港口集疏運(yùn)系統(tǒng)的通道能力和擁擠收費(fèi)策略

董 崗

(上海海事大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，上海 201306)

港口集疏運(yùn)系統(tǒng)的通道能力和擁擠收費(fèi)策略

董 崗

(上海海事大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，上海 201306)

運(yùn)輸供應(yīng)鏈的整體效率由最脆弱的連接或節(jié)點(diǎn)所決定，通過綜合考慮通道能力投資和擁擠收費(fèi)兩種方案，分析其對臨港和腹地兩大區(qū)域運(yùn)輸量和福利的影響。研究表明：腹地通道能力固定，當(dāng)從非擁擠收費(fèi)轉(zhuǎn)向擁擠收費(fèi)時，腹地區(qū)域的社會福利將增加，客運(yùn)量將減少，而臨港貨運(yùn)量變化則不確定；擁擠收費(fèi)固定，通道能力擴(kuò)張將增加腹地客運(yùn)量和臨港貨運(yùn)量；通道能力和擁擠收費(fèi)都可變時，通道能力變化對于擁擠收費(fèi)有雙重影響，需要建立一個跨區(qū)域?qū)嶓w以協(xié)調(diào)港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中的通道能力投資和擁擠收費(fèi)決策。

港口；集疏運(yùn)系統(tǒng)；通道能力；擁擠收費(fèi)；港口腹地；時間價值

港口已經(jīng)成為全球供應(yīng)鏈的重要組成部分，而運(yùn)輸供應(yīng)鏈的整體擁擠是由最脆弱的連接或節(jié)點(diǎn)所決定的[1]，因此港口集疏運(yùn)系統(tǒng)日益受到重視。因為港口集疏運(yùn)系統(tǒng)是與港口相互銜接，主要為集中與疏散港口吞吐貨物服務(wù)的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，由鐵路、公路、城市道路及相應(yīng)的交接場站組成[2]，完善的港口集疏運(yùn)系統(tǒng)不僅可以擴(kuò)大港口腹地，而且腹地通達(dá)性又是提高港口競爭力的重要方面[3]。進(jìn)口貨物通過港口進(jìn)入腹地的基本流程為：進(jìn)口貨物先從出口國經(jīng)過海運(yùn)到達(dá)港口，然后通過公路、鐵路或內(nèi)河等運(yùn)輸方式抵達(dá)內(nèi)陸腹地，其中借助腹地區(qū)域普通公路和高速公路的卡車運(yùn)輸是主要方式。如紐約—新澤西港作為美國東海岸的門戶港口，2007年公路卡車運(yùn)輸占全部集裝箱吞吐量的67%，內(nèi)河運(yùn)輸占36%，鐵路占1%；歐洲門戶鹿特丹港集疏運(yùn)系統(tǒng)中按照吞吐量計算的公路、水路和鐵路運(yùn)輸方式所占比例分別為49%、45%和6%；而上海港的公路、水路和鐵路運(yùn)輸方式所占比例則分別為62.5%、37.1%和0.4%,

一、港口集疏運(yùn)系統(tǒng)研究概述

港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中公路運(yùn)輸比例偏高造成了世界許多港口的嚴(yán)重?fù)頂D，接踵而來的延遲已經(jīng)大大增加了承運(yùn)人和托運(yùn)人的成本，此外港口擁擠的成本還包括由于不確定性延遲而導(dǎo)致的托運(yùn)人增加的庫存成本。

