盧而侃,饒 瑤,陳子安

（浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院交通發(fā)展研究中心,浙江 杭州 310012）

0 引言

2016年8月，交通運(yùn)輸部發(fā)文《關(guān)于推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革促進(jìn)物流業(yè)“降本增效”的若干意見(jiàn)》，其中提出探索高速公路分時(shí)段差異化收費(fèi)政策、提高高速公路通行效率的要求。2021年6月，交通運(yùn)輸部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)文《全面推廣高速公路差異化收費(fèi)實(shí)施方案》（交公路函〔2021〕228號(hào)），要求各地充分考慮本地路網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)等因素，因地制宜地制定高速公路差異化收費(fèi)方案，全面推廣差異化收費(fèi)。由此可見(jiàn)，未來(lái)高速公路差異化收費(fèi)在全國(guó)范圍內(nèi)推廣的勢(shì)頭必定會(huì)更加兇猛。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于高速公路差異化收費(fèi)交通影響評(píng)估的學(xué)術(shù)研究，還沒(méi)有特別的豐富，而研究?jī)?nèi)容與高速公路收費(fèi)調(diào)整比較相近的可以上溯到20世紀(jì)90年代。李世武[1]等采用變異的重力模型，把高速收費(fèi)費(fèi)率作為重要參數(shù)，并以長(zhǎng)平高速公路為例子，預(yù)測(cè)了高速公路的轉(zhuǎn)移交通量。馮云才[2]將出行時(shí)間消耗與舒適度乘以相應(yīng)的系數(shù)轉(zhuǎn)換為費(fèi)用，以選擇某一條路的綜合費(fèi)用為效用函數(shù)，建立轉(zhuǎn)移率模型來(lái)預(yù)測(cè)高速公路的交通量。蒲之艷[3]采用多路徑概率分配算法，搭建交通量轉(zhuǎn)移測(cè)算模型，分析不同車型車輛的高速公路轉(zhuǎn)移率對(duì)高速公路費(fèi)率變化的敏感性。譚先林[4]等采用交通流量多路徑分配算法對(duì)高速公路收費(fèi)費(fèi)率的高低對(duì)高速公路交通量的影響進(jìn)行了深入研究，最后針對(duì)不同車型，給出了不同的最優(yōu)高速費(fèi)率。李冬梅[5]構(gòu)建MNL模型，在前人科研的基礎(chǔ)上，追加擁擠收費(fèi)費(fèi)率這個(gè)參數(shù)，研究了高速公路交通流量大小與高速公路費(fèi)率之間的關(guān)系。李峰[6]提出采用LOGIT模型來(lái)匡算收費(fèi)調(diào)整后高速公路的轉(zhuǎn)移交通量，并提出可以將該模型融入傳統(tǒng)四階段法中的建議。王獻(xiàn)香[7]等對(duì)于高速公路收費(fèi)調(diào)整后對(duì)周邊公路網(wǎng)、城市道路的影響，創(chuàng)造性地提出了一些有用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括道路基礎(chǔ)設(shè)施使用的均衡性、核心骨干道路的服務(wù)能力、出行者出行的綜合成本、可達(dá)性等，但對(duì)具體評(píng)價(jià)方法未提及。

為了更進(jìn)一步貫徹落實(shí)《全面推廣高速公路差異化收費(fèi)實(shí)施方案》的要求，全面推廣高速公路差異化收費(fèi)，更好地起到“調(diào)流”“減費(fèi)”“提效”的作用，該文提出一種可用于評(píng)估市區(qū)段高速公路差異化收費(fèi)交通影響評(píng)估的方法，并以某地市兩條平行高速公路（申蘇浙皖、申嘉湖高速公路）實(shí)施差異化收費(fèi)為例，對(duì)該方法加以應(yīng)用，對(duì)國(guó)內(nèi)其他城市進(jìn)行相關(guān)研究可以起到實(shí)踐指導(dǎo)作用，具有一定的借鑒意義。

