孫宗勝，帥斌*，許旻昊

(西南交通大學(xué)，a.交通運(yùn)輸與物流學(xué)院；b.綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室；c.綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，成都 611756)

0 引言

隨著產(chǎn)業(yè)變革及數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，以函件和電子等為代表的低密度高價(jià)值貨物運(yùn)輸需求急劇攀升，成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐。以快遞業(yè)務(wù)為例，2022 年，我國(guó)快遞業(yè)務(wù)量完成1105.8 億件，接近2012 年快遞業(yè)務(wù)量的20 倍?？爝f行業(yè)包括倉(cāng)儲(chǔ)、包裝及運(yùn)輸三大環(huán)節(jié)，2017—2022年，三大環(huán)節(jié)碳排放量均有明顯上升，其中，運(yùn)輸環(huán)節(jié)增長(zhǎng)速度最快，3年增長(zhǎng)220.9%，2022年，運(yùn)輸環(huán)節(jié)碳排放占比達(dá)到了62.7%[1]。在雙碳目標(biāo)下，如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的碳減排，成為需要解決的問(wèn)題之一。運(yùn)輸領(lǐng)域進(jìn)行碳減排主要為3 條途徑[2]：一是，通過(guò)技術(shù)提升進(jìn)行減排，即通過(guò)改善運(yùn)輸方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)現(xiàn)單位周轉(zhuǎn)量碳排放的降低；二是，通過(guò)運(yùn)輸組織改革提升低排放方式占比；三是，通過(guò)推進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)由碳排放較高的運(yùn)輸方式向碳排放較低的運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)碳減排。例如，柴建等[3]通過(guò)分析交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整與碳排放的效應(yīng)關(guān)系，認(rèn)為可以在運(yùn)距差異化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行各運(yùn)輸方式分擔(dān)率的合理分配，這是交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳減排的關(guān)鍵。

快捷貨物的運(yùn)輸方式主要包括公路快運(yùn)、航空快運(yùn)及鐵路快運(yùn)，在干線運(yùn)輸中的占比分別為85%，10%，5%，公路快運(yùn)為最主要運(yùn)輸方式，也是碳排量最高的運(yùn)輸方式[4]。隨著我國(guó)高速鐵路網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和完善，鐵路快運(yùn)除運(yùn)用普速鐵路進(jìn)行外，形成了高鐵快運(yùn)這一新型產(chǎn)品。高鐵快運(yùn)是中鐵快運(yùn)公司依托高速鐵路網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)、高時(shí)效性以及環(huán)保性的優(yōu)勢(shì)，充分利用既有線路富余能力進(jìn)行快捷貨物運(yùn)輸。航空快運(yùn)主要包括客機(jī)腹艙和全貨機(jī)兩種模式，2022 年，國(guó)家首次針對(duì)航空物流進(jìn)行了專項(xiàng)規(guī)劃。

合理運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的確定及演變機(jī)理，一直是交通運(yùn)輸領(lǐng)域的復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題[5]。目前，關(guān)于綜合運(yùn)輸體系下各運(yùn)輸方式競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的研究分為客運(yùn)市場(chǎng)和貨運(yùn)市場(chǎng)兩個(gè)領(lǐng)域?？瓦\(yùn)領(lǐng)域，周國(guó)華等[6]構(gòu)建高速鐵路與公路市場(chǎng)分擔(dān)率模型，認(rèn)為高速鐵路在客運(yùn)市場(chǎng)的份額超過(guò)1/2；徐明非等[7]運(yùn)用多元Logit模型和距離轉(zhuǎn)移曲線模型研究城際間普速鐵路、高速鐵路、長(zhǎng)途客車以及小汽車的客流分擔(dān)特征；齊鶴[8]根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、時(shí)間成本以及舒適性構(gòu)建客運(yùn)分擔(dān)模型與納什博弈模型，根據(jù)模型探討高速鐵路與航空在中長(zhǎng)途客運(yùn)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)博弈問(wèn)題；駱嘉琪等[9]基于博弈理論，分別從價(jià)格和距離兩個(gè)視角分析高鐵民航競(jìng)合關(guān)系，認(rèn)為650～850 km 是高鐵民航競(jìng)爭(zhēng)最激烈區(qū)間。貨運(yùn)領(lǐng)域，項(xiàng)昀等[10]根據(jù)貨運(yùn)量和運(yùn)距的集計(jì)數(shù)據(jù)構(gòu)建基于運(yùn)距視角的貨運(yùn)方式分擔(dān)率模型，確定運(yùn)距與貨運(yùn)量的函數(shù)關(guān)系式；CHEN等[11]通過(guò)搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，建立面板數(shù)據(jù)回歸模型，定量分析高鐵對(duì)航空貨運(yùn)的影響；CAI等[12]設(shè)計(jì)高鐵與航空客貨運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)的3 個(gè)場(chǎng)景，通過(guò)建立總效用函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，認(rèn)為與僅提供客運(yùn)服務(wù)相比，高鐵貨運(yùn)服務(wù)的開(kāi)展對(duì)于社會(huì)整體效益而言是有益的；周培宇[13]考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、快速性、便捷性以及準(zhǔn)時(shí)性，運(yùn)用多項(xiàng)Logit 模型，探討公路、高鐵及航空的快運(yùn)分擔(dān)率，認(rèn)為公路的分擔(dān)率隨著距離的增加而下降，但在2000 km 以上時(shí)，公路分擔(dān)率仍在70%以上；王昕[14]計(jì)算結(jié)果則顯示在2000 km以上時(shí)，公路分擔(dān)率在40%以下。

