路权开放政策下城市不同能源货车运行效果对比研究

穆东 田丽莎

摘 要：为了分析新能源货车路权开放政策对城市货运的影响，文章运用系统动力学理论，结合仿真软件Stella建立了城市货运成本、城市交通以及城市经济和城市环境各子系统之间相互作用的反馈机制，设计了新能源货车路权开放政策下城市货运的系统动力学模型，并以深圳市的新能源货车路权开放政策为例进行了仿真模拟。仿真结果表明，使用新能源货车进行城市货运活动可以在一定程度上降低货运企业的能源成本，提高货运企业利润，减少城市CO2的排放量，减轻环境压力;同时，也会使货运企业的人工成本上升，增加城市的交通拥堵程度。最后根据仿真结果提出适当建议：各地市应结合本市城市配送市场的发展状况进一步推进新能源货车路权开放政策的发展落实，同时不断完善相应的基础设施建设。

关 键 词：新能源货车;燃油货车;路权;限行;系统动力学

中图分类号：[U4-9] 文献标识码：A 文章编号：2096-7934（2020）02-0105-12

一、引言

随着地球环境的日益恶化，燃油货车所带来的环境污染问题越来越受到人们的重视。2018年10月，中华人民共和国公安部《关于进一步规范和优化城市配送车辆通行管理的通知》，提出要科学合理设定禁限行时段、路段，为货车通行预留时间窗口，落实新能源货车差别化通行管理政策，提供通行便利，扩大通行范围，对纯电动轻型货车少限行甚至不限行。以深圳市为例，2018年4月深圳市人民政府办公厅关于印发《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》中提出，允许轻型电动货车在除深南大道外行驶。《深圳市推进城市配送发展五年行动计划（2016—2020年）》《深圳市现代物流业发展专项资金管理办法》等一系列政策也相继出台，提出要建设纯电动绿色配送创新城市。

由于纯电动货车等一些新能源货车政策上的差别化管理，具有路权开放政策的优势，即在市区通行可以少限行或不限行，并且具有适合短途运输、零排放等特点[1-2]，一些物流企业开始考虑是否使用新能源货车取代燃油货车作为城市配送车辆。因此，本文将对城市燃油货车与新能源货车的运行效果进行对比分析，为企业决策提供借鉴与参考。

二、城市货车的类别

（一）按能源类型分类

按照能源类型划分，城市货物运输货车类型主要分为燃油货车和新能源货车。城市货物运输的燃油货车的动力来源主要为汽油和柴油。最新调查统计显示，全国汽车保有量为2 4億辆，货车占11 1%，柴油货车占8 58%，每千米油耗0 09升左右，成本价格约为0 4元。而目前在新能源货车领域占据主导地位的是纯电动物流车，所需能源类型为电力能源，每千米耗电一般在0 25度左右，成本价格约为0 1元。

（二）按车辆载重分类

1 新能源货车

按照工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》，当前市场上在售的纯电动物流车主要分为以下类型，如表1所示。

2 燃油货车

由于城市道路对大货车的载重量有限制，城市道路禁止超重车辆擅自行驶，本文对城市货运行业中常用的几类车型，如东风4 2m厢货、依维柯大VAN及五菱宏光小面等做了调查。调查得知，东风4 2m厢式货车厢长为4 2m，单车载重一般小于1 8t，依维柯大VAN的单车载重在1 5t左右，五菱宏光小面的单车载重一般小于1t。

如表3所示，在燃油货车主流车型中，适用于城市内货物运输的4 2m左右车长的燃油货车，一般单车载重在1 5t左右，因此本文将进行城市货物运输活动的相似类型燃油货车载重设置为1 5t。

三、城市货运运行效果的度量

城市不同货车行驶车辆和时段政策的实施会对城市货运的物流运输成本、作业环节以及物流运输服务水平等产生不同的影响，进而会对城市的经济产生一定影响[3-4]。吴威、刘世超等学者也通过各种不同的研究方法与角度对环境污染、交通拥挤、政府补贴等外部成本的内部化问题进行了富有价值的学术研究[5-7]。

