特大型城市商业中心区域道路拥堵收费定价研究

谢晓凡，严 凌 （上海理工大学 管理学院，上海 200093）

0 引言

近年来，随着我国城市化程度加深，交通需求快速增加，城市机动车数量迅猛增长，高峰时期私家车使用者日益增加，导致道路资源使用率降低，加剧了城市道路交通拥堵现象[1]。在特大型城市区域内的道路交通拥堵现象更加严重。

研究发现，城市道路交通拥堵的实质是，城市道路的交通需求量大于交通供给量而导致车辆停滞不前现象。对此，国内外相关专家学者通过对比发现，道路交通拥堵收费可作为一项调控交通需求量的有效措施，同时，还可以降低能源消耗，减少大气污染。所以，本文对道路拥堵的定价问题进行着重研究，期望能改善道路交通拥堵现象。

1 城市道路拥堵收费的基本含义

从广义上讲，道路拥堵收费是对道路使用者从购买车辆到道路使用的全过程收取费用[2]，如耗油税、汽车购置税和路桥通过收取的费用等[3]。从狭义上讲，道路拥堵收费是指对在特定时段（一般指早晚高峰期）和特定拥堵路段或区域（一般指拥堵的商业中心区域）的出行者收取的费用，弥补由于交通拥堵而造成的外部不经济性[4]，促使出行者重新选择出行时间或出行路线等，减少需求量，使其与供给量相适应，缓解交通拥堵。本文研究的即为狭义的道路拥堵收费。

2 静态拥堵定价理论基础

经济学家Walters（1961）对道路拥堵收费的外部成本定量化，建议将拥堵费、燃油税等结合一起收费，定义了基于短期边际成本的拥堵定价理论[4]，即最优拥堵定价理论或静态拥堵定价理论[5]。拥堵收费定价的基础理论如图1所示。该图的横轴Q表示车流量，纵轴C表示机动车出行成本。曲线MPC表示出行者私人边际成本，曲线MSC表示社会边际成本，曲线DD'代表机动车需求量[6]。在实际过程中，出行者通常只会考虑私人边际成本，忽视个人给其他出行者和社会所带来的损失。见图1中的MPC曲线与DD'曲线交点所对应均衡出行量Q2。此时，出行者的私人边际成本为C3，EF即为拥堵路段上的出行者对其他人和社会所造成的“隐形成本”。如果根据狭义的拥堵收费定义，拥堵费=社会边际成本-私人边际成本。即这部分“隐形成本”可通过拥堵收费的方式获得。

3 道路拥堵收费定价模型研究

道路拥堵收费的关键是制定合适的收费标准，本文重点研究拥堵收费定价模型，所以将机动车的外部成本公式作为定价模型。

3.1 拥堵道路上的单位外部成本研究

在进行分析时，通常假设机动车在某条道路上的出行成本仅受到该道路上交通流量的影响，而与其它道路的流量无关，也不考虑交叉口对机动车出行成本的影响。本文研究的是特大型城市商业中心区域拥堵道路k上机动车的外部成本。一般情况下，特大型城市商业中心区域在白天会禁止货车通行，营运性客车也很少通过闹市区，公交车（公共汽车）属于为社会服务的公共产品，一般不对其进行收费。所以本文只研究小汽车。小汽车是指质量小于2.5t，载客人数不超过7人的小客车，包括私家车和出租车等在内的小型客车。

图1 拥堵收费定价基础理论示意图

本文考虑了拥堵道路k上每辆机动车的时间延误成本、环境污染成本和额外燃油消耗成本这三项外部成本，并得出如下道路拥堵的外部成本计算公式：

式中：E表示道路拥堵产生的单位外部成本（元/辆）；i表示道路拥堵收费的单位外部成本的不同影响因素表示第i种因素的单位外部成本所占的权重；Ci表示第i种因素产生的单位外部成本（元/辆）；αS表示单位时间延误成本所占权重；CS表示单位时间延误成本（元/辆）；αH表示单位环境污染成本所占权重；CH表示单位环境污染成本（元/辆）；αR表示额外燃油消耗所占权重；CR表示单位额外燃油消耗成本（元/辆）。

3.2 道路拥堵外部成本

3.2.1 单位时间延误成本（CS）

本文应用旅行成本法对因道路拥堵所致出行者的时间延误成本进行量化。该方法是通过计算出行者个人的单位时间价值，再结合道路拥堵带给出行者的时间延误和小汽车的载客数，得出量化结果。拥堵时段拥堵道路k上小汽车的单位时间延误成本为：