1 基于“四階段”交通模型的高速公路差異化收費(fèi)交通影響評(píng)估方法

1.1 “四階段”交通模型建模流程

適用于高速公路市區(qū)段的“四階段”交通模型建模流程大致分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、交通生成、交通分布、交通方式劃分、交通分配與模型校核幾個(gè)部分，詳見(jiàn)圖1。

圖1 “四階段”建模流程

數(shù)據(jù)采集階段主要進(jìn)行出行意愿調(diào)查與OD調(diào)查，該次實(shí)地調(diào)查意在獲取不同特征人群對(duì)普通國(guó)省道、城市道路、高速公路的選擇傾向性。問(wèn)詢調(diào)查包括三類調(diào)查項(xiàng)目：意向選擇特征、個(gè)人基本特征、出行特征。

（1）意向選擇特征包括出行的目的、出行的情景選擇以及駕駛的車輛類型等。

（2）個(gè)人基本特征包括性別、職業(yè)、收入水平。

（3）出行特征包括車籍所在地與出發(fā)地及目的地。

1.2 路網(wǎng)構(gòu)建

路網(wǎng)構(gòu)建即利用地理信息系統(tǒng)繪制道路網(wǎng)絡(luò)，并建立路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)道路名稱、道路等級(jí)、車道、設(shè)計(jì)速度、單雙向、通行能力等屬性數(shù)據(jù)。其中，通行能力的計(jì)算尤為重要，以下分別介紹下高速公路與城市道路的通行能力計(jì)算方法。

（1）高速公路通行能力計(jì)算公式如下：

式中，C——設(shè)計(jì)速度V下的實(shí)際通行能力（pcu/h）；C0——設(shè)計(jì)速度V0的基本通行能力（pcu/h）；fw——車道寬度修正系數(shù)；fsw——路肩寬度修正系數(shù)；fHV——車型修正系數(shù)及車道數(shù)；N——車道數(shù)。

（2）城市道路網(wǎng)絡(luò)通行能力計(jì)算如下：

式中，C——設(shè)計(jì)速度V0下的實(shí)際通行能力（pcu/h）；C0——設(shè)計(jì)速度V0下的基本通行能力（pcu/h）；fN——車道折減系數(shù)。

1.3 小區(qū)劃分

一般來(lái)說(shuō)，交通小區(qū)內(nèi)的用地性質(zhì)、交通特點(diǎn)等應(yīng)盡量保持一致。通常，交通小區(qū)的劃分應(yīng)遵循以下原則：

（1）相似原則：交通小區(qū)內(nèi)土地利用和人口構(gòu)成盡可能相似，某些重要屬性（如居民的收入）不宜相差太大。

（2）均衡原則：以出行時(shí)間為衡量標(biāo)準(zhǔn)，交通擁擠路段車輛移動(dòng)緩慢，因此交通小區(qū)劃分在交通擁擠路段比非擁擠路段更為細(xì)致，土地利用強(qiáng)度高地區(qū)比強(qiáng)度低地區(qū)更細(xì)致，直接影響區(qū)域比間接影響區(qū)域更細(xì)致。

（3）分隔線原則：以天然、人工障礙設(shè)定邊界線，同時(shí)避免將主要道路作為小區(qū)的邊界線。

1.4 交通生成

出行總量采用原單位法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中，TP——交通生成量（人次/日）；P——區(qū)域總?cè)丝冢ㄈ耍?；ρ——人均出行次?shù)（次/日）。

一般來(lái)說(shuō)，出行吸引總量與發(fā)生總量是相等的，即TA=TP。通過(guò)計(jì)算各個(gè)交通小區(qū)居住、商業(yè)辦公、工業(yè)、教育科研、物流倉(cāng)儲(chǔ)用地單位面積出行吸引率來(lái)確定各小區(qū)的出行吸引量。出行吸引率計(jì)算公式為：

式中：βk——用地性質(zhì)k出行吸引率；TA——吸引總量；δ——調(diào)查居民出行目的地為用地性質(zhì)k的比例；Sk——用地性質(zhì)k總面積。

1.5 交通分布

交通分布采用重力模型進(jìn)行交通分布，計(jì)算公式如下：

式中，qij——交通小區(qū)i到交通小區(qū)j的交通量；Oi、Dj——分別為小區(qū)i的發(fā)生交通量和小區(qū)j的吸引交通量；ai、bj——待標(biāo)定系數(shù)；f(cij)——交通阻抗函數(shù)，根據(jù)居民出行調(diào)查結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定。

1.6 方式劃分

根據(jù)家訪調(diào)查數(shù)據(jù)分析得到各交通小區(qū)各交通方式的出行比例，建立各個(gè)小區(qū)間各種交通方式分擔(dān)比例矩陣，從而將總出行OD矩陣劃分為各種交通方式的OD矩陣。

1.7 交通分配

1.7.1 BPR函數(shù)標(biāo)定

BPR函數(shù)用于估算車輛路段行程時(shí)間，反映了路段行程時(shí)間隨路段飽和度的動(dòng)態(tài)變化特性，其數(shù)學(xué)表達(dá)如下：

式中，t——車輛的實(shí)際路段行駛時(shí)間；t0——車輛在自由流速度下的路段行駛時(shí)間；v/c——路段飽和度，α、β為參數(shù)。

1.7.2 廣義道路阻抗函數(shù)標(biāo)定

廣義費(fèi)用函數(shù)主要用于衡量車輛在路段上行駛的綜合成本，其中須包含車輛的實(shí)際行駛時(shí)間、車輛的油耗費(fèi)用、高速公路行駛的費(fèi)用等。計(jì)算公式如下：

式中，C——廣義費(fèi)用（min）；Time——路段行駛時(shí)間（min）；λ——車輛每千米行駛費(fèi)用，根據(jù)車輛百千米油耗及當(dāng)?shù)赜蛢r(jià)取0.8元/km；Dist——行駛距離；Toll——收費(fèi)站費(fèi)用；vot——時(shí)間價(jià)值。

1.7.3 交通分配

交通分配常用用戶平衡（User Equilibrium，UE）模型和系統(tǒng)最優(yōu)（System Optimization，SO）分配模型。該次研究基于用戶平衡分配方法對(duì)交通流進(jìn)行分配。用戶平衡分配方法指的是遵循Wardrop第一原理的分配方法，Wardrop第一原理指的是，在出行者都明確知道路網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)并都選擇對(duì)個(gè)人來(lái)說(shuō)最短的出行路徑時(shí)，整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)就會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)。

1.8 差異化收費(fèi)方案實(shí)施效果評(píng)估方法

差異化收費(fèi)方案實(shí)施效果的評(píng)估主要從兩個(gè)角度來(lái)展開(kāi)。首先是方案補(bǔ)貼金額的測(cè)算，其次是方案的交通影響評(píng)價(jià)。其中，方案的交通影響評(píng)價(jià)主要從高速公路服務(wù)水平、收費(fèi)站通行余量、高速公路連接線服務(wù)水平和主要道路服務(wù)水平四個(gè)方面分別評(píng)價(jià)。

1.8.1 補(bǔ)貼測(cè)算

補(bǔ)貼測(cè)算指的是差異化收費(fèi)方案實(shí)施后財(cái)政支出總額的預(yù)估值，是差異化收費(fèi)政策實(shí)施主體最在意的數(shù)值。

全年減免總額計(jì)算公式如下：

式中，A——全年減免總額（萬(wàn)元）；n——全年345天；f——方案實(shí)施后高峰小時(shí)收費(fèi)金額（元）；Kp——高峰小時(shí)流量比。

1.8.2 交通影響評(píng)價(jià)

（1）高速公路服務(wù)水平評(píng)價(jià)。將差異化收費(fèi)方案輸入交通模型之后，計(jì)算得到目標(biāo)高速公路每一段的高峰小時(shí)交通量預(yù)測(cè)值。將目標(biāo)高速公路的高峰小時(shí)交通量預(yù)測(cè)值除以高速公路的通行能力得到“v/c”，參考《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG—2014）的要求（見(jiàn)表1），對(duì)方案實(shí)施后的高速公路服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 高速公路服務(wù)水平分級(jí)表

