第四章 系统动力学仿真模型

第四章 系统动力学仿真模型 由于上海地区的汽车市场只是全国市场的一部分，其供应系统除了上海本地汽车生产企业之外，还有全 国各地的汽车企业。随着加入WTO，汽车产业逐步放开，将使我国的汽车市场成为国际市场的一部分，而价 格也将与国际市场接轨。另外世界汽车市场上潜在的生产能力极大，总体上已经形成生产过剩的卖方市场。 因此上海地区的汽车市场主要是需求问题。研究上海市私车发展的主要问题也将是需求问题。本文建立上海 地区私车变化的系统动力学模型，从需求方面来研究上海市的私车发展。 §§4.14.1 系统分析系统分析 私车发展系统 城市公交系统城市市政系统人口经济系统汽车市场系统 §§4.1.14.1.1 系统边界的确定系统边界的确定 系统动力学分析的系统行为是基于系统内部要素相互作用而产生的，并假定系统外部环境的变化不给系 统行为产生本质的影响，也不受系统内部因素的控制。因此系统边界应规定哪一部分要划入模型，哪一部分 不应划入模型，在边界内部凡涉及与所研究的动态问题有重要关系的概念模型与变量均应考虑进模型；反之， 在界限外部的那些概念与变量应排除在模型之外。 图 4-1 上海市私家车系统组成结构图 根据系统论原理，一个完整的城市居民私家车消费系统不仅包括汽车的流通、交换和消费等环节，而且 还包括城市人口、 经济、 社会环境和消费政策、 公交等其他指系统， 它是一个复杂的社会经济大系统 （图 4-1） 。 只有建立一个适合于该系统的动态分析模型，才可能全面准确地研究系统中各因素间的相互作用关系和它们 对系统行为的影响。 根据系统建模的目的，本文研究系统的界限大体包括以下内容： 私车的需求量 私车的报废量 私车的市场保有量 私车的价格 私车的使用费用 私车的上牌费用 牌照限额 居民人均可支配收入 上海市人口数量 上海市总户数 政策因素 公交汽车、出租车数量 停车车位 道路面积 此外，还有其他许多内容，如摩托车的数量、汽车的质量、品牌种类等，均不划入系统的界限内。 §§4.1.24.1.2因果关系分析因果关系分析 系统动力学的研究重点在于自反馈机制的系统动力学问题。为了研究系统的反馈结构，首先要分析系统 整体与局部的关系，进而追索因果与相互关系，然后把它们重新联结一起形成回路。回路的概念最简单的表 示方法是图形。系统动力学中常用的是因果关系图。 系统由相互联系、相互影响的元素组成。在系统动力学中，元素之间的联系或关系可以概括为因果关系 （Causal Relationship） ，正是这种因果关系的相互作用，最终形成系统的功能和行为。所以，因果关系分析是 本文开展系统动力学模型研究的基础。 应该说明的是，简单地把变量之间的因果关系定义为正相关关系和负相关关系，似乎缺乏科学方法验证 的严谨性，好在系统动力学的目的不在于证明变量之间的关系，而是设法提供一种协助解决问题的工具，进 一步的还有数量化的函数关系，以取代这些“不那么严格”的定性分析。必要时，将考虑某些因素之间交互 影响或进行相关分析，但统计方法并不能证明因果关系的存在。 系统动力学了解系统动态特性的主要方法是回路分析法（即因果关系和反馈思想） 。反馈回路中的因果关 系都是相互的，从整体上讲，我们无法判定任意两种因素谁是因，谁是果。社会和个人的决策过程也是这样。 导致行为的决策是企图改变系统的状态；改变了的状态又产生进一步的决策及变化，这即形成了因果反馈回 路。因此，互为因果就成了反馈回路的基本特征。 我们在明确因果关系、反馈回路的概念和特征之后，针对本文研究内容进行因果关系分析。 上文已经详细分析了影响私家车需求的因素，概括起来分别为：城市道路建设、交通管理水平、停车场 建设、公共交通、城市布局、购车费用、使用费用、购车税费、居民收入、地方性消费政策、消费信贷、居 民消费观念以及环保政策。为了简化模型，方便模型进行仿真研究，我们对这些影响因素进行调整以适合模 型研究的需要。我们在研究中将不考虑城市布局和消费信贷等因素；将由于停车场建设不足所引发的车位供 需矛盾引起停车费高涨调整为使用费用；购车税费和购车费用统一为私车价格；私牌竞拍的地方性消费政策 量化为上牌费用；环保政策以及由于城市机动车保有量增长所带来的交通压力统一为政策因素。 综合而言，城市道路建设的加快，居民收入的增加，私车价格下降，消费观念的改善，将促进上海市私 家车的发展；而使用费用和上牌费用的持续上升，政策因素的加强，公共交通（特别是轨道交通）的发展将 抑制上海居民的私车消费。 为了分析各种因素对市场需求的影响，还需要引入一些辅助的中间变量，以反映各种因素之间的相互关 系和作用过程。结合前文对影响因素的分析，由此可以得到上海市私车发展的因果关系图（图 4-2） 。 图 4-2 上海私车发展的因果关系简图 居民户数 年需求量 - + + 户均拥有量 + 示范效应 - 消费满足程度 + + 消费心理 - - 收入支出比 - + 居民收入 - 停车费 其它费用 - + 增长率 + - - - - + 私车保有量 - + 年增长量 - - +牌照供需比 - 牌照费用 - + ++ 年报废量 报废率在深入分析它们之间 互相依赖，互相制约关系 的基础上，并考虑 SD 模 型的目标之下，确定模型 的回路： 1 私车保有量 - 年 需求量 + 私车保有量 2 私车保有量 + 年 报废量 - 私车保有量 3 私车保有量 + 城 市汽车总量 +环保压力 -增长率 +年需求量 + 私车保有量 4私车保有量 + 城市汽 车总量 - 车均道路面积 -地面交通压力 - 增 车位 车位供需比 环保压力 轨道交通 + 地面交通压力 牌照 - 投放量 - - + 管理水平 使用费用 + 城市汽车总量 + 其它汽车 - 车均道 路面积 + + 道路面积 + 私车价格 长率 +年需求量 +私车保有量 5 私车保有量 + 城市汽车总量 - 车均道路面积 - 地面交通压力 - 牌照投放量 +牌照供需比 - 牌照费用 -消费心理 +增长率 +年需求量 + 私车保有量 6 私车保有量 + 城市汽车总量 -车均道路面积 -交通压力 -牌照投放量 + 牌照供需比 -牌 照费用 + 私车价格 -收入支出比 +增长率 +年需求量 + 私车保有量 7 私车保有量 + 户均拥有量 -消费满足程度 - 增长率 -年需求量 + 私车保有量 8 私车保有量 + 户均拥有量 + 示范效应 + 消费心理 + 增长率 +年需求量 +私车保有量 9 私车保有量 - 年需求量 + 年增长量 + 牌照供需比（以下同 5、6） 10 私车保有量 + 年报废量 - 年增长量 + 牌照供需比（以下同 5、6） 上海私车发展因果关系错综复杂，各影响因素又相互制约，相互依赖。总共因果反馈回路有 15 条（回路 6 可以一分为二，而回路 9、10 分别可以分为三条） ，下面对上述的 10 条反馈回路做进一步解释。 根据因果关系的正、负性的条件，可以逐个判断每一因果关系是正关系还是负关系，再根据“包含偶数 个负因果链的回路为正反馈回路”的原则，确定反馈回路除了回路 8 是正反馈回路之外，其余的九条都是负 反馈回路。 回路 8 中，随着私车保有量的增加，户均拥有量随之增加