邵源，林培群，鄭健，張小寧

(1.華南理工大學(xué)，土木與交通學(xué)院，廣州510640；2.深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，深圳市交通信息與交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳518000；3.同濟(jì)大學(xué)，經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海200092)

0 引言

存量發(fā)展階段交通需求管理政策已成為超大城市改善交通矛盾的重要抓手。量化交通擁擠負(fù)外部成本是踐行用者自付理念，實(shí)現(xiàn)外部成本內(nèi)部化的關(guān)鍵[1]。因此，亟需建立一套交通擁擠負(fù)外部成本量化方法，將交通擁擠負(fù)外部成本納入城市經(jīng)濟(jì)杠桿需求調(diào)控政策的價(jià)格體系，加強(qiáng)交通資源配置效率。交通擁擠負(fù)外部成本涉及經(jīng)濟(jì)、交通、環(huán)境等諸多領(lǐng)域，要素種類繁雜，國內(nèi)外學(xué)者圍繞交通負(fù)外部性開展了大量研究。一是從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度解讀交通擁擠負(fù)外部成本的形成原理和內(nèi)部化機(jī)制。Rothengatter[2]等從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析了外部成本內(nèi)部化的經(jīng)濟(jì)學(xué)內(nèi)涵；晏克非[3]等以外部成本最小為目標(biāo)，探索了外部成本內(nèi)部化機(jī)制。二是對(duì)外部成本的部分要素(污染、事故等)進(jìn)行量化研究。Monzon[4]等對(duì)交通尾氣造成的市民健康損害進(jìn)行了成本量化，并將量化成本納入購車價(jià)格中。Bollen[5]等從氣候變暖等角度分析了溫室氣體的綜合效益成本。三是從系統(tǒng)角度分析交通負(fù)外部成本的構(gòu)成。Emrah[6]等對(duì)鐵路貨運(yùn)的負(fù)外部成本進(jìn)行構(gòu)成分析及量化評(píng)估，并將負(fù)外部成本納入貨運(yùn)定價(jià)系統(tǒng)。張小寧[7]等從內(nèi)部成本和外部成本兩個(gè)維度研究了交通負(fù)外部成本的構(gòu)成要素。本文在既有研究基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了交通擁擠負(fù)外部成本構(gòu)成要素的經(jīng)濟(jì)成本，構(gòu)建交通擁擠負(fù)外部成本量化模型。基于模型計(jì)算深圳市小汽車交通擁擠負(fù)外部成本，驗(yàn)證了模型可行性。按照外部成本內(nèi)部化原則，指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)杠桿需求調(diào)控政策收費(fèi)費(fèi)率制定。

1 交通擁擠負(fù)外部成本算法設(shè)計(jì)

綜合考慮交通擁擠的外部影響，交通擁擠負(fù)外部成本主要包括時(shí)間延誤成本、交通事故成本和環(huán)境污染成本。

1.1 時(shí)間延誤負(fù)外部成本計(jì)算方法

交通擁擠使車輛出行時(shí)間發(fā)生延誤，延誤時(shí)間對(duì)于出行者而言可生產(chǎn)社會(huì)價(jià)值，即時(shí)間延誤負(fù)外部成本。道路擁堵程度越高，時(shí)間延誤負(fù)外部成本越高。時(shí)間延誤負(fù)外部成本參數(shù)如表1所示。

表1 時(shí)間延誤負(fù)外部成本計(jì)算參數(shù)Table 1 Interpretation table of related parameters of time delay negative external cost calculation model

分析交通擁擠對(duì)車速產(chǎn)生的影響，即車速與流量之間的關(guān)系。建立各等級(jí)道路上車速vi與qi之間的關(guān)系模型為

基于此，得到出行時(shí)間與流量的關(guān)系為

基于時(shí)間-流量關(guān)系，確定每增加1 輛小汽車所引起的時(shí)間延誤，求得時(shí)間延誤擁擠成本Ccgs,i為

聯(lián)合式(1)～式(4)求解，得到道路i的時(shí)間延誤成本為

1.2 交通事故負(fù)外部成本計(jì)算方法

交通事故不僅增加出行者時(shí)間延誤，還會(huì)造成人員傷亡進(jìn)而對(duì)社會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失。由于交通時(shí)間延誤已包含在時(shí)間延誤負(fù)外部成本里，此部分不做討論。交通事故負(fù)外部成本主要包括兩部分：人員死亡導(dǎo)致全部勞動(dòng)能力喪失對(duì)社會(huì)造成的損失和人員受傷導(dǎo)致部分勞動(dòng)力喪失對(duì)社會(huì)造成的損失。交通事故負(fù)外部成本參數(shù)如表2所示。

