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: