基于社会净福利的交通基础设施利用效率研究——以高速公路效率交通量为例，本文主要内容关键词为：通量论文,效率论文,为例论文,基础设施论文,高速公路论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
大部分交通基础设施是拥挤性公共产品，具有初始投资大、建设周期长和运营成本高的特征。由于产业聚集以交通联系为基础，因此交通基础设施合理服务水平的确定，对于区域经济乃至于宏观经济布局都会产生显著的影响。传统上以运筹学为基本方法的最佳用户数量求解模型存在着忽视交通行为外部性的缺陷。例如被广泛采用的以用户最短通行时间为约束目标的交通规划模型事实上是假设交通行为不存在外部性或交通基础设施的服务能力应大于用户间出现干扰时的用户数量。由于无法包含交通行为、交通需求和交通成本间的内在关系，这一类型的模型不能对交通基础设施的合理规模做出经济学意义上的评价，难以对区域经济规划、城市群产业联系等一系列重要课题的研究起到支撑作用。
本文以高速公路为分析对象，基于社会净福利最大化原则论证高速公路效率交通量的存在，并以社会福利函数为基础建立求解这一效率交通量的基本模型。
二、高速公路存在最佳交通量
拥挤性公共产品的消费存在部分的竞争性[1]，即拥挤。所谓拥挤是指：即使是所有人消费某种公共产品相同数量和质量的服务，但是当越来越多的人消费该项产品，人们所得的消费利益将下降[1]。从公共产品的成本函数方面来看，增量使用者为生产者带来的边际成本在一定范围内为零[2]。
高速公路的服务水平（level of service,LOS）系指道路使用者从道路状况、交通与管制条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量，如可以提供的行车速度、舒适度、驾驶员的视野，以及经济安全等方面所能得到的实际效果与服务程度[3]。
不同的服务水平允许通过的交通量不同。根据国家“九五”攻关项目组提出的我国高速公路服务水平分级，设计时速为120km/h的高速公路服务等级水平如表1所示[4]。这一研究结果表明当交通量增加时，由于车辆密度提高，车辆间的相互干扰加剧，高速公路的服务水平会降低，这与经济学中对拥挤性公共物品的研究结论一致。
如果一种产品的需求是由对其他产品的需求派生出来，对这种产品的需求就是派生性需求。交通运输是典型的派生性需求，其效用即受本源性需求的影响，也受交通运输服务水平的影响。一方面，如果本源性需求的效用很大，或者说对消费者非常重要，则消费者无疑愿意为旅行付出更高的成本；另一方面，如果交通运输服务水平很高，消费者也会对其效用作出更高评价。由于出行目的不同，每位消费者对社会福利的影响不等（例如执行任务的消防车和救护车具有优先通行权），所以当把所有消费者的个人福利加总成为社会福利的时候，为了获得更准确的结果，可以给消费者的个人福利函数乘一个权数。这样高速公路T的社会福利函数改进为：
增加或降低的速度，但不会改变社会福利函数存在最大值的基本性质。由此本文得出结论：交通工程的理论和实践证明高速公路的服务水平随用户数量的增多而降低；高速公路存在一个这样的交通量，在这一交通量上，高速公路的社会收益达到最大化，这一交通量本文称为效率交通量。在理论上，当实际交通量少于效率交通量时，交通基础设施没有得到充分利用；当实际交通量大于效率交通量时，表明需要增加交通基础设施的供给或限制对其的使用。在路网规划、道路管制政策制定、基础设施投资规模确定等实际工作中，可以根据具体情况将包括效率交通量在内的某个交通量区间看做是高速公路的合理服务区间。
三、高速公路的社会净收益计算模型
