收费高速公路最优收费费率的研究，本文主要内容关键词为：费率论文,最优论文,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。
本文1997年1月16日收到
摘 要：应用优化论的有关理论分析和研究了收费高速公路在存在竞争线路条件下最佳交通量分配、最优收费费率确定的几个重要问题。并同时对国内一条有代表性的高速公路最优收费费率的确定进行了案例分析。
关键词：高速公路，收费，优化论，最优费率，竞争线路
分类号：F54
Study on Toll Freeway's Optimum Toll Rate
Lu Zhengfeng
〔Department of Management Engineering,Xi'anHighway University,Xi'an 710064〕
Abstract:Based on the optimum theory,this paper analyzesand studies toll freeway's optimum toll policy under analternate route.And a case study is analyzed.
Key words:freeway,toll,optimum theory,optimum toll rate,altermate route
近几年来，中国高速公路建设取得了飞速的发展。截至1996年底，中国已建成通车3258km的高速公路。交通部规划于2000年前建成“两纵两横”国道主干线和几条重点线路，届时中国高速公路通车里程将达8900km，高速公路建设总投资将达5810亿元，含已完建设投资628.58亿元。根据国务院有关部委及交通部有关文件，高速公路将采取收取道路通行费回收投资。确定收费高速公路的最优收费费率就成为建设高速公路、管理高速公路，最大限度吸引投资者的投资和利用社会民间资本，发挥高速公路的社会经济效益的关键所在。本文在充分研究国外收费高速公路的基础上，将现代收费道路理论与中国高速公路建设的实践结合起来，通过建立最佳交通量分配模型和系统收入一费率模型，研究了收费高速公路最优收费费率的确定。
1 道路使用者路线选择行为一般理论
高速公路最优收费费率的确定是建立在道路使用者路线选择行为理论的基础之上的。
本文研究的是存在竞争线路的条件下，高速公路如何确定收费费率使自身的收费收入最大化。假定甲乙两城市之间存在两条道路供道路使用者选择，其中一条为收费高速公路，另一条为收费的一般高等级公路（在案例研究中为二级汽专公路和部分一级公路）道路使用者在进行道路选择时一般来说应考虑到如下因素：
(1)运行时间t和总在途时间T，即道路使用者从出发地到目的地用于道路上的时间和总时间。运行时间受到道路状况、车辆状况和交通状况的影响，总在途时间除了在道路上的运行时间外，还包括准备出行时间t′和准备到达时间t″，则T=t′+t+t″，相对来说，总在途时间对于道路使用者进行路线选择更具指导意义。
(2)车辆运营成本水平C，即由于车辆的运行所产生的有关费用，主要为燃油费C[,1]，轮胎磨损费用C[,2]和机件磨损费用C[,3]，同时还包括阻塞成本（在阻塞经济学中，阻塞成本被定义为在存在交通阻塞的条件下，燃油费等物质损耗的增量与所等待时间的机会成本之和）。显然，在相同的车况条件下，道路等级越高，道路状况越好，车辆运营成本水平就越低，对成本导向型的道路使用者来说就更具吸引力。
(3)道路使用效益B和收费水平F。所谓道路使用效益是指由于使用了道路使道路使用者获得了不使用道路时所不具有的效益，主要表现为运营时间节约的效益、运营成本降低的效益和增加运次的效益。道路使用效益由道路使用者在使用道路过程中实现，并且不同的道路等级表现出一定的级差。收费水平与相应的道路使用效益相配比，可以确定一个合理的道路级差使用效益在道路使用者和道路收费者之间的分配程度。