（2）收費(fèi)站通行余量評(píng)價(jià)。首先，將差異化收費(fèi)方案輸入交通模型之后，計(jì)算得到差異化收費(fèi)方案涉及的幾個(gè)主要收費(fèi)站的進(jìn)出站高峰小時(shí)交通量預(yù)測(cè)值。其次，統(tǒng)計(jì)差異化收費(fèi)方案涉及的幾個(gè)主要收費(fèi)站的出、入口數(shù)量，計(jì)算出各個(gè)收費(fèi)站的高峰小時(shí)最大服務(wù)交通量。最后，用各個(gè)收費(fèi)站的高峰小時(shí)最大服務(wù)交通量減去進(jìn)出站高峰小時(shí)交通量預(yù)測(cè)值計(jì)算得到收費(fèi)站的通行余量。

（3）高速公路互通連接線服務(wù)水平評(píng)價(jià)。將差異化收費(fèi)方案輸入交通模型之后，計(jì)算得到差異化收費(fèi)方案涉及的幾條高速公路互通連接線的高峰小時(shí)交通量預(yù)測(cè)值。將高速公路互通連接線的高峰小時(shí)交通量預(yù)測(cè)值除以該路段的通行能力得到“v/c”，再與現(xiàn)狀該互通連接線的“v/c”值做對(duì)比。

（4）主要道路服務(wù)水平評(píng)價(jià)。將差異化收費(fèi)方案輸入交通模型之后，計(jì)算得到與政策范圍內(nèi)高速公路平行的主要國(guó)省道、城市道路的高峰小時(shí)交通量、v/c、運(yùn)行速度預(yù)測(cè)值。采用前后對(duì)比法，計(jì)算預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的變化率。

2 高速公路差異化收費(fèi)交通影響評(píng)估方法的應(yīng)用

2.1 出行意愿與OD調(diào)查

在某地市交通運(yùn)輸局、某地市交通建設(shè)管理局及某地市交警大隊(duì)的大力支持下，對(duì)部分道路展開(kāi)了居民出行意愿問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查選取研究范圍內(nèi)23個(gè)道路斷面作為調(diào)查點(diǎn)。

2.2 居民出行特征

調(diào)查結(jié)果顯示，某地市居民出行目的中最主要為上下班，占比為60%，另外出差、回家、探親訪友以及其他分別占比10%、9%、4%、14%，其余出行目的占比為2%以下，見(jiàn)圖2。

圖2 出行目的構(gòu)成

調(diào)查結(jié)果顯示，車輛類型最主要為小客，占比為83%，其余依次為小貨、中客、大貨，分別占比11%、3%、2%，見(jiàn)圖3。

圖3 車輛類型比例圖

2.3 高速公路現(xiàn)狀交通特征分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，申蘇浙皖高速公路上南太湖至湖州段實(shí)際斷面流量約20 982 veh/d，湖州至織里段實(shí)際斷面流量約23 138 veh/d，織里至南潯段實(shí)際斷面流量約23 573 veh/d，取高峰小時(shí)系數(shù)為0.096，可以看到該高速在某地市段單向高峰小時(shí)交通量約2 100 pcu/h，且全段交通量分布較為均勻，湖州互通以東交通量略高于以西交通量。

南太湖收費(fèi)站的流量遠(yuǎn)低于其他三個(gè)收費(fèi)站，約為600輛/天；湖州收費(fèi)站流量最高，約為4 000輛/天；其次為南潯收費(fèi)站，流量約為3 800輛/天；織里收費(fèi)站較低，流量約為2 900輛/天。

高速出行呈現(xiàn)明顯的早晚高峰。早高峰出現(xiàn)在8：00—9：00，晚高峰持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)在16：00—18：00，高峰小時(shí)交通量約占全日交通量的9.6%，見(jiàn)圖4。

圖4 高速公路出行時(shí)間分布圖

2.4 差異化收費(fèi)方案

按照交通運(yùn)輸部對(duì)高速公路差異化收費(fèi)的要求，借鑒其他城市的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮方案實(shí)施難度、實(shí)施效果、車主需求、高速公路業(yè)主利益、政府財(cái)政合理支出等因素，提出以下2種收費(fèi)優(yōu)惠方案供選擇：

