系统工程视角下综合交通运输理论发展演化与分析.pdf
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1、交通运输研究第9卷 第3期2023王庆云,山东莱州人,工学学士、管理学硕士,现任北京交通大学兼职教授、博士生导师。1955年5月生于辽宁大连,1982年2月进入国家计划委员会(现国家发展改革委),曾任国家发展改革委交通能源司综合交通发展处处长、交通能源司副司长、交通运输司司长、基础产业发展司司长、国家发改委党组成员兼国家物资储备局局长、国家发改委学术委员会委员、中国系统工程学会交通运输系统工程专业委员会主任。研究领域 40余年一直从事交通运输等基础设施发展战略、规划和政策的研究以及交通、技术与社会经济发展关系的研究,长期以来积极推进系统工程和系统科学的技术理论方法在交通运输领域的应用。研究成果
2、 参与我国“六五”“七五”交通发展规划的编制工作,负责起草我国“八五”“九五”“十五”“十一五”综合交通发展规划。编著有交通运输发展理论与实践(上下册)交通发展观 经济物流等专著,公开发表学术论文百余篇。WANG Qingyun王庆云专家观点 ExpertView2TRANSPORT RESEARCHVol.9 No.3收稿日期:2023-04-15作者简介:王庆云(1955),男,山东莱州人,教授,研究方向为交通运输等基础设施发展战略、规划和政策,以及交通、技术与社会经济发展关系。E-mail:系统工程视角下综合交通运输理论发展演化与分析王庆云(北京交通大学 中国综合交通研究中心,北京 10
3、0044)摘要:综合交通运输概念的形成是系统工程思想在交通运输领域的应用体现。运用系统工程思想、理论和方法,分析识别综合交通运输的时代问题,研究系统工程与综合交通运输的内在联系和互动关系,可以为一体化交通运输系统的协同创造条件,也是对中国式现代化交通运输系统建设的有益探索。本文从对交通运输系统工程思想、理论的分析入手,总结概括了现代交通运输系统的形成演变,重点阐释了我国交通运输系统当前所处阶段综合交通运输阶段的系统理论及实践的主要特征,提出了未来综合交通运输系统理论研究需要重点关注的若干问题,包括发展阶段的研判、发展的切入点和落脚点、各运输方式技术经济比较优势的跟踪研究、新技术和关键应用技术研
4、究及交通运输系统的碳中和目标实现等,以期对综合交通运输理论的不断反思、认识、再认识和提升有所促进。关键词:系统工程;交通运输系统工程;现代交通运输系统;综合交通运输理论中图分类号:U11文献标识码:A文章编号:2095-9931(2023)03-0003-13Development,Evolution and Analysis of Comprehensive TransportationTheory from Perspective of Systems EngineeringWANG Qingyun(Integrated Transport Research Center of China
5、,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)Abstract:The formation of the concept of comprehensive transportation is the application embodiment ofsystems engineering ideas in the field of transportation.Applying the ideas,theories and methods of systems engineering to analyze and identify the
6、era problems of comprehensive transportation,and study theinternal relationship and interaction between systems engineering and comprehensive transportation cancreate conditions for the coordination of integrated transportation systems,and it is also a beneficial exploration for the construction of
7、Chinese path to modernization of transportation systems.This article started交通运输研究TRANSPORT RESEARCH第9卷 第3期Vol.9No.3王庆云.系统工程视角下综合交通运输理论发展演化与分析J.交通运输研究,2023,9(3):3-15.WANG Q Y.Development,evolution and analysis of comprehensive transportation theory from perspective of systems engineeringJ.Transport
8、Research,2023,9(3):3-15.DOI:10.16503/ki.2095-9931.2023.03.0013交通运输研究第9卷 第3期2023with an analysis of the ideas and theories of transportation systems engineering,summarized the formation and evolution of modern transportation systems,and focused on explaining the main characteristics of the system the