综上所述，道路使用者路线选择行为是基于道路使用效益最大化和运营成本最小化的原则之上的。根据上述分析和假定，可以得到下面一般性的结论：运行时间和总在途时间越短的线路，对于时间价值导向型的道路使用者来说具有越强的吸引力；运营成本越低的线路，对于成本导向型的道路使用者来说具有越强的吸引力；道路使用效益越明显、收费水平占道路使用效益的比重越小的线路，对于效益型的道路使用者来说具有越强的吸引力。
2 最佳交通量分配模型的建立与评价
在道路使用者路线选择一般理论的基础之上，本文通过建立一个最佳交通量分配的模型，以确定在不同的收费水平之下交通量分配的规律。
2.1 最佳交通量分配模型的假定
最佳交通量分配模型是基于下述基本假定的：
(1)道路使用者具有足够的信息以对道路选择能作出正确的判断，即具有完全理性的分析能力。对于可供选择的道路的经济技术性能具有相当的认知能力，并且是以实现自身效益最优即运行成本最低，道路使用效益最高为目的的。而由于道路使用者的偏好和来自道路使用者以外力量对道路选择的影响不作为主要影响因素。
(2)车辆运营成本模型(VOC)具有相当的可靠性和科学性。根据汽车运用技术经济学的有关理论建立起来的车辆运营成本模型应科学地解释由于车辆运行速度的提高，交通堵塞的减少和运行时间的缩短以及里程的缩短等给道路使用者带来的运行成本降低率。在第一点实现自身效益最优化假定的基础上，车辆运营成本降低率的大小在很大程度上影响着收费高速公路最佳交通量分配率。这是很显然的，因而建立科学可靠的车辆运营成本模型应得到高速公路运输经济管理界的高度重视。为尽快组成由运输管理专家和系统论研究专家组成的VOC模型小组对中国高速公路的车辆运行成本进行科学可靠的评估已成为当务之急。本文最佳交通量分配模型综合参考了美国得克萨斯州研究发展基金会(TRDF)的VOC模型，世界银行的HDM-Ⅲ车辆运行成本模型以及澳大利亚ARFCOM和NIMPAC模型，并结合中国VOC研究的一些成果进行收费高速公路车辆运行成本降低率的测算。
(3)道路使用效益为广大的道路使用者所接收和认可。道路使用者在进行道路选择时不仅考虑到所缴纳的道路通行费的多少，而且还考虑到由于选择高速公路所带来的道路使用效益，即：由于里程缩短带来的效益，由于节约时间增加运营次数所带来的效益和由于降低了车辆维护保养次数和燃料轮胎使用数量所带来的效益，估计道路通行费在道路使用效益中的比重。
(4)交通运输主管部门在收费高速公路最佳交通量分配上具有不可缺少的作用。通过制定相应的政策法规，采用行政的、经济的、税收的手段对交通量的分配进行调节，以使骨干道路的核心地位得以发挥，以高速公路良好的社会效益和经济效益带动高速公路沿线地区经济的最优发展。
2.2 最佳交通量分配模型的建立
基于上述几点假定和道路使用者线路选择一般理论，在大量研究国内外典型路网交通量成长及分配的基础上，可建立如下最佳交通量分配模型。由于篇幅所限，本文仅给出模型的研究结果，不作更多的数学分析和证明（详见参考文献[5]）。
在存在竞争线路条件下，收费高速公路的最佳交通量分配率由如下模型决定
式中：P[,n]为第i种车型在收费高速公路上的最佳交通量分配率(%)；
F[,2i]为第i种车型在收费高速公路上通行缴纳的通行费水平(元/km)；
B[,2i]为第i种车型在收费高速公路上通行所获得的道路使用效益水平(元/km)；
C[,2i]为第i种车型在收费高速公路上通行所支出的车辆运营成本水平(元/km)；
F[,li]为第i种车型在竞争线路上通行缴纳的通行费水平(元/km)；
B[,li]为第i种车型在竞争线路上通行所获得的道路使用效益水平(元/km)；
C[,li]为第i种车型在竞争线路上通行所支出的车辆运营成本水平(元/km)
ε[,i]为第i种车型交通量分配受不可测因素的影响水平(%)
2.3 最佳交通量分配模型的应用