世界各地通常進(jìn)行的是腹地區(qū)域普通道路和高速公路的通行能力投資，而擁擠收費(fèi)盡管在實(shí)踐中還不常見，但在學(xué)術(shù)界和政策領(lǐng)域已有討論。如Maloni[4]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，美國港口管理者在港口產(chǎn)能擴(kuò)張計劃中最關(guān)心的是由于腹地區(qū)域公路造成的通行能力約束，如洛杉磯和長灘港口由于公路和鐵路擁擠不得不分流大量船舶到其他港口，與港口擁擠問題相似，腹地道路擁擠可以通過能力擴(kuò)張和定價機(jī)制緩解。Berechman[5]研究了紐約—新澤西港口擴(kuò)張與新澤西腹地高速公路新增運(yùn)輸量相聯(lián)系的總社會成本，發(fā)現(xiàn)6%的新增集裝箱運(yùn)輸量轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅康纳鐣杀?，由于時間價值不同導(dǎo)致每年的總社會成本在6.63億美元到16.2億美元之間。另外，在總社會邊際成本中，承運(yùn)人和地區(qū)高速公路用戶遭受的擁擠成本占62%。ZHANG Anming[6]研究了門戶港口執(zhí)行擁擠定價對于腹地高速公路最優(yōu)收費(fèi)、高速公路擁擠和社會福利的影響，發(fā)現(xiàn)如果門戶港口與寡頭承運(yùn)人垂直整合，其設(shè)施收費(fèi)將提高。收費(fèi)提高的部分原因是擁擠定價，門戶港口費(fèi)用的提高反過來導(dǎo)致高速公路收費(fèi)降低，而不論高速公路是否有能力對本地和過路貨物實(shí)行價格歧視。

那么港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中物流通道與港口腹地相互作用的本質(zhì)是什么？港口如何與腹地進(jìn)行通道能力和擁擠收費(fèi)的協(xié)調(diào)決策？本文同時考慮港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中腹地交通堵塞的擁擠定價收費(fèi)與通行能力投資兩種解決方案，分析其對臨港貨運(yùn)量和腹地客運(yùn)量以及臨港和腹地兩大區(qū)域福利的影響。

二、港口集疏運(yùn)系統(tǒng)模型構(gòu)建

以港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中的公路為研究對象，運(yùn)輸企業(yè)或承運(yùn)人利用集卡通過腹地區(qū)域公路將X單位的貨物從港口運(yùn)輸?shù)礁沟貐^(qū)域，此外腹地區(qū)域公路上也承擔(dān)當(dāng)?shù)氐目瓦\(yùn)量，用私家車數(shù)量Y表示。由于公路擁擠的腹地區(qū)域可對通過公路的車輛征收擁擠費(fèi)，且腹地區(qū)域征收擁擠費(fèi)t和公路通行能力K的決策優(yōu)先于收貨人和承運(yùn)人的決策，其使用腹地公路的全部成本包括擁擠費(fèi)成本和擁擠延遲成本，擁擠水平取決于道路通行量和通行能力的比率，則港口集疏運(yùn)系統(tǒng)中腹地公路的總通行量V為

V=X+Y

(1)

港口貨物通過腹地公路的貨運(yùn)價格為

PX(X)=DX(V/K)+t+C

(2)

同理，腹地當(dāng)?shù)赜脩羰褂霉返目瓦\(yùn)價格為

PY(Y)=DY(V/K)+t

(3)

因擁擠造成的延遲成本用D(V/K)表示，其與道路運(yùn)輸量和通行能力以及用戶的時間價值有關(guān)，即延遲成本函數(shù)滿足以下條件：

D′(·)>0，V(?D/?V)+K(?D/?K)=0

(4)

另外，臨港區(qū)域貨運(yùn)量X和腹地區(qū)域客運(yùn)量Y的決定因素，根據(jù)式(2)和(3)可表示為

X=X(t，K)，Y=Y(t，K)

(5)

三、港口集疏運(yùn)系統(tǒng)模型分析

1.通道能力固定，擁擠收費(fèi)可變

由于腹地公路通行能力的擴(kuò)張通常需要提前規(guī)劃和建設(shè)，因此在短期內(nèi)公路通行能力是固定的，則腹地區(qū)域的社會總福利包括對于港口貨物的消費(fèi)和私家車輛的行駛以及腹地公路對于貨運(yùn)和客運(yùn)車輛的擁擠收費(fèi)：

MAXiSW=U(X,Y)-PYY-PXX+(Y+X)t

(6)

式中U(X,Y)表示腹地區(qū)域用戶消費(fèi)港口貨物X和公路服務(wù)Y的效用，滿足?U/?Y=PY，?U/?X=PX。

在公路通行能力既定條件下，腹地區(qū)域可以選擇公路擁擠收費(fèi)以實(shí)現(xiàn)社會福利最大化。根據(jù)式(5)將式(6)t求一階條件：

令其一階條件為零，可得

(7)

