港口集疏运系统的通道能力和拥挤收费策略

港口集疏运系统的通道能力和拥挤收费策略 港口集疏运系统的通道能力和拥挤收费策 略 第9卷第4期 2010年8月 大连海事大学(社会科学版) JournalofDalianMaritimeUniversity(SocialSciencesEdition) VoI.9.No.4 Aug.2010 文章编号:1671.7041(2010)04—0033.04 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) 摘要: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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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12集疏运系统中的通道能力投资和拥挤收费决策. 关键词:港口;集疏运系统;通道能力;拥挤收费;港口腹地; 时阃价值 中图分类号:F253.4文献标志码:A Strategyofcorridorcapacity andcongestioncharginginport collectinganddistributingsystem D0NGGang (SchoolofEconomicsandManagement,Shanghai MaritimeUniv.,Shanghai201306,China) Abstract:TheoveraUefficiencyofthetransportsupplychainis determinedbythemostvulnerablelinkornode.Consideringthe tworesolvingwaysofcorridorcapabilityinvestmentandconges— tioncharging,thepaperanalyzedtheirimpactontheportand hinterlandtrafficsandwelfare.Theresearchshowsthatfora givenroadcapacity,whenthehinterlandmovesfromanocon- gestionchargingtocongestionchargingofroad,thewelfareof hinterlandwillincreaseandthepassengertrafficwillfall,while thetrafficgoingthroughportisnottobedetermined.Other— wise,ifcongestionchargeisfixed,anincreaseinroadcapacity wouldstimulatethepassengertrafficofhinterlandandthetraffic goingthroughport.Whenroadcapacityandcongestioncharge botharevariable,thechangeofroadcapacityhasadualeffect oncongestioncharge,80thereisaneedforacross—regionbody tocoordinatedecisionsconcerningcorridorcapacityinvestment andcongestioncharginginportcollectinganddistributingsys- tern. Keywords:port;collectinganddistributingsystem;corridorca? pacity;congestioncharging;port—hinterland;value oftime 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…,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],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J.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.如纽约一 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?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 + 收稿日期:2010—03—26 基金项目:国家自然科学基金资助项目(70902074) 作者简介:董岗(1979一),男,安徽太和人,博士研究 生,讲师;E—mail:081025024@fudan.edu.cn 34大连海事大学(社会科学版)第9卷 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.BerechmanL5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%.ZHANGAnming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) 式中:P(x)表示向下倾斜的逆向需求函数,即 P(?)<0;C表示单位货物固定成本,包括货物进 口价格和道路运营成本. 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) 式中,P(y)表示向下倾斜的逆向需求函数,即 P(?)<0. 因拥挤造成的延迟成本用D(,,r/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(8D/OV)+K(ODIsK)=0(4) 上式表示对于给定的时间价值,拥挤延迟与道 路运输量和通行能力的比值成正比,但D(?)? D(?),因为货运卡车通常比私家车辆具有更高的 行程时间节省价值.如2003年美国交通部发布的出 行指南指出,2000年私家车和货运卡车的行程时间 经济价值分别为10.6美元/h和21.2美元/h.|7 因此假设:D(?)