式中：CS表示拥堵时段通过拥堵道路k的在途出行者的单位时间延误价值（元/辆）；W表示出行者个人单位时间价值（元/（人·小时））；λ表示时间价值调整系数；Z表示小汽车的平均载客数（人/辆）；Δt表示每辆小汽车通过拥堵道路k的平均延误时间（小时）。

参数的标定如下：

（1）机动车出行者个人单位时间价值W的确定

本文用个人的单位工作时间价值表示其单位时间价值。

式中：W表示机动车出行者个人单位时间价值（元/（人·小时））；GDP人均表示拥堵道路上出行者的人均GDP值（元/人）；φ表示机动车出行者每天的平均工作时间（小时/天），取值为9小时；D表示机动车出行者的年平均工作天数（天），通常D的取值为240天。

（2）时间价值调整系数λ的确定

时间价值调整系数λ是根据不同出行目的对时间价值进行调节的系数。参照国内相关资料，对于λ的取值，业务出行取1，上下班出行取0.5，其他目的出行取0.25。

（3）小汽车的平均载客数Z的确定

对拥堵时段内通过该区域的机动车载客数进行调查统计，可以得出，小汽车的平均载客数为1.6人。

（4）每辆机动车通过拥堵路段k的平均延误时间Δt的确定

本文采用美国联邦公路局（BPR）路段行程时间模型计算城市道路出行时间。该函数现已广泛应用于城市路网规划中。其函数表达式为：

式中：tk（Q）表示拥堵时段拥堵路段k上的行程时间（秒）；tk0表示拥堵路段k上自由流的行程时间（秒）；Qk表示拥堵道路k上的交通流量（pcu/小时）；μ表示影响道路k通行能力的车道数修正系数，取值参照表1所示；Ik表示拥堵道路k的设计通行能力（pcu/小时），与道路等级和车道数相关；a、b表示参数，通常a取0.15，b取4。

机动车通过拥堵路段k的平均延误时间Δt的表达式为：

车道数修正系数即多车道城市道路中各车道利用系数的总和，根据研究，可得到城市道路车道修正系数如表1所示。

表1 车道修正系数表

3.2.2单位环境污染成本（CH）

颜晓晨默默坐下，脑子里一直回想着刚才几个女生说的话。关于她私生活混乱的传言，她已经不是第一次听到，自从她大二开始在酒吧打工，就有了这说法，最夸张的版本是说她在外面坐台。不过，说她死皮赖脸地追沈侯，却是第一次听到，毕竟她和沈侯这个学期才在一起，总共在一起的时间还不到两个月。老师开始讲课，颜晓晨却没有听课。

本文只研究小汽车尾气造成的污染，而道路上的小汽车通常都为汽油小汽车。在计算小汽车尾气造成的环境污染成本的过程中，将CO、NOX和VOC（挥发性有机化合物）这三种物质考虑在内，则小汽车在拥堵时段内拥堵道路上k的单位环境污染成本公式为：

其中：CH表示拥堵时段拥堵道路k上小汽车造成的环境污染成本（元/辆）；HCO、HNOX、HVOC分别表示拥堵时段拥堵道路k上小汽车排放的CO造成的环境污染成本（元/辆）、NOX造成的环境污染成本（元/辆）、VOC造成的环境污染成本（元/辆）。

对CO、NOX、VOC（挥发性有机化合物）和PM（可吸入颗粒物）的具体量化结果如下：

其中：hCO、hNOX、hVOC分别表示小汽车尾气中单位CO的社会成本（元/克）、单位NOX的社会成本（元/克）、单位VOC的社会成本（元/克）分别表示小汽车在拥堵时段拥堵道路k上的CO排放因子（克/（公里·辆））、NOX排放因子（克/（公里·辆））、VOC排放因子（克/（公里·辆））；S表示拥堵道路k的长度（公里）。