表2 交通事故負(fù)外部成本計(jì)算模型相關(guān)參數(shù)Table 2 Interpretation table of related parameters of negative external cost of traffic accident

構(gòu)建交通事故負(fù)外部成本CA為

ΔA可由當(dāng)年交通事故總數(shù)A與交通擁擠導(dǎo)致的交通事故率Pa乘積得到，Pa可由總出行時(shí)間中擁擠出行時(shí)間的比例進(jìn)行折算。交通事故既與行駛速度有關(guān)，也受交通流密度影響，故需要在上述比例的基礎(chǔ)上增加調(diào)增參數(shù)ξa。

式中：WN取人均年收入的2 倍[8]。綜上，交通安全負(fù)外部成本CA為

1.3 環(huán)境污染負(fù)外部成本計(jì)算方法

車輛在行駛過程中排放NOX、SO2等污染氣體和以CO2為主的溫室氣體，同時(shí)產(chǎn)生交通噪音污染，故交通環(huán)境污染負(fù)外部成本包含污染氣體負(fù)外部成本、溫室氣體負(fù)外部成本和交通噪音負(fù)外部成本3部分。首先，計(jì)算污染氣體負(fù)外部成本。污染氣體使居民呼吸道及心腦血管疾病發(fā)病率上升，損害人身健康。然而健康問題十分復(fù)雜，大多數(shù)疾病都是由多種因素綜合導(dǎo)致。盡管汽車尾氣是導(dǎo)致呼吸道疾病和心血管疾病發(fā)病率和死亡率上升的主要因素，但是從疾病本身難以判斷其是否由小汽車排放的污染物所致。因此，計(jì)算健康損害需要采用“自上而下”的分析方法，先建立健康損害評(píng)估模型，計(jì)算所有相關(guān)污染物導(dǎo)致的健康損害。然后再由小汽車排放的相關(guān)污染物占總污染物的比例，計(jì)算小汽車排放污染物導(dǎo)致的健康損害。計(jì)算步驟如下：

(1)建立排放模型，測算整個(gè)城市污染的排放量；

(2)測算污染物對(duì)城市居民健康損害的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；

(3)統(tǒng)計(jì)出汽車排放物在污染中所占比例，計(jì)算汽車排放的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；

(4)統(tǒng)計(jì)小汽車的排放占比，得到小汽車的平均污染成本。

空氣污染造成健康損害的總?cè)藬?shù)為

式中：k為污染損害的種類，主要考慮n種情況，包括心腦血管疾病、呼吸疾病等；j為污染物種類，主要考慮PM10、SO2、NOX和CO 這4 種；Pj,k為污染物j造成的健康損害k的數(shù)量；fj,k,2為污染物j造成健康損害k的概率；fj,k,1為健康損害k的基準(zhǔn)線，即無污染氣體條件下健康損害k的發(fā)生概率；Peps為暴露于污染環(huán)境中的人口規(guī)模(人)；Rout為每人每天處于室外的時(shí)間占比。

1輛小汽車排放尾氣中第j種污染物的年排放量為

式中：r為車輛種類，用于區(qū)分不同的排放因子；Ptot為全年市民總出行次數(shù)(人次)；Rcar為小汽車出行比例(%)；Dcar為小汽車每次平均出行距離(km)；Fi,j為第i種小汽車的第j種排放物的排放因子(g·(km·車)-1)；Ei,j為每年小汽車排放的第j種污染物的排放量(g)。

那么，小汽車造成的損害人數(shù)為

式中：Ej為第j種排放物的總體排放量。fj,k,1和fj,k,2可由健康損害的一般表達(dá)式得到，即小汽車排放導(dǎo)致的健康損害。

式中：βk為回歸系數(shù)，即暴露-反應(yīng)系數(shù)，表示污染物濃度每變化1 μg·m-3健康損害k變化的百分比，當(dāng)參數(shù)βk很小時(shí)，可近似認(rèn)為；Δcj為實(shí)際空氣污染物的質(zhì)量濃度與損害健康的空氣污染物的質(zhì)量濃度閾值之差，Δcj=cj,1-cj,2，其中，cj,1為暴露區(qū)實(shí)際空氣污染物的質(zhì)量濃度(μg·m-3)，cj,2為損害的空氣污染物的質(zhì)量濃度閾值(μg·m-3)。假設(shè)每一例損害k的成本為Cmed,k，則每輛小汽車每年造成的空氣污染健康損害為

