顧濤， 劉澤， 劉躍軍， 周凌

(1. 北京交通發(fā)展研究院，北京 100073；2. 北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081)

目前，交通擁堵已成為困擾城市發(fā)展、影響居民生活水平的重要問(wèn)題之一。以北京市為例，截至2015年，機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)到561萬(wàn)輛。2015年，北京市全路網(wǎng)高峰時(shí)段平均指數(shù)為5.7，處于輕度擁堵?tīng)顟B(tài)，逼近中度擁堵門檻，早、晚高峰嚴(yán)重?fù)矶绿鞌?shù)分別增加11 d和30 d。擁堵環(huán)境下，出行不僅產(chǎn)生油耗等內(nèi)部成本，同時(shí)也給社會(huì)帶來(lái)多項(xiàng)外部性成本，如空氣污染、噪聲污染等。出行成本不僅與交通運(yùn)行狀況，還與城市布局、出行習(xí)慣、交通管理措施密切相關(guān)。在機(jī)動(dòng)化快速發(fā)展的大背景下，私家車出行成本的精確測(cè)算對(duì)城市管理和交通政策制定具有重要意義。

1992年，Mackenzie等[1]首次提出機(jī)動(dòng)車出行成本由市場(chǎng)成本和外部成本構(gòu)成，該研究對(duì)各項(xiàng)成本進(jìn)行測(cè)算，為后續(xù)研究出行成本構(gòu)成奠定了基礎(chǔ)。加拿大維多利亞交通政策研究所對(duì)維多利亞11種出行方式的20項(xiàng)出行成本在城市高峰、城市非高峰、鄉(xiāng)村三種情境下進(jìn)行了測(cè)算[2]。 Quinet[3]總結(jié)了歐洲各國(guó)對(duì)私家車外部出行成本的研究成果，并分析了導(dǎo)致結(jié)果差異性的原因。此外，邊際出行成本也成為研究熱點(diǎn)，如Bigazzi等[4]對(duì)高速公路交通擁堵的污染物暴露外部性的邊際成本進(jìn)行研究，量化了交通量對(duì)邊際成本的影響。國(guó)內(nèi)研究人員也從成本構(gòu)成[5-6]、實(shí)證研究[7-8]等方面開(kāi)展了一系列出行成本分析，并利用出行成本作為探索交通問(wèn)題解決策略的依據(jù)[9-10]。

當(dāng)前研究分析私家車出行成本時(shí)，多以某城市出行特征參數(shù)平均值為基準(zhǔn)，測(cè)算靜態(tài)成本，未考慮交通擁堵對(duì)成本的動(dòng)態(tài)影響。本研究引入擁堵效應(yīng)對(duì)大城市私家車出行成本的影響，分析出行成本隨路網(wǎng)速度的動(dòng)態(tài)變化，以北京市為例測(cè)算出行成本隨路網(wǎng)速度的變化情況，以及北京市非擁堵及擁堵兩個(gè)特定情景下私家車出行成本，為以經(jīng)濟(jì)手段調(diào)控交通需求提供理論基礎(chǔ)。

1 出行成本模型

成本是指為了達(dá)到特定目的所失去或放棄的資源[11]。經(jīng)濟(jì)生活中，一個(gè)基本的前提是資源相對(duì)稀缺，依據(jù)理性人的假設(shè)，人們所擁有的有限資源都是有代價(jià)的，這種代價(jià)就是成本[12]。成本或效益被施加于他人身上，然而施加這種影響的人卻沒(méi)有為此付出代價(jià)或?yàn)榇双@得報(bào)酬，這就產(chǎn)生了外部效應(yīng)，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)主體的行為對(duì)另一個(gè)經(jīng)濟(jì)主體的福利所產(chǎn)生的效果，而這種效果并沒(méi)有從貨幣或市場(chǎng)交易中反映出來(lái)[13]。交通出行的目的是為了完成人和物的移動(dòng)，因此，出行成本可定義為“為了完成人或物的移動(dòng)所應(yīng)當(dāng)支付的經(jīng)濟(jì)支出” 。

1.1 出行成本構(gòu)成

圖1 私家車出行成本構(gòu)成Fig.1 The travel cost of private car

私家車在城市機(jī)動(dòng)車保有量中占絕大部分，其出行特征對(duì)城市交通運(yùn)行影響顯著，出行成本不僅與居民生活密切相關(guān)，還是城市交通管理決策的重要依據(jù)。私家車出行成本由內(nèi)部成本和外部成本構(gòu)成。內(nèi)部成本指由私家車車主直接支付的成本，也即私人廣義出行成本，包括使用成本、時(shí)間成本、舒適性成本、可靠性成本。外部成本是指不由車主直接支付，因車主出行所產(chǎn)生的其他成本。包括基礎(chǔ)設(shè)施成本、擁擠成本、大氣污染成本、噪聲污染成本、交通事故成本。詳見(jiàn)圖1。

1.2 出行成本量化模型

出行者特征、出行時(shí)間、里程等因素會(huì)影響出行成本，研究中將出行特征的差異最小化，測(cè)算單輛私家車單位行駛里程的平均出行成本：

CTotal=CInter+CExter，

(1)

CInter=CU+CT+CUC+CUR，

(2)

CExter=CF+CC+CAP+CNP+CA，

(3)

式中，CTotal、CInter、CExter為單位總出行成本、內(nèi)部成本、外部成本， 元/(輛·km)；CU,CT,CUC,CUR,CF,CC,CAP,CNP,CA為使用成本、時(shí)間成本、舒適性成本、可靠性成本、基礎(chǔ)設(shè)施成本、擁擠成本、大氣污染成本、噪聲污染成本、交通事故成本，元/(輛·km)。

1.2.1 使用成本

私家車使用成本分為購(gòu)車成本和用車成本，用車成本包括停車成本、保險(xiǎn)成本、維修成本、路橋成本4項(xiàng)階段性成本及燃油成本：

CU=Cj+Cf，

(4)

式中，Cj,Cf為單位行駛里程耗費(fèi)的階段性成本、燃油成本，元/(輛·km)。

(5)

式中，B為車輛購(gòu)置費(fèi)；Y為車輛使用年限；Dpy為年均行駛里程， km/a;P,I,M,L為年停車費(fèi)、年保險(xiǎn)費(fèi)、年維修費(fèi)、年路橋費(fèi)， 元/a。

燃油成本與車輛類型有關(guān)，不同類型車輛的單位油量行駛里程不同，燃油成本：

(6)

式中，F(xiàn)為油價(jià)， 元/L；pj,dj為j類車比例和單位油量行駛里程， km/L。

1.2.2 時(shí)間成本

時(shí)間成本的核心是單位時(shí)間價(jià)值，即與單位時(shí)間等價(jià)的貨幣價(jià)值。一般的，單位時(shí)間價(jià)值與收入有關(guān)，收入越高，單位時(shí)間價(jià)值越大。單位時(shí)間成本定義如下：

CT=Vout/v，

(7)

(8)

式中，Vout為單位時(shí)間價(jià)值， 元/h；v為路網(wǎng)速度， km/h；In為第n類人群的年平均工資，元/a；dy，hd為每年工作天數(shù)、每天工作小時(shí)數(shù)，單位分別為d/a，h/d。

1.2.3 舒適性成本

影響私家車出行舒適性的原因，一是速度慢，行程時(shí)間長(zhǎng)，車內(nèi)乘客感知時(shí)間明顯長(zhǎng)于實(shí)際行駛時(shí)間；二是車速變化頻繁，引起乘客不適。這兩項(xiàng)是衡量小汽車舒適性的關(guān)鍵要素，而車速變化難以獲取，且一定程度上車速變化與車速有關(guān)，因此認(rèn)為舒適性僅與車速有關(guān)。模型將主觀感知時(shí)間與實(shí)際行駛時(shí)間的差值作為衡量舒適性程度的標(biāo)準(zhǔn)，將這一參數(shù)定義為舒適性指數(shù)Ioc：

Ioc=tf(v)-tr(v),

(9)