?D(?),而由于OD/OV= [OD/O(v/K)](1/K),OD/OK=[ODIO(v/K)](一 V/K),则拥挤延迟成本函数的同质度为零. 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: MAXSW=U(X,y)一PYy—PxX+(y+X)t (6) 式中【,(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au/sY=P,aU/ax = 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: asw/ot=(aU/aX)(SX/8t)+(au/oy)(ay/ot) 一 [Dy(ay/ot+sx/ot)/K+1]y—Pyay[ot一 [Dx(aY/Ot+aX/Ot)/K+1]X—Pxox/at+ (aY/at+ox/ot)t+Y+X 令其一阶条件为零,可得 t:(YDy+XDx)/K(7) 则式(7)是腹地区域公路拥挤的最优收费.由于 D(?)>0,D(?)>0,则最优收费是严格正的. 因为如果腹地公路没有拥挤,则D(?)=0, D(?)=0,即t=0o所以正的收费是公路拥挤的 结果,正是拥挤收费将承运人和司机个体引起的拥 挤外部性被内部化,从而实现公路的最优使用. 第4期董岗:港口集疏运系统的通道能力和拥挤收费策略35 结论1:对于给定腹地公路通行能力,(1)腹地 区域对公路征收拥挤费以实现社会福利的最大化; (2)当腹地区域从非拥挤定价转到拥挤定价时,腹地 区域本地客运量减少;(3)当腹地区域从非拥挤定转 到拥挤定价时,临港区域港口货运量增加,不变或减 少则分别取决于D一D<K尸,D一D= KPy或Dy—Dx>KPy. 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)代人式(2)和(3),对t求一阶条件: PxXt=DxYI+x|K+1 PYY=DYYt+xt|K+1 联立上述两等式,解得 = (Dx—Dy—KPx)/(PxDy+ PyDx—KP"xPy)(8) X=(Dy—Dx—KPy)/(PxDy+ Px—KPxPy)(9) 由于Py(?)<0,Px(?)<0,Dy(?)>O, D(?)>0,D(?)?D(?),则<0,即当腹 地区域从非拥挤定价转到拥挤定价时,腹地区域本 地客运量减少.当D一D<KP时,x>O,即 当腹地区域从非拥挤定价转到拥挤定价时,临港区 域港口货运量增加;当D一D=KP时,X= 0,即当腹地区域从非拥挤定价转到拥挤定价时,临 港区域港口货运量不变;当D一D>KP时, x<0,即当腹地区域从非拥挤定价转到拥挤定价 时,临港区域港口货运量减少. 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)代人式(2)和(3),对K求一阶条 件: PyYK=0Py(Y)/aDy(aDy/aK)= OPy(y)/aDy[(ay/aK+aX/aK)/K一 (Y+x)/K]=D[(Y+xlK)K一(Y+X)]/K PxxK:OPxtx,)|aDx(aDX|aK= aPX(,x|aDx(aY|aK+ax|aK|K一 (Y+x)/K]=Dx[(Y+XK)K一(Y+X)]/K 联立以上两个方程,解得 = (y+X)PxDy/(KPxDy+ KPrDx,KPxPY)01o) XK=(Y+xPYDx|KPxDY+ KPyDx,KP"xP)(11) 由于P(?)<0,P(?)<0,D(?)>0, D(?)>0,Dx(?)?Dy(?),则>0,>0. 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. 证明:由式(7)可得Kt=YD+XD,将其对 K求一阶条件: a(K,)/aK=t+Ktj(=Dy[一(Y+x)/K+ (+x)/K]y+DyK+D,,x[一(y+x)/K+ (+XK)/K]x+DxX 将式(5)对K求一阶条件,并代人上式: aY|aK=YttK+YK ax|aK=XttK+xK t+KtK=Dy[一(y+x)/K+(YflK+YK+ XtK+XK)/K]y+Dy(YttK+Y)+ 36大连海事大学(社会科学版)第9卷 Dx[一(Y+X)/K+(YttK+YK+XtK+ xK)/K]x+Dx(xtK+XK)(12) 当延迟成本函数为线性时,即D=0,D= 0,则式(12)可简化成 tK=(Dy+DxxK—t)/ (K—Dyyf—DxX)(13) 将式(7),(11)代人式(13),整理可得 tK=[KP"xPy(DYy+Dxx)+(Dx— Dy)(PyDxY—PxDyX)]/[2K(PXDy+ PYDx)+K(Dx—Dy)一KP"xPy] (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(t<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(t>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. 当货运卡车与私家车的行程时间节省价值相同 时,即D=D,根据式(14)可得 tK=PxPy(DYY+D"xX)/[2K(PxDy+ PYDx)一KP'xPy] 因为D(?)>0,D(?)>0,P(?)<0, P(?)<0,K>0,则t<0,说明当货运卡车与私 家车的行程时间节省价值相同时,随着腹地公路通 行能力的扩张,公路拥挤情况将会改善,从而拥挤收 费将随之降低. 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ZHANGAnming[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. 参考文献: [1]SONGDong—wook,PANAYIDESPM,Globalsupply chainandport/terminal:integrationandcompetitiveness [J].MaritimePolicyandManagement,2008,35(1):73 — 87. 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