除空氣污染成本外，溫室氣體造成全球氣溫變暖的社會(huì)成本也不可忽視。首先計(jì)算小汽車汽油消耗量產(chǎn)生的CO2量。碳排放量在市場上是可以交易的，交易價(jià)格為Pc(元·t-1)，假設(shè)小汽車每百公里油耗為Cp(L)，每年行駛里程數(shù)為Dp(km)。1 L汽油燃燒可以得到將近2.5 kg 的CO2[7]。CO2引發(fā)的溫室效應(yīng)成本Sghs為

根據(jù)張小寧等[7]研究，交通噪音的負(fù)外部影響約為空氣污染和溫室氣體負(fù)外部影響的20%，基于此，交通噪音負(fù)外部成本Snse為

2 典型城市實(shí)例計(jì)算與應(yīng)用

基于小汽車擁擠負(fù)外部成本量化模型，選取深圳市進(jìn)行算例分析。計(jì)算小汽車交通擁堵負(fù)外部成本，推導(dǎo)經(jīng)濟(jì)杠桿政策費(fèi)率定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

第一步，計(jì)算時(shí)間延誤負(fù)外部成本。根據(jù)居民收入水平，按照每天8 h工作制預(yù)測2021年市民時(shí)間價(jià)值zvot為65元·h-1。根據(jù)相關(guān)研究[7]，獲得不同等級(jí)道路設(shè)計(jì)參數(shù)，如表3所示。深圳市小汽車年均行駛里程約1.16 萬km，平均載客率1.4 人·車-1。將參數(shù)輸入式(5)，計(jì)算得到不同道路飽和度下小汽車在不同等級(jí)道路上行駛單位里程的時(shí)間延誤成本，如表4所示。將全市不同等級(jí)道路比例近似作為車輛全年在不同等級(jí)道路上的行駛里程比例[9]，R1、R2、R3分別取值6%，55%，39%。根據(jù)式(6)深圳市1 輛小汽車在不同實(shí)際流量情況下行駛單位距離的時(shí)間擁擠負(fù)外部成本如表5所示。當(dāng)?shù)缆凤柡投瘸^80%時(shí)，交通擁擠時(shí)間負(fù)外部成本陡增，由每公里不足2 元陡增至28 元以上，說明80%飽和度是一個(gè)比較重要的臨界點(diǎn)。

表3 不同等級(jí)道路設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)Table 3 Related parameters of different grade road design

表4 不同等級(jí)、飽和度的道路時(shí)間延誤成本Table 4 Time delay cost of different grades of roads under different saturation levels

表5 深圳市一輛小汽車的時(shí)間擁擠負(fù)外部成本Table 5 Negative external costs of car in Shenzhen

第二步，計(jì)算交通事故負(fù)外部成本。根據(jù)深圳市歷年數(shù)據(jù)，預(yù)測2021年人均可支配收入為69751元，則WN取值139502元。深圳市2021年全年交通事故數(shù)量A預(yù)測值約為1460起。全市路網(wǎng)平均理想車速vo=60 km·h-1，vc=40 km·h-1，α=14.7%，Ch=10.2萬元·人-1。將上述參數(shù)帶入式(9)，計(jì)算得到全市交通事故負(fù)外部成本為1.3億元。2021年深圳市小汽車保有量約320萬輛，根據(jù)車牌識(shí)別數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)每天上路的車輛占比約55%，則平均每輛小汽車全年交通事故負(fù)外部成本約為71元。

第三步，計(jì)算環(huán)境污染負(fù)外部成本。預(yù)測2021年深圳市全市機(jī)動(dòng)化出行量為2340 萬人次·日-1，其中小汽車機(jī)動(dòng)化分擔(dān)率為42%，小汽車每次平均出行距離為12.4 km；小汽車對(duì)PM10、SO2、NOX和CO 的EF 值分別為：0.02，0.01，1.12，17.6 g·km-1。根據(jù)式(11)，求得小汽車的4 種主要污染物排放量如表6所示。