綜上可知，許多文獻(xiàn)探討了各運(yùn)輸方式分擔(dān)率問(wèn)題，但存在以下兩個(gè)問(wèn)題：一是，交通運(yùn)輸是碳排放控制的重要領(lǐng)域之一，在“雙碳”目標(biāo)下，進(jìn)行碳排放因素的考量顯得更為重要，在既有文獻(xiàn)進(jìn)行分擔(dān)率研究時(shí)，較少考慮碳排放影響因素。二是，運(yùn)輸速度對(duì)交通結(jié)構(gòu)變化有著重要影響，不同于公路與航空快運(yùn)，高速鐵路具有多種運(yùn)行時(shí)速，黃俊生等[15]針對(duì)客運(yùn)領(lǐng)域不同高鐵時(shí)速對(duì)客運(yùn)業(yè)發(fā)展影響進(jìn)行了研究，但針對(duì)快捷貨物運(yùn)輸領(lǐng)域的研究尚顯缺乏。本文與既有研究不同之處體現(xiàn)在對(duì)以上兩方面問(wèn)題的改進(jìn)：一是，在傳統(tǒng)Logit模型基礎(chǔ)上引入快捷貨物運(yùn)輸方式綠色性影響因素，以碳排放因子為表征，分析碳排放對(duì)各運(yùn)輸方式分擔(dān)率及臨界運(yùn)距的影響關(guān)系，為快捷貨物運(yùn)輸領(lǐng)域合理運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的確定提供借鑒。二是，分析各運(yùn)輸方式臨界運(yùn)距與高鐵時(shí)速變化的相互作用關(guān)系，探明各運(yùn)輸方式間的臨界運(yùn)距與高鐵時(shí)速演變機(jī)理，為快捷貨物運(yùn)輸產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供理論支撐。

1 快捷貨物運(yùn)輸方式分擔(dān)率模型

1.1 模型建立

國(guó)內(nèi)外關(guān)于分擔(dān)率問(wèn)題的分析主要有Logit及其改進(jìn)模型、博弈論及轉(zhuǎn)移曲線等方法，其中，Logit模型的理論基礎(chǔ)是諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主丹尼爾·麥克法登基于隨機(jī)效用理論確定的，本質(zhì)上是非集計(jì)離散選擇模型。相較于其他方法，Logit 模型應(yīng)用最為廣泛，總體評(píng)價(jià)最好，應(yīng)用價(jià)值最大[7]。因此，本文選用這一方法構(gòu)建快捷貨物運(yùn)輸方式分擔(dān)率模型。

根據(jù)隨機(jī)效用理論，效用Ui分為兩部分，即

式中：Vi為可觀測(cè)效用；εi為不可觀測(cè)效用產(chǎn)生的隨機(jī)誤差項(xiàng)，本文假設(shè)隨機(jī)誤差項(xiàng)獨(dú)立同分布，且屬于極值分布。i∈I,I={r,h,a}，r 為公路快運(yùn)，h為高鐵快運(yùn)，a 為航空快運(yùn)。對(duì)于決策者而言，各運(yùn)輸方式的市場(chǎng)分擔(dān)率為