基于此，本文将城市货运系统分为分别代表货运企业利益、城市化进程和民众利益的城市货运成本子系统、城市交通子系统以及城市环境子系统和城市经济子系统，构建城市经济、成本、交通、环境之间相互作用的城市货运系统动力学模型，并以深圳市为例进行仿真模拟，对不同能源货车的城市货运效果进行量化对比分析。

（1）城市GDP。城市的经济发展情况用城市GDP来表示，经济发展促进城市物流量的增加，进而导致城市公路货运量增加。企业接收了货运业务之后需要一定数量的车辆完成运输业务，因此形成了一定的车流量。城市公路货运量增加将会导致车流量增加，进而使得货运企业的利润增加。

（2）城市货运成本。城市公路货运量增加将会导致车流量增加，进而需要增加运输车的数量来满足城市的货运需求。运输车数量增加将会导致运输人员的数量增加，进而提高运输的劳动力成本。同时，车流量的增加还会使车辆的能源消耗增加，进而提高运输的能源消耗成本，能源消耗成本和劳动力成本的增加将会使运输总成本增加。

（3）城市交通状况。交通拥堵是指在某一时空由于交通供给和需求产生矛盾所引起的交通滞留现象。本文以车辆在公路上行驶的平均车速来表示交通拥堵情况[8]。新能源货车与燃油货车的单车载重量有所不同，不同的单车载重会影响车辆的最大速度，进而影响车辆的平均车速。通过车辆在公路上行驶的平均车速来说明不同政策下的交通拥堵程度。

（4）城市环境状况。温室气体造成了全球气候变暖，其中包含二氧化碳、甲烷、二氧化氮等30余种气体。在这些温室气体中，碳元素的占比最大，对生态环境造成的影响最严重[9]，因此文章使用二氧化碳的生成量来衡量环境污染程度。城市公路货运量增加导致车流量增加，排放的二氧化碳就越多，对环境的污染也就越严重。而目前从动力来源方面看，纯电动物流车在我国新能源物流车领域占有统治性地位，其自身节能、环保、绿色的优势，可以极大地降低汽车尾气中的碳排放量。

四、路权开放政策下的城市货运运行效果系统动力学模型

（一）系统边界

本文研究对象是已经实施城市内燃油货车限行政策和新能源货车路权开放政策下，这些政策的实施对城市货运系统在运輸车辆数、车流量、运输成本、交通、环境等方面的影响情况，以及各个环节变量之间相互制约影响。

如图2所示，系统的边界从货车进入城市内限行区域开始，一直到货车到达城市内的大型企业、超市所在地为止，完成整个运输过程。

（二）模型假设

为了便于分析，使模型更加精简可靠，本文在建模之前做出以下几点假设：

（1）在城市货运系统中也会涉及其他运输方式，但由于本文研究的目的主要针对新能源货车和传统燃油货车在政策下的运行效果对比，且在城市货运系统中公路运输占据非常大的比例，因此只考虑公路运输系统。

（2）假设所研究城市内经济持续稳定增长。

（3）假设在政策实施过程中，城市内的道路情况不发生变化，例如运输路线、道路数量、路况等客观因素。

（4）模型中选取碳排放量作为环境污染指标。

（三）系统的因果关系

图3为系统的因果回路图，图中的箭头表示每个变量之间的因果关系，正负号表示正效应或负效应。

（1）城市GDP→+城市公路货运总量→+车流量→+运输车辆使用量→+运输人员数量→+运输劳动力成本→+运输总成本→-货运企业运输利润→+城市GDP。

城市GDP→+城市公路货运总量→+车流量→运输车辆使用量→+能源消耗量→+能源成本→+运输总成本→-货运企业运输利润→+城市GDP。

城市GDP→+城市公路货运总量→+车流量→运输车辆使用量→+货运企业运输利润→+城市GDP。

城市GDP增加，也就是城市经济增加时，城市物流量增加，则城市公路货运总量随之增加，这时候车流量会增加。车流量增加导致运输车的使用数量以及能源消耗量的增加，能源消耗增加会增加能源消耗成本，运输车使用量增加会增加运输人员需求量，进而增加运输劳动力成本，能源成本和运输劳动力成本增加会增加运输总成本，进而减少货运企业运输利润，影响城市经济的发展。

