System Dynamics Simulation Study on Dynamic Mechanism of New-style Urbanization——A Case Study of Dali City of Yunnan Province

ZHOU Tao; HU Juanzi

doi:10.13718/j.cnki.xsxb.2021.09.012

2021 Volume 46 Issue 9

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ZHOU Tao, HU Juanzi. System Dynamics Simulation Study on Dynamic Mechanism of New-style Urbanization——A Case Study of Dali City of Yunnan Province[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2021, 46(9): 89-102. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.09.012

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ZHOU Tao, HU Juanzi. System Dynamics Simulation Study on Dynamic Mechanism of New-style Urbanization——A Case Study of Dali City of Yunnan Province[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2021, 46(9): 89-102. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.09.012

System Dynamics Simulation Study on Dynamic Mechanism of New-style Urbanization——A Case Study of Dali City of Yunnan Province

ZHOU Tao^1,2,
HU Juanzi¹

1.
School of Management Science and Real Estate, Chongqing University, Chongqing 400045, China
2.
Construction Economics and Management Research Center, Chongqing University, Chongqing 400045, China

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Received Date: 18/12/2020
Available Online: 20/09/2021
MSC: F299.22

Abstract

Since the reform and opening up, China has achieved remarkable achievements in urbanization. However the rapid development of urbanization brings with some problems such as population expansion, resource shortage, and environmental pollution. Based on the principle of system dynamics, the new-style urbanization dynamic mechanism model was established in this paper, involving six subsystems such as population urbanization, industrial development, land urbanization, water resources development, social development and ecological environment. In addition, the dynamic feedback mechanism within and between each subsystem was analyzed in the paper with Dali as an example. Six development scenarios were set up to optimize the model, which are natural development, industrial upgrading, friendly environment, people-oriented, land intensive and harmonious development. Then the trend of key variables of this model under six scenarios were forecasted. By analyzing the optimization of each subsystem under the six scenarios, it proves that the harmonious development type is the optimal scenario. This development type satisfies the simultaneous optimization of the six subsystems in the development of new-style urbanization in Dali city. The development path of "people-oriented, industrial upgrading, land intensive, environmentally friendly, and resource conservation" should be taken in the future development of new-style urbanization in Dali City.
- new-style urbanization,
- system dynamics,
- scenario analysis,
- Dali City,
- people-oriented

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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

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改革开放40年以来, 中国的城镇化发展取得了巨大的成就. 从1978年到2019年, 我国城镇常住人口从1.7亿人增加到8.5亿人, 城镇化率从17.9%提升到60.6%, 年均提高3.88个百分点, 城市数量从193个增加到673个. 中国的城镇化发展速度无疑是20世纪后半叶以来最波澜壮阔的奇迹之一. 然而随着中国城镇化的不断发展, 就业难、住房难、就医难、生态环境恶化等一系列城市病, 农村资源与人才的流失, 以及资源压力大、城乡差距扩大和城镇规模结构失衡等诸多问题凸显^[1-3]. 党的十八大提出“基于功能完善、以大带小、城乡一体、布局合理、集约土地的原则, 促进大中小城市和小城镇协调发展”的新型城镇化发展理念, 标志着我国进入新型城镇化阶段^[4]. 习近平总书记在十九大报告中提出“要坚持新发展理念, 推动新型工业化、信息化、城镇化和农业现代化同步发展”, 为新时代的新型城镇化发展指明了方向. 中国在过去的几十年发展中主要注重了城镇化的发展速度, 而轻视了其质量内涵. 新型城镇化的“新”就是转变这一现象, 具体表现在以提升城市公共服务、文化内涵等为中心, 使城镇真正转变为适合人们居住的高品质之地^[5].

