——以长三角地区为例
周凌云,3，穆东2，范钦满1，喻小贤1
(1. 淮阴工学院交通工程学院，淮安 223003; 2.北京交通大学 经济管理学院，北京 100044；3. 南京大学 工程管理学院，南京210093)
摘要：依据区域物流产业集聚发展特性，利用耗散结构理论探讨了区域物流产业系统耗散结构的形成条件，分析了区域物流产业系统通过要素在非线性作用下产生的“巨涨落”而达到向稳定有序结构演化的机理，建立了区域物流产业系统演化模型，并依据熵值分析和熵流判别模型探讨区域物流产业系统的演化方向，为区域物流产业可持续发展提供科学决策依据。
关键词：区域物流产业系统;耗散结构理论;熵流分析;演化机理
区域物流是区域经济系统的重要组成部分，对经济的发展起着重要的支持和保障作用。目前，关于区域物流的研究主要集中在区域物流战略规划、区域物流发展策略、区域物流与区域经济关系、区域物流需求预测等方面[1-3]，而对区域物流产业系统特性及演化的研究则较少。区域物流产业涉及多个行业，包含多种业态，承担不同物流分工，占据不同的“生态位”，他们相互依托、相互作用、相互影响，共同耦合构成一个开放的、非线性复杂系统，其内部结构演化是学术研究的重点，而耗散结构理论正好满足以上要求。本文在分析区域物流产业系统内涵基础上，应用耗散结构理论对区域物流产业系统耗散结构形成和演化机理进行研究，并从系统熵变角度对区域物流产业系统演化方向进行辨别，从而为区域物流产业协调与可持续发展提供决策依据。
1 区域物流产业系统的构成
区域物流产业系统是指在具有共同经济属性的地域空间内各类物流产业子系统的有机综合，是一种具有地域特色的复杂系统。区域物流产业系统是由不同属性的产业子系统相互交织、相互作用、相互渗透而构成的具有特定结构和功能的开放巨系统，由物流产业经济、物流组织网络、物流信息网络、物流基础设施、物流技术等子系统耦合而成，如图1所示。
图1 区域物流产业系统的组成及其作用机制
区域物流产业系统可表示为：
（1）
式中： 表示区域物流产业系统； 表示第 个子系统； 、 、 分别表示第 个子系统的要素、结构和功能； 为系统关联集合, 是 中的相关关系集, 包括子系统间的关联关系和各子系统内部要素间的竞争、协同等关联关系, 同时还有 与区域经济社会系统（RECS）的关联关系； 为系统限制约束集； 为 的系统目标集；T、L 分别为时间和空间向量； 为子系统的数目。
2 区域物流产业系统耗散结构的形成和演化
2.1 基于耗散结构理论的区域物流产业系统演进机理
耗散结构是系统存在的一个结构状态,是一个远离平衡态的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变,系统通过不断地与外界交换物质、能量和信息,会自动产生一种自组织现象，组成系统的各子系统会形成一种非线性相互作用，从而可以从原来的无序状态转变为一种时间、空间、功能的有序结构[4,5]。区域物流产业系统符合耗散结构需要的开放性、非平衡性、非线性、涨落四个基本条件[6,7]，是一个典型的耗散结构系统。
区域物流产业系统结构演进模式就是区域物流受内外因素影响产生涨落，从而打破了系统原有的稳定性，其中对于小幅度涨落系统能够通过自组织性恢复到稳定状态，然而，对于巨幅度涨落系统无法恢复到稳定状态，导致整个区域物流的结构发生变化，即如图2所示。
图2 区域物流产业系统耗散结构演进机理
2.2 基于耗散结构理论的区域物流产业系统演进模型
区域物流产业系统一个典型的耗散结构系统，根据耗散结构理论建立布鲁塞尔模型[8,9]：