式中：可觀測(cè)效用Vi由各服務(wù)屬性以加法規(guī)則或乘法規(guī)則進(jìn)行表征，即

式中：Sim為運(yùn)輸方式i的第m種服務(wù)屬性；M為服務(wù)屬性集合；θm和?m分別為第m種服務(wù)屬性在加法規(guī)則和乘法規(guī)則中所占權(quán)重系數(shù)。由于各服務(wù)屬性量綱不一，故需進(jìn)行歸一化處理，本文采用“⌒”符號(hào)進(jìn)行表示。以Sim為例，其歸一化結(jié)果為

需要說(shuō)明的是，服務(wù)屬性歸一化處理方式的不同會(huì)導(dǎo)致各運(yùn)輸方式分擔(dān)率具體數(shù)值大小的不同，但不會(huì)改變各運(yùn)輸方式分擔(dān)率的相對(duì)大小關(guān)系及臨界運(yùn)距。因此，本文所建市場(chǎng)分擔(dān)率模型主要通過(guò)分析各運(yùn)輸方式分擔(dān)率的相對(duì)大小，探討其相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

1.2 服務(wù)屬性的量化表征

綜合運(yùn)輸體系關(guān)于效用函數(shù)的確定，包括：經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性、穩(wěn)定性、安全性及便捷性等服務(wù)屬性，在碳達(dá)峰、碳中和的進(jìn)程中，綠色性已越來(lái)越成為受關(guān)注的影響因素。以快遞行業(yè)為例，2022 年，運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)及包裝三大環(huán)節(jié)碳排放量占比分別為62.7%，6.5%，30.8%，運(yùn)輸環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放超過(guò)整個(gè)行業(yè)碳排放總量的50%，且其占比還在不斷擴(kuò)大[1]。基于此，本文將效用函數(shù)確定為經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性、穩(wěn)定性、安全性、便捷性及綠色性這6個(gè)服務(wù)屬性，更好地分析各運(yùn)輸方式碳排放與分擔(dān)率之間的作用關(guān)系。

針對(duì)各服務(wù)屬性特征，進(jìn)行量化處理如下。

(1)經(jīng)濟(jì)性Si1

經(jīng)濟(jì)性Si1指快捷貨物在運(yùn)用第i種運(yùn)輸方式時(shí)所花費(fèi)的運(yùn)輸成本，與總體效用呈負(fù)相關(guān)。快捷貨物運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性主要與運(yùn)輸方式的平均運(yùn)價(jià)率相關(guān)，即

式中：λi為第i種運(yùn)輸方式的平均運(yùn)價(jià)率(元·(t·km)-1)。

(2)時(shí)效性Si2

時(shí)效性Si2指快捷貨物運(yùn)用第i種運(yùn)輸方式進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)花費(fèi)的總時(shí)間，與總體效用呈負(fù)相關(guān)。不同于普通貨物運(yùn)輸，快捷貨物的本身特性決定了其運(yùn)輸更加注重時(shí)效性，即總花費(fèi)時(shí)間更短?？旖葚浳镞x擇第i種運(yùn)輸方式的總花費(fèi)時(shí)間包括運(yùn)輸時(shí)間和附加時(shí)間兩部分，即

式中：d為快捷貨物的運(yùn)輸距離(km)；vˉi為第i種運(yùn)輸方式的平均旅行速度(km·h-1)；ti為第i種運(yùn)輸方式的附加時(shí)間(h)。

(3)穩(wěn)定性Si3

穩(wěn)定性Si3指快捷貨物運(yùn)用第i種運(yùn)輸方式時(shí)的準(zhǔn)時(shí)性，與總體效用呈正相關(guān)。不同于大宗貨物運(yùn)輸，快捷貨物時(shí)間敏感性高，時(shí)間延誤會(huì)極大影響貨物價(jià)值，同時(shí)，也會(huì)削弱產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。本文以準(zhǔn)點(diǎn)率表征第i種運(yùn)輸方式的穩(wěn)定性，準(zhǔn)點(diǎn)率越高，穩(wěn)定性越強(qiáng)，即