證明：式(7)表明腹地區(qū)域為實(shí)現(xiàn)社會福利的最大化從而對公路擁擠實(shí)行的最優(yōu)收費(fèi)。

將式(5)代入式(2)和(3)，對t求一階條件：

聯(lián)立上述兩等式，解得

稀土元素是一組能很好揭示成礦物質(zhì)來源及成礦條件的示蹤元素，對熱液型鉛鋅硫化物礦床的成礦物質(zhì)來源和礦床成因有很大的指示意義[7-8]。礦物稀土元素配分模式是對成礦流體稀土元素組成特征的直接反應(yīng)[9-10]。不同標(biāo)高采集的4件新鮮礦石樣品其稀土元素含量見表1，用W.V.Boynton球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后作出其稀土元素分布型式圖(圖9)。

(8)

(9)

腹地公路擁擠收費(fèi)削減了區(qū)域本地的客運(yùn)量，而通過港口貨物的運(yùn)輸量變化則取決于需求函數(shù)和效用函數(shù)的曲率以及公路通行量和通行能力。尤其是對于給定的公路通行能力，公路擁擠收費(fèi)對于港口貨物運(yùn)輸量的影響取決于內(nèi)陸運(yùn)輸企業(yè)和區(qū)域本地用戶對于行程時間節(jié)省價值的差異。即價值差異越大，則港口貨物運(yùn)輸量越大；價值差異越小，港口貨物運(yùn)輸量也越小。此外，腹地區(qū)域的公路擁擠收費(fèi)在提高腹地區(qū)域福利的同時，將降低臨港區(qū)域的福利水平，因此僅考慮腹地區(qū)域的最優(yōu)擁擠收費(fèi)將高于考慮臨港和腹地整體系統(tǒng)的最優(yōu)擁擠收費(fèi)。

2.通道能力可變，擁擠收費(fèi)固定

結(jié)論2：對于給定的腹地公路擁擠收費(fèi)，公路通行能力的擴(kuò)張將使腹地區(qū)域的本地客運(yùn)量和臨港區(qū)域的港口貨運(yùn)量增加。

證明：將式(6)代入式(2)和(3)，對K求一階條件：

聯(lián)立以上兩個方程，解得

(10)

(11)

保持腹地公路擁擠收費(fèi)不變，公路通行能力的擴(kuò)張降低了道路擁擠，從而刺激了臨港區(qū)域和腹地區(qū)域的通行量。與公路擁擠收費(fèi)對于港口在臨港區(qū)域貨運(yùn)量的模糊影響不同，公路通行能力擴(kuò)展將對臨港區(qū)域的港口貨運(yùn)量產(chǎn)生確定和積極的影響，從而臨港區(qū)域的福利也隨著港口貨運(yùn)量的增加而增加。因此僅考慮腹地區(qū)域的公路通行能力投資將低于考慮臨港和腹地整體系統(tǒng)公路通行能力投資。

3.通道能力可變，擁擠收費(fèi)可變

從長期來看，腹地公路擁擠收費(fèi)的決策和通行能力擴(kuò)張的決策相互影響，并且通行能力擴(kuò)張是先于擁擠收費(fèi)決策的，因此最優(yōu)的擁擠收費(fèi)t是通行能力K的函數(shù)，見式(7)，即通行能力投資影響擁擠收費(fèi)，而擁擠收費(fèi)影響公路通行量。

結(jié)論3：當(dāng)腹地公路通行能力擴(kuò)張先于擁擠收費(fèi)時，通行能力擴(kuò)張對于擁擠收費(fèi)的影響通常是不確定的。但當(dāng)貨運(yùn)卡車與私家車的行程時間節(jié)省價值相同時，腹地公路通行能力擴(kuò)張將降低擁擠收費(fèi)。

將式(5)對K求一階條件，并代入上式：

?Y/?K=YttK+YK

?X/?K=XttK+XK

(12)

(13)

將式(7)～(11)代入式(13)，整理可得

(14)

因此腹地公路通行能力的擴(kuò)張對于公路擁擠收費(fèi)的影響是不確定的，取決于貨運(yùn)卡車與私家車的行程時間節(jié)省價值的差異、逆向需求函數(shù)的曲率、港口貨運(yùn)量X和腹地客運(yùn)量Y以及公路通行能力。因為腹地公路通行能力的擴(kuò)張對于公路擁擠收費(fèi)具有雙重影響：一是正面效應(yīng)(tK<0)，即腹地公路通行能力的擴(kuò)張緩解了擁擠狀況，從而降低了擁擠收費(fèi)；二是負(fù)面效應(yīng)(tK>0)，即腹地公路通行能力的擴(kuò)張改善了公路通行服務(wù)，但由于較少的擁擠導(dǎo)致用戶更高的支付意愿，從而提高了擁擠收費(fèi)。