其中， 、 分别是主、客观控制因素，在物流产业发展中不断消耗，但是可以不断得到外界的补充； 、 是物流生成物，一经生成即可被取走，且保持不变； 、 是反应因子，且只有 、 在反应过程中浓度可以变化； 表示催化剂，代表正向反应作用速率， 代表反应过程的逆作用影响；各组分的扩散过程是彼此独立的，扩散系数取为常数。
该模型表示区域物流产业系统的演化是在内外因素共同驱动下，通过系统自适应机制和中间因素的相互作用，促进专业化分工合作和生产要素的优化配置，将区域内各个物流节点、物流通道、物流主体的优势资源更好地组织起来，进而通过巨幅涨落和分岔向物流创新网络这一更高层次有序结构演进，形成更加完整的物流产业链和更具规模的物流产业空间集聚。根据上述分析和假设，建立区域物流产业系统反应扩散方程（动力学方程）：
式中， ， ， ， 分布代表实际的数量或浓度， 代表实际的时间， 和 代表实际的扩散系数。为了简化讨论，只考虑一维系统，如系统的长度为 ，则：
并引入如下标度变量： ， ， ， ， ， ， ，进行变量变换，将方程转化为：
为方便计算，略去扩散项，相当于均匀搅拌的反应，动力学方程转变为：
上述动力学方程的定态解为： ； 表示系统存在均匀定态。利用线性稳定性分析方法解多维非线性系统稳定性，令 ， ，在定态解（ ， ）附件进行泰勒级数展开，则得：
简化为线性近似方程：
其特征方程为：
（9）
其中： ——系统特征值； ——稳定性参数,
上述方程解为： ，由此可以看出区域物流产业系统稳定性取决于 , 即系统稳定性由 , 两个因素决定,且与 的关系最为密切。
当 时，区域物流产业系统渐近稳定奇点，即区域物流产业系统是稳定的。然而这种稳定不是所希望的，随着区域物流产业系统的运行，区域物流产业系统内熵必然逐渐增加，无序现象将产生，导致区域物流产业系统停滞不前。因此必须对区域物流产业系统进行重大变革，改变区域物流产业系统的控制因素 和 ,使区域物流产业系统打破这种平衡、远离平衡态，从而使区域物流产业系统变得失稳，并在系统内部的非线性的相互作用下，通过系统巨涨落达到新的有序结构。该环境下区域物流产业系统演进如图3-1所示。当 >0，区域物流产业系统是失稳的，在极限环内振荡，有可能形成耗散结构，但必须突破极限环的约束。要解决极限环约束，只有不断改变区域物流产业系统控制因素 和 ，尤其是因素 的调整，使系统突破限环——区域物流瓶颈约束，然后在系统内部非线性的相互作用下，系统的微涨落达到临界变成巨涨落，从而区域物流产业系统会出现耗散结构分支，区域物流产业系统会形成新的有序结构。该环境下区域物流产业系统整体演进如图3-2所示。
3-1 3-2
图3 区域物流产业系统耗散结构形成与演进路径
3 基于熵变机理的区域物流产业系统演化方向辨别
4.1 区域物流产业系统熵变与耗散结构形成的关联
系统科学用“熵”概念来描述系统的功能状态这种状态是一种由有序向无序发展的状态。根据耗散结构理论可知：一方面，在区域物流产业系统中由于熵增效应而存在整体效率递减的趋势，这一趋势从理论上解释了区域物流产业系统可从有序发展到无序最终走向衰退的现象；另一方面,区域物流产业系统通过对外交换信息、物质、能量获得负熵，当达到一定条件时，区域物流产业系统将形成耗散结构，实现组织从无序到有序的变化。区域物流产业系统的形成和发展正是上述两种规律在复杂条件下交互影响、共同作用的结果。在不断的物流运动中,区域物流系统整体熵逐渐增加，整体效率递减，区域物流产业系统从繁荣走向停滞，如果此时，区域物流产业系统继续处于相对封闭的状态，不及时进行文化、技术、制度、管理等方面的创新，不与环境进行必要的物质、能量和信息的交换，区域物流产业系统必将从停滞走向衰亡。相反，如果区域物流产业系统能够从环境摄取大量的物质、能量和信息，推行新的物流技术、管理模式和发展政策，在一定条件下, 区域物流产业系统通过突变形成新耗散结构，从而实现组织从无序到新的有序的变革，系统效率迅速增加，区域物流又获得新的生机。
