王佳彬，孫啟鵬*,b，吳群琪,b，楊涵晞，馬飛,b，鄭穎穎，任瑋

(長安大學，a.經(jīng)濟與管理學院；b.綜合運輸經(jīng)濟管理研究中心，西安 710064）

0 引言

供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革對維持貨運系統(tǒng)高效運行具有重大影響，貨物運輸服務優(yōu)化是供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的具體化措施。然而，由于長期追求數(shù)量擴張過程中總是將運輸需求作為制定規(guī)劃的外生因素，運輸需求簡單化傾向在我國運輸政策研究中已是根深蒂固，非常普遍[1]。供給側(cè)改革的核心要義是以最恰當?shù)倪\輸方式，最大化地滿足運輸需求[2]。運輸方式安排恰當與否，對運輸需求的滿足程度及供給側(cè)改革的效果有決定性的影響。因此，分析市場提供的運輸服務能否最大限度地滿足運輸需求，及其對于需求主體是否為最優(yōu)選擇，對于制定運輸服務優(yōu)化策略，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革政策乃至綜合運輸?shù)陌l(fā)展具有重大的指導意義。

市場經(jīng)濟是需求主導的經(jīng)濟。貨物運輸作為一種經(jīng)濟活動，需求主體追求自身利益最大化是其本質(zhì)屬性[3]。因此，“最大程度滿足運輸需求”等價于“需求主體利益最大化，最低限度應能滿足需求主體基本利益的訴求”。分析某種運輸服務能否最大程度地滿足需求主體，需基于運輸需求主體選擇運輸服務方式的機理，計算需求主體選擇運輸服務所產(chǎn)生的價值并進行比較。現(xiàn)有研究中關于貨運服務方式選擇模型主要包括：基于隨機效用理論的離散選擇模型、運輸成本最小化模型以及基于決策論的目標優(yōu)化模型[4]。例如，劉浩等[5]基于效用最大化原則，揭示不同空間特征下運輸時間對效用的差異化影響。鐘校等[6]在“低碳運輸”背景下，構(gòu)建以總運輸成本最小為準則的快捷貨運方式選擇模型。AALOK 和RAMESH[7]采用基于決策論的Grey-DEMATEL 模型(Grey Theory and Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory)討論鐵路多式聯(lián)運服務選擇問題。

效用理論將需求主體選擇運輸服務方式帶來的滿足感作為運輸效用內(nèi)涵[8]，即該理論將運輸服務視為消費產(chǎn)品，假定位移需求實現(xiàn)后，以運輸時間、運輸價格、服務頻率及可靠性等運輸服務品質(zhì)作為核心變量，測度為需求主體帶來的位移價值。其核心意義在于反映需求主體在現(xiàn)實供給條件下完成運輸服務后產(chǎn)生的效果。該理論有3 點值得斟酌。其一，未考慮需求的獨立性和前置性。這一缺陷導致分析過程不符合運輸供需關系的邏輯。貨運需求主體總是基于一定的預期利益而產(chǎn)生運輸需求[3]，因此，位移價值應為貨運需求主體預期的經(jīng)濟利益，而采用何種運輸服務實現(xiàn)位移屬于后續(xù)決策事宜，與位移實現(xiàn)后給需求主體帶來的滿足感存在本質(zhì)區(qū)別。這種認識體現(xiàn)這樣的哲學思想：需求是具有第一性的，不因為能否實現(xiàn)而獨立存在；運輸需求主體本身存在獨立的價值，是決定運輸服務是否合適的前置因素。其二，該理論是在假定位移需求實現(xiàn)后測度位移效用，未考慮潛在運輸需求。在現(xiàn)實供給條件下，往往會存在某些無法得到滿足的運輸需求，但當供給條件改善后，這些需求就有可能轉(zhuǎn)化為有效運輸需求。其三，計算效率問題，效用理論在位移價值的測度中，若不考慮現(xiàn)實技術(shù)條件約束，其函數(shù)值沒有上界。因此，在尋找最佳運輸服務時，隨機效用理論只能通過設立全面的約束條件，用窮舉法進行測算，導致計算難度較高，且計算效率較低。綜上，效用理論側(cè)重于分析需求主體在現(xiàn)實供給條件下完成運輸服務后產(chǎn)生的效用大小，回答的是需求主體在現(xiàn)實中選擇哪種運輸服務最佳。本文擬解決的問題是什么樣的運輸服務能夠最大限度地滿足運輸需求，使得需求主體實現(xiàn)最大效用。其核心在于最優(yōu)供給決策分析，即分析現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟條件下，使需求主體實現(xiàn)最大效用的運輸服務。該服務可能在現(xiàn)實中并不存在，但完全有可能供給。由此可見，一方面，兩者的內(nèi)涵完全不同，而且效用理論并不具備分析該問題的理論基礎；另一方面，廣義運輸成本最小化模型和基于決策論的目標優(yōu)化模型均側(cè)重于量化研究運輸過程中的各類成本，同樣，忽略了運輸需求的獨立性和前置性特征。