（2）城市GDP→+城市公路货运总量→+车流量→+CO2生成量→+环境污染程度→-城市GDP。

单车载重→-车流量→+CO2生成量→+环境污染程度→-城市GDP。

单车载重→-车辆最大速度→+平均车速→-交通拥堵程度→-城市GDP。

当城市GDP增加，城市公路货运总量增加，车流量受城市公路货运总量和单车载重的影响。城市公路货运总量增加，车流量会随之增加;单车载重增加，车流量会随之减少，单车载重受使用的车辆类型（燃油货车和新能源货车）影响。车流量增加导致CO2生成量，加剧了环境的污染程度。单车载重增加会降低车辆的最大速度，进而降低车辆的平均速度，加剧交通拥堵程度。环境污染程度和交通拥堵程度的加剧都会影响城市经济的发展。

（四）系统动力学模型

根据上述因果关系图，运用Stella软件建立城市货运系统动力学模型，如图4所示。

（五）模型主要参数设置

根据上述模型构建和通过对调查到的数据进行整理，得到模型参数如表4所示。

（六）模型主要方程

本文建立城市货运系统运行的主要方程如下：

（1）GDP增长量=城市GDP×GDP增长率。

（2）车流量=城市公路货运总量/单车载重。

说明：城市每年的货物需要一定数量的车辆来完成运输活动，因此形成一定的车流量。车流量由城市公路货运总量和单车载重共同决定。

（3）运输车需求量=车流量/（车辆平均周转系数×车辆每年运行天数）。

（4）年能源成本=运输车需求量×运输里程×单位能源成本。

（5）年运输利润=运输车需求×单车年运输利润。

（6）运输人员数=运输车需求量。

（7）年劳动力成本=运输人员平均工资×运输人员数。

（8）平均车速=平均速度参数a×最大车速1+VC平均速度参数b+平均速度参数c×VC3 。

说明：模型中平均速度的计算采用王炜修正过的在任意交通负荷任意等级下的车速-流量通用模型[10-11]。

（9）V/C比=车流量/道路通行能力。

说明：“V/C比”是交通负荷，是车流量和道路通行能力的比值[10-11]。

五、路权开放政策下的城市货运运行效果系统动力学仿真

（一）模型初始参数数值设置

本文以深圳为例，构建系统动力学模型，进行该市货运运行效果仿真。模型中部分参数的初始值参考深圳市统计年鉴、市场调查货运行业数据和相关文献等，如表5所示。

模型参数值说明：

（1）GDP增长率设置为深圳市 2008—2017年年平均GDP增长率。

（2）对某新能源物流车企业进行了调研，该企业具有一定规模，进行了充电、维修场站等基础能力建设，具有较高的运营组织水平。调研得知，该企业运营124台纯电动物流车，车辆的出勤率达到90%以上，每月出勤28天，单车日运行时间10～14h，单日里程数为160～180千米，单日配送趟数为3～5趟。

基于此，设置如下参数：车辆平均周转系数设置为4;车辆每年运行天数设置为336天;单车的年运输里程设置为57120km。

（3）新能源货车与燃油货车的能源成本、深圳市运输人员工资以及货车单车年利润为市场调查取平均值。

（4）根据实际调研及相关文献查找[10-12]，将城市内货车行驶的设计车速设置为40km/h;平均速度参数a、平均速度参数b、平均速度参数c分别设置为1 4、1 88、7;道路通行能力设置为900。

