基于運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化的交通碳減排研究及綜述

戴湘婷

摘? ?要：交通運(yùn)輸行業(yè)是我國(guó)碳減排的重難點(diǎn)領(lǐng)域，隨著綠色交通、低碳運(yùn)輸?shù)耐七M(jìn)，對(duì)交通碳減排的研究方興未艾?；诖?，綜述基于運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度的碳減排研究現(xiàn)狀，主要包括運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化定義與量化研究方法、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)對(duì)于交通碳排放的影響、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的影響因素及優(yōu)化實(shí)現(xiàn)路徑等方面，并進(jìn)一步梳理我國(guó)關(guān)于運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的實(shí)施情況，對(duì)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究方向做出展望。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；交通碳減排

中圖分類號(hào)：F503? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1673-291X（2024）01-0064-03

化石能源燃燒是致使碳排放量增長(zhǎng)的主要原因，據(jù)IPCC第五次評(píng)估報(bào)告顯示，全球目前大約60%的石油消耗被用于交通運(yùn)輸行業(yè)，交通運(yùn)輸領(lǐng)域已經(jīng)成為化石能源消耗最多的行業(yè)。另外，國(guó)際能源署數(shù)據(jù)表示，交通運(yùn)輸行業(yè)的碳排放量占碳排放總量的近1/4，是全球第二大碳排放行業(yè)。從我國(guó)現(xiàn)狀看，交通運(yùn)輸行業(yè)碳排放約占碳排放總量的10%，已成為我國(guó)碳排放量最多的三大行業(yè)之一，是當(dāng)前我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、達(dá)成“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

我國(guó)地域遼闊，運(yùn)輸體量巨大，擁有公、鐵、水、空、管道等多種運(yùn)輸方式。2022年全國(guó)完成營(yíng)業(yè)性貨運(yùn)量506.63億噸、營(yíng)業(yè)性客運(yùn)量55.87億人，其中公路運(yùn)輸占比分別為73.3%和63.5%。可見(jiàn)，公路運(yùn)輸是我國(guó)當(dāng)前最主要的運(yùn)輸方式，承擔(dān)了我國(guó)運(yùn)輸量的絕大部分。而公路運(yùn)輸多以柴油車為主，碳排放成本較高，其單位周轉(zhuǎn)量的能耗和污染物排放遠(yuǎn)高于鐵路和水路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)交通碳排放量中公路約占74%、鐵路占8%、水運(yùn)占8%、航空占10%。因此，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整是我國(guó)交通領(lǐng)域碳減排的有效實(shí)現(xiàn)路徑，也是國(guó)家政策改革及學(xué)者研究的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。本文綜述了交通運(yùn)輸領(lǐng)域結(jié)構(gòu)性減碳策略相關(guān)概念、研究方法、結(jié)論與發(fā)展趨勢(shì)，可以為后續(xù)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整提供參考。

一、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

（一）運(yùn)輸結(jié)構(gòu)定義

運(yùn)輸結(jié)構(gòu)是指運(yùn)輸系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)布局，以及各個(gè)子系統(tǒng)、環(huán)節(jié)、單元、要素等在整體中的存在狀態(tài)、份額比例、相對(duì)地位等，反映了交通運(yùn)輸業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局與技術(shù)發(fā)展水平，同時(shí)也可以體現(xiàn)交通運(yùn)輸業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的發(fā)展情況[1]。從不同分析角度，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)描述的范疇不同。

1.宏觀層面上，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)用以反映交通運(yùn)輸行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的地位與作用，可以用交通運(yùn)輸行業(yè)增加值來(lái)表示。

2.中觀層面上，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)描述的范疇是運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)部，主要是指各種運(yùn)輸方式（公路、鐵路、水運(yùn)、航空和管道等）的市場(chǎng)布局、相對(duì)地位，一般用各運(yùn)輸方式的份額比例、構(gòu)成關(guān)系表示。

3.微觀層面上，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)則用以反映運(yùn)輸子系統(tǒng)的內(nèi)部要素構(gòu)成、相對(duì)比例關(guān)系?？疾斓氖遣煌\(yùn)輸方式內(nèi)部的環(huán)節(jié)與構(gòu)成要素情況。