式中：δi為第i種運(yùn)輸方式的平均準(zhǔn)點(diǎn)率，取值范圍為[0,1]。

(4)安全性Si4

安全性Si4指快捷貨物在選擇第i種運(yùn)輸方式時(shí)的安全程度，與總體效用呈正相關(guān)。目前，在快捷貨物各運(yùn)輸方式中，公路占比最高，但快遞貨車在高速公路發(fā)生起火等事故也較為突出。本文以快捷貨物貨損率表征運(yùn)輸方式的安全程度，貨損率越高，安全性越低，即

式中：χi為第i種運(yùn)輸方式的貨損率，取值范圍為[0,1]。

(5)便捷性Si5

便捷性Si5指快捷貨物在選擇第i種運(yùn)輸方式時(shí)的方便程度，與總體效用呈正相關(guān)。與開(kāi)行頻率及作業(yè)流程復(fù)雜度相關(guān)，本文將其表達(dá)為

式中：fi和ui分別為運(yùn)輸方式的開(kāi)行頻率和作業(yè)流程便捷度；φf(shuō)和φu分別為相應(yīng)權(quán)重系數(shù)。同時(shí)，由于各因素量綱不一致，所以，fi和ui均為進(jìn)行歸一化處理后的數(shù)據(jù)。式(10)中各參數(shù)取值范圍均為[0,1]。

(6)綠色性Si6

綠色性Si6指快捷貨物在選擇第i種運(yùn)輸方式時(shí)的綠色低碳程度，與總體效用呈負(fù)相關(guān)。對(duì)于不同運(yùn)輸方式而言，其碳排放水平主要通過(guò)碳排放因子進(jìn)行刻畫(huà)，碳排放因子指該運(yùn)輸方式單位周轉(zhuǎn)量的碳排放量。本文快捷貨物運(yùn)輸綠色性服務(wù)屬性即由各運(yùn)輸方式碳排放因子界定，即

式中：ei為運(yùn)輸方式i的碳排放因子(kg·(t·km)-1)。

目前，關(guān)于旅客和貨物運(yùn)輸方式分擔(dān)率的研究中，普遍認(rèn)為安全性和穩(wěn)定性與其他服務(wù)屬性相對(duì)獨(dú)立，構(gòu)成乘法關(guān)系，經(jīng)濟(jì)性和便捷性體現(xiàn)為線性加法關(guān)系。當(dāng)不考慮綠色性時(shí)，效用函數(shù)表示為

得到快捷貨物各運(yùn)輸方式分擔(dān)率模型為

考慮碳排放時(shí)，因增加1 個(gè)影響因素，故在各因素原有權(quán)重系數(shù)基礎(chǔ)上減去新加入影響因素權(quán)重系數(shù)的均值，以保證可對(duì)比性。因此，考慮碳排放下的可觀測(cè)效用函數(shù)為

式中：k為服務(wù)屬性總量，k∈N+；b為以乘法規(guī)則表征的服務(wù)屬性數(shù)量，b∈N+，b≤k。

進(jìn)而得到考慮碳排放下的分擔(dān)率模型為

2 臨界運(yùn)距-高鐵時(shí)速關(guān)系模型

公路與航空運(yùn)營(yíng)速度較為固定，而高速鐵路具有多種運(yùn)營(yíng)時(shí)速，在快捷貨物運(yùn)輸方式分擔(dān)率模型基礎(chǔ)上，著重分析各運(yùn)輸方式間的臨界距離隨高鐵時(shí)速變化的關(guān)系，其中，200 ≤≤350。為簡(jiǎn)化計(jì)算，定義di-j為運(yùn)輸方式i和j的競(jìng)爭(zhēng)臨界運(yùn)距，j∈I。

式中：Zi為各快運(yùn)方式穩(wěn)定性與安全性服務(wù)屬性的綜合表征，取值范圍為[0,1]；Ri為各快運(yùn)方式經(jīng)濟(jì)性與便捷性服務(wù)屬性的綜合表征；為各快運(yùn)方式經(jīng)濟(jì)性、便捷性及綠色性服務(wù)屬性的綜合表征。