对单位环境污染成本公式中的参数进行标定。

（1） 单位CO（克） 的社会成本hCO、单位NOX（克） 的社会成本hNOX、单位VOC（克） 的社会成本hVOC的确定

根据《排污费征收标准管理办法》中的有关规定可知，废气排污费是按照排污者排放污染物的种类、数量以污染当量计算征收，每一污染当量征收标准为0.6元。

大气污染物污染当量数计算方法为：某污染物的污染当量数=该污染物的排放量（千克）/该污染物的污染当量值（千克）。

对于CO，该污染物的污染当量值为16.7千克；对于NOX，该污染物的污染当量值为0.95千克；对于VOC，该污染物的当量值为2.48千克。计算结果如下：

（2） 小汽车在拥堵时段拥堵道路k上的CO排放因子排放因子排放因子的确定

在计算机动车尾气排放因子过程中，本文选取了欧洲环境署（EEA）的COPERT IV模型作为机动车尾气排放因子研究的基础。该模型可以计算单辆车的污染物排放量[7]。根据欧盟相关机动车法规，COPERT IV模型在对机动车划分大类时，将质量小于2.5t，载客数不超过8人的客车称为小型载客汽车，本文统称为小汽车。其中，每大类又按照发动机排量、车辆总质量、燃料类型和排放控制标准等进一步划分为若干小类[7]。小汽车行驶在拥堵道路上的发动机热稳定运行排放因子只与机动车行驶速度有关。

运用欧洲环境署（EEA）的COPERT IV模型作为机动车尾气排放因子研究的基础，并通过分析研究确定了以下结论：

式中：v表示小汽车在拥堵时段内拥堵道路k上的平均行驶速度；fCO,mn表示汽油小汽车的CO排放因子模型；fNOX,mn表示汽油小汽车的NOX排放因子模型；fVOC,mn表示汽油小汽车的VOC排放因子模型；m=1,2,3,4,5分别对应EURO I，EURO II，EURO III，EURO IV，EURO V的排放控制标准，n=1,2,3分别对应CC＜1.41，1.41＜CC＜2.01，CC＞2.01的发动机排量（CC表示机动车排量）。

经过相关调查可知，目前道路上行驶小汽车几乎为汽油小汽车。目前行驶在道路上的小汽车几乎都为EURO V排放标准，且小汽车排量基本在1.6升左右，在1.41＜CC＜2.01范围内，所以汽油小汽车CO排放因子模型可确定为以下关于小汽车平均行驶速度v的函数、NOX排放因子模型可确定为以下关于小汽车平均行驶速度v的函数、VOC排放因子模型可确定为以下关于小汽车平均行驶速度v的函数分别确定如下：

3.2.3单位额外燃油消耗成本（CR）

机动车拥堵时段行驶在拥堵道路k上时速度缓慢，根据相关调查研究，机动车在低速行驶下的耗油量一般会高于经济速度下的耗油量，这时机动车就会产生额外的燃油消耗。本文应用实际发生法，对小汽车的额外燃油消耗成本进行量化研究。通常小汽车消耗汽油。所以，建立如下拥堵时段拥堵路段k上的单位额外燃油消耗成本公式：

其中：CR表示在拥堵时段内通过拥堵道路k的机动车造成的单位额外燃油消耗成本（元/辆）；τ表示额外燃油消耗量的修正系数；ΔG表示小汽车在拥堵状态下比在自由流状态下行驶额外增加的额外燃油消耗量（升/（百公里·辆））；S表示拥堵路段k的长度（公里）；Y表示汽油的均价（元/升）。

对上式中的参数进行确定。

（1）额外燃油消耗量的修正系数τ的确定

本文研究的是拥堵路段k的一般拥堵状态下的额外燃油消耗量，而极端天气等特殊情况下对机动车的耗油量也会有影响，所以用修正系数τ对额外燃油消耗量进行调整。修正系数τ可根据近年遇到的例如极端气候等特殊情况做判定。

（2）小汽车在拥堵状态下比在自由流状态下行驶额外增加的单位燃油消耗量ΔG的确定

式中：G表示小汽车在拥堵状态下行驶的燃油消耗量（升/（百公里·辆））；G0表示小汽车在自由流状态下行驶的燃油消耗量（升/（百公里·辆））。

（3）汽油的均价Y的确定

汽油的均价根据当年我国的汽油价格进行标定。

4 结束语

城市道路拥堵收费是解决道路拥堵的一项有效措施，其中收费定价是关键。道路拥堵产生的外部成本可作为定价的基础理论，拥堵定价即为每辆车每次出行产生的外部成本。本文在计算外部成本的过程中，对出行者的时间延误成本、环境污染成本和额外燃油消耗成本进行量化研究。希望对特大型城市商业中心区域道路拥堵现象能有一定的改善作用。