表6 小汽車不同污染物排放量Table 6 Different pollutant emissions from cars

計(jì)算Δcj，即實(shí)際空氣污染物的實(shí)際濃度cj,1與損害健康的空氣污染物的質(zhì)量濃度閾值cj,2之差。根據(jù)環(huán)保局公布數(shù)據(jù)，CO 實(shí)際濃度低于閾值，故此處只考慮其他3種污染物，日均污染物排放濃度如表7所示。得到PM10、SO2、NOX的暴露-反應(yīng)關(guān)系如表8所示。2021年3種排放物的體量分別為8.7，42.9，33.5 t，將上述參數(shù)輸入式(14)，計(jì)算得到全年不同健康損害污染物對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失，如表9所示。每年由小汽車產(chǎn)生的大氣污染成本為33.53 億元，2021年全市小汽車保有量約320 萬輛，得到1 輛小汽車平均每年的污染氣體成本為1047.8元。

表7 日均污染物排放濃度Table 7 Average pollutant emission concentration per day

表8 不同污染物的暴露-反應(yīng)系數(shù)Table 8 Exposure-reaction coefficient of different pollutants

計(jì)算CO2溫室效應(yīng)成本和交通噪音負(fù)外部成本。小汽車平均油耗Cp=8 L·km-1，每年行駛里程Dp約為11600 km，市場上的碳交易價(jià)格Pc按30 元·t-1計(jì)算[7]，帶入式(15)求得1 輛小汽車排放CO2造成負(fù)外部成本為69.6 元?；谏鲜鑫廴練怏w負(fù)外部成本和CO2負(fù)外部成本，根據(jù)式(16)計(jì)算求得交通噪音負(fù)外部成本為223.5 元。因此，1 輛小汽車平均每年的環(huán)境污染負(fù)外部成本約為1340元。

表9 健康損害對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失表9Economic loss corresponding to health damage

綜上，道路交通飽和度達(dá)到80%時(shí)，1輛小汽車全年產(chǎn)生的綜合交通擁擠負(fù)外部成本約為24460元，如表10 所示。小汽車全年平均行駛里程為11600 km，平均每輛小汽車每公里產(chǎn)生的交通擁擠負(fù)外部成本約為2.1 元。按照“用者自付”原則[10]，為實(shí)現(xiàn)外部成本內(nèi)部化，建議小汽車經(jīng)濟(jì)杠桿需求調(diào)控政策收費(fèi)費(fèi)率參考每輛小汽車2.1 元·km-1設(shè)置。

表10 溫室效應(yīng)相關(guān)參數(shù)Table 10 Greenhouse effect related parameters

為保證經(jīng)濟(jì)杠桿收費(fèi)費(fèi)率與交通負(fù)外部性的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，確保需求管理政策時(shí)效性，建立經(jīng)濟(jì)杠桿收費(fèi)費(fèi)率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。充分考慮市民對(duì)價(jià)格變動(dòng)頻率的接受程度，建議以季度為一個(gè)周期，借助交通擁擠負(fù)外部成本量化模型定期評(píng)估計(jì)算路網(wǎng)交通負(fù)外部成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)節(jié)政策收費(fèi)費(fèi)率動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3 結(jié)論

本文綜合考慮交通擁堵產(chǎn)生的時(shí)間延誤、交通事故、環(huán)境污染等影響，深入分析了交通擁擠負(fù)外部成本各構(gòu)成要素的經(jīng)濟(jì)成本和數(shù)學(xué)方法，構(gòu)建了小汽車交通擁擠負(fù)外部成本量化模型?；谀Ｐ蜏y算了深圳市平均每輛小汽車每年產(chǎn)生的交通擁擠負(fù)外部成本約為24460元，平均每輛小汽車每公里產(chǎn)生交通負(fù)外部成本為2.1 元。本研究發(fā)現(xiàn)，小汽車出行產(chǎn)生了不可忽略的交通負(fù)外部成本，而當(dāng)前“用者自付”機(jī)制尚不完善是導(dǎo)致小汽車競爭優(yōu)勢強(qiáng)勁、道路資源配置失衡的關(guān)鍵。因此，在制定經(jīng)濟(jì)杠桿需求管理政策時(shí)應(yīng)將交通負(fù)外部性納入考慮范疇，按照外部成本內(nèi)部化原則，建議經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)控政策收費(fèi)費(fèi)率參照每輛小汽車2.1 元·km-1設(shè)定。借助該模型可對(duì)交通負(fù)外部性進(jìn)行定期評(píng)估測算，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)節(jié)政策收費(fèi)費(fèi)率動(dòng)態(tài)調(diào)整。