9、ory and practice in the current stage of Chinas transportation system,namelythe comprehensive transportation stage.It proposed several issues that need to be focused on in the future theoretical research of comprehensive transportation systems,including the evaluation of the development stage,the en
10、try point and foothold of development,tracking research on the technologicaland economic comparative advantages of various transportation modes,research on new and key application technologies,achievement of carbon neutrality goals in transportation systems,and so on.Insummary,the article aimed to p
11、romote the continuous reflection,understanding,re-understanding,andimprovement of comprehensive transportation theory.Key words:systems engineering;transportation systems engineering;modern transportation systems;comprehensive transportation theory0引言现代交通运输系统是一个极其复杂的巨系统,随着人类社会的发展进步而日益庞大复杂。以城市交通为例,城市
12、规模越大、功能越全、产业和服务业越繁荣,人与交通的矛盾就会越突出,交通运输系统发展面临的问题就越多。虽然科技创新成果不断涌现,社会经济治理水平不断提升,但现实问题的复杂性并未随之减弱。相反,随着社会经济的发展进步,现实的交通运输问题愈加复杂,交通运输需求与供给之间的矛盾更加凸显,迫切需要集成运用多学科理论知识和多领域技术方法予以解决。系统思想和系统思维、系统工程和系统科学是研究、思考和处理这类复杂系统问题的重要工具,因而应用系统思想、系统思维、系统工程及系统科学理论提升认知观念和方法,阐释和解决现实中的交通运输系统问题,成为一种必然选择。早在 20世纪 70年代末,我国许多专家学者就已开始将系
13、统工程的思想、理论和方法应用到交通运输研究领域。如交通运输的布局规划、项目决策评估、政策研究、工程项目建设管理和维护,以及诠释和构架交通运输系统和子系统各层次的相互关系等,都是运用系统工程的思想、理论和方法研究解决的。目前,运用比较成熟的交通运输发展规划理论方法和交通运输系统分析理论方法,也是基于系统工程思想形成的。尤其是为解决和处理交通运输系统发展中的综合性问题,所形成的综合交通运输体系建设理论和方法,非常具有中国交通运输系统发展的特色。事实上,交通运输系统发展理论和综合交通运输理念的理论基础都来源于系统工程和系统科学,都是在应用系统思想、系统科学和系统工程解决处理交通运输系统实际问题的过程
14、中形成的,我国的综合交通运输发展五年规划和综合交通网中长期规划即是很好的例证。直到今天,这些理念和已形成的理论依然是我国交通运输系统发展的重要基础理论。综合交通运输是交通运输系统的一种组织形式,是交通运输系统发展到一定阶段的产物,也是一体化交通运输系统建设过程中不可避免的阶段性问题,必须给予高度重视。综合交通运输具有综合性、整体性和交叉性的特质,其研究理论和方法体现了多学科知识的交叉与融合,系统思想、系统科学和系统工程是支撑综合交通运输概念、思想和理论的基础。新时期综合交通运输发展理论,必须要从“三个转变”切入,紧紧围“三个转变”是指新时期交通运输发展要由追求速度和规模向更加注重质量和效益转变
15、,由各种运输方式相对独立发展向综合交通发展转变,由依靠传统的要素驱动向更加注重创新驱动转变。专家观点 ExpertView4TRANSPORT RESEARCHVol.9 No.3王庆云:系统工程视角下综合交通运输理论发展演化与分析绕交通运输系统阶段性发展特征,在顺应交通运输系统变化规律的基础上,研究提出与一体化交通运输系统建设有机衔接的发展理论,才能为中国式现代化交通运输系统建设创造条件。1交通运输系统及系统工程1.1从系统出发认识系统工程系统本身有诸多定义,但按照现代系统研究开创者贝塔朗菲的定义,系统是相互作用的多元素复合体1。从系统科学看,系统是一切事物的存在方式之一,任何事物都可以用系
16、统的观点来考察,用系统的方法来描述。研究一个系统,就是要了解这个系统特有的整体性质。整体观点是系统思想最核心的观点。钱学森先生认为,系统就是由许多部分所组成的整体,所以系统的概念就是要强调整体,强调整体是由相互关联、相互制约的各个部分所组成的具有特定功能的有机整体,而且这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。如一项公路工程项目,大致要经过规划决策、设计、施工和维护管理等几个阶段,这几个阶段共同组成一个大系统,而每个阶段又可以被视为一个独立的小系统。就规划决策阶段而言,一方面,可以把其视为由公路工程建设的必要性、工程规模、主要技术指标等因素构成的系统;另一方面,也可以将其视为由路线
17、、路基路面、桥梁和隧道构造物、交通标志标识以及管理维护等各种要素构成的系统。为了更好地发挥公路的系统功能,还可以把公路运输系统纳入决策范围统一考虑,而公路运输系统又是由公路工程与运载系统、装卸系统和承运系统共同组成的一个大系统。对综合交通运输而言,公路运输系统则仅是交通运输大系统中的一个子系统。系统工程则是从对系统的认识出发,设计和实施一个整体,以求达到人们所希望的效果1。英国著名系统工程专家希金斯认为:系统工程的本质就是选择正确的要素组分,将这些相互作用、相互影响的组分,以正确的方式精心整合,使整体涌现出新的属性、功能和行为。系统工程是生成复杂问题整体解决方案的艺术和科学2。自1937年贝塔