（5）模型的时间界限为2016—2030年，模拟的时间步长为1a。

（二）模型检验

1 误差检验

以2009—2016年的统计数据为基础，對模型进行检验，选取2015年部分变量的仿真结果与实际调查数据比较。

如图5所示，模拟得到2015年城市GDP数值为17523 84亿元，真实值为17502 86亿元，误差为0 12%;模拟得到2015年城市公路货运总量数值为23896万吨，真实值为24774万吨，误差为3 45%。

模型所描述的行为与真实系统所描述的行为基本一致，具有实际意义。

图5 数值测试

2 极端条件测试

以公路的平均速度为例进行极端条件测试。一种极端情况为，当城市的公路运输能力为无限大时，车流量的变化不会对平均速度产生影响;当车流量增加时，车辆的平均速度不会减小，公路的交通拥堵程度不会变高，可始终保持最大速度通行。

如图6所示，模型可通过极端条件测试。

六、城市货车运行效果评价

（一）能源成本

如表6、表7所示，2016年，使用燃油货车所花费的年能源成本为26 96万元，新能源货车的电力成本为10 11万元，到2030年，燃油货车的年燃油成本为37 51万元，新能源货车的电力成本为14 06万元，上升39 18%。

在运输里程不变的情况下，车辆每年的能源成本受到单位能源成本和所需运输车辆的数量的影响。新能源货车的单车载重小于燃油货车，使得运输相同数量的货物所需要的车辆数量增加，而新能源货车每千米的耗电成本明显小于燃油货车。如图7所示，使用新能源货车运送货物，车辆每年的能源成本要低于使用燃油货车所花费的能源成本，到2030年，新能源货车的能源成本相比燃油货车的燃油成本降低62 5%。这种变化是由于新能源货车每千米耗电成本对年能源成本的减小作用要高于所需车辆增加对于年能源成本的增加作用。

（二）人工成本

如表6、表7所示，2016年，使用燃油货车所花费的年人工成本为144 43万元，新能源货车的人工成本为216 64万元，到2030年，燃油货车的年燃油成本为200 92万元，新能源货车的电力成本为301 39万元，上升了 39 12%。

货物运输总成主要由两部分组成：一部分为能源成本，另一部分为人工成本。运输人员的数量受运输车需求量的影响，由于使用新能源货车运输货物使得车流量增加，进而导致所需运输车数量增加，所以需要的运输人员数量也相应增加，从而使用新能源货车运输货物所花费的人工成本有所提高，如图8所示，使用新能源货车进行城市货运活动人工成本比使用燃油货车上升50%。

（三）货运企业利润

如表6、表7所示，2016年，使用燃油货车的货运企业年利润为162 83万元，新能源货车的货运企业年利润为212 39万元，到2030年，燃油货车的企业年利润为226 53万元，新能源货车的企业年利润为295 48万元，上升39 12%。

燃油货车的单车年利润高于同等规格新能源货车的单车年利润。但由于运输相同数量的货物，使用新能源货车的数量要多于燃油货车，其对货运企业年利润的增加作用大于其单车年利润对于货运企业年利润的减小作用，因此新能源货车的年利润总体高于使用燃油货车，新能源货车总体年利润比燃油货车高30 44%。

（四）交通拥堵程度

2016年，使用燃油货车进行城市货物运输活动的年车流量为15859辆，车辆的平均速度为54 06km/h，到2030年，年车流量为22062辆，平均速度为52 75km/h，分别上升了39 11%和下降了2 4%。2016年，使用新能源货车进行城市货物运输活动的年车流量为23788辆，车辆平均速度为52 39km/h，到2030年，年车流量为33093辆，平均速度为50 56km/h，分别上升了39 12%和下降了3 5%，车流量增加，平均速度下降，说明城市交通拥堵程度逐年上升。

使用新能源货车运输货物，车流量比使用燃油货车有所提升，到2030年提升为50%，而车辆的平均车速有所下降，到2030年下降4 15%。这是因为新能源货车的单车载重小于燃油货车，一辆燃油货车运输货物需要多辆新能源货车进行运输，因此导致车流量增加，所需运输货物的车辆也相应增加，车辆所占用的道路资源增加，在一定程度上加剧了城市的交通拥堵程度，车辆行驶的平均速度减小。