方案一：優(yōu)惠政策限車籍所在地為某地市的ETC一類客車（以公安交通管理部門提供數(shù)據(jù)庫(kù)為準(zhǔn)），該類車輛在申蘇浙皖高速上行駛且出入南太湖互通、某地市互通、織里互通、南潯互通四個(gè)收費(fèi)站時(shí)給予通行費(fèi)優(yōu)惠。

方案二：優(yōu)惠政策為ETC所有一類客車（以公安交通管理部門提供數(shù)據(jù)庫(kù)為準(zhǔn)），該類車輛在申蘇浙皖高速上行駛且出入南太湖互通、某地市互通、織里互通、南潯互通四個(gè)收費(fèi)站時(shí)給予通行費(fèi)優(yōu)惠。

2.5 路網(wǎng)構(gòu)建與小區(qū)劃分

構(gòu)建了包含高速公路、國(guó)省道、縣鄉(xiāng)道、主干路、次干路、支路等在內(nèi)的道路路網(wǎng)。再根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)道路布局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃等劃分出交通小區(qū)。

2.6 交通生成與交通分布

為了直觀地反映各個(gè)交通小區(qū)之間的流量大小，將OD表所提供的數(shù)據(jù)分配到劃分好的交通小區(qū)的地圖上，以質(zhì)心代表交通小區(qū)，將各個(gè)小區(qū)連接起來(lái)，其中線的粗細(xì)與交通量大小成一定比例，就形成了期望線圖，圖5為該地市的出行期望線圖。

圖5 出行期望線圖

2.7 方式劃分與交通分配

根據(jù)居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)出行分擔(dān)率統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

圖6 出行分擔(dān)率統(tǒng)計(jì)圖

交通分配常用非平衡分配和平衡分配方法。此次基于用戶平衡分配方法對(duì)交通流進(jìn)行分配。初步分配得到的道路交通流量帶寬圖如圖7所示，圖中線的寬度代表交通量的多少。

圖7 交通流量分配帶寬圖

2.8 實(shí)施效果評(píng)估

高速公路差異化收費(fèi)方案實(shí)施之后，原本行駛于高速公路平行的國(guó)省道、城市道路上的小客車被轉(zhuǎn)移至高速公路上，提高了高速公路的利用率，緩解了地方道路的擁堵，提高了地方道路的平均運(yùn)行速度，增加了高速公路收費(fèi)站的進(jìn)出站交通量以及高速公路互通連接線的交通量，具體指標(biāo)變化情況見(jiàn)表2。

表2 不同方案指標(biāo)變化表

所有ETC一類客車免費(fèi)方案與ETC湖州牌照一類客車方案相比，高速公路斷面交通量增長(zhǎng)率增加了11%，收費(fèi)站高峰小時(shí)通行余量平均值減少了10 pcu/h，主要道路流量減少了1%，主要道路速度增加了0.6%，高速公路互通連接線v/c增加值增加了0.03，但是財(cái)政補(bǔ)貼金額要增加1 200萬(wàn)元左右，單位補(bǔ)貼金額帶來(lái)的效益提升并不顯著。

3 結(jié)論

該文首先提出了一種基于“四階段”法的市區(qū)段高速公路差異化收費(fèi)交通影響評(píng)估方法，并從補(bǔ)貼測(cè)算、高速公路服務(wù)水平、收費(fèi)站通行余量、高速公路連接線服務(wù)水平和主要道路服務(wù)水平五個(gè)角度對(duì)差異化收費(fèi)政策的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。然后，以國(guó)內(nèi)某地市為例，將該方法加以應(yīng)用，并得到如下結(jié)論：所有ETC一類客車免費(fèi)方案與ETC湖州牌照一類客車免費(fèi)方案相比，高速公路利用率的提高，地方道路的緩堵、提速作用等效果相對(duì)較好，但是財(cái)政補(bǔ)貼金額要增加1 200萬(wàn)元左右，單位補(bǔ)貼金額帶來(lái)的效益提升并不顯著。