式中，tf(v),tr(v)表示速度為v時(shí)，單位里程感知時(shí)間、實(shí)際行駛時(shí)間， h。

舒適性成本即為舒適性指數(shù)這段時(shí)間的貨幣價(jià)值：

Cuc=Vout×Ioc。

(10)

1.2.4 可靠性成本

可靠性用單位里程行駛時(shí)間的波動(dòng)性來(lái)量化，時(shí)間波動(dòng)越大，意味著時(shí)間越不可估計(jì)，可靠性越低，出行者付出更多成本。用單位里程出行時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差作為衡量時(shí)間波動(dòng)性的標(biāo)準(zhǔn)，將這一參數(shù)定義為可靠性指數(shù)Ior：

Ior=σ(t),

(11)

(12)

式中，σ(t)為單位里程出行時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差，h。

可靠性成本是交通擁堵導(dǎo)致出行波動(dòng)性的時(shí)間價(jià)值，即可靠性指數(shù)所覆蓋時(shí)間的價(jià)值：

Cur=Vout×Ior。

(13)

1.2.5 基礎(chǔ)設(shè)施成本

采用資源均攤法量化，將各類城市道路建設(shè)成本分?jǐn)傊淋囕v行駛里程中，定義基礎(chǔ)設(shè)施成本為：

，

(14)

式中，ck為k類道路資源的單位里程建設(shè)維護(hù)成本，元/km；lk為k類道路資源的總里程數(shù)， km；yk為k類道路資源的使用年限， a；N為小汽車保有量，輛。

1.2.6 擁擠成本

擁擠成本指由于出行給道路其他出行者帶來(lái)的時(shí)間損失，從出行者角度量化，對(duì)單位出行者造成的成本：

(15)

式中，c為擁堵路況給出行者個(gè)人造成的成本， 元/(人·km)；v,vf為路網(wǎng)實(shí)際速度、順暢路況下路網(wǎng)速度， km/h。

擁擠成本是由道路上所有運(yùn)行車輛給路網(wǎng)上所有出行者帶來(lái)的額外時(shí)間成本。路網(wǎng)中存在私家車、出租車、公交車及其他車輛，不同車輛載客數(shù)不同，因此由私家車給路網(wǎng)出行者造成的擁堵成本：

(16)

式中，p1為路網(wǎng)中私家車比例；nr為r類型車的載客數(shù)，人/輛；pr為路網(wǎng)中r類型車比例。

1.2.7 大氣污染、噪聲污染成本

該項(xiàng)成本較難量化，采用文獻(xiàn)[14]中的參數(shù)，根據(jù)行駛速度對(duì)大氣污染成本(CAP)和噪聲污染成本(CNP)進(jìn)行折減：

CAP=cap×α×φ(v)，

(17)

CNP=cnp×α×φ(v)，

(18)

式中，cap,cnp為單位大氣污染、單位噪聲污染成本， 元/(輛·km)；α為由私家車造成的污染比例；φ(v)為速度v時(shí)的折減系數(shù)。

1.2.8 交通事故成本

采用成本分?jǐn)偡ǎ瑢⑹鹿蕮p失分?jǐn)傊列旭偫锍讨?，包括死亡、受傷、直接?jīng)濟(jì)損失。交通事故成本(CA)定義為：

，

(19)

式中，cl為l類交通事故損失的人均貨幣損失， 元/人；nl為l類交通事故損失對(duì)應(yīng)人數(shù)，人/a；λ為由私家車引起的交通事故比例。

2 實(shí)例研究

以北京市為實(shí)例，利用北京市交通運(yùn)行、居民出行調(diào)查及出行意愿調(diào)查等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定模型參數(shù)，進(jìn)一步分析出行成本隨速度的動(dòng)態(tài)變化情況，并針對(duì)兩個(gè)特定速度情景進(jìn)行分析。