目前关于新型城镇化建设的研究主要集中在城镇化水平测度^[6-7]、城镇化协调发展^[8]、动力机制分析^[9-10]、实施路径选择^[11-12]等方面. 其中, 动力机制分析是中心内容, 起到承上启下的作用. 新型城镇化动力机制涉及到的人口城镇化、产业发展、土地城镇化、社会发展、生态环境、水资源等多个维度, 国内外学者从理论和实证方面均取得了诸多成果. 关于人口城镇化, 学者们的研究重点为推动农村劳动力向城市转移的动力要素上^[13-15]；产业发展方面, 随着新型城镇化概念的提出, 城镇化与经济发展之间关系的研究, 不再仅仅关注经济总量和规模上, 而是越来越多地注重产业的优化升级与城镇化之间的有机影响上^[16-17]；土地城镇化方面, 学者们的研究集中在土地利用效率、土地集约利用等方面^[18-19]；社会发展方面, 学者们普遍认为实现公共服务的均等化是实现“以人为本”的关键所在^[20-22]；生态环境保护方面, 研究集中在城镇化发展各要素与生态环境的耦合发展水平上^[23-24]；水资源方面, 主要集中在新型城镇化的发展中水资源供需平衡问题上^[25-27].

1965年, 美国麻省理工学院的Forrester教授首次提出系统动力学(System Dynamics), 该方法于20世纪70年代末被引入中国. 由于系统动力学在处理多重反馈复杂时变系统问题时具有突出优势^[28], 与新型城镇化涉及多维复杂系统的特点相契合, 因此在城镇化方面也得到了广泛的应用^[29-31]. 本文将借助系统动力学方法, 剖析新型城镇化中主要影响要素及其相互之间的因果反馈机制, 从动态化与系统化的角度对新型城镇化的内在机理进行一个全面的阐释, 最后发挥系统动力学的政策实验室功能, 通过对不同子系统中关键变量的不同赋值, 研究新型城镇化在不同发展情景下的未来行为, 提出新型城镇化未来发展的政策意见.

2. 实证案例

2.1. 研究区域

大理市地处中国云南省西北部, 幅员面积1 468平方公里, 全市人口61万人. 2014年, 大理市被列为第一批国家新型城镇化综合试点地区之一, 通过近几年的探索实践, 形成了可在全国推广的“大理经验”. 大理市的人口城镇化率从2007年的51.7%发展至2018年的69%, 十几年来一直保持平稳增长. 因此以大理市为例, 研究新型城镇化的动力机制具有实践价值.

2.2. 数据来源与参数设定

本文的数据来源包括2007-2017年《大理市国民经济和社会发展公报》《大理市城市建设统计年鉴》《云南省统计年鉴》. 以2007年为基期, 步长为1年, 2007-2017年间的数据用来校准和调试模型, 2018-2027年为预测年.

本文建立了“大理市新型城镇化动力机制”模型的主要系统方程(表 1), 以量化各变量间的相互关系. 其中绝大多数方程式根据变量之间的因果关系直接确定；部分方程式运用SPSS 22.0软件根据历史数据进行线性回归获得, 譬如产业发展子系统中各产业产值通过各产业投资值, 劳动力和土地量基于CD生产函数回归确定；还有一些变量根据多年来的统计数据结合经验判断, 采用趋势外推来取值或采用变函数表达, 譬如生态环境子系统中的单位工业产值三废排放量、废水排放达标率、废气自然净化率、工业固废综合利用率、单位面积施肥量等变量, 均采用表函数的形式来表示其与time变量之间的关系.

2.3. 模型检验

在模型预测运行前, 需要对模型进行量纲一致性检验和拟合度检验. 量纲一致性检验在保证量纲具有实际意义的情况下, 确保了方程左右两边变量的量纲具有一致性. 本研究通过Vensim PLE软件验证了量纲一致性.

进行拟合度检验可以发现系统仿真预测的过程中出现的问题, 并且通过不断地调试将误差保持在一定合理的范围内, 保障模型的正确性. 拟合度检验的计算公式为:

其中D_t为偏离度, X′_t为t时刻的预测值, X_t为t时刻的历史观测值.

本研究有效性检验时间范围为2013-2017年, 检验各子系统的具体变量分别为总人口、GDP净增长量、建设用地面积、化肥残留量、需水总量、农村恩格尔系数6项, 由表 2可知, 所有变量的误差均维持在±10%左右, 因此可认为模型的预测结果与历史数据值较为吻合, 检验通过.

4. 情景优化选择

大理市新型城镇化动力机制是一个包罗人口城镇化、产业发展、土地城镇化、生态环境保护、水资源平衡、社会发展多个子系统的复杂整体. 每一个子系统都涉及自己的发展目标. 上文所述6个发展情景都有着各自的偏重, 任何一个都无法使每一个子系统达到最优化的状态. 为了考虑6个子系统的协同发展, 本文分别选取6个子系统中的8个关键变量作为评价指标. 根据6个发展情景对8个变量优化力度进行由大到小的排序, 依次赋予6-1分值, 最后累计相加分值, 得分高者为最优化发展情景(表 3).

