港口集疏运系统的通道能力和拥挤收费策略

董 岗

(上海海事大学 经济管理学院，上海 201306)

港口集疏运系统的通道能力和拥挤收费策略

董 岗

(上海海事大学 经济管理学院，上海 201306)

运输供应链的整体效率由最脆弱的连接或节点所决定，通过综合考虑通道能力投资和拥挤收费两种方案，分析其对临港和腹地两大区域运输量和福利的影响。研究表明：腹地通道能力固定，当从非拥挤收费转向拥挤收费时，腹地区域的社会福利将增加，客运量将减少，而临港货运量变化则不确定；拥挤收费固定，通道能力扩张将增加腹地客运量和临港货运量；通道能力和拥挤收费都可变时，通道能力变化对于拥挤收费有双重影响，需要建立一个跨区域实体以协调港口集疏运系统中的通道能力投资和拥挤收费决策。

港口；集疏运系统；通道能力；拥挤收费；港口腹地；时间价值

港口已经成为全球供应链的重要组成部分，而运输供应链的整体拥挤是由最脆弱的连接或节点所决定的[1]，因此港口集疏运系统日益受到重视。因为港口集疏运系统是与港口相互衔接，主要为集中与疏散港口吞吐货物服务的交通运输系统，由铁路、公路、城市道路及相应的交接场站组成[2]，完善的港口集疏运系统不仅可以扩大港口腹地，而且腹地通达性又是提高港口竞争力的重要方面[3]。进口货物通过港口进入腹地的基本流程为：进口货物先从出口国经过海运到达港口，然后通过公路、铁路或内河等运输方式抵达内陆腹地，其中借助腹地区域普通公路和高速公路的卡车运输是主要方式。如纽约—新泽西港作为美国东海岸的门户港口，2007年公路卡车运输占全部集装箱吞吐量的67%，内河运输占36%，铁路占1%；欧洲门户鹿特丹港集疏运系统中按照吞吐量计算的公路、水路和铁路运输方式所占比例分别为49%、45%和6%；而上海港的公路、水路和铁路运输方式所占比例则分别为62.5%、37.1%和0.4%,

一、港口集疏运系统研究概述

港口集疏运系统中公路运输比例偏高造成了世界许多港口的严重拥挤，接踵而来的延迟已经大大增加了承运人和托运人的成本，此外港口拥挤的成本还包括由于不确定性延迟而导致的托运人增加的库存成本。

世界各地通常进行的是腹地区域普通道路和高速公路的通行能力投资，而拥挤收费尽管在实践中还不常见，但在学术界和政策领域已有讨论。如Maloni[4]调查发现，美国港口管理者在港口产能扩张计划中最关心的是由于腹地区域公路造成的通行能力约束，如洛杉矶和长滩港口由于公路和铁路拥挤不得不分流大量船舶到其他港口，与港口拥挤问题相似，腹地道路拥挤可以通过能力扩张和定价机制缓解。Berechman[5]研究了纽约—新泽西港口扩张与新泽西腹地高速公路新增运输量相联系的总社会成本，发现6%的新增集装箱运输量转变为大量的社会成本，由于时间价值不同导致每年的总社会成本在6.63亿美元到16.2亿美元之间。另外，在总社会边际成本中，承运人和地区高速公路用户遭受的拥挤成本占62%。ZHANG Anming[6]研究了门户港口执行拥挤定价对于腹地高速公路最优收费、高速公路拥挤和社会福利的影响，发现如果门户港口与寡头承运人垂直整合，其设施收费将提高。收费提高的部分原因是拥挤定价，门户港口费用的提高反过来导致高速公路收费降低，而不论高速公路是否有能力对本地和过路货物实行价格歧视。

那么港口集疏运系统中物流通道与港口腹地相互作用的本质是什么？港口如何与腹地进行通道能力和拥挤收费的协调决策？本文同时考虑港口集疏运系统中腹地交通堵塞的拥挤定价收费与通行能力投资两种解决方案，分析其对临港货运量和腹地客运量以及临港和腹地两大区域福利的影响。

