基于仿真分析下經(jīng)濟(jì)速度對公路運輸成本節(jié)約的作用研究

摘 要：車輛在不同的行駛速度下有不同的燃油消耗水平，從而帶來不同的燃油費用成本。此外，更多的碳排放量使得碳排放的燃油治理成本增加?；诖?，本文探究了經(jīng)濟(jì)速度對公路運輸成本的節(jié)約作用，計算車速與百公里燃油量及百公里碳排放量的關(guān)系，從而研究經(jīng)濟(jì)速度帶來公路運輸成本的節(jié)約。本文使用了AnyLogic對研究結(jié)果進(jìn)行仿真，更直觀地表現(xiàn)經(jīng)濟(jì)速度對公路運輸成本的節(jié)約作用。

關(guān)鍵詞：運輸經(jīng)濟(jì);經(jīng)濟(jì)速度;成本節(jié)約;碳排放

本文索引：劉航.<變量 2>[J].中國商論，2022（05）：-061.

中圖分類號：F542 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-0298（2022）03（a）--03

要想進(jìn)一步提高公路運輸過程中的效益，降低公路運輸?shù)某杀臼欠浅１匾摹９愤\輸成本包括客貨運的各項支出，如運費、燃油費等，那么燃料成本及其衍生成本都是公路運輸成本的重要組成部分。對車輛燃料的相關(guān)成本進(jìn)行節(jié)約，可以減少不必要的車輛運行燃油消耗，節(jié)省燃油費用，同時降低環(huán)境的治理成本，使公路運輸成本從整體上下降，對公路運輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益具有正向的推動作用。

隨著我國公路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，治理交通環(huán)境問題產(chǎn)生的成本逐漸受到人們的重視。2004 年，中國公路建設(shè)等帶來的CO2 排放量約為2.9億t，2015年達(dá)到5.22億t，預(yù)計2030年將增加至11.08億t。碳排放不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境問題，還使我國的公路交通成本大幅增加。減少車輛的耗油量對成本的節(jié)約具有重大意義：第一，車輛的耗油量越小，需要為運輸支付的燃油成本就越低。第二，更少的油耗意味著更少的碳排放，對碳排放進(jìn)行治理的費用也會更少。因此，公路運輸過程中需要盡可能減少車輛油耗，有利于運輸成本的節(jié)約。眾多研究表明，車輛的單位燃油消耗量與車速有明確的聯(lián)系[1， 2]，找到使車輛單位油耗量最小的速度，可以減少燃料消耗、節(jié)約成本，該速度被稱為經(jīng)濟(jì)速度[3， 4]。

本文在探討了耗油量與運輸成本間的關(guān)系，找到減少運輸成本的方法。此外，利用AnyLogic仿真方法，驗證經(jīng)濟(jì)速度下油耗量最少，碳排放量最低，成本最有可能被節(jié)約?？傊疚难芯苛瞬煌囁倥c車輛燃油量之間的具體關(guān)系，驗證經(jīng)濟(jì)速度下車輛運行時產(chǎn)生的公路運輸成本最低。

1 車速與耗油量的關(guān)系

1.1 車速與耗油量的關(guān)系

蔡春麗等（2015） [5]在合適的實驗條件下，分別測量車速為30～80km/h（步長為10km/h）時的百公里耗油量，建立了車速與百公里耗油量間的關(guān)系，由式（1）計算。

其中， y為車輛百公里耗油量[L/（100km）]; v為行車速度（km/h）。經(jīng)過計算，實驗車經(jīng)濟(jì)速度約為51.08 km/h，近似認(rèn)為50 km/h為車輛的經(jīng)濟(jì)速度。

1.2 經(jīng)濟(jì)車速對燃油成本的節(jié)約作用

市場上常見的燃油類型有0號柴油、89號汽油、92號汽油和95號汽油，依然可以使用蔡春麗等（2015）得到的數(shù)學(xué)關(guān)系式來近似表示其他燃油百公里耗油量與車速的關(guān)系。根據(jù)不同類型燃油價格可計算車輛百公里燃油成本，由式（2）計算。某日西安市的燃油價格如表1所示，可得到車輛的百公里燃油成本結(jié)果，如圖1所示。

其中， C為百公里燃油成本（元）; y為百公里油耗量[L/（100km）]; P為單位燃油價格（元/L）。

由圖1可知，經(jīng)濟(jì)速度下每種燃料類型的車輛百公里燃油成本最小，說明經(jīng)濟(jì)速度能夠最大程度地節(jié)約燃油成本。不同燃料的燃油成本節(jié)約率在相同車速下是相同的，如圖2所示。由圖2可以看到，不同種類燃料下車輛經(jīng)濟(jì)速度對燃油成本節(jié)約的曲線可擬合為一條曲線，趨勢與燃油成本曲線相似。也就是說，經(jīng)濟(jì)速度相對其他速度可節(jié)約燃油成本，節(jié)約率最大可以達(dá)8%以上，節(jié)約程度比較可觀。