根據(jù)式(13)，得到dr-h和關(guān)系式為

根據(jù)各運(yùn)輸方式間競(jìng)爭(zhēng)臨界運(yùn)距及各運(yùn)輸方式運(yùn)營(yíng)時(shí)速，可進(jìn)一步測(cè)算各運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸時(shí)間。定義表示運(yùn)輸方式i在競(jìng)爭(zhēng)臨界運(yùn)距di-j下的運(yùn)輸時(shí)間，表達(dá)式為以為例，表示在公路和高鐵兩種快運(yùn)方式臨界運(yùn)距下，高速鐵路運(yùn)輸時(shí)間。據(jù)此，可得到各運(yùn)輸方式相應(yīng)臨界運(yùn)距下的運(yùn)輸時(shí)間分別為

借鑒文獻(xiàn)[9]關(guān)于客運(yùn)領(lǐng)域高鐵和民航競(jìng)爭(zhēng)博弈區(qū)間的思想，本文將快捷貨物運(yùn)輸領(lǐng)域各運(yùn)輸方式間競(jìng)爭(zhēng)博弈運(yùn)距分為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間和相對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間。絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間表示該種運(yùn)輸方式的市場(chǎng)分擔(dān)率大于其他任何一種運(yùn)輸方式的區(qū)間，在這一區(qū)間內(nèi)，其他運(yùn)輸方式要提高其市場(chǎng)份額時(shí)，需要更高的成本；相對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間表示該種運(yùn)輸方式的市場(chǎng)分擔(dān)率雖然小于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間的運(yùn)輸方式，但高于另一運(yùn)輸方式的市場(chǎng)分擔(dān)率，在該區(qū)間內(nèi)，兩種處于相對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間的運(yùn)輸方式競(jìng)爭(zhēng)最為激烈。

根據(jù)以上定義，得到公路、高鐵及航空快運(yùn)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間分別為

式(37)為在高鐵快運(yùn)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間內(nèi)的公路相對(duì)優(yōu)勢(shì)區(qū)間；式(38)為在高鐵快運(yùn)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間內(nèi)的航空相對(duì)優(yōu)勢(shì)區(qū)間。

為更直觀展示各快運(yùn)方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間情況，根據(jù)式(34)～式(38)，同時(shí)，考慮各快運(yùn)方式服務(wù)屬性的不同特征，得到各快運(yùn)方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間情況

如圖1所示。

圖1 各快運(yùn)方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間Fig.1 Advantage distance range of various transportation modes

同理，得到考慮碳排放下的各運(yùn)輸方式間競(jìng)爭(zhēng)臨界運(yùn)距和高鐵時(shí)速的關(guān)系分別為

公路和航空快運(yùn)方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間邊界提升情況與式(45)和式(46)同理。

3 分析與討論

3.1 參數(shù)標(biāo)定

根據(jù)文獻(xiàn)[1，13，14，16]分析與實(shí)際調(diào)研，標(biāo)定快捷貨運(yùn)分擔(dān)率模型各運(yùn)輸方式相關(guān)參數(shù)如表1所示。便捷性的取值中，φf(shuō)=0.6，φu=0.4，權(quán)重系數(shù)取值為θ1=0.3,θ2=0.5,θ5=0.2。

表1 模型參數(shù)Table 1 Model parameter

3.2 250 km·h-1高鐵時(shí)速臨界運(yùn)距分析

將以上參數(shù)代入式(13)中，得到各種快捷貨物運(yùn)輸方式分擔(dān)率演變情況，如圖2所示。

圖2 各快運(yùn)方式分擔(dān)率演變(=250 km·h-1,θ6=0)Fig.2 Evolution of share rate of various transportation modes(=250 km·h-1,θ6=0)

由圖2可知：

(1)3種快捷貨物運(yùn)輸方式中，公路快運(yùn)和高鐵快運(yùn)分擔(dān)率曲線隨運(yùn)距的增加呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢(shì)，航空快運(yùn)呈單調(diào)遞增趨勢(shì)。同時(shí)，就分擔(dān)率對(duì)運(yùn)距的敏感性而言，航空快運(yùn)敏感性最強(qiáng)，公路快運(yùn)次之，高鐵快運(yùn)對(duì)運(yùn)距變化的敏感性不大。

(2)公路快運(yùn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距在700 km 以內(nèi)，隨著運(yùn)輸距離的增加，700～1500 km 范圍內(nèi)時(shí)，高鐵快運(yùn)更具優(yōu)勢(shì)。當(dāng)運(yùn)距超過(guò)1500 km時(shí)，快捷貨物更適合使用航空進(jìn)行運(yùn)輸。

(3)快捷貨物運(yùn)輸背景下，各運(yùn)輸方式間臨界運(yùn)距與客運(yùn)領(lǐng)域形成顯著差別。與文獻(xiàn)[5]對(duì)客運(yùn)領(lǐng)域公路與高速鐵路對(duì)比來(lái)看，250 km·h-1時(shí)速下高鐵與公路客運(yùn)市場(chǎng)臨界點(diǎn)為150 km，而快捷貨物運(yùn)輸領(lǐng)域，這一臨界點(diǎn)700 km，是客運(yùn)領(lǐng)域臨界點(diǎn)的4.7倍左右。與文獻(xiàn)[8]對(duì)客運(yùn)領(lǐng)域高鐵與航空對(duì)比來(lái)看，650～850 km 為航空與高鐵競(jìng)爭(zhēng)激烈區(qū)間，而快捷貨物運(yùn)輸領(lǐng)域這一區(qū)間為1400～1600 km，競(jìng)爭(zhēng)激烈區(qū)間擴(kuò)展了1倍。

為分析碳排放對(duì)各運(yùn)輸方式臨界運(yùn)距影響，分別取θ6為0.1～0.4，得到不同碳排放權(quán)重系數(shù)下分擔(dān)率演變情況，如圖3所示。

圖3 不同碳排放權(quán)重系數(shù)下分擔(dān)率演變(=250 km·h-1)Fig.3 Evolution of share rate under different carbon emission weight coefficients( =250 km·h-1)

對(duì)比圖2 和圖3(a)可以發(fā)現(xiàn)：引入碳排放影響因素后，公路的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距右邊界由700 km 以內(nèi)下降至600 km 以內(nèi)。在600 km 以上，高鐵快運(yùn)比公路和航空具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在2300 km以上時(shí)，航空則比公路更具競(jìng)爭(zhēng)力。說(shuō)明在考慮碳排放這一影響因素時(shí)，高鐵快運(yùn)比公路和航空而言具有更大優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)式(14)和式(17)及圖2和圖3(a)可得出，同一運(yùn)距下引入碳排放因素前(θ6=0)后(θ6=0.1)各運(yùn)輸方式分擔(dān)率的上升率變化情況，如圖4所示。根據(jù)圖4可看出，引入碳排放因素后，同一運(yùn)距下，公路快運(yùn)的分擔(dān)率總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且分擔(dān)率的上升率逐漸變大，高鐵快運(yùn)較為平穩(wěn)，航空快運(yùn)則呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。

圖4 各快運(yùn)方式分擔(dān)率上升率演變(θ6 :0 →0.1)Fig.4 Evolution of rising rate in sharing rate of various transportation modes(θ6 :0 →0.1)

結(jié)合式(17)和式(33)～式(35)及圖3可知：

(1)隨著θ6增大，同一運(yùn)距下的公路和高鐵分擔(dān)率在上升，航空快運(yùn)分擔(dān)率在下降。以1500 km為例，公路由33.32%提升至33.55%，高鐵由33.47%提升至33.85%，航空則由33.22%下降至32.6%。

(2)隨著θ6的增大，高鐵絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距在變大，且每增加0.1，高鐵快運(yùn)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距會(huì)擴(kuò)大100 km。公路及航空快運(yùn)的分擔(dān)率在逐步降低，當(dāng)θ6取值超過(guò)0.4時(shí)，航空快運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)力將極度下降。

3.3 臨界運(yùn)距—高鐵時(shí)速演變關(guān)系分析

鐵路運(yùn)輸中，仍有時(shí)速160 km·h-1的特快班列，為更全面地分析，將此產(chǎn)品加入對(duì)比之中，更好地分析鐵路產(chǎn)品速度對(duì)快捷貨物運(yùn)輸市場(chǎng)分擔(dān)率的影響。根據(jù)調(diào)研，得到160 km·h-1的鐵路快運(yùn)產(chǎn)品運(yùn)價(jià)率為1.5元·(t·km)-1左右，假設(shè)其他參數(shù)與高鐵一致。時(shí)速160 km·h-1背景下的各運(yùn)輸方式市場(chǎng)分擔(dān)率演變情況如圖5所示，不同高鐵時(shí)速下的各快運(yùn)方式分擔(dān)率及臨界運(yùn)距演變?nèi)鐖D6所示，不同高鐵時(shí)速下各運(yùn)輸方式間的臨界運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間如表2所示。