二、港口集疏运系统模型构建

以港口集疏运系统中的公路为研究对象，运输企业或承运人利用集卡通过腹地区域公路将X单位的货物从港口运输到腹地区域，此外腹地区域公路上也承担当地的客运量，用私家车数量Y表示。由于公路拥挤的腹地区域可对通过公路的车辆征收拥挤费，且腹地区域征收拥挤费t和公路通行能力K的决策优先于收货人和承运人的决策，其使用腹地公路的全部成本包括拥挤费成本和拥挤延迟成本，拥挤水平取决于道路通行量和通行能力的比率，则港口集疏运系统中腹地公路的总通行量V为

V=X+Y

(1)

港口货物通过腹地公路的货运价格为

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

(2)

同理，腹地当地用户使用公路的客运价格为

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

(3)

因拥挤造成的延迟成本用D(V/K)表示，其与道路运输量和通行能力以及用户的时间价值有关，即延迟成本函数满足以下条件：

D′(·)>0，V(∂D/∂V)+K(∂D/∂K)=0

(4)

另外，临港区域货运量X和腹地区域客运量Y的决定因素，根据式(2)和(3)可表示为

X=X(t，K)，Y=Y(t，K)

(5)

三、港口集疏运系统模型分析

1.通道能力固定，拥挤收费可变

由于腹地公路通行能力的扩张通常需要提前规划和建设，因此在短期内公路通行能力是固定的，则腹地区域的社会总福利包括对于港口货物的消费和私家车辆的行驶以及腹地公路对于货运和客运车辆的拥挤收费：

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

(6)

式中U(X,Y)表示腹地区域用户消费港口货物X和公路服务Y的效用，满足∂U/∂Y=PY，∂U/∂X=PX。

在公路通行能力既定条件下，腹地区域可以选择公路拥挤收费以实现社会福利最大化。根据式(5)将式(6)t求一阶条件：

令其一阶条件为零，可得

(7)

证明：式(7)表明腹地区域为实现社会福利的最大化从而对公路拥挤实行的最优收费。

将式(5)代入式(2)和(3)，对t求一阶条件：

联立上述两等式，解得

稀土元素是一组能很好揭示成矿物质来源及成矿条件的示踪元素，对热液型铅锌硫化物矿床的成矿物质来源和矿床成因有很大的指示意义[7-8]。矿物稀土元素配分模式是对成矿流体稀土元素组成特征的直接反应[9-10]。不同标高采集的4件新鲜矿石样品其稀土元素含量见表1，用W.V.Boynton球粒陨石标准化后作出其稀土元素分布型式图(图9)。

(8)

(9)

腹地公路拥挤收费削减了区域本地的客运量，而通过港口货物的运输量变化则取决于需求函数和效用函数的曲率以及公路通行量和通行能力。尤其是对于给定的公路通行能力，公路拥挤收费对于港口货物运输量的影响取决于内陆运输企业和区域本地用户对于行程时间节省价值的差异。即价值差异越大，则港口货物运输量越大；价值差异越小，港口货物运输量也越小。此外，腹地区域的公路拥挤收费在提高腹地区域福利的同时，将降低临港区域的福利水平，因此仅考虑腹地区域的最优拥挤收费将高于考虑临港和腹地整体系统的最优拥挤收费。

2.通道能力可变，拥挤收费固定

结论2：对于给定的腹地公路拥挤收费，公路通行能力的扩张将使腹地区域的本地客运量和临港区域的港口货运量增加。

证明：将式(6)代入式(2)和(3)，对K求一阶条件：

联立以上两个方程，解得

(10)

(11)

保持腹地公路拥挤收费不变，公路通行能力的扩张降低了道路拥挤，从而刺激了临港区域和腹地区域的通行量。与公路拥挤收费对于港口在临港区域货运量的模糊影响不同，公路通行能力扩展将对临港区域的港口货运量产生确定和积极的影响，从而临港区域的福利也随着港口货运量的增加而增加。因此仅考虑腹地区域的公路通行能力投资将低于考虑临港和腹地整体系统公路通行能力投资。

3.通道能力可变，拥挤收费可变

从长期来看，腹地公路拥挤收费的决策和通行能力扩张的决策相互影响，并且通行能力扩张是先于拥挤收费决策的，因此最优的拥挤收费t是通行能力K的函数，见式(7)，即通行能力投资影响拥挤收费，而拥挤收费影响公路通行量。

