居民拥有车辆需求影响因素分析:基于系统动力学的概念模型

姚广铮， 陈艳艳

(1.北京工业大学城市交通学院， 北京 100124; 2.南京市城市与交通规划设计研究院股份有限公司， 南京 210002)

近年来，随着小汽车快速进入家庭，城市停车难、停车乱的问题日益凸显[1]，交通拥堵、空气污染和能源消耗等[2-3]问题也非常严重. 如何科学判断居民拥有车辆的需求，并探寻如何有效调控需求显得尤为重要.

针对居民拥有车辆需求，有很多学者开展过研究. 早期的学者发现小汽车保有量与收入呈现S型变化的曲线[4]，当达到一定阈值后，即使收入增加，小汽车保有量也不再变动. 城市道路网密度、轨道线网密度也会影响地区与城市的小汽车保有量. 还有一些学者采用居民出行调查数据、家庭消费数据，构建非集计模型判断家庭属性、居住区环境、公共交通服务水平等因素对于家庭小汽车保有量的影响[5-6]. 国内学者倾向于采用计量经济学和神经网络等方法预测地区或城市总的小汽车保有量[7-8].

国外研究更多地集中于美国、加拿大、澳大利亚和欧洲等国家和地区. 国内的研究偏于宏观和统计，无法为制定政策提供更为详细的依据，所以，很有必要建立适合我国国情的居民拥有车辆需求预测模型.

1 系统动力学建模方法

1.1 系统动力学

系统动力学可有效处理复杂系统之间的复杂关系[9]. 小汽车拥有的决策过程既与家庭自身的需求有关，也与城市交通政策有关，而城市的交通政策又与城市发展水平和形态等因素有着错综复杂的关系. 利用系统动力学能够很好地反映不同影响因素对小汽车拥有和使用的作用关系.

进行系统动力学建模，首先要进行系统分析，然后进行系统结构分析、模型建立和参数标定，流程如图1所示.

图1 系统动力学建模步骤示意Fig.1 Schematic diagram of system dynamics modeling steps

1.2 系统分析方法

系统分析是系统动力学建模的第一步，需要明确构建系统的目标，以及系统的基本问题和重要问题、基本矛盾和重要矛盾、变量与主要变量，划定系统的界限，明确内生变量、外生变量和输入量.

1.3 系统结构分析方法

系统结构分析需要对系统的关系、要素间的关系和回路进行分析.

系统关系分析的重点在于分析系统总体与局部的反馈机制，划分系统的层次与子块.

系统回路分析的主要内容是确定回路及回路间的耦合反馈关系. 初步确定系统的主回路及它们的性质. 本研究希望利用回路分析，寻找将小汽车保有量控制在合理水平的机制. 通过追索因果关系链和回路，然后将其联结在一起形成回路，可以判断回路的极性. 正反馈回路的作用是使回路中变量的偏离增强，而负反馈回路则力图控制回路的变量趋于稳定.

2 系统及结构分析

2.1 构建系统的目标及问题

本研究的目的是通过构建影响小汽车拥有决策的关系模型，明确各种影响因素对于机动车拥有决策的作用机理，为制定相关政策、有效调控小汽车拥有水平奠定理论基础.

所以，主要问题就是哪些因素对小汽车的拥有决策有影响，影响的程度如何.

2.2 划定系统的界限

本研究以小汽车拥有决策为中心，系统界限包括与小汽车保有量密切相关的数据单元，其中微观层面包括家庭收入、家庭特点、小汽车使用费用等系统单元，宏观层面包括竞争交通方式的供给水平系统单元，以及城市交通政策等发挥宏微观关联作用的系统单元.

将汽车产业政策、城市宏观特征和文化因素等与小汽车拥有决策虽相互影响但是在短期内不显著的单元划到界限外，作为与系统有关的环境变量.