表2 不同高鐵時(shí)速下臨界運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間(θ6=0)Table 2 Critical transportation distance and time under different high-speed railway speeds(θ6=0)

圖5 160 km·h-1 時(shí)速下各快運(yùn)方式分擔(dān)率演變(θ6=0,λi=1.5)Fig.5 Evolution of share rate under 160 km·h-1(θ6=0,λi=1.5)

圖6 不同高鐵時(shí)速下各快運(yùn)方式分擔(dān)率及臨界運(yùn)距演變(θ6=0)Fig.6 Evolution of share rate and critical transportation distance under different high-speed railway speeds(θ6=0)

結(jié)合圖2、圖5、圖6及表2可知：

(1)對(duì)于時(shí)速160 km·h-1的鐵路快運(yùn)班列來(lái)說(shuō)，其總體競(jìng)爭(zhēng)力與公路和航空相比有較大差距，在1500 km 之內(nèi)，競(jìng)爭(zhēng)力弱于公路，超過(guò)1500 km 時(shí)，弱于航空。因此，應(yīng)開(kāi)發(fā)更高級(jí)別的鐵路快捷貨物運(yùn)輸產(chǎn)品。

(2)在200，250，300，350 km·h-1這4種時(shí)速下，高鐵與公路的臨界運(yùn)距分別為1400，700，600，500 km。250，300，350 km·h-1時(shí)速下的運(yùn)距提升率分別為50%，14.3%，16.7%，優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸時(shí)間分別為7.0，2.8，2.0，1.43 h，運(yùn)輸時(shí)間提升率分別為60%，29%，29%。其中，高鐵時(shí)速由200 km·h-1提升至250 km·h-1時(shí)，運(yùn)用高鐵進(jìn)行快捷貨物運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間提升率最大。因此，運(yùn)用高速鐵路進(jìn)行快捷貨物運(yùn)輸時(shí)，最低時(shí)速應(yīng)保持在250 km·h-1以上，實(shí)現(xiàn)綜合效益的最大化。

(3)在200，250，300，350 km·h-1這4種時(shí)速下，公路與航空的競(jìng)爭(zhēng)臨界點(diǎn)分別為1200，1100，1100，1100 km，說(shuō)明高速鐵路時(shí)速變化對(duì)公路和航空之間的競(jìng)爭(zhēng)影響不大。

(4)隨著高鐵時(shí)速的增加，高鐵與航空快運(yùn)的臨界運(yùn)距在逐步擴(kuò)大，其中，高鐵時(shí)速由250 km·h-1提升至300 km · h-1時(shí)增加最 大，增加量達(dá)到800 km。

為進(jìn)一步分析考慮碳排放情況下的臨界運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間隨高鐵運(yùn)行時(shí)速變化的情況，根據(jù)式(17)和式(39)～式(41)，得到考慮碳排放情況下的分擔(dān)率及臨界運(yùn)距演變情況如圖7所示，臨界運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間情況如表3所示。

表3 不同高鐵時(shí)速下的臨界運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間(θ6=0.1)Table 3 Critical transportation distance and time under different high-speed railway speeds(θ6=0.1)

圖7 不同高鐵時(shí)速下的分擔(dān)率及臨界運(yùn)距演變(θ6=0.1)Fig.7 Evolution of share rate and critical transportation distance under different high-speed railway speeds(θ6=0.1)

結(jié)合圖3(a)、圖7及表3可知：

(1)在200，250，300，350 km·h-1這4種時(shí)速下，高鐵與公路的臨界運(yùn)距分別為1000，600，500，400 km。250，300，350 km·h-1時(shí)速下，臨界運(yùn)距提升率分別為40%，16.7%，0；優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸時(shí)間分別為5.00，2.40，1.67，1.14 h；運(yùn)輸時(shí)間提升率分別為52%，30%，32%。其中，高鐵時(shí)速由200 km·h-1提升至250 km·h-1時(shí)，運(yùn)用高鐵進(jìn)行快捷貨物運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)運(yùn)距及運(yùn)輸時(shí)間提升率最大，但均低于不考慮碳排放情況下的相應(yīng)提升率。4 種時(shí)速下，公路與高鐵快運(yùn)臨界運(yùn)距左區(qū)間較θ6=0時(shí)的提升分別為71.4%，85.7%，83.3%，80%。