在不计算高速公路通行费的情形下，车辆在高速公路上行驶，由消费者承担的成本包括燃料的消耗、车辆的磨损和时间的耗费。在更广泛的意义上还包括了由于拥挤而导致的焦虑情绪和由此而增加的交通事故风险。社会福利函数证明了效率交通量的存在，但是这一函数不能直观地反映交通需求，因此并不能直接用来确定效率交通量。通过将社会福利函数分解为边际社会成本函数和边际社会收益函数，我们可以建立基本的效率交通量计算模型。
高速公路的边际社会成本指：高速公路上增加单位交通量所增加的成本；边际私人成本指：驾驶者在高速公路上通行时自己承担的成本。不同类型车辆的边际社会成本和边际私人成本都是不同的，为了能够建立简单明了的分析模型，我们假设不同类型的车辆都可以折算为某种标准车型。这种方法在交通工程学、运输经济学中被广泛采用，有关交通运输基础设施的国际标准和国家标准也通常以此方法为基础。
拥挤性公共产品的用户之间存在相互依赖性，其实质是成本（价格）对消费者A来说，是一个B分享多少相同偏好的函数[2]。随着交通量的增加，高速公路上行驶的车辆之间会产生越来越严重的相互干扰，故构造以下的边际私人成本函数是可行的：mpc=t（q）
式中mpc是边际私人成本，它是交通量q的增函数（在某个定义域内不一定是单调增函数），表示因交通量的变化而导致的私人成本，这其中包括了其它驾驶者成本的溢出（其它驾驶者造成的干扰），在最严重的情况下，高速公路会由于交通拥堵而完全丧失通行能力。全体驾驶者的成本是：
边际社会成本是：
如图1所示，当q≤T[，c]时，由于交通量较少，车辆之间不存在相互干扰，驾驶者可以选择行驶的速度，新驶入的车辆不会显著地增加边际社会成本。这时的q称为“自由状态交通量”，在交通工程中，高速公路此时的运行状态称为“自由流”，Δc=0，根据表1，这时的服务水平为一级。当q继续增加时，新驶入的车辆会显著地影响其他车辆的行驶，就会出现Δc＞0的情形，运行状态逐渐就变为稳定流，服务水平开始下降。由于msc-t（q）=Δc是增函数，因此边际社会成本曲线位于边际私人成本曲线的上方。
高速公路的边际社会收益指：增加单位交通量所增加的收益；边际私人收益指：驾驶者驶入高速公路的收益。设高速公路上的交通量为q[，1]，此时驾驶者边际私人收益为mpb[，1]。假设一位新的驾驶者驶入高速公路，这时交通量为q[，1]+1，其边际私人收益为mpb[，2]。由于随着交通量的增加，高速公路会逐渐变得拥挤，驾驶者对其旅行收益的评价不断降低，这表明一个人的福利是别人行为的函数[2]。
即边际私人收益（mpb）是交通量q的减函数。我们可以在图1中绘制一条向下倾斜的曲线作为边际私人收益曲线。
当mpb＞mpc，则消费者会利用高速公路，否则会选择其他通行路径。根据理性人假设，消费者根据个人收益作出决策，即使其行为存在正外部性，也会被忽略，因此边际私人收益曲线也是高速公路的需求曲线。
在这一交通量时，高速公路的社会净福利达到最大化，这一交通量就称为“效率交通量”。帕累托有效率产量出现在价格等于边际成本的地方[5]，本文的结论与经济学的一般性结论完全相符。
四、模型的应用价值及约束条件解释
上述效率交通量模型将交通运输需求的派生性、交通行为的外部性等因素对交通基础设施利用效率的影响均包括在内。对于以下三个方面的决策具有指导意义：①是否需要增加高速公路的供给；②是否需要通过收费来调解对运输资源的利用；③高速公路收费价格的确定。
如图1所示，当驾驶者根据条件mpb＞mpc做出决策的时候，仅仅计算其自己承担的成本，当高速公路短缺时，交通量会增加到
。此时边际社会成本非常高昂，例如大量的车辆被阻塞，有关部门不得不动用更多人力疏导交通并增加对道路设施的维护。交通量在T[*]处时，高速公路的社会净福利达到最大化，适度的拥挤状态无损于社会福利。