2.3 变量分析

在图2所示的各类变量中，家庭拥有车辆与否是整个模型的核心，所以这个变量作为整个系统的最主要变量，也是决策变量. 而家庭人口特征、收入水平等在系统反馈结构中处于不受影响的变量作为系统的外生变量，其他变量作为系统的内生变量.

图2 小汽车拥有决策影响因素关系框图Fig.2 Block diagram of the influencing factors of car ownership decision

为了简化系统的逻辑关系，图2所示的框图将影响因素进行了简单归类，但实际上影响小汽车决策的具体因素有很多. 有大量学者都利用回归分析等方法识别并验证过与小汽车拥有水平有相关关系的因素. 本文通过阅读这些文献归纳出这些已经被验证过的影响因素，作为建立系统动力学模型的基础. 具体因素如表1所示.

表1 小汽车拥有决策影响因素

在微观的层面，家庭人口特征、收入水平和小汽车使用的方便程度共同构成了拥有车辆的动机，而车辆相关费用和其他方式的便利程度有对家庭拥有小汽车产生了反向的作用，这些作用在文化因素的综合作用下，促使家庭做出拥有和使用小汽车的决策. 本文从机理解析的角度分析影响小汽车拥有决策的相关因素，通过因果关系图分析重要变量与有关变量之间的链接关系(具体分析过程见第4节).

3 模型构建

3.1 直接影响模型

与小汽车保有量相关的因素可以归纳为6个方面：家庭人口特征、经济因素、竞争因素、环境因素、政策因素和文化因素.

Cari=CAR(Demogri,Incomei,Expeni,
OthModej,BEj,Policy,Cultr)

式中：Cari为第i个家庭小汽车数量；Demogri为第i个家庭的人口统计特征；Incomei为第i个家庭的可支配收入；Expeni为第i个家庭的车辆拥有和使用成本；OthModej为第j个街区与小汽车竞争交通方式的服务水平；BEi为第j个街区的环境因素；Policy为该地区的车辆拥有政策(限购、拍卖等)；Cultr为该地区的文化因素.

3.1.1 家庭人口特征

影响小汽车拥有的参数包括家庭规模、家庭结构、家庭成员工作状态等[10].

Demogri=DEMOGR(PpNi,LabrNPi,KidNi,Agei)

式中：PpNi为第i个家庭的人数；LabrNPi为第i个家庭的工作人口数；KidNi为第i个家庭的小孩人数；Agei为第i个家庭的户主年龄.

家庭人数特别是工作人数越多，小汽车保有量就越大[11]. 从家庭人口结构来看，有小孩的家庭更倾向于拥有车辆，这体现了与小孩相关的出行对小汽车方式更为依赖[12].

3.1.2 家庭收入及车辆相关费用

当一个家庭有购车需求时，需要衡量经济负担能力. 所以，家庭收入、买车和用车的成本就是在有了动力因素之后要考虑的核心问题. 研究经济因素对家庭小汽车保有量影响的文章几乎都分析了家庭收入这个指标，结论是一致的：家庭越有经济实力，买车的可能性就越大. 此外，房屋的形态也一定程度上反映了家庭收入水平[13].

为了系统全面考量各种因素可能带来的影响，车辆的使用费用应该包括拥有的相关费用和出行相关的费用.

Expeni=EXPEN(OwnFeei,UseFeei)

车辆拥有相关费用包括

OwnFeei=OWNFEE(Vehiclei,PurchaseTaxi,
Mainti,Insurei,OwnTaxi,HomeParkingj)

式中：Vehiclei为第i个家庭购买车辆的费用；PurchaseTaxi,为第i个家庭购买车辆的购置税，包括牌照拍卖等费用；Mainti为第i个家庭保养车辆的费用；Insurei为第i个家庭车辆的保险费用；OwnTaxi为第i个家庭车辆使用税及其他相关税；HomeParkingj为第i个家庭所在j居住区的停车相关费用，包括车位购买费用、车位租赁费用.

车辆使用相关费用取决于

UseFeei=USEFEE(VKTi,OilPrice,CongFare,Parkingi)

式中：VKTi为第i个家庭车辆行驶里程；OilPrice为油价水平；CongFare为拥堵费费率；Parkingi为出行停车费用.

3.1.3 竞争因素

与小汽车发生竞争关系的其他交通方式的服务水平、价格会影响家庭小汽车保有量.

ModeChoicej=
MODECHOICE(Metroj,Busj,Bikej,Motorj,Carj)

可替代交通方式的服务水平越高、价格越低则家庭购买小汽车可能性也就越低，公共交通、摩托车和自行车都在一定程度上与小汽车形成竞争. 一般来说，在公共交通发展水平高且交通拥堵的地区，开车既昂贵又不方便，小汽车拥有和使用的比例就可能会比较低[14].

3.1.4 环境因素

绝大部分研究认为环境因素(built environment)会显著影响家庭小汽车保有量，影响因素包括：住宅所处位置、各种类型密度以及土地综合利用程度等因素[15]. 在美国乡村地区家庭小汽车保有量高于城市地区，而在中国则恰恰相反. 原因在于中国城市地区的居住条件好于农村，高收入家庭也大都居住于城市，因此城市的家庭小汽车保有量高. 土地综合利用程度高可能会降低人们远距离出行的需求，进而降低小汽车的拥有和使用的意愿，本文将土地综合利用程度也进行了考虑.

3.1.5 政策的影响

政策对于家庭小汽车保有量的影响主要为抑制小汽车需求，通常政策抑制小汽车需求的方法有很多，包括提升小汽车购买成本(小汽车牌照拍卖政策)、提高小汽车运行成本(税收政策)、控制小汽车使用(停车政策和限行政策)、推行共享汽车政策等[16].

3.1.6 文化的影响

文化方面的影响在不同国家和地区有差异，这方面的研究并不多. 在一些发展中国家，人们认为有车是地位的象征，会刺激购车需求[17]；而在一些倡导环保的发达国家，有一些人会降低购车的欲望. 不过这些影响在当前都不是最为决定性的主要因素.

3.2 间接影响模型

3.2.1 停车费影响模型

虽然停车费作为车辆使用费用的一个因素，对居民购车行为有影响，但不同城市及城市不同地区的停车费差异反映出停车费也是其他因素的影响结果，其背后的影响因素不应忽视. 居民区的长租停车费HomeParkingj与该地区的车位供需有关系.

HomeParkingj=HOMEPARKING(CarNj,CarPj)

式中：CarNj为家庭所在居住区j的小汽车数量之和；CarPj为家庭所在居住区j的小汽车停车位数量之和.

CarNj=∑Cari
CarPj=CARP(ParkPolicy,Locationj)

式中：ParkPolicy为居住区及周边公共停车场、路内停车的建设和管理政策；Locationj为家庭所在区域的区位.

可知，停车费与小区的停车供需关系有关，也与城市在该区域的交通政策有关.

3.2.2 竞争方式影响模型

小汽车交通的服务水平Carj取决于道路设施和使用情况，表示为

Carj=CAR(Road，VKT)

而与小汽车竞争的交通方式的设施大多是由政府提供的，所以与小汽车竞争交通方式的服务水平都取决于政策和区位.

Metroj=METRO(Policy，Locationj)
Busj=BUS(Policy，Locationj)
Bikej=BIKE(Policy，Locationj)
Motorj=MOTOR(Policy，Locationj)

3.2.3 政策模型

任何城市制定交通政策都要考虑到城市的容纳能力，包括道路承载能力、停车容纳能力和环境的容纳能力.

Policy=POLICY(Congestion,ParkingLvl,Enviroment)

而道路承载能力和停车容纳能力都与车辆的拥有和使用有关，所以政策既影响小汽车的拥有和使用，也受其影响，在某一个承受水平上实现平衡.

这种平衡应该是在一定资源和环境约束条件下，尽可能提供快速、便捷、经济及可靠的交通服务的平衡. 而不同城市规模、城市形态和经济水平下城市的政策都应该有所差异，所以影响城市交通政策最本质的变量应该是城市规模、形态和经济发展水平.