（二）運(yùn)輸結(jié)構(gòu)量化

一般地，政策及研究中所提到的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)多指中觀層次運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，即各種運(yùn)輸方式在整個(gè)運(yùn)輸市場(chǎng)中所占的比例份額。其量化表達(dá)方法主要有多維向量和信息熵兩種。

1.多維向量。設(shè)運(yùn)輸系統(tǒng)中共有n種運(yùn)輸方式，用A■表示每種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸分擔(dān)量（i=1，2，...n），則每種運(yùn)輸方式所占的市場(chǎng)份額為pi=■=■（i=1，2，...n），0≤pi≤1。則運(yùn)輸結(jié)構(gòu)可以表示為S=（p1，p2，...pn），其中市場(chǎng)份額A■可以用實(shí)際運(yùn)輸量、換算周轉(zhuǎn)量等來(lái)表示。

2.信息熵。熵值概念源于物理學(xué)，用于描述系統(tǒng)狀態(tài)的混亂和無(wú)序程度，后來(lái)被C.E.Shannon用來(lái)描述信息理論中信源的不確定程度。信息熵理論的基本概念則來(lái)源于信息通訊系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)理論，利用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法研究信息傳輸和處理系統(tǒng)中的規(guī)律。將信息熵引入運(yùn)輸結(jié)構(gòu)描述時(shí)，可以用熵值大小來(lái)綜合反映運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的均衡程度，熵值越大，說(shuō)明運(yùn)量在各個(gè)運(yùn)輸方式上的分布越均衡[2]。

用H（p）表示運(yùn)輸結(jié)構(gòu)信息熵，H（p）=-■■pilogpi（0≤H（p）≤logn）。

（三）運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化

運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整一般指將運(yùn)輸量從碳排放污染高的運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)向碳排放低的運(yùn)輸方式。實(shí)踐與研究充分表明，公路運(yùn)輸帶來(lái)的碳排放顯著高于鐵路運(yùn)輸和水路運(yùn)輸，鐵路、水路運(yùn)輸?shù)膯挝回浳镏苻D(zhuǎn)量能耗分別約為公路的1/7和1/14[3]；同時(shí)，公路單位周轉(zhuǎn)量的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出低于鐵路和水運(yùn)。因此，當(dāng)前在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)施方案上以“公轉(zhuǎn)鐵”“公轉(zhuǎn)水”為主，以提高轉(zhuǎn)運(yùn)效率為目標(biāo)的“多式聯(lián)運(yùn)”“同步運(yùn)輸”等方案也是運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化重點(diǎn)方向。

二、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)對(duì)交通碳排放的影響研究

目前，對(duì)于交通碳排放影響因素的研究多采用IPAT模型、STIRPAT模型、回歸模型、對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)（LMDI）分解法、VAR模型等方法，主要從經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)進(jìn)步、人口規(guī)模等三個(gè)角度進(jìn)行影響因素選取。運(yùn)輸結(jié)構(gòu)在分析中一般作為技術(shù)進(jìn)步維度的描述指標(biāo)，常用的分析方法有理論分析法、案例分析法、系統(tǒng)分析法、情景模擬法等。

陳淑玲等在總結(jié)梳理各國(guó)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整政策經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)將運(yùn)輸量從公路轉(zhuǎn)向鐵路是降低公路運(yùn)輸污染排放的關(guān)鍵，也是各國(guó)常用的交通碳減排策略之一[4]。許暢然結(jié)合FSO理論和效率理論等理論分析方法，建立面板數(shù)據(jù)回歸模型，探究貨運(yùn)結(jié)構(gòu)對(duì)貨運(yùn)碳排放效率的影響[5]。其研究結(jié)論顯示，貨運(yùn)結(jié)構(gòu)的均衡度對(duì)碳排放效率具有顯著負(fù)向影響，且存在區(qū)域異質(zhì)性。Lin和Wang從運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化和運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)變兩個(gè)角度探究我國(guó)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的碳減排效果，結(jié)果表明，交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化使碳排放減少12.70%，且西部地區(qū)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳減排效果最大，其次是中部和東部地區(qū)[6]。林秋風(fēng)總結(jié)分析了中國(guó)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分別建立公、鐵、水、空四個(gè)仿真子系統(tǒng)，探究各個(gè)系統(tǒng)下的因果反饋情況，在此基礎(chǔ)上建立貨物運(yùn)輸總系統(tǒng)，采用情景預(yù)測(cè)法，對(duì)不同情景下的碳減排效果進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)[7]。王靖添等對(duì)中國(guó)旅客運(yùn)輸和貨物運(yùn)輸?shù)男枨罅窟M(jìn)行預(yù)測(cè)分析，采用情景模擬法，設(shè)定不同運(yùn)輸結(jié)構(gòu)與交通技術(shù)進(jìn)步的情景，對(duì)交通碳減排潛力進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，情景預(yù)測(cè)結(jié)果顯示運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化下的交通碳減排效果更佳[8]。孫佳等基于STARPAT模型和熵權(quán)-Topsis法構(gòu)建求解2030年碳達(dá)峰目標(biāo)下的最佳運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)與當(dāng)前運(yùn)輸結(jié)構(gòu)相比，同等運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量下能源消耗量可以30.45%[9]。

三、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑研究

關(guān)于運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑的研究，由于切入角度、分析層面的不同，“多式聯(lián)運(yùn)、運(yùn)輸路徑選擇、運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移、貨物分擔(dān)率調(diào)整”等方面的研究都與之有所重疊。

在多式聯(lián)運(yùn)研究方面，唐繼孟等基于隨機(jī)效用理論構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)產(chǎn)品分擔(dān)率的計(jì)算模型，量化分析不同類型政府補(bǔ)貼政策對(duì)于公鐵聯(lián)運(yùn)分擔(dān)率的影響[10]。李曉東等在構(gòu)建東北地區(qū)集裝箱多式聯(lián)運(yùn)優(yōu)化模型時(shí)，設(shè)計(jì)5種情景進(jìn)行求解，并利用敏感性分析，研究公路單位運(yùn)價(jià)和碳排放對(duì)于整體運(yùn)輸系統(tǒng)的影響[11]。

在運(yùn)輸路徑選擇方面，陳雷以碳稅成本作為碳排放成本描述指標(biāo)，建立碳排放成本目標(biāo)函數(shù)，以運(yùn)輸時(shí)限、運(yùn)輸完成量、碳排放總量為約束條件，構(gòu)建公鐵聯(lián)運(yùn)下路徑及運(yùn)輸方式的選擇優(yōu)化模型[12]。于雪嶠等從客戶感知效用出發(fā)，將綜合代價(jià)量化為廣義費(fèi)用，其考慮角度兼顧經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)時(shí)性、快速性、環(huán)保性等因素，用Logit模型的概率輸出結(jié)果作為客戶選擇某一運(yùn)輸方式的效用感知、偏好[13]。以具體路線的具體車型為例，采用靈敏度分析，研究公路、鐵路運(yùn)價(jià)和專用線費(fèi)用、裝卸費(fèi)用、到時(shí)兌現(xiàn)率等因素對(duì)于不同運(yùn)距下的鐵路貨物分擔(dān)率的影響?？档摰葟呢浿鹘嵌瘸霭l(fā)，考慮公路、鐵路、水路三種運(yùn)輸方式的選擇，并以成本最小化為決策目標(biāo)，以時(shí)間成本、碳排放成本作為約束條件，采用模糊期望法對(duì)建立的運(yùn)輸組織優(yōu)化模型進(jìn)行求解。研究結(jié)果顯示通過(guò)優(yōu)化運(yùn)輸方式選擇可以減少整體運(yùn)輸碳排放量[14]。