基于此，為突出強調(diào)位移需求本身具有的獨立價值及其特性，本文引入位移剩余理論，以基于貨運需求主體預期利益形成的位移價值與貨物運輸全過程的位移成本之差為貨運需求主體的位移剩余，提出貨運需求主體以位移剩余最大化為準則選擇運輸服務方式，構(gòu)建位移剩余測度模型，基于現(xiàn)實需求條件下尋求最佳運輸服務，并通過仿真算例展示模型的應用。

1 位移剩余模型的構(gòu)建

為充分反應貨物運輸需求的獨立價值，以需求主導為原則，提出位移剩余概念，認為綜合運輸服務方式的選擇機理是：在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟條件下，需求主體依據(jù)各運輸服務的技術(shù)經(jīng)濟特征和其他與運輸服務選擇相關的決策信息，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)自身位移剩余最大化(至少是可接受)目標的綜合運輸服務[8]。

位移剩余為

式中：S為位移剩余；V為位移價值；C為位移成本。

位移價值V，即貨物運輸需求主體基于位移的預期利益。為了揭示貨物運輸服務方式選擇的經(jīng)濟機理，需要分析V和C的相關特性。

1.1 位移價值V

對于貨物位移需求而言，需求主體總是基于一定的預期利益產(chǎn)生位移需求。因此，針對于特定的需求主體和特定的市場環(huán)境，預期利益是需求主體明確認知到的，其判斷往往有一定的客觀依據(jù)。本文基于位移需求時效性將位移價值函數(shù)V分為3種類型：

Ⅰ類：位移價值與位移過程時間占用沒有必然聯(lián)系的需求。例如，礦石和建材等沒有明確時間約束的位移屬于這類，如圖1所示。

圖1 Ⅰ類位移需求Fig.1 Ⅰclass movement demand

其函數(shù)表達式為

式中：VΙ(t)為位移價值函數(shù)；t為運輸占用時間；A為位移價值常量，其含義為實現(xiàn)位移需求所預期的經(jīng)濟利益。

Ⅱ類：位移價值與位移過程占用時間成反比的運輸需求。任何具有時效性要求的運輸需求都屬于這類，例如，鮮活貨物的運輸。如圖2所示。

圖2 Ⅱ類位移需求Fig.2 Ⅱclass movement demand

其函數(shù)表達式為

式中：α為時間敏感系數(shù)，α∈[0,+∞)。位移需求對時效性要求越高，α的值越大。當α=0 時，表示該位移需求對時間完全不敏感，其位移價值函數(shù)等同于Ⅰ類位移需求函數(shù)。

Ⅲ類：具有特定時間約束的需求。只要在特定時點完成運輸，則位移價值不變，一旦超過該時點，其位移價值即為0，具有確定參展時間窗口的展品及具有保質(zhì)期限的食品運輸即屬于此類需求，如圖3所示。

圖3 Ⅲ類位移需求Fig.3 Ⅲclass movement demand

其函數(shù)表達式為

式中：t0為特定約束時點。

1.2 位移成本C

位移成本是指貨運需求主體為完成貨物的位移，而必須付出的相關成本。位移全過程中除運價成本與時間成本外，可靠性、便捷性及安全性等運輸服務品質(zhì)也會一定程度上影響運輸需求主體選擇運輸服務方式[9]。其中，可靠性成本為風險成本，包括運輸過程中提前或者延遲到達導致的管理費、倉儲費及缺貨成本等；便捷性成本在時間成本中的服務響應時間中體現(xiàn)；在運輸過程中對安全性的考慮可以通過保價運輸?shù)刃问浇鉀Q，因此，本文將安全性成本定義為主要與運輸方式相關的常量C(i0)。

綜上所述，第i種運輸服務的位移成本Ci(t)的函數(shù)為

式中：C1i為第i種運輸服務的運價成本；C2i(t)為第i種運輸服務的時間成本；為第i種運輸服務時間可靠性期望成本；為安全性成本常量。

第i種運輸服務的運價成本C1i包括運輸方式j的運價費用總和、轉(zhuǎn)運費用和其他運雜費，其函數(shù)為

式中：j為第i種運輸服務產(chǎn)品中的第j種運輸方式；δij為啞變量，當?shù)趇種運輸服務產(chǎn)品中的運輸方式為j時，δij=1，否則δij=0；Pij為第j種運輸方式的單位運價；Dij為第j種運輸方式的承運里程；w為貨物的重量；β1為貨物轉(zhuǎn)運一次的費用；ni為第i種運輸服務位移全過程貨物轉(zhuǎn)運的次數(shù)；β2為倉儲、保險及包裝等運雜費。