4 模型分析

4.1 影响因素分析

一共考察了19个外生变量和17个内生变量，共计四大类指标建立了因果关系. 从图3可以看出，一共有5个外生变量对小汽车拥有起到了正向影响的作用，有14个外生变量对小汽车拥有起到了负向影响的作用.

图3 小汽车保有水平因果关系Fig.3 Causality of car ownership level

4.1.1 提高小汽车保有量的正向因素

在家庭人口特征中，家庭人口数量大和拥有小孩都可能导致家庭有更大意愿使用车辆，进而购买小汽车，家庭收入高则提高了家庭购买车辆的能力；而实施限行政策虽然从近期可以控制车辆的使用，但从长期来看提升了家庭购买第2辆车来抵消限行影响的愿望；攀比心理也是促使家庭购买车辆的一个重要因素.

4.1.2 降低小汽车保有量的因素

在经济因素中，燃油价格水平、小汽车保险费率、小汽车价格水平、牌照税等价格因素都对控制小汽车数量有帮助；实施限购等行政手段也可以有效控制小汽车增长；城市人口密度、就业密度、土地与交通协调发展和土地综合利用程度等因素有助于降低小汽车拥有水平；摩托车和自行车的数量往往与小汽车有负相关关系；汽车共享政策在不必拥有车辆的情况下提供使用服务，也可能降低小汽车拥有；随着环保意识的提高，也会有家庭选择绿色交通方式，放弃小汽车.

本文虽然将公共交通发展水平、停车费用和道路拥堵程度纳入内生变量考虑，但这几个因素对于小汽车拥有决策还是有很大影响的. 公共交通发展水平越高，拥有小汽车的需求就越低；停车费用越高、道路越拥挤，拥有小汽车的愿望就越低.

4.2 回路分析

从研究中发现，有些城市能将小汽车保有量控制在较低水平，是有某些机制在发挥作用的. 从因果关系图中可以发现2个发挥作用的负反馈回路：道路拥堵负反馈回路和停车设施供给负反馈回路. 这2个负反馈回路将某些大城市的小汽车水平控制在合理区间.

4.2.1 道路拥堵负反馈回路

道路拥堵负反馈回路关系如图4所示. 道路拥堵负反馈回路揭示了一些大城市小汽车保有量水平能够控制在适度水平的道理. 当城市的小汽车保有量增加时，小汽车的使用量也随之增加. 但由于道路资源是有限的，随着小汽车使用量的增加，道路拥堵随之而来. 大城市为了缓解交通拥堵势必要发展公共交通，并通过行政或经济手段限制小汽车的购买和使用，进而把小汽车的拥有量控制在合理的水平，比较典型的代表就是新加坡.

图4 道路拥堵负反馈回路关系Fig.4 Relationship of road congestion negative feedback loop

而对于小城市，由于城区范围小，出行总量小，出行距离短，总的出行周转量小，占用的道路资源有限，处于道路承载能力范围之内. 在这些城市，只要经济条件允许，小汽车的保有量水平就会非常高，不受道路交通拥堵状况的制约. 很多美国小城市都属于这种情况.

4.2.2 停车设施供给负反馈回路

停车设施供给负反馈回路关系如图5所示. 停车设施负反馈回路从另外一个角度解释了大城市中心城区小汽车保有量水平不会过高的现象. 一般来说，大城市的土地价值高，土地资源稀缺，能够用于停车设施建设的资源有限. 随着小汽车数量的增加，对于有限资源的争夺会提高停车场的收费价格，而停车收费价格的提高限制了家庭购买小汽车的能力，进而控制小汽车数量的进一步提高. 典型的代表就是香港.

图5 停车设施供给负反馈回路关系Fig.5 Relationship of negative feedback loop for parking facility supply

5 案例分析

5.1 构建模型

为了进一步分析停车设施负反馈回路可能对小区小汽车保有量造成的影响，运用系统动力学和陈述偏好调查(stated preference，SP)的方法进行深入分析和测试.

