以博弈论和经济学视角分析交通拥堵问题

蔡龙飞，孙振宇，吕海利（武汉理工大学 物流工程学院，湖北 武汉 430080）

0 引言

随着城市居民出行需求的日益增大，使得道路资源对车辆的供给也应随之增加。但由于受到资金、土地和空间的制约，城市道路的建设发展远远落后于城市交通需求，由此致使的供需不平衡造成了严重的交通拥堵问题。此外，城市交通引发了日趋严重的环境污染、能源浪费和交通事故频繁，从而导致了整个城市交通运输效率下降，城市经济和居民生活受到严重的制约。

为了解决城市交通拥堵这一难题，人们采取了各种措施方法。本文是从博弈论及微观经济学的角度，分析了道路交通的一般特点及其拥堵原因，最后对改善交通拥堵提出几点可行性的措施。

1 以博弈论视角分析拥堵问题

1.1 囚徒困境模型分析。囚徒困境是指两个被捕的囚徒之间的一种博弈，解释了为什么合作对双方都有利时，保持合作也是困难的，具体内容如下。

警方逮捕了甲、乙两名嫌疑犯，但没有足够的证据证明二人有罪。于是警方分开囚禁两名嫌疑犯，分别和二人见面，并向双方提供以下相同的选择：若一人认罪并作证指证对方犯罪（即背叛对方），而对方保持沉默，此人将即时获释，沉默者将判监10年。若二人都保持沉默（即双方合作），则二人同样判监1年。若二人都互相检举（互相背叛），则二人分别判监8年[1]。如图1所示。

图1 囚徒困境模型图

从上图的四种行动选择组合中，我们可以看出（沉默、沉默）是帕累托最优的，“背叛”是任一犯罪嫌疑人的占优战略，而（背叛、背叛）是一个占优战略均衡。

1.2 贸易战模型分析。贸易战博弈是指任何一个国家在国际贸易中都面临着保持贸易自由与实行贸易保护主义的两难选择。例如，A国试图对B国进行进口贸易限制（提高关税等），则B国必然会进行反击，也提高关税，结果造成两败俱伤的局面。反之，如果A国和B国能进行合作，即从双赢的原则出发，双方都减少关税限制，使得大家都能从贸易自由中获得最大利益，并且也增加全球贸易的总收益。

囚徒困境模型与贸易战博弈模型都属于博弈论中的非零和博弈，表明个人最佳选择并非团体最佳选择。在城市交通领域，由于私人小汽车无限制的发展，造成了整个城市，特别是中心城区的交通拥堵，甚至瘫痪。无可置疑的是大多数人在出行时都会选择使用私家车，而不是公共交通，因为人们都想使自己的利益达到最大化，即均想以最快的速度到达目的地，使得公共资源供不应求。这就直接导致了道路资源供给有限的情况下需求的无限增长，结果造成交通拥堵现象。

2 以经济学视角分析拥堵问题

2.1 城市道路的公共性分析。公共产品是指既不具有非竞争性也不具有排他性的物品。其非竞争性是指某人对公共物品的消费并不会影响别人同时消费该产品及其从中获得效用。所谓非排他性，是指某人在消费一种公共物品时，不能排除其他人消费这一物品或者排除的成本很高。根据满足基本特征条件的不同，公共产品又分为纯公共产品和准公共产品[2]。

城市道路是具有非竞争性和不充分的非排他性的准公共产品。由于受路面宽度的限制，车辆在道路上行驶时，就阻止和排斥了其他车辆同时占有这一路段，因而公路的非排他性是不充分的。同时，公共道路又具有非竞争性，因为公共道路上车辆行驶的速度并不决定某人的出价，出价的高低无法阻止拥堵问题。

从微观经济学视角来看，城市道路作为一种准公共物品，通常由国家政府投资建设。一般情况下，每个人可以选择任何时间在任何一条道路上行车，其所支付的只是时间成本而已[3]。由此可见，城市道路拥挤一方面是因为人们都想进行公共产品的消费，但却没有支付公共产品的生产成本，更没有维护公共物品这一意识的行为所导致的。这也符合经济学中人都是“合乎理性的人”这一假设，即每一个从事经济活动的人所采取的经济行为都是力图以自己最小的经济代价去获得自己最大的经济利益。

另一方面，城市交通需求的特性致使非高峰时段与高峰时段的车流量相差巨大，后果则是非高峰时段道路资源闲置，高峰时段供给不足而导致过度拥挤。资源的闲置导致效率的下降，过度拥挤产生了巨大的时间成本从而影响了利益的增长，这使得城市交通更加不可能达到最大的经济效益。

