林楓

（廣東新粵交通投資有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

我國(guó)高速公路收費(fèi)方式經(jīng)歷了純?nèi)斯な召M(fèi)方式到半人工，再到現(xiàn)今的電子不停車收費(fèi)（ETC）主流收費(fèi)模式。2019年以來(lái)，撤銷省界收費(fèi)站工程的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了全國(guó)“一張網(wǎng)”的運(yùn)行，ETC被普遍推廣，推動(dòng)交通運(yùn)輸向智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。由于ETC建設(shè)成本高，國(guó)內(nèi)各地標(biāo)準(zhǔn)存在差異，且為確保未安裝車載單元（OBU）的車輛可以正常通行，大多數(shù)收費(fèi)站仍保留少量人工收費(fèi)車（MTC），采用ETC和MTC混合收費(fèi)模式[1]。

省界收費(fèi)站的取消以及ETC的推廣使到達(dá)收費(fèi)站車流中ETC滲透率不斷提高，提高部分路段的通行效率，但卻為部分未及時(shí)增設(shè)ETC車道的非省界收費(fèi)站帶來(lái)更多的車輛通行壓力和車輛延誤成本。

合理的車道配置方案是提高收費(fèi)站運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本的關(guān)鍵，針對(duì)混合型收費(fèi)站運(yùn)行現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一系列研究。LIU Lili等通過(guò)VISSIM仿真模擬，得出不同數(shù)量MTC和ETC車道時(shí)的收費(fèi)站通行能力差異，進(jìn)而對(duì)ETC與MTC的合理配置方案進(jìn)行探析；Bomoico等人采用隨機(jī)排隊(duì)模型計(jì)算出所需不同收費(fèi)方式的車道數(shù)；許潤(rùn)南等通過(guò)研究車輛排隊(duì)現(xiàn)狀定義了不同收費(fèi)站服務(wù)水平下的收費(fèi)站通行能力這間系數(shù)，得到不同服務(wù)水平各類收費(fèi)車道優(yōu)化配置算法；姬楊蓓蓓等從建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本和延誤成本兩個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建低成本模型，提出當(dāng)ETC比例大于70%時(shí)，提高ETC比例能降低建設(shè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；周崇華等基于成本效率最大化提出建立ETC車道優(yōu)化配置模型，為車道的合理配置提供了科學(xué)的計(jì)算方法；馮堯等基于排隊(duì)論模型對(duì)ETC車道配置進(jìn)行分析，得到不同車流量下ETC車道的合理配置數(shù)量；孫晶結(jié)合實(shí)際工程造價(jià)，從占地要求、車道布局、車道數(shù)設(shè)計(jì)等方面對(duì)不同車道數(shù)方案造價(jià)進(jìn)行對(duì)比，并提出收費(fèi)通道配置策略和建議[2]。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合已有車道優(yōu)化配置算法，具體分析收費(fèi)站成本影響因子，探析收費(fèi)站綜合成本節(jié)約的模式。

1 收費(fèi)站成本分析

1.1 經(jīng)營(yíng)者成本

一般來(lái)說(shuō)，收費(fèi)站的經(jīng)營(yíng)者成本主要由前期建造成本和后期日常營(yíng)運(yùn)成本兩部分組成。建設(shè)成本包括土地征用費(fèi)、建設(shè)施工費(fèi)和MTC和ETC車道的建設(shè)費(fèi)。日常運(yùn)營(yíng)成本包括車道設(shè)備運(yùn)行成本、收費(fèi)站員工月收入等[3]。

收費(fèi)站的營(yíng)運(yùn)成本如下。

式中：Ccon——收費(fèi)站的建造成本，元/d；CMco——單條MTC車道的建造成本，元/d；CEco——單條ETC車道的建造成本，元/d；nM——MTC車道的數(shù)量，條；nE——ETC車道的數(shù)量，條。

綜上可得收費(fèi)站的經(jīng)營(yíng)者成本如下。

式中：Cman——收費(fèi)站經(jīng)營(yíng)者成本，元/d；Cope——收費(fèi)站的營(yíng)運(yùn)成本，元/d；CMeq——單條MTC車道的設(shè)備運(yùn)行成本，元/d；CEeq——單條ETC車道的設(shè)備運(yùn)行成本，元/d；Csal——收費(fèi)站員工月收入，元/月。

1.2 使用者成本

使用者的成本指車輛使用者經(jīng)過(guò)收費(fèi)站，因候車、停留等原因產(chǎn)生的成本，這種成本既有物質(zhì)層面，也包括非物質(zhì)層面。物質(zhì)層面主要為車輛燃油消耗的金錢成本，而非物質(zhì)層面是指使用者在經(jīng)過(guò)收費(fèi)站時(shí)耗費(fèi)的時(shí)間成本。