2.1 北京市出行成本隨路網(wǎng)速度的動(dòng)態(tài)變化分析

北京市私家車各項(xiàng)出行成本隨速度的動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖2，使用成本、基礎(chǔ)設(shè)施成本、交通事故成本、可靠性成本不隨速度變化；隨著速度的提升，時(shí)間成本、舒適性成本、擁堵成本、大氣污染成本、噪聲污染成本降低，但降低速率變緩，當(dāng)速度達(dá)40 km/h后，各項(xiàng)出行成本隨速度變化極小，趨于穩(wěn)定，總出行成本降低幅度較小，基本穩(wěn)定在6.5 元/(輛·km)左右。

圖2 各項(xiàng)出行成本隨路網(wǎng)速度變化圖Fig.2 Variation diagram of each travel cost with the speed of road network

各項(xiàng)出行成本占比隨速度變化情況見(jiàn)圖3，其中擁堵成本變化最為顯著，其占比隨速度提升逐漸降低。

圖3 各項(xiàng)出行成本占比隨路網(wǎng)速度變化圖Fig.3 Variation diagram of each proportion of travel cost with the speed of road network

內(nèi)部成本與外部成本隨速度變化情況見(jiàn)圖4，可以看出內(nèi)部與外部成本均隨路網(wǎng)速度提升呈降低趨勢(shì)，外部成本降低更明顯。當(dāng)速度達(dá)40 km/h后，外部成本占比基本穩(wěn)定在35%左右。

圖4 內(nèi)外部出行成本及占比隨路網(wǎng)速度變化圖Fig.4 Variation diagram of internal cost, external cost and proportions with the speed of road network

2.2 特定情景出行成本對(duì)比

研究設(shè)定高峰時(shí)段和平峰時(shí)段兩個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行出行成本具體對(duì)比，根據(jù)北京市路網(wǎng)運(yùn)行狀況，將高峰和平峰時(shí)段速度分別標(biāo)定為25 km/h、35 km/h。研究測(cè)算得出北京市私家車平峰時(shí)段總出行成本為7.42 元/(輛·km)，高峰時(shí)段總出行成本為11.86元/(輛·km)。具體各項(xiàng)成本測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 北京市平峰和高峰時(shí)段私家車出行成本對(duì)比表

從總成本來(lái)看，高峰時(shí)段明顯高于平峰時(shí)段，約為平峰時(shí)段的1.6倍。從各項(xiàng)成本來(lái)看，高峰時(shí)段各項(xiàng)成本均不小于平峰時(shí)段。由于使用成本、可靠性成本、基礎(chǔ)設(shè)施成本、交通事故成本隨速度變化極小，模型不考慮以上成本隨速度變化情況。除此之外，高峰時(shí)段其他成本項(xiàng)均明顯高于平峰時(shí)段。高峰時(shí)段速度低，單位里程耗時(shí)增加，因此時(shí)間成本、擁擠成本增加；隨著速度變慢，乘車體驗(yàn)變差，舒適性成本增加；高峰時(shí)段，大氣污染與噪聲污染明顯加重，成本高于平峰時(shí)段。

表2 北京市平峰高峰時(shí)段私家車出行成本占比

各項(xiàng)成本所占比例對(duì)比表如表2所示，平峰時(shí)段和高峰時(shí)段使用成本占比均為所有成本中的最高項(xiàng)，但占比僅為1/3和1/5，可見(jiàn)出行過(guò)程中，個(gè)人貨幣支出比例較小。高峰時(shí)段第二占比項(xiàng)為擁堵成本，說(shuō)明隨著交通擁堵產(chǎn)生，擁堵成本增加較快。

表3 北京市平峰高峰時(shí)段內(nèi)外部成本對(duì)比

內(nèi)部成本與外部成本對(duì)比情況如表3所示，外部成本在平峰與高峰時(shí)段占總成本的比例分別約為1/3、1/2，說(shuō)明隨著擁堵加劇，速度降低，私家車出行給社會(huì)帶來(lái)的外部成本增加明顯，不容忽視。