最佳交通量分配模型综合了道路使用者在路线选择所要考虑的各种因素（时间、距离、成本、效益）以及运输主管部门的政策法规、运输管理体制等不可测因素对最佳交通量分配率的影响。而且该模型对各类车辆进行分析，从而达到各类车辆运营效率最大化和运营效益最优化。
最佳交通量分配模型是以确定科学合理的高速公路收费费率F[,2i]，使交通量的分配得以优化，从而最终达到高速公路收费收入最大化，为高速公路投资提供充足的回报，因此最佳交通量分配模型是交通量-费率-收费收入模型的重要的组成部分，也是本文最优收费费率确定的重要依据。
3 最优收费费率的确定
3.1 最佳分配交通量的确定
根据最佳交通量分配模型可以分析测算出各车型的最佳交通量分配率，然后基于路网交通量的预测结果以及路网交通量车型构成，便可以测算出最佳分配交通量。计算公式如下
Q[,i]=Q·→[,i]·P[,n]
其中：Q[,i]为第i种车型在收费高速公路上的最佳分配交通量（辆/日）；
Q为路网预测交通量总量（辆/日）；
→为第i种车型在路网交通量中的车型构成(%)；
P[,n]为第i种车型在收费高速公路上的最佳交通量分配率(%)；
3.2 收入-交通量-费率曲线分析
根据上述分析结果，结合收费高速公路的分车型的收费费率，可以得到下述收入-交通量-费率曲线。
其中：Y[,i]为第i种车型通行费收入水平（元）
利用计算机分析软件对上述收入-交通量-费率模型进行模拟可以得到一条S形曲线。
3.3 收费高速公路最优收费费率的确定
在上述收入-交通量-费率模型的基础上，利用优化理论中无约束多变量函数优化方法进行收费高速公路最优收费费率的确定。具体过程如下：
对于多变量函数f=f(x)，在其极值点处应满足下述关系
采用变量轮换法使上述n个方程中的一个得到满足，直到n个方程同时满足为止。这时便可以得到多变量函数的最优解。
令：αY[,i]/αF[,2i]=0，得到F[2i]便是高速公路各车型的最优收费费率。
4 沪宁高速公路江苏段最优收费费率的确定
沪宁高速公路江苏段是国家“九五”计划“两纵两横”国道主干线中上海至成都高速公路的重要组成部分，全长247.82km，贯穿中国经济较为发达的长江三角洲地区。
为了筹集巨额建设资金和运营资金，江苏省交通厅牵头组建了江苏宁沪高速公路股份有限公司作为项目业主法人进行沪宁高速公路江苏段的建设和经营。国务院特批该公司为中国基础设施项目实行股本融资和债务融资相结合的试点单位，广泛地利用了社会民间资本。因而其收费费率的确定影响到数以万计的投资者的利益而倍受关注。
沪宁高速公路江苏段的收费费率是严格按照最优收费费率研究模型来进行的，具有很强的科学性。
与沪宁高速公路江苏段几乎平行的竞争线路是国道312线，客观地在沪宁间形成以这两条高等级公路为主干线的带状路网。
在对沪宁间20年交通量数据整理分析的基础上，按照最佳交通量分配模型确定高速公路建成通车并实行封闭式收费制度后分车型分配交通量。然后根据最优收费费率确定模型，利用计算机分析模拟得到分车型收入-交通量-费率曲线（见参考文献[5]），并同时确定最优收费费率和各车型间收费系数，达到整个路网收费系统效益的最优化。
5 结语
本文对收费高速公路在确定收费费率时应重视的几个问题进行了初步的研究，结论如下：
(1)在分析路网交通量分配时应充分考虑影响道路使用者选择道路时所可能受到的各种影响因素，并给予恰当的评估。通过建立最佳交通量分配模型可以对各影响因素进行敏感性分析，以使决策更为科学。
(2)在确定收费高速公路最优收费费率时应从系统优化的角度出发，除了考虑到整个路网系统经济、财务以及社会效益的最优化，还应考虑到道路使用者道路使用效益的最优化。收入-交通量-费率模型可以较好地满足上述要求，因为该模型就是基于上述优化思想的基础之上的。
(3)对收费高速公路的收费车型的划分以及各车型车辆运营成本(VOC)的测算应得到更多的重视。本文基于对国外相关研究成果的分析借鉴，结合沪宁高速公路江苏段收费费率的确定进行了初步的研究。
标签：交通量论文;