4.2 区域物流产业系统演化方向辨别分析
根据耗散结构原理可知,系统熵变可以揭示系统演化规律。区域物流产业系统的熵由系统内部的熵 和系统与外界交换的熵 共同决定，其数学表达式为：
（10）
式中： 表示系统内部结构熵； 表示区域物流产业系统内部运行熵； 表示区域物流产业系统外部的熵。在这里熵表示系统的混乱度或无序度,熵为正( )表示混乱,为负( )则意味着系统朝有序方向发展。根据熵增加原理， ，而 可正可负[10]，则可用 来衡量区域物流产业系统的演化状态：
（1）当 时，则有 ，说明区域物流产业系统输入的负熵流大于系统熵的产生，系统向有序度增加方向演化；
（2）当 时，则有 或 ，但 两种情况，此时区域物流产业系统熵的产生大于系统输入的负熵流，系统向有序度降低方向演化；
（3）当 时，则有 ，说明区域物流产业系统熵的产生等于系统输入的负熵流，系统有序度不变。
由上述分析可以看出，只有在区域物流产业系统导入的负熵流足够大时，系统才可以避免熵的增加而向熵减少的方向演化,从而使系统从混乱逐渐走向有序。
4 实证研究——长三角区域一体化中物流产业系统耗散结构演进
本文以长三角区域一体化进程中物流产业系统为研究对象，运用耗散机构理论分析其演化方向和历程。考虑区域物流产业系统耗散结构形成的正向作用力巨大，而逆向作用小，为便于分析，取 ，可建立一个简化的布鲁塞尔模型：
式中, 表示长三角区域物流主观调控因素（如长三角区域物流一体化规划、区域物流产业结构调整政策、区域物流管理制度等）； 表示长三角区域物流客观环境因素（如长三角经济发展、贸易发展、产业结构及布局、区位条件、物流节点布局、物流通道建设等）； 、 表示长三角区域物流产业系统达到新的有序态的最终结果，其中 表示区域物流企业群落， 表示区域物流产业集群； 、 表示长三角区域物流产业系统相互作用的中间因素,其中 可理解成长三角区域物流货运量， 表示长三角区域物流投资额出。
上述演化模型表示，长三角区域物流产业系统的发展主要取决于该区域物流发展政策和区域经济发展水平、产业布局状况以及物流基础设施状况等物流发展的客观环境，在上述两大类因素的作用下，经过物流产业系统中间因素的相互作用，必然会形成有序的物流空间布局和物流产业结构。根据动力学方程特征方程公式（9）的定态解分析，可以看出，长三角区域物流产业系统要形成耗散结构，取决于定态解是否能失稳，何时失稳取决于控制参数 和 。由于 与 成抛物线相关，而与 成线性相关，因此 因素是决定性因素，即长三角区域物流主观调控因素。也就是说，在长三角区域经济社会发展过程中，当良好的区域物流发展政策和合理的管理调控策略作用于长三角区域物流时，长三角区域物流产业系统呈现有序的变化是非常明显的。
在初期阶段，由于上三角区域物流网络体系建设缺少协调，行政壁垒障碍，各地发展物流业的政策标准不一致，各地物流公共信息平台隔离，物流产业空间布局和要素配置不合理，没有建立起物流产业关联和分工协作关，使得物流产业聚集效应也不明显，对区域物流资源利用率不高，区域物流产业系统耗散结构表现为物流企业群落特征，总体呈现低度有序发展形态。伴随长三角经济的快速发展，城镇内部以及城镇与外部之间物资资源交换频繁，区域物流规划与管理调控加强，在长三角主要城市之间修筑了公路、铁路、内河航道等多种形式的物流通道。这些物流通道将两端的城镇以及中间若干城镇串联起来，通过点-点协同促使物流主体在物流通道的线状区域进一步聚集发展，进而形成明显的线状发展特征和突出的交通廊道效应，如沪宁交通轴线、杭甬交通轴线、长江内河航运轴线、京杭运河轴线等，这是区域物流经济聚集发展的中级阶段。