從收費(fèi)站建設(shè)的角度看，由于ETC車道前端交易流程，在對(duì)車輛通過(guò)ETC收費(fèi)車道所需時(shí)間進(jìn)行分析時(shí)，一般將收費(fèi)時(shí)間分為服務(wù)時(shí)間和離開(kāi)時(shí)間，服務(wù)時(shí)間是指ETC車輛到達(dá)觸發(fā)線圏到完成交易離開(kāi)落桿線圈的時(shí)間間隔，離開(kāi)時(shí)間是指ETC車輛駛離落桿線圏到下一輛車到達(dá)觸線圈的時(shí)間間隔，除了與車型和車輛長(zhǎng)度有一定聯(lián)系外，跟不同收費(fèi)站服務(wù)水平和服務(wù)能力有較強(qiáng)相關(guān)性[4]。

ETC和MTC車道的平均車輛到達(dá)率分別如式（4）、式（5）所示。

收費(fèi)車道的平均延誤時(shí)間（含服務(wù)時(shí)間）如式（6）所示。

某日到達(dá)收費(fèi)站的客車延誤時(shí)間成本如式（8）所示。

貨車的延誤成本與貨車的小時(shí)純收益相關(guān)[13]，某日到達(dá)收費(fèi)站的貨車延誤時(shí)間成本Ctt如式（9）所示。

收費(fèi)站的延誤時(shí)間成本Ct如式（10）所示。

式中：Vt——人均時(shí)間價(jià)值，元/（人·h）；Im——人均月收入，元/月；Ctb——收費(fèi)站的客車延誤時(shí)間成本，元/d；N——車道總數(shù)，條；h——每車平均載客數(shù)，人/veh；rb——客車比例；Ctt——收費(fèi)站的貨車延誤時(shí)間，元/d；It——貨車小時(shí)凈收益，元/h；rt——貨車比例。

根據(jù)排隊(duì)論可得收費(fèi)車道的平均排隊(duì)車輛數(shù)如式（11）所示。

因此，平均每日車輛的怠速油耗成本與啟動(dòng)加速油耗成本分別為Cf1、Cf2，如式（12）、式（13）所示。

由此可得收費(fèi)站使用者成本Cuse，如式（14）所示。

式中：Li——車道i的平均排隊(duì)車輛數(shù)，輛；Cf1——車輛的怠速油耗成本，元/d；Gj——j型車的怠速油耗率，ml/s，j取1表示客車，2表示貨車；Cf2——車輛的啟動(dòng)加速油耗成本，元/d；Fj——j型車的單次啟動(dòng)加速油耗量，ml；c——平均油價(jià)，元/ml。

1.3 外部社會(huì)成本

車輛在通過(guò)收費(fèi)站時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣，根據(jù)國(guó)家“碳中和”和“碳達(dá)峰”的規(guī)定，應(yīng)對(duì)車輛造成的大氣污染物進(jìn)行征稅和凈化處理，每污染當(dāng)量征收1.8元，由此帶來(lái)一定的外部社會(huì)成本。收費(fèi)站多使用微觀仿真軟件VISSIM獲取車輛污染物排放量。

收費(fèi)站平均每日的外部社會(huì)成本如式（15）所示。

式中：Cemi——收費(fèi)站外部社會(huì)成本，元/d；Ei——污染物i的排放量，g；ei——i種污染物的當(dāng)量值，kg。

2 社會(huì)成本節(jié)約型ETC改造和車道配置

2.1 項(xiàng)目概況

南沙大橋原稱虎門二橋，是中國(guó)廣東省境內(nèi)一座連接廣州市南沙區(qū)與東莞市沙田鎮(zhèn)的跨海大橋，位于珠江獅子洋之上，為廣州—龍川高速公路的西端部分；是繼港珠澳大橋之后，珠江三角洲又一座世界級(jí)橋梁工程。南沙大橋西起廣州市東涌立交，上跨獅子洋入海口，東至東莞市沙田立交；大橋全長(zhǎng)12.886km；橋面為雙向八車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100km/h。

根據(jù)現(xiàn)狀，南沙大橋建設(shè)段主要設(shè)有海鷗島收費(fèi)站，共有三個(gè)分廣場(chǎng)，入口車道共計(jì)3條純MTC和1條純ETC車道，出口車道共計(jì)3條純MTC車道，1條純ETC車道，1條混合車道，總體上MTC車道數(shù)多于ETC車道，如表1所示。