之间的交通量属于交通工程中的稳定流区间，T[*]的具体数据需要通过抽样调查来获得。
图1 高速公路效率交通量
对交通量的控制可以从需求和供给两个方面着手。交通基础设施的投资与建设通常存在多种资源性约束，往往在短期内无法增加供给。而针对需求进行的交通量调节尽管有时会面临社会压力，但是这种约束软于资源性约束，因此在很多情况下成为现实性的选择。
当交通量达到时，边际社会成本高于边际私人成本，如果无法增加高速公路的供给，通过收费来使驾驶者预计到其边际净收益的降低，则会起到调解交通量的作用。例如可以对高速公路实行“拥挤性收费”，即将高速公路通行费率确定在
之间，即将边际社会成本与边际私人成本之差作为高速公路通行费增加在私人承担的通行成本上。货币化的通行成本将有效地使驾驶者意识到通行成本的上升，从而将交通量控制在适度范围内。但是这种措施在某些情况下会被认为是有失公平的。
交通需求的时间分布是不均衡的，这表现为高速公路可能在特定时间出现交通高峰，而在其他时间交通量较低。在高峰时段实行较高收费，在非高峰时段实行较低收费，甚至免费通行，改变交通需求的时间分布特性，也是提高交通基础设施社会净福利水平的有效措施。
这一模型对于其它拥挤型公共产品同样适用，例如城市道路、城市轨道交通等。我国已有多个城市在酝酿对进入市中心的车辆实施收费，以缓解城市中心的交通拥堵状况。伦敦从2003年2月17日起对进入市中心的车辆收取每天5英镑的“拥堵费”，收费时段为星期一至星期五的7时至18时30分，周末和法定节假日不收费。1年后，伦敦市中心的交通堵塞现象减少了30％，交通事故下降20％，70％的伦敦市民对收费政策渐渐从不满转变成支持。在实施“收费治堵”方案1年里，伦敦市政府共收取了8000万英镑的拥堵费，这些钱又被用来改善市政交通基础设施，完善城市交通系统。以社会净福利最大化为基础调控城市中心区交通量，对于充分发挥城市中心区功能，克服土地资源约束具有重要的作用。
高速公路效率交通量模型存在着一些约束条件，这些约束条件并不影响模型的实用价值，但在交通工程和交通管制实践中可以根据实际情况去掉某些约束条件，模型的约束条件有以下三条：
1.信息是完备的。在此模型中消费者的决策依据是mpb＞mpc，而事实上消费者是以预期的边际私人净收益作为决策基础，他必须知道道路交通量状况，否则便不能做出理性的判断。
2.消费者时间价值相等。时间是交通成本中的一个重要组成部分，在评估交通成本时往往需要将时间折算为货币。因为每个人的时间具有不一样的边际效用，用货币表示全部交通成本显然是困难的。然而这一约束并不妨碍模型的现实意义。其一是在大量的研究中人们可以直接使用时间作为交通成本的计量单位；其二是根据时间的边际效用对消费者进行分类，将时间价值相似的消费者分为一类，单独计算每类消费者的时间成本。
3.消费者能够用货币表示自己的效用。本文不假设每位驾驶者的本源性需求相同，在实际应用中可以将消费者按出行目的分类，为每一类消费者设定一个权重。
综上所述，这一模型的应用要求对消费者在时间价值和出行目的两个维度上进行准确的分类。
五、结语
精确地计算边际成本和边际收益是困难的，但是基于详细的抽样调查，这一模型既可以用于高速公路工程实践，也可以用于高速公路的运营管理。通过对消费者的准确分类，这一模型能够获得有价值的效率交通量数据，这一数据对于高速公路收费制度设计、高速公路项目后评估和高速公路国民经济评价都是非常重要的。
这一模型将交通流密度因素转换为驾驶者成本的溢出，这种溢出既是社会福利损失，也是造成高速公路服务水平降低的原因。本文的结论对于交通基础设施最佳利用率的确定具有一般性意义。