结论3：当腹地公路通行能力扩张先于拥挤收费时，通行能力扩张对于拥挤收费的影响通常是不确定的。但当货运卡车与私家车的行程时间节省价值相同时，腹地公路通行能力扩张将降低拥挤收费。

将式(5)对K求一阶条件，并代入上式：

∂Y/∂K=YttK+YK

∂X/∂K=XttK+XK

(12)

(13)

将式(7)～(11)代入式(13)，整理可得

(14)

因此腹地公路通行能力的扩张对于公路拥挤收费的影响是不确定的，取决于货运卡车与私家车的行程时间节省价值的差异、逆向需求函数的曲率、港口货运量X和腹地客运量Y以及公路通行能力。因为腹地公路通行能力的扩张对于公路拥挤收费具有双重影响：一是正面效应(tK<0)，即腹地公路通行能力的扩张缓解了拥挤状况，从而降低了拥挤收费；二是负面效应(tK>0)，即腹地公路通行能力的扩张改善了公路通行服务，但由于较少的拥挤导致用户更高的支付意愿，从而提高了拥挤收费。

四、结 语

本文同时考虑港口腹地通道的拥挤定价收费与通行能力投资两种解决途径，分析其对临港货运量和腹地客运量以及临港和腹地两大区域福利的影响。研究发现：(1)在腹地公路通行能力既定时，当腹地从非拥挤收费转向拥挤收费时，腹地区域社会福利将会增加，但腹地客运量则会减少，而临港货运量的变化则不确定，取决于需求函数和效用函数的曲率以及内陆运输企业和腹地区域本地用户对于行程时间节省价值的差异。因此，腹地区域的公路拥挤收费在提高腹地区域福利的同时，可能会降低临港区域的福利水平，即腹地公路通行能力既定条件下，单独考虑腹地区域的公路最优拥挤收费可能会高于综合考虑临港和腹地区域整体的最优拥挤收费。(2)在腹地公路拥挤收费既定时，公路通行能力的扩张将增加腹地区域的客运量和临港区域的货运量，因此仅考虑腹地区域公路通行能力扩张的投资将低于考虑临港和腹地整体系统公路通行能力扩张的投资。(3)在腹地公路通行能力和拥挤收费都可变，且腹地公路通行能力的变化先于拥挤收费的条件下，通行能力的扩张对于拥挤收费具有双重影响，具体取决于货运卡车与私家车对于行程时间节省价值的差异、逆向需求函数的曲率、临港货运量和腹地客运量以及公路通行能力，但当货运卡车与私家车的行程时间节省价值相同时，腹地公路通行能力的扩张将会降低拥挤收费。

本文虽然借鉴了ZHANG Anming[6]的研究思路，但结论(1)与其完全相反，结论(2)与其基本相同，结论(3)也与其存在较大差异。进一步的研究包括：港口通道能力与城市交通拥挤的相互关系，港口多条通道的能力投资与竞争性腹地区域的经济发展，以及腹地对车辆实行歧视收费对港口货运和腹地客运的影响。

[1]SONG Dong-wook, PANAYIDES P M. Global supply chain and port/terminal: integration and competitiveness[J]. Maritime Policy and Management, 2008, 35(1): 73-87.

[2]黄 芳，陶 杰.港口物流集疏运系统网络结构优化分析[J].交通运输工程与信息学报，2007，5(2)：80-83.

[3]YEO Gi-tae, ROE M, DINWOODIE J. Evaluating the competitiveness of container ports in Korea and China[J]. Transportation Research Part A: Policy and Practice, 2008, 42(6):910-921.

[4]MALONI M, JACKSON E C. North American container port capacity: an exploratory analysis[J]. Transportation Journal, 2005, 44(3):1-22.

[5]BERECHMAN Y. The social costs of global gateway cities: the case of the port of New York[C]. Vancouver: International Conference on Gateways and Corridors, 2007.

[6]ZHANG Anming. Congestion pricing and capacity investment in a gateway-hinterland intermodal system[C]. Vancouver: International Conference on Gateway and Corridor, 2007.

[7]US DOT. Revised departmental guidance: valuation of travel time in economic analysis[R]. Washington: Department of Transportation, 2003.

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

国家自然科学基金资助项目(70902074)

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