2 經(jīng)濟(jì)車速對碳排放治理成本的節(jié)約作用

2.1 碳排放量與車速的關(guān)系

由于經(jīng)濟(jì)車速下的行車耗油量最小，因此經(jīng)濟(jì)車速不僅可以減少燃油成本，還可以間接減少碳排放治理而產(chǎn)生的成本。車輛百公里碳排放的計算主要與燃料密度、燃料凈發(fā)熱值、燃料缺省排放因子、燃料特征因子幾個參數(shù)有關(guān)[6， 7] 。采用燃料凈發(fā)熱值、燃料缺省排放因子、燃料特征因子確定燃料燃燒過程中的碳排放量，由式（3）計算。

其中， E為百公里碳排放量（mg/100km）; ρ為柴油或汽油密度（kg/L）; N為柴油或汽油缺省凈發(fā)熱值（MJ/kg）; Fi為基于凈發(fā)熱值的排放因子（mg/MJ）; Ii為特征因子[8]。

各種燃油密度ρ的近似值如表2所示。值得一提的是，0號柴油的密度在一定范圍內(nèi)變動，為了方便，在計算中取值為0.86。汽油或柴油的缺省凈發(fā)熱值N的大小為43MJ/kg。車輛行駛過程中產(chǎn)生的溫室氣體主要有CO2、CH4、N2O，其他氣體排放量很小。采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提出的排放因子作為中國道路運營能源排放因子[9]，結(jié)果如表3所示。此外，燃油燃燒所產(chǎn)生溫室氣體的特征因子如表4所示。

2.2 碳排放量與車速關(guān)系的仿真分析

根據(jù)式（3），利用AnyLogic建立仿真模型，得到速度與車輛百公里碳排放量之間的關(guān)系，如圖3所示。由圖3可知，經(jīng)濟(jì)速度下的碳排放量最小，意味著此時的環(huán)境治理成本最小。

上述仿真結(jié)果驗證了經(jīng)濟(jì)速度對碳排放造成環(huán)境污染的治理成本具有一定的節(jié)約作用，節(jié)約程度與對碳排放量的減少程度有關(guān)，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看到，經(jīng)濟(jì)速度可以有效減少車輛的碳排放量，最大的減少率可以達(dá)到8%以上。

3 各燃料類型車輛混行時碳排放與速度的關(guān)系

圖5是某一時刻某路段上各車的百公里碳排放量（單位為107mg/100km）及積累的路段碳排放量（單位為mg/100km）的可視化結(jié)果。由此可以看到，使用不同類型燃料的車輛百公里碳排放量不同。圖中車輛為使用0號柴油，89號汽油，92號汽油，95號汽油的混行狀態(tài)。路段碳排放量是將不同車輛的百公里碳排放量換算到125m后的累計值，進(jìn)一步對混行條件下平均到每輛車的路段碳排放量與車速的關(guān)系進(jìn)行探討，結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看到，經(jīng)濟(jì)速度下每輛車平均造成的路段碳排放量最小，意味著在車輛數(shù)相同的情況下，不管車輛使用燃油的情況如何變化，總碳排放量在經(jīng)濟(jì)速度下達(dá)到最低。通過仿真可知，即使在不同車輛混行的狀態(tài)下，經(jīng)濟(jì)速度依然是使碳排放最小的車速，最為綠色環(huán)保，最有益環(huán)境治理。

4 結(jié)語

根據(jù)本文的研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）車輛速度與車輛耗油量之間是一個開口向上的拋物線關(guān)系。使車輛耗油量最低的速度，即經(jīng)濟(jì)速度，大約為50km/h。

（2）在經(jīng)濟(jì)速度下，車輛的百公里碳排放量最低，速度過低或者過高都會引起碳排放量的增加。

（3）考慮不同燃油車輛混行的情況下，經(jīng)濟(jì)速度依然是使車輛碳排放量最低的車速，證明了經(jīng)濟(jì)速度對節(jié)能減排的重要意義。

（4）車速與公路交通的成本存在聯(lián)系，成本包括燃油成本，也包括對車輛造成的環(huán)境污染的治理成本。由于經(jīng)濟(jì)速度能最大限度地減少碳排放，所以經(jīng)濟(jì)速度對環(huán)境治理成本有節(jié)約作用。同時，由于在經(jīng)濟(jì)速度下耗油量最小，在燃油價格一定的條件下，經(jīng)濟(jì)速度還可以節(jié)約燃油成本，最大節(jié)約率可以達(dá)到8%以上。

未來的研究應(yīng)該進(jìn)一步平衡經(jīng)濟(jì)速度帶來的好處及人們對運輸快速性要求之間的關(guān)系。在對以上兩個方面權(quán)衡后，公路運輸?shù)某杀靖?，?jīng)濟(jì)效益更好，使公路運輸活動能夠既快速又環(huán)保，實現(xiàn)交通強(qiáng)國背景下的快速、綠色交通運輸目標(biāo)，推進(jìn)交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的實現(xiàn)。

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