表1 南沙大橋海鷗島收費(fèi)站車道設(shè)置現(xiàn)狀

2.2 影響收費(fèi)站成本的主要因素

根據(jù)上文相關(guān)論述，收費(fèi)站成本主要來(lái)源于經(jīng)營(yíng)者成本、使用者成本和外部社會(huì)成本三大方面，結(jié)合實(shí)際案例和現(xiàn)有理論分析，ETC使用效率是影響混合收費(fèi)站成本的關(guān)鍵因素。隨著ETC收費(fèi)站和ETC車輛的普及，ETC滲透率也隨之上升，造成ETC車道的平均延誤時(shí)間逐漸增加，MTC車道的平均延誤時(shí)間逐漸減少[6]。當(dāng)ETC滲透率過(guò)高時(shí)，ETC車道的平均延誤時(shí)間增長(zhǎng)量大于MTC車道的平均延誤時(shí)間降低量，進(jìn)而導(dǎo)致收費(fèi)站的整體延誤時(shí)間增加?？偟膩?lái)說(shuō)，MTC和ETC車道數(shù)的配置是個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，當(dāng)ETC使用率為10%~30%時(shí)時(shí)，混合收費(fèi)站的通行能力隨著ETC車道數(shù)的增加反而減??；當(dāng)ETC使用率為50%~70%時(shí)，混合收費(fèi)站的通行能力隨著ETC車道數(shù)的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；當(dāng)ETC使用率≥90%時(shí)，混合收費(fèi)站的通行能力會(huì)隨著ETC車道數(shù)的增加，呈現(xiàn)先增加后平穩(wěn)的趨勢(shì)[7]。

2.3 基于成本節(jié)約南沙大橋海鷗島收費(fèi)站車道改造配置方案

南沙大橋海鷗島收費(fèi)站升級(jí)改造主要包括硬軟件設(shè)施的升級(jí)改造和MTC、ETC車道的優(yōu)化配置。從硬件上優(yōu)化，站內(nèi)主要設(shè)置去重服務(wù)器、管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全防火墻、北斗授時(shí)、以太網(wǎng)交換機(jī)等核心設(shè)備，收費(fèi)站利用現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)工作站。從軟件上優(yōu)化，對(duì)相應(yīng)的收費(fèi)站管理軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，同時(shí)增加備份鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到路段中心、省中心、部中心的傳輸。

基于成本節(jié)約，在車道優(yōu)化配置方面，主要采取以下方案。

（1）MTC車道改為專用ETC車道：增設(shè)ETC車道天線、ETC車道控制器、高速自動(dòng)欄桿、反向雨棚信號(hào)燈（利舊）、車道LED指示標(biāo)志、車道信息顯示屏（含立柱）、單通道車輛檢測(cè)器、檢測(cè)線圈、車牌圖像識(shí)別設(shè)備（含立柱）、ETC車道軟件升級(jí)等。

（2）MTC車道改為混合車道：增設(shè)路側(cè)讀寫單元、ETC車道控制器、高速自動(dòng)欄桿機(jī)、車道LED指示標(biāo)志、車道信息顯示屏（含立柱）、單通道車輛檢測(cè)器、檢測(cè)線圈、車牌圖像識(shí)別設(shè)備（含立柱）、讀卡器升級(jí)、ETC/MTC混合車道軟件升級(jí)等。

同時(shí)做好相應(yīng)的標(biāo)志牌、標(biāo)線的施工。

如表2所示，由于海鷗島收費(fèi)站流通車輛多以ETC車輛為主，改造后的車道配置采用混合型車道結(jié)合ETC車道的模式。其中入口車道處布設(shè)混合型車道1條，ETC車道兩條；出口車道布設(shè)混合車道2條，ETC車道3條，實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約的車道優(yōu)化配置。

表2 南沙大橋海鷗島收費(fèi)站車道升級(jí)改造方案

3 結(jié)語(yǔ)

收費(fèi)站車道配置涉及經(jīng)營(yíng)者、使用者以及社會(huì)公眾等各方的利益，由于高速公路收費(fèi)站是一個(gè)密切聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)體系，因此單個(gè)收費(fèi)站的規(guī)劃建設(shè)不僅要基于該路段現(xiàn)狀，更要充分考慮相鄰區(qū)域或城市收費(fèi)站建設(shè)現(xiàn)狀和未來(lái)規(guī)劃。本文基于實(shí)際項(xiàng)目，在綜合考慮收費(fèi)站的經(jīng)營(yíng)者成本、使用者成本和外部社會(huì)成本，以及影響收費(fèi)站成本主要因素的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)狀提出收費(fèi)站車道升級(jí)改造方案，以混合型車道結(jié)合ETC車道的模式車道配置，達(dá)到成本節(jié)約的目的。