在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)影響因素研究上，張汝華等從社會(huì)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)維度選取人口、人均GDP、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額、第一產(chǎn)業(yè)總值、第二產(chǎn)業(yè)總值、第三產(chǎn)業(yè)總值等7個(gè)指標(biāo)作為分析山東省貨運(yùn)結(jié)構(gòu)演變的影響因子[2]。吳琴等聚焦港口集運(yùn)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，對(duì)比其他國(guó)家情況分析，認(rèn)為我國(guó)港口集運(yùn)的鐵路占比太低[15]。馮文波從宏觀、中觀、微觀三個(gè)層面綜合分析了我國(guó)交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的變化特征，認(rèn)為我國(guó)目前的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)存在一定的失衡，并從市場(chǎng)替代、能力短板、運(yùn)輸比價(jià)、運(yùn)到時(shí)限、服務(wù)質(zhì)量、聯(lián)運(yùn)不暢等6個(gè)方面對(duì)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)失衡影響因素進(jìn)行了解析[16]。

另外，各種運(yùn)輸方式之間也存在著相互影響效應(yīng)，趙南希等認(rèn)為，鐵路運(yùn)量的波動(dòng)會(huì)對(duì)公路運(yùn)輸需求產(chǎn)生影響，同時(shí)公路運(yùn)輸價(jià)格在一定程度上會(huì)隨之波動(dòng)[17]。而李紅娟等通過(guò)VAR模型分析，認(rèn)為公路貨運(yùn)量受水運(yùn)情況影響較大，同時(shí)鐵路貨運(yùn)量受公路貨運(yùn)影響大于水運(yùn)，且公鐵貨運(yùn)之間存在著短暫的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[18]。

總體來(lái)看，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)，一方面要依賴于供給側(cè)的深化改革，如加大鐵路、水路基礎(chǔ)設(shè)施的投資建設(shè)、提升服務(wù)管理水平；另一方面，也要考慮需求側(cè)的用戶偏好，推進(jìn)消費(fèi)側(cè)個(gè)人碳減排。

四、發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)自2018年提出運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整政策方案以來(lái)，在總體布局上以大宗貨物、中長(zhǎng)距離貨物運(yùn)輸為主要抓手，以“公轉(zhuǎn)鐵”“公轉(zhuǎn)水”為運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整主攻方向，以加快鐵路專用線、封閉式皮帶廊道、港口、物流園區(qū)建設(shè)為項(xiàng)目建設(shè)重點(diǎn)。目前，行動(dòng)方案實(shí)施初顯成效，大宗物資及中長(zhǎng)距離運(yùn)輸“公轉(zhuǎn)鐵”“公轉(zhuǎn)水”有序推進(jìn)，公鐵、鐵水、空鐵、公水等聯(lián)運(yùn)等綜合運(yùn)輸體系逐步發(fā)展。但研究顯示，我國(guó)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)存在不均衡性，特別是中西部地區(qū)水運(yùn)發(fā)展條件不足、結(jié)構(gòu)調(diào)整方案單一，短期內(nèi)運(yùn)量轉(zhuǎn)移有限、長(zhǎng)期增量難以保持。2022年1月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展優(yōu)化調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)工作方案（2021—2025年）》，要求“十四五”期實(shí)現(xiàn)集裝箱鐵水聯(lián)運(yùn)運(yùn)量規(guī)模年均增速15%以上，重點(diǎn)區(qū)域運(yùn)輸結(jié)構(gòu)顯著優(yōu)化。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看，運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整的推進(jìn)仍然任重道遠(yuǎn)。

當(dāng)前，基于管理性減碳策略的供應(yīng)鏈管理改革和基于技術(shù)性減碳策略的清潔能源研發(fā)都在踏入高速發(fā)展后逐漸趨于成熟，而結(jié)構(gòu)性減碳策略的優(yōu)化實(shí)施途徑尚未有可復(fù)制的成熟方案。一方面，取決于不同地區(qū)的運(yùn)輸稟賦條件有所差異，如港口數(shù)量、大宗物資運(yùn)輸需求量等因素；另一方面，不同運(yùn)輸方式的投資回報(bào)周期不同，建設(shè)改革成果的顯現(xiàn)具有一定的滯后性。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)性減碳策略的背后具體實(shí)現(xiàn)途徑的研究有待豐富。

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