由上表可知, 自然发展型作为参考情景, 得分最低, 这说明其他5种发展情景均对大理市新型城镇化动力机制进行了不同程度地优化. 其中土地集约型的优化力度最小, 该发展情景虽然减缓了大理市建设用地的快速扩张, 推动了大理市生态环境的保护和水资源的节约利用, 但同时也限制了大理市人口城镇化和产业发展的进度, 对大理市居民生活水平的激励作用并不高.

环境友好型和产业升级型的优化力度几乎相同, 得分分别为28和26分, 但两种发展情景对大理市新型城镇化发展的作用机制并不相同. 由于大理市独特的地理条件和悠久的历史, 形成了丰富的旅游资源. 大理市的旅游产业发展迅速, 产业规模不断扩大. 从2012年开始, 大理市凭借其优渥的旅游资源, 大力发展特色旅游业, 逐步进行从第二产业占主导地位向第三产业占主导地位的产业转型. 产业升级型通过促进大理市向“第三产业重, 第二产业轻”的产业结构转变, 推动了大理市第三产业的发展. 第三产业在集聚人口、提供就业岗位上所发挥的作用均高于第二产业, 同时第三产业所造成的环境污染远低于第二产业, 这进而影响了大理市人口城镇化发展和人居环境的改善. 然而该发展情景在限制建设用地扩张方面作用并不明显. 环境友好型通过加大环境治理力度来改善环境, 减少了由于环境污染造成的经济损失, 刺激了大理市经济的发展, 大理市居民的生活环境也由此得到进一步改善. 然而经济的发展依旧依赖于工业的发展, 并没有从根本上解决工业发展所造成的水资源消耗大、工业三废排放多等问题.

以人为本型通过大理市户籍制度的改革加快农村人口向城市转移, 同时加大社会保障的覆盖力度, 提高了大理市城乡居民的健康水平、素质水平和消费水平, 进而使得大理市的环境污染得以改善, 水资源得以节约利用. 以人为本型的优化力度仅次于和谐发展型. 和谐发展型的优化力度最高, 该发展情景融合了“以人为本、产业升级、土地集约、环境友好、资源节约”的发展理念, 多项措施实现了大理市新型城镇化进程中6个子系统的同步优化.

5. 结论

本文根据系统动力学的基本原理, 建立了新型城镇化动力机制模型, 涉及人口城镇化、产业发展、土地城镇化、水资源发展、社会发展、生态环境6个系统. 以大理市为例, 设定了自然发展型、产业升级型、环境友好型、以人为本型、土地集约型、和谐发展型共6种发展情景对模型进行优化调控, 并仿真预测了模型的关键变量在6种情景下的发展趋势. 通过分析6种发展情景对各个子系统的优化调控力度, 证明和谐发展型为最优化的发展情景, 该发展情景满足了大理市新型城镇化发展中人口城镇化、产业发展、土地城镇化、社会发展、生态环境保护、水资源平衡6个子系统的同步优化.

大理市在今后的新型城镇化发展进程中应走“以人为本、产业升级、土地集约、环境友好、资源节约”多路融合的发展道路. 在人口城镇化方面, 应深化户籍制度的改革, 推动农村人口向城市的转移；在社会发展方面, 应加大城乡社会基础公共服务的覆盖面, 提高城乡居民的生活水平, 实现真正意义上的“以人为本”；在经济发展上, 大理市应充分利用自身的优势, 大力发展旅游业, 推动大理市向“第三产业重, 第二产业轻”的产业结构升级；在土地城镇化方面, 实现土地的集约利用, 控制城市用地快速扩张的同时, 改变土地利用结构, 偏重第三产业用地的开发；在生态环境保护方面, 大理市不仅要加大环境污染的治理力度, 而且也要提高城乡居民的素质. 在水资源利用方面, 加大节水投资并不能从根本上改善工业用水量大的局面, 实现大理市第三产业为主导的产业升级才是从根本上解决大理市水资源供需日益不平衡的问题.

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