2.2 交通拥堵的外部性分析。被誉为“经济学界的最后一个通才”的萨缪尔森将外部性定义为：企业或个人向市场之外的其他人所强加的成本或效益[4]。这里主要是指城市道路的拥挤状况，道路交通拥堵产生了以下两种外部成本：一是拥挤费用，每个车辆行驶者对其它车辆行驶者所产生的费用，包括因相互间的干扰而造成的时间延误费用的增加。二是损坏路面费用，排放废气、鸣笛、损坏路面等方面的环境污染费用。例如，零点研究咨询集团、北汽福田汽车股份有限公司、新浪网在2010年1月联合发布的《2009福田指数——中国居民生活机动性指数研究报告》[5]中指出：在各调查城市中，北京的拥堵经济成本为335.6元/月，依然居各城市之首，每月造成的经济损失高达57亿元，这还不包括交通拥堵造成的环境代价。由此可见城市道路的外部性也是交通拥堵的一方面原因。

车辆行驶造成的尾气排放、鸣笛声、交通事故等，都会影响其他车辆的行驶以及增加了环境污染程度，这些成本需要全社会共同承担，其外部性的产生必然影响到资源的优化配置。城市道路的公共性和稀缺性必然会导致城市道路使用外部性问题的产生，要实现帕累托最优就要使边际个人成本等于边际社会成本或者边际个人收益等于边际社会受益，但外部性的存在意味着两者不会相等，使得道路资源的配置效率不能达到最优，从而促进了城市交通拥堵。

3 目前解决措施弊端

目前多种措施已被实施或倡导，以尝试缓解或解决交通拥堵及由此而衍生的社会负面效应如环境污染、交通事故、城市噪音等问题。有些方法非常见效，而有一些的作用则很有限或者非常短暂。以下是对社会已经实施或倡导试行的解决措施进行了分析评价。

3.1 尾号限行措施。尾号限行，在短期内似乎确实缓解了交通拥堵，改善了空气质量，但其效果却无可持续性。以北京市为例，据北京市交管局信息证实，同2008年尾号限行实施以及2009年4月尾号限行新政开始实施时相比[6]，至2009年5月27日为止，尾号限行方案治堵效果正逐月下降，但与此同时还有其不足之处。

例如，在短期内，尾号限行的确能使交通变得顺畅，于是越来越多的人去买车，然而那些必须用车的有钱人则会买几辆车，几个号换着开。这样使得很大一部分资源的使用就会被停置，形成了一种潜在的浪费。

3.2 征收拥堵费。在1920年，英国剑桥大学经济学家A.C.Pigou教授认为交通拥堵产生了外部成本[7]，并提出了“拥堵定价理论”，想利用价格机制来使驾车人充分意识到他们的一些行为所造成的影响，并且在新加坡和伦敦等地的实践颇有成效，但尚存一些问题需要分析与解决。

第一，交通拥堵是个非常复杂的社会现象，要把理论收取交通费用的方案付诸实践并不容易。首先，拥堵定价理论并没有考虑收费的成本。其次，收费标准也很难确定，不同时间或路段的社会边际成本都不一样。因此，此举措很难实现，即使实现也不可能达到理论上的帕累托最优。

第二，征收拥堵费会造成更多社会不公。对道路拥堵定价时，道路的使用则取决于使用者的能力，从福利经济学的角度看，这会影响社会福利的产生[8]。比如，政府官员坐的是公车，其一切费用都能报销，并且有钱人也不会在乎交一些拥堵费，而真正减少的可能只是普通百姓的出行频率。以宏观的角度来看，百姓纳税修建的道路，完全变成了官员和有钱人的专用车道，拥堵问题没有解决，反而造成了更多的社会不公。

3.3 增加交通供给设施。许多城市为解决拥堵问题采用大力建设高架桥、地下通道等基础设施的措施。然而，对于交通而言，它的供给和需求关系不再向微观经济学里的那样简单明了。

亚当斯在深入研究西方国家城市交通现象的基础上提出了著名的亚当斯交通定律：交通需求总趋向于大于交通供给[9]。其原因是因为新的道路基础设施可以缩短人们的出行时间，能在一定程度上暂时缓解了交通拥堵问题，但这种宽阔、便捷的道路条件将很快会吸引新的交通量，使得道路交通经过一段时间后又恢复到原来的拥挤水平，甚至达到更为严重的拥挤程度，即所谓的城市交通“魔鬼循环”。因此，单纯通过增加道路基础设施建设以扩大交通供给是无法从根本上解决城市中心交通拥堵问题的。

4 解决方案

基于以上以博弈论与微观经济学的视角对交通拥堵问题的分析，以及对当今解决措施弊端的说明，以下则是解决交通拥堵问题的几种可行性方案。

4.1 限制小轿车在市区的使用量。政府投入巨额资金修建的道路设施，却被占总人口不到20%的小汽车和出租车使用者占用，无论从路权分配来看，还是从社会公平的角度来讲，都极不公平。目前，发达国家的不少城市都意识到，解决交通堵塞，最重要的是限制小轿车的使用量而非拥有量。我国可以向纽约那样，私车一律停放在市郊，开车人换乘地铁或火车进入市区，再乘公交或出租车去上班，这样便大大疏解了交通压力。