四、結(jié) 語

本文同時考慮港口腹地通道的擁擠定價收費(fèi)與通行能力投資兩種解決途徑，分析其對臨港貨運(yùn)量和腹地客運(yùn)量以及臨港和腹地兩大區(qū)域福利的影響。研究發(fā)現(xiàn)：(1)在腹地公路通行能力既定時，當(dāng)腹地從非擁擠收費(fèi)轉(zhuǎn)向擁擠收費(fèi)時，腹地區(qū)域社會福利將會增加，但腹地客運(yùn)量則會減少，而臨港貨運(yùn)量的變化則不確定，取決于需求函數(shù)和效用函數(shù)的曲率以及內(nèi)陸運(yùn)輸企業(yè)和腹地區(qū)域本地用戶對于行程時間節(jié)省價值的差異。因此，腹地區(qū)域的公路擁擠收費(fèi)在提高腹地區(qū)域福利的同時，可能會降低臨港區(qū)域的福利水平，即腹地公路通行能力既定條件下，單獨(dú)考慮腹地區(qū)域的公路最優(yōu)擁擠收費(fèi)可能會高于綜合考慮臨港和腹地區(qū)域整體的最優(yōu)擁擠收費(fèi)。(2)在腹地公路擁擠收費(fèi)既定時，公路通行能力的擴(kuò)張將增加腹地區(qū)域的客運(yùn)量和臨港區(qū)域的貨運(yùn)量，因此僅考慮腹地區(qū)域公路通行能力擴(kuò)張的投資將低于考慮臨港和腹地整體系統(tǒng)公路通行能力擴(kuò)張的投資。(3)在腹地公路通行能力和擁擠收費(fèi)都可變，且腹地公路通行能力的變化先于擁擠收費(fèi)的條件下，通行能力的擴(kuò)張對于擁擠收費(fèi)具有雙重影響，具體取決于貨運(yùn)卡車與私家車對于行程時間節(jié)省價值的差異、逆向需求函數(shù)的曲率、臨港貨運(yùn)量和腹地客運(yùn)量以及公路通行能力，但當(dāng)貨運(yùn)卡車與私家車的行程時間節(jié)省價值相同時，腹地公路通行能力的擴(kuò)張將會降低擁擠收費(fèi)。

本文雖然借鑒了ZHANG Anming[6]的研究思路，但結(jié)論(1)與其完全相反，結(jié)論(2)與其基本相同，結(jié)論(3)也與其存在較大差異。進(jìn)一步的研究包括：港口通道能力與城市交通擁擠的相互關(guān)系，港口多條通道的能力投資與競爭性腹地區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及腹地對車輛實(shí)行歧視收費(fèi)對港口貨運(yùn)和腹地客運(yùn)的影響。

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Strategyofcorridorcapacityandcongestioncharginginportcollectinganddistributingsystem

DONG Gang

(School of Economics and Management, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 201306, China)

The overall efficiency of the transport supply chain is determined by the most vulnerable link or node. Considering the two resolving ways of corridor capability investment and congestion charging, the paper analyzed their impact on the port and hinterland traffics and welfare. The research shows that for a given road capacity, when the hinterland moves from a no congestion charging to congestion charging of road, the welfare of hinterland will increase and the passenger traffic will fall, while the traffic going through port is not to be determined. Otherwise, if congestion charge is fixed, an increase in road capacity would stimulate the passenger traffic of hinterland and the traffic going through port. When road capacity and congestion charge both are variable, the change of road capacity has a dual effect on congestion charge, so there is a need for a cross-region body to coordinate decisions concerning corridor capacity investment and congestion charging in port collecting and distributing system.

port; collecting and distributing system; corridor capacity; congestion charging; port-hinterland; value of time

1671-7041(2010)04-0033-04

F253.4

A*

2010-03-26

國家自然科學(xué)基金資助項目(70902074)

董 崗(1979-)，男，安徽太和人，博士研究生，講師；E-mail081025024@fudan.edu.cn