出行者本身往往只關(guān)注其自身支付的內(nèi)部成本，但交通追求的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)，推及到出行成本上，就是實(shí)現(xiàn)出行總成本最低，既包括內(nèi)部成本，也包括外部成本。表3可以得出，高峰時(shí)段私家車外部成本約增加120%，內(nèi)部成本約增加30%，交通擁堵給社會(huì)帶來(lái)的負(fù)外部性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于給出行者本身帶來(lái)的負(fù)外部性，因此降低外部成本是亟待解決的問(wèn)題。由圖3和圖4可以看出，隨著路網(wǎng)速度的降低，出行成本的增速加劇，因此緩解交通擁堵是降低總出行成本的關(guān)鍵。

2.3 從出行成本角度提出優(yōu)化策略

通過(guò)對(duì)私家車出行成本的分析發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)生的外部成本占比較高，尤其是在高峰時(shí)段，要達(dá)到滿足必要出行需求，同時(shí)降低社會(huì)成本的目的，就需要降低私家車使用強(qiáng)度，使用高運(yùn)載效率的交通工具——公共交通。出行者的出行方式是由出行成本決定的，出行者期望選擇綜合成本較低的出行方式，可以從提高私家車內(nèi)部出行成本、降低公共交通內(nèi)部出行成本的角度，優(yōu)化出行結(jié)構(gòu)，降低社會(huì)總出行成本。

2.3.1 提高私家車內(nèi)部出行成本，外部成本內(nèi)部化

私家車內(nèi)部出行成本主要是由擁車成本和用車成本構(gòu)成。

(1)提高擁車成本

北京市自2011年開(kāi)始實(shí)施小客車數(shù)量調(diào)控政策，市民需要通過(guò)搖號(hào)或輪候獲取小客車牌照，這一措施增加了小客車擁有的等待成本，但并未直接增加用車的貨幣成本?？蓞⒖夹录悠?、上海等地牌照拍賣措施，同時(shí)對(duì)購(gòu)車征收高額稅費(fèi)，進(jìn)一步增加私家車擁車成本。

(2)提高用車成本

用車成本主要包括燃油費(fèi)、停車費(fèi)。燃油費(fèi)方面，可以提高燃油稅；停車費(fèi)方面，應(yīng)進(jìn)一步提高停車收費(fèi)價(jià)格，這些都可以提高用車成本。除此之外，可針對(duì)常發(fā)擁堵路段實(shí)施擁堵收費(fèi)，將擁堵外部成本內(nèi)部化，實(shí)現(xiàn)“誰(shuí)使用，誰(shuí)付費(fèi)”。

2.3.2 降低公共交通出行成本，提高吸引力

地面公交和地鐵的內(nèi)部成本由貨幣成本和時(shí)間成本兩項(xiàng)構(gòu)成，目前北京市地面公交和地鐵的購(gòu)票成本已經(jīng)相當(dāng)?shù)?，出行者?duì)于目前票價(jià)的敏感性不高，繼續(xù)通過(guò)降低購(gòu)票成本，達(dá)到的效果不明顯。因此，可以通過(guò)設(shè)置地面公交專用道、縮短地面公交和地鐵的發(fā)車間隔、提供便捷的換乘體系這三項(xiàng)措施來(lái)降低出行時(shí)間、提高可靠性和舒適性，從而提高公共交通吸引力。

3 結(jié)論

本研究將私家車出行成本劃分為9項(xiàng)，對(duì)各項(xiàng)成本進(jìn)行量化建模，并以北京市為實(shí)例測(cè)算速度對(duì)出行成本的動(dòng)態(tài)影響，從而分析交通擁堵效應(yīng)對(duì)出行成本的影響。研究結(jié)果表明，除固定成本項(xiàng)外，各項(xiàng)成本均隨速度降低而增加，其中擁堵成本增加最為明顯，外部成本隨速度降低占比增加。北京市私家車在高峰時(shí)段外部出行成本約占總成本1/2，外部成本往往不需要出行者承擔(dān)，具有隱藏性，但不容忽視。最后從出行成本角度，提出了對(duì)交通管理策略的指導(dǎo)意義。研究中參數(shù)的標(biāo)定僅考慮北京市平均水平，因此對(duì)各類出行者的出行成本研究將作為后續(xù)研究?jī)?nèi)容，并考慮引入出行者對(duì)外部成本的敏感性分析。