（五）城市CO2排放

燃油货车燃油消耗量较大，会排放大量的CO2等空气污染物，是城市中交通空气污染物的主要来源。从2016年到2030年，随着车流量的不断增加，运输货物所需的货车数量也不断增加，进而增加了城市CO2的排放量。使用新能源货车进行城市货物运输，虽然运输车需求量有所增加，但完全以电力为能源的纯电动物流车具有零排放的特点，可以在一定程度上减轻城市的环境压力。

七、结论

通过分析新能源货车路权开放政策下使用新能源货车进行城市货物运输对企业货运成本、城市交通拥堵程度、城市经济以及城市环境等方面的作用，通过构建系统动力学模型，模拟仿真深圳市实施新能源货车路权开放政策的案例，研究了使用新能源货车替代燃油货车进行城市货物运输对企业货运成本、城市交通拥堵程度、环境等方面的影响。

研究表明：

（1）使用新能源貨车进行城市货物运输一方面会降低车辆的能源成本，另一方面会使货物运输的人工成本增加，能源成本的降低幅度大于人工成本的增长幅度。

（2）使用新能源货车代替燃油货车会使城市机动车出行量增加，在一定程度上加剧了城市交通拥堵程度，而新能源货车零排放的特点却可以减轻城市的环境压力。

（3）使用新能源货车进行城市货运可以使运输企业的年利润在一定程度上有所增长。

本文从新能源货车路权开放政策出发，在对深圳市货运系统调研的基础上，使用系统动力学从经济、社会、环境三个方面进行了模拟与仿真，对在新能源货车路权开放政策下使用新能源货车与燃油货车进行城市货运效果对比分析。从综合成本和利润方面考虑，许多货运企业愿意尝试使用新能源货车代替传统燃油货车，然而在实际运营方面仍然存在一些难题，例如充电装置、电池续航、维修保养等方面。本文所研究企业已具有一定规模，进行了充电、维修场站等基础设施的建设，并具有较高的运营组织水平，但对于一些中小货运企业来说，由于自身规模较小，很难进行完整的基础设施建设以及采用完整的运营模式。同时，虽然国内已经有部分一线城市对新能源货车开放路权，部分城市却仍旧没有明确的关于新能源货车的政策优惠，开放车型也十分有限。

在此基础下，提出以下建议：

（1）各地市应综合考虑本市城市配送市场的发展状况，推动新能源货车路权政策进一步发展落实。

（2）新能源货车应当围绕城市货运企业运营效率的提高以及货运服务水平的持续提升，不断进行技术发展与创新，缩小与燃油货车性能和使用便利性的差距，并以实际的客户应用为核心建立竞争优势。

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Comparative Study on the Operation Effects of Different Energy  Trucks in Cities under the Right-of-Way Policy

MU Dong，TIAN Li sha

（School of Economics and Management，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044）

Abstract：In order to analyze the impacts of right-of-way policy for new energy trucks on urban freight transportation， this paper uses the system dynamics theory and the simulation software Stella to establish the feedback mechanism of the interaction among the subsystems of urban economy， urban freight transportation cost， urban transportation and urban environment， and constructs the system dynamics model of urban freight transportation under the right-of-way policy for new energy trucks， and takes Shenzhens right-of-way policy for new energy trucks as an example for simulation The simulation results show that the use of new energy trucks for urban freight transport activities can reduce the energy cost of freight transport enterprises to a certain extent， improve the profits of freight transport enterprises， reduce the emissions of CO2 in the city and reduce the environmental pressure At the same time， it will also increase the labor costs of freight enterprises and increase the traffic congestion in the city Finally， according to the simulation results， appropriate suggestions are put forward：all cities should further promote the development and implementation of right-of-way policy for new energy trucks in combination with the development of the citys urban distribution market， and at the same time should continuously improve the corresponding infrastructure construction

Keywords：new energy truck;fuel truck;right-of-way;traffic restrictions;system dynamics