通过参数调控，仿真分析得出多个仿真结果方案。

（8）与专家用户多次对话，反复进行计算机调试，实现综合集成 。将定量仿真的方案与各种定性分析方案进行比较，进行评价、修改，反复进行计算机仿真调试，揭示系统整体的涌现性，最后形成恰当的决策方案。

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