首先构造系统动力学模型，如图6所示.

图6 系统动力学模型Fig.6 System dynamics model

在上述模型中，当车位租赁价格增加到一定程度时，居民会感受到消费支出的压力，可能会放弃小汽车，租赁车位的需求就会下降，小区停车场的饱和度也随之下降，当车位能够满足需求的时候车位租赁价格趋于稳定，达到均衡价格.

假设：1) 小区业主的车辆都停在小区内； 2) 小区的车位都是租赁的； 3) 小区停车场饱和度小于1时，租赁价格不变. 只要饱和度大于1，车位租赁价格就增加. 构建模型

Demand=f(Earning,Price)

式中：Demand是小区的停车需求，用户均小汽车数量表示；Earning为小区业主的平均家庭收入，万元/年；Price为车位租赁价格，元/月.

式中ρ为小区停车场的饱和度，是小区内车辆数与车位数的比值.基于上述假设，当饱和度大于1时，小区车位价格提高ΔPrice.

5.2 问卷设计

问卷采用网络调查的方式，询问家庭收入、拥有车辆情况，以及停车费调整对购车(及持续保有车辆)的意愿，调查共搜集到样本414份.具体的分布情况如表2所示.

表2 调查问卷属性

5.3 参数标定

考察不同收入组别在不同车位租赁价格情况下的需求，发现收入与停车价格和户均小汽车保有量呈对数函数形式，如图7所示.

图7 收入、停车价格与户均车辆数关系Fig.7 Relationship between income, parking price and number of vehicles per household

构建模型

Demand=ln(aEarning+bPrice+c)

采用最小二乘法对模型进行参数标定，如表3所示，各参数估计值均显著.

表3 参数估计

5.4 测试结果

对不同小区停车设施供给水平、不同的收入水平，测试可能得到的均衡价格，如表4所示.

表4 模型测试结果

通过测试发现，对于存在供需矛盾的小区，停车位资源越紧缺，停车位租赁均衡价格就越高；收入水平越高的小区，均衡价格越高. 对于户均车位0.5左右，户均收入在20万左右的小区，其均衡价格有可能达到650元/月. 这个价格要高于目前大多数小区的停车价格.

此次调查的受访者数据如图8所示. 可以看出：很多小区处于免费停车的状态，免费停车的受访者占到了样本总体的41%；即便采取收费的小区，费用也不高，停车费小于或等于150元/月的受访者占到了总数的37%. 这说明目前的停车价格偏低，并没有达到均衡价格.

图8 小区停车费用分布Fig.8 Parking fee distribution

5.5 政策建议

测试结果反映出价格并没有在停车资源配置方面发挥决定性作用. 这折射出2个问题：一是停车执法和管理不严，很多车辆利用消防通道及道路等空间随意停放，破坏了市场环境；另一方面是价格没有完全放开，限制了市场手段的发挥. 由于停车价格过低，对于停车设施建设企业缺少吸引力，限制了供给能力的提高，进一步加大了供需矛盾，形成恶性循环.

如果停车价格提高到一定程度，建设停车设施(如机械停车楼)就变得有吸引力，就会有合规停车场进入市场，需求也会得到一定的抑制，进而实现高水平的循环. 这需要政府加强对于违法停车的治理，放开价格，形成良好的市场环境，让市场在停车资源配置过程中发挥决定性作用.

6 结论

1) 影响居民拥有车辆需求的因素主要包括家庭特征、经济、竞争交通方式、城市形态、政策和文化等6个方面.

2) 有2个负反馈回路将高密度大城市车辆拥有率控制在合理水平：一个是道路运行状况与居民拥有车辆需求的负反馈回路；另一个是车位供给与居民拥有车辆需求的负反馈回路.

3) 我国大多数城市的居住区停车价格尚未达到应有的均衡价格，通过加强执法和停车费的调整，可以起到调节居民的拥有车辆需求的作用.