18、朗菲提出一般系统论后,国际上的系统工程理论不断涌现,其中最著名的是1957年美国密歇根州立大学的古德和迈克尔合作出版的第一部以“系统工程”命名的专著 系统工程学。之后,美国的工程师霍尔提出的系统工程三维结构理论,对系统工程的一般过程作了比较清楚的说明。比利时物理化学家普里戈金提出的系统工程耗散结构理论,德国物理学家哈肯提出的协同学理论,德国的生物物理学家艾根提出的超循环理论等,都从不同的学科完善了系统的自组织理论3。虽然专家们因为研究领域、承担任务和认识问题角度的不同,对系统工程的定义和理解表现出不同倾向,但其共识是系统思想是系统工程之父、系统工程之魂。系统工程的思想和技术理论方法来自不同行业
19、和领域,又吸收了相近学科的理论,从而使之成为一门纵览全局、着眼整体、综合利用各学科的思想理论与方法,从不同方法和视角来处理系统各部分的配合与协调,借助于科学方法与计算机工具,来规划、设计、组建和运行整个系统,使系统的技术、经济、社会要求得以满足的方法性学科4。系统工程属于管理科学与工程范畴,是一门综合性的科学理论、技术和方法。它通过汲取和整合各学科的优秀思想,综合集成所有人类智慧来实现、解决问题,是对哲学的可行性化和具体实践。系统工程的涉及范围极其广泛,它将自然科学与社会科学中的某些思想、理论、方法、策系统思想是一种提供思考各种问题的方法,它起源于工程师们解决设计和操纵那些可控的复杂设备的需要
20、。系统思想自古以来就有,比如我国的都江堰水利工程,就是一个典型的系统思想应用的产物。但现代时期的系统思想,通常是以一般系统论的出现为标志,典型的案例是美国的阿波罗登月工程。5交通运输研究第9卷 第3期2023略和手段等有效地组织起来,应用于人类的事件中,从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标。从理论方法而言,系统工程是以系统思想为指导,以系统方法和工程方法为工具,去建构人们所需要的新系统或改造原有的旧系统,使其更加合理、更加完善、更加科学。从学科角度看,系统工程是在其开发、设计、建造和运行中所采用的思考方法、程序体系和最优化方法的综合。在系统工程的应用实践中,产生了一种与系统工程相提并论的
21、系统方法系统分析,它是对系统组成的成本因素以及可以满足某一特定需求的各种其他因素进行系统化的评价。系统工程由一系列活动构成,这些活动组合在一起产生了一个复杂的人造实体和与其活动相联系的程序和信息流,它考察的对象从广义上讲是一个工程项目的总体。系统分析的考察对象则是对项目某个阶段的系统化评价,它通常用于帮助决策者提高所要决策的问题的清晰度5。1978年,以钱学森为代表的老一辈系统工程专家第一次提出建设中国的系统工程,并从一开始就强调,要利用系统思想把运筹学和管理科学统一起来,广泛开展各个领域系统工程的研究和应用。我国交通运输领域的系统工程理论研究和应用,以及系统工程学会下的交通运输系统工程专业委
22、员会的设立,都是在此背景下产生的。就系统工程学科而言,钱学森认为“系统工程是运用系统和工程的思想、理论、方法和技术,科学处理和解决日益复杂的自然与社会实践问题而形成的从系统整体出发,应用现代数学、计算机、网络等工具和手段,对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈等功能进行分析、设计、制造和服务,以充分发挥人力、物力的潜力,达到系统的最优设计、最优控制、最优管理等目标,从而产生的组织管理技术的学科”。系统工程学科体系也是按照思想理论方法和技术实践的脉络建立的。因而系统思想和系统思维是系统工程研究、处理、思考问题的前提和基本要求,也是系统工程思想的基础;系统理论、系统方法和系统科学等则是系统工程
23、的理论基础。1.2交通运输系统1.2.1交通运输系统的概念从专业角度讲,交通是指运输工具在运输网络上的流动,运输是指借助交通运输线路及其设施和运输工具来实现人与物空间位移的一种经济活动和社会活动。交通强调的是运输工具在交通网络上的流动情况,而运输强调的是运输工具上载运人员与物资的多少和位移的距离。交通运输系统强调的是两者有机结合后形成的新形态、新系统的整体能力、整体功能和整体行为。1.2.2交通运输系统的构成在实际应用中,交通运输系统的逻辑开发通常是以功能和目标为导向的,包括系统构思、系统构成与系统约束等重要环节。从物理视角看,交通运输系统是由固定设施设备系统(基础设施网络、站场、港口、机场和
24、枢纽等)、移动设备系统(运载工具和装卸设备等)和控制管理及服务系统(信息管理、调度指挥和运行服务等)组成的。从生产活动视角看,交通运输系统是由交通运输对象、交通运输设施设备、交通信息和人员组成的,它的生产活动主体是人,是由人将硬件设施设备和软件程序管理控制系统有机结合的复合系统,是一个可分的多层系统、动态开放系统。从系统论的视角观察交通运输系统的构成,则交通运输系统可表达为多元素的集合,其中经济和制度要素是集合中的基本要素,交通基础设施网络建设(包括枢纽、节点等)、运载工具、运输组织、制度、经济要素、经济空间等形成了满足经济系统需求的交通运输系统。1.2.3交通运输系统的特性交通运输系统具有多
25、重性,如对经济和社会系统思维是针对现象、时间、状况等,从系统的角度,也就是使用系统方法、系统理论和系统工具,进行的科学思维。系统思维着眼于整体,并在相应整体背景条件下关注整体的组成部分。系统思维是系统工程专家运用系统工程解决问题的逻辑起点。专家观点 ExpertView6TRANSPORT RESEARCHVol.9 No.3发展具有基础性,对空间、地域与时间具有较强的依附性,对社会和经济的贡献具有间接性和隐蔽性,系统内各种运输方式在一定程度上具有可替代性。其中,特别突出的是交通运输系统的系统性,在目的性、整体性、层次性、相关性以及与内外部环境的适应性这五大特性中,其整体性尤为明显。从系统科学
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