伴随着长三角一体化进程的不断加深，产业分工合作正在形成，区域经济主体（企业）跨地区经营行为的频繁化，催生了长三角物流合作更多的需求。政府通过, 规划、政策等措施积极推动长三角地区间物流合作，区域物流调控进一步深化，区划界限和条块分割进一步打破，长三角各地港口、公路、内河及信息平台等物流基础设施建设呈快速融合发展态势，运输路网较为密集，覆盖率高，物流专业化分工也进一步细化，主要交通轴线货运量增长迅速[11]，上海港、宁波港、连云港港、太仓港、张家港港等物流节点吞吐量成倍增长，也促进了更多运输企业、仓储企业、快递企业、第三方物流企业、第四方物流企业等物流业态的形成及在交通轴线上的聚集，逐渐形成物流主体的带状聚集，此时物流产业聚集“核”引力作用不断增强，聚集作用越来越强烈，物流主体分工也更加细化，各物流主体之间的联系更加密切，物流联动效应突显，物流主体间既竞争又合作，最终形成了一个完整的物流产业价值体系，即区域物流产业集群，这是区域物流快速发展时期。随着上三角区域一体化推进和区域物流产业结构调整和升级优化，物流主体在物流节点、物流通道、物流经济带周边不断地聚集和扩散，并通过点—点协同、线—线协同、点—线协同使得区域内物流主体聚集并逐渐连接成为一体，促进区域内物流主体资源的高度集聚、专业化分工和有效配置，加剧区域物流网络的聚集、吸引和辐射效应，使长三角区域物流网络体系逐渐演变形成四大物流圈聚集：上海物流圈，包括苏州、无锡、南通、嘉兴和湖州等城市；南京物流圈，包括淮安、镇江、扬州、常州和泰兴等城市；杭甬物流圈，包括宁波、杭州、绍兴、舟山等城市，淮海物流圈，包括徐州、淮安、连云港、盐城等城市，从而促使长三角区域物流产业系统发展远离平衡状态，达到新一轮的耗散结构形态，实现物流资源大整合，成功构建“长三角物流合作经济圈”，这是区域物流产业集群发展的高级阶段。总体而言，伴随长三角区域物流的发展，物流产业系统熵值增加，只有加强与外部环境的能量、物质和信息的交换，通过调控不断引入足够大的负熵流，才使保持区域物流主体活力，促进系统总熵减少，促使系统向更加有序结构演化。
5 结束语
区域物流产业系统是由不同属性的产业子系统耦合而成的复杂巨系统，具有耗散结构特性，探索区域物流产业系统演化机理和方向对促进区域物流产业系统发展、合理制定区域物流政策、调整区域物流宏观调控策略具有重要意义。本文分析了区域物流产业系统的组成及其作用机制，分析了其内涵表达形式；依据耗散结构理论，提出了区域物流产业系统耗散结构形成和演进机理，构建了演进模型；探讨了区域物流产业系统熵变与耗散结构形成的关系，利用熵变分析建立了区域物流产业系统演进熵流模型，为区域物流产业系统演化方向辨别提供决策依据；最后提出区域物流产业系统要积极引入政策、调控手段、物流技术、物流观念等负熵流，促进区域物流产业集群形成、耦合与协调发展。伴随着区域经济的发展，区域物流产业结构更迭、发展政策和空间布局不断调整，区域物流产业系统不断建立、打破和重建耗散结构，但总体而言，每次新的耗散结构比原耗散结构更协调、更高级和更有序。
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作者简介：周凌云(1980-),男，汉族，湖南衡阳人,博士，副教授，淮阴工学院运输工程系副主任，南京大学、江苏省宏观经济研究院在站博士后，主要研究方向为区域物流、物流系统工程。
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