(2)200，250，300，350 km·h-1這4種時(shí)速下，公路與航空的臨界運(yùn)距分別為2400，2200，2000，1900 km。250，300，350 km·h-1時(shí)速下，運(yùn)距提升率分別為8.3%，9.1%，5.0%，說(shuō)明在考慮碳排放的情況下，高速鐵路時(shí)速變化對(duì)公路和航空之間的競(jìng)爭(zhēng)影響不大。

(3)由于航空快運(yùn)碳排放因子較高，在考慮碳排放情況下其競(jìng)爭(zhēng)力受到的影響最大。4種高鐵時(shí)速下，其市場(chǎng)分擔(dān)率均低于高速鐵路，這與不考慮碳排放情況下的航空快運(yùn)市場(chǎng)分擔(dān)率呈現(xiàn)出本質(zhì)差別。航空快運(yùn)領(lǐng)域碳排放因子總體較高的主要原因在于航空快運(yùn)多采用客機(jī)腹艙進(jìn)行運(yùn)輸，全貨機(jī)占比較低。當(dāng)航空快運(yùn)的碳排放因子取0.721 kg·(t·km)-1時(shí)，根據(jù)式(41)可得到航空快運(yùn)與公路的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍左邊界由2200 km 下降至1700 km，擴(kuò)展近23%。

4 結(jié)論

本文基于Logit模型建立包含經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性、穩(wěn)定性、安全性、便捷性及綠色性等服務(wù)屬性在內(nèi)的快捷貨物運(yùn)輸市場(chǎng)分擔(dān)率模型，并在此基礎(chǔ)上分析各運(yùn)輸方式競(jìng)爭(zhēng)臨界運(yùn)距與高鐵時(shí)速變化的相互作用關(guān)系，為快捷貨物運(yùn)輸領(lǐng)域各運(yùn)輸方式的資源配置提供借鑒與參考。通過(guò)文中實(shí)例分析，得到結(jié)論如下：

(1)公路和高鐵市場(chǎng)分擔(dān)率隨著運(yùn)距的增加而遞減，航空為遞增，且航空對(duì)運(yùn)距變化最敏感，高鐵最不敏感。

(2)250 km·h-1時(shí)速下，高鐵快運(yùn)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍為700～1500 km，優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸時(shí)間為2.8～6.0 h，當(dāng)考慮碳排放因素時(shí)，600 km及以上運(yùn)距均為高鐵快運(yùn)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距區(qū)間，優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸時(shí)間為2.4 h及以上。

(3)隨著碳排放因素權(quán)重的增加，同一運(yùn)距下公路和高鐵競(jìng)爭(zhēng)力在上升，航空快運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)力在下降，且碳排放權(quán)重系數(shù)每增加0.1，高鐵快運(yùn)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距會(huì)擴(kuò)大100 km。200，250，300，350 km·h-1高鐵時(shí)速下的公路與高鐵快運(yùn)臨界運(yùn)距左區(qū)間較不考慮碳排放因素時(shí)的提升分別為71.4%，85.7%，83.3%，80%。

(4)對(duì)于鐵路這一運(yùn)輸方式而言，普速160 km·h-1的特快班列，在1500 km 之內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力弱于公路，超過(guò)1500 km 時(shí)弱于航空，應(yīng)開(kāi)發(fā)更高等級(jí)快捷貨物運(yùn)輸產(chǎn)品，最低時(shí)速應(yīng)保持在250 km·h-1及以上。

(5)航空快運(yùn)有客機(jī)腹艙及全貨機(jī)兩種運(yùn)輸模式，運(yùn)用客機(jī)腹艙進(jìn)行快捷貨物運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)力較低，當(dāng)航空快運(yùn)碳排放因子降低1/2時(shí)，航空快運(yùn)與公路的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍左邊界將擴(kuò)展23%，因此，應(yīng)增加全貨機(jī)在航空快運(yùn)中的占比，實(shí)現(xiàn)航空快運(yùn)總體碳排放因子的降低，進(jìn)而提升其綜合競(jìng)爭(zhēng)力。