4.2 降低出租车的空载率。出租车的全天候行驶，导致一辆出租车的动态几乎相当于十辆其他车。目前长沙出租车的空载率已经超过50%，北京出租车的平均空载率达到40%[10]。这种资源闲置的现象，导致了运输效率的降低。

为解决此问题首先应减少运营时间。可以通过地方法规根据地方现状强制规定出租车进行轮休来改善，这样既有利于出租车司机的身体健康，又可以提高交通运输效率，同时也有利于交通拥堵问题的缓解。比如对北京而言，如果按每周轮休一天计，整个城市的出租车就可减少六分之一，即减少一万多辆上路的出租车。其次，应降低起步费。2013年6月6日上午，北京市发改委、市交通委网站发布了《关于调整本市出租汽车价格有关事项的通知》[11]，按照通知，新的出租汽车价格为3公里以内13元，基本单价每公里2.3元。燃油附加费每运次1元。这样的价格无疑比公交地铁等公共交通高了几倍，为了提高出租车的空载率，就应该减少其起步价。从微观经济学的角度来看，合理地降低产品的价格，可以使增加供给者的利益和需求者的效用，除此之外，这样既可与公交展开竞争，促使公交系统的整合提速，又可吸引开私家车的居民在短途出行时改乘出租车，从而减少交通总量，缓解交通拥堵。

4.3 建立轨道交通接运公交最优线路模型。除了公交车外，城市轨道交通是也缓解交通拥堵的有效手段，因为地面上的资源有限，所以要开发地下资源来满足需求，比如地铁的建设。但是，国内许多城市的地铁线路极少，对城市客流吸引不够。为解决此问题，需要通过公交接运来辅助实现轨道线路的客流聚集效应[12]。

建立二者结合模型时，应以站点的覆盖率，非直线系数，运营成本和线网的密度、线路最佳长度、重复率为决策变量，整体客运系统的运输效率为最大目标，使用相应的算法设立公交地铁站，修改原有线路或增加新的线路，是其运输效率达到最佳。

4.4 错开上下班时间。由以上对城市道路的公共性分析可知城市交通需求的特性使得非高峰时段与高峰时段的最优交通量相差很大，造成非高峰时段道路资源闲置，高峰时段供给不足而导致过度拥挤。所以应在时间上分散交通需求，这样既能缓解交通压力 ,也提高交通效率。因此，相关部门应当制定政策，对于人群数量较大的企业或其他公共机构，错开上下班时间。比如教育机构中的小学或初高中可以提早上课与放学时间，从而缓解学生与其他人争夺公共资源而导致的交通堵塞问题。

4.5 以系统的视角进行合理的城市规划、道路规划。在解决许多问题时，我们不能只看其内在的元素，很多时候应该以系统的视角看问题，就像解决物流里面运输与存储之间的效益背反问题一样，应该力求使整个系统的效益达到最优而不是单个子系统的最优[13]。所以，对于交通运输系统，只有科学组织道路交通，充分发挥现有交通网络的通行效能才能解决当前的交通拥堵问题。

一个城市在未来一定时间的发展规划应该规范且详细，而不是经常进行大的调整与修改，并且在道路规划方面应该给城市的道路留出一定的扩展空间来满足未来的潜在交通需求。众所周知，城市经常出现新路修了不久屡屡“开膛破肚”、施工挖断管线使数千居民断水停气等问题，也造成了交通拥堵现象。造成的原因就是最开始就没有以系统的眼光、以长远的眼光看待这一问题。对此，2012年武汉市政府颁布了《武汉市城市管线管理办法》[14]规定，新修道路必须与地下管线同步施工，新（改、扩）建设道路，5年内不得开挖，大修道路3年内不得开挖。这一措施大大降低了公路被挖掘率，也使得的交通拥堵问题有所改善，很值得其他城市效仿。

4.6 加强交通信息化智能化建设。恩格斯曾指出：“在马克思看来，科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量。”这句话在任何时候都不失其内涵，在科学技术发达的今天，我们应提高交通管理的科技含量，运用计算机网络技术，来管理城市交通。例如，采用快速公交系统（BRT），BRT是利用现代化公交技术配合智能交通和运营管理，开辟公交专用道路和建造新式公交车站，实现轨道交通运营服务，达到轻轨服务水准的一种独特的城市客运系统。快速公交系统采用先进的公共交通车辆和高品质的服务设施，通过专用道路空间来实现快捷、准时、舒适和安全的服务。

5 结论

文章通过博弈论中囚徒困境和贸易战博弈这两种非零和博弈模型分析了交通拥堵的原因是人们过分的追求个人利益最大化，再用微观经济学的知识分析了造成交通拥堵的另一方面原因是城市道路自身的特性（公共性和外部性）。然而，不可否认的是每个人都有出行自由，所以不能强制性的要求每个人都使用公共交通，对于这一点只能进行倡导。最后分析了一些措施的弊端，并在小轿车、出租车、公共交通等六个方面提出了一些解决方案，而这些方案均具有可用性和有效性。

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[13] 王长琼.物流系统工程[M].北京：高等教育出版社，2011:55-56.

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