現(xiàn)有研究中，普遍將時間價值(Value of Time)作為運輸服務方式選擇的重要變量。它主要由4部分組成：商品凝聚資金的機會成本，運輸途中節(jié)約的庫存成本，遲到導致的缺貨成本及提前到達導致的庫存成本與管理成本[10-11]。然而，提前到達或者遲到導致的相應成本屬于運輸過程中由于時間不可控性帶來的風險成本，應歸屬于可靠性成本范圍，需單獨進行計算。因此，本文第i種運輸服務的時間成本C2i包括：商品凝聚資金的機會成本和節(jié)約的庫存成本Si(t)。其中，指運輸過程中時間消耗導致的貨物占用資金的機會成本。Si(t)為一項負成本，是在貨物運輸過程中所節(jié)省的庫存成本。兩者均為運輸時間t的函數(shù)。因此，C2i與其組成部分的函數(shù)為

式中：M為被運送商品占用的資金額；R為單位時間資金的機會成本率；s為單位時間和單位重量的貨物倉儲與管理成本；ti為選擇第i種運輸服務方式時，貨物位移全程(從聯(lián)系運送直到送達目的地)占用的時間；vj為第j種運輸方式的平均運營速度；t1i為轉(zhuǎn)運1 次占用的單位時間數(shù)；t2i為運輸需求響應的占用單位時間數(shù)，其值取決于運輸方式的發(fā)車頻率與運輸服務質(zhì)量；t3i為位移首末裝卸占用的單位時間數(shù)。

運輸服務方式的時間可靠性對運輸需求主體的選擇有顯著影響[12]，尤其是對具有特定時間約束的需求，例如，JIT(Just in Time)配送服務。提前到達時段內(nèi)的成本主要是貨物的臨時倉儲成本；超時時段內(nèi)主要為缺貨成本。缺貨帶來的直接損失可用機會成本衡量，但該機會成本并不考慮某一特定貨物在某一時間點對相應生產(chǎn)過程的重要性。例如，延遲到貨可能會導致制造工廠停工[4]。因此，該位移價值損失還需考慮由于缺貨帶來的間接損失。綜上所述，提前與超時到達的成本函數(shù)CEi和CLi為

式中：tEi、tLi分別為提前、遲到的時間；L1為超時后導致的缺貨間接損失。

本文在量化提前與超時到達導致的相應成本函數(shù)的基礎上，將衡量時間可靠性的概率分布法與準時交付法結(jié)合[11]，計算運輸時間可靠性的期望成本為

式中：PEi和PLi分別為利用準時交付法確定的第i種運輸服務的提前到達概率和超時到達概率。根據(jù)現(xiàn)實情況，該參數(shù)的具體取值受運輸方式、運輸距離及中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)次數(shù)等因素的影響[13]；FEi(t) 和FLi(t)分別為利用概率分布法確定的第i種運輸服務的早到與超時時長的累計分布函數(shù)，對于這種自然呈現(xiàn)的“重復概率事件”[14]，可采用正態(tài)分布作為其概率分布函數(shù)。由于正態(tài)分布的期望值等于參數(shù)μ，其值可由第i種運輸服務的早到與超時平均時長決定。因此，式(13)可簡化為

1.3 最優(yōu)運輸服務確定

在分析位移價值與成本并給出對應公式的基礎上，本文以位移價值與位移成本之差形成貨運需求主體的位移剩余，構(gòu)建位移剩余測度模型。對于第k類需求主體，第i種運輸服務的位移剩余為

根據(jù)分析，位移成本C的值域為(0,+∞)。因此，當需求主體的位移價值函數(shù)V(t)確定時，位移剩余函數(shù)Si一定具有極大值點或者自變量定義域內(nèi)的最大值點?？蓪⑽灰瞥杀綜的組成部分作為位移剩余價值函數(shù)的自變量(如C1i、C2i(t)、、中具體變量)。通過求位移剩余Si的極大值或給定約束條件下的最大值，分析現(xiàn)有運輸服務是否最優(yōu)。同時，該極值點或最值點的坐標即為理論最佳運輸服務方式的技術(shù)經(jīng)濟特征。

2 位移剩余仿真測算

2.1 仿真算例設置

為體現(xiàn)位移剩余理論與現(xiàn)有運輸服務方式選擇理論的差異以及確定最優(yōu)運輸服務的功能，假設具備以下信息的貨物位移需求，測算采取不同運輸服務方式的位移剩余。特別需要說明的是，本文位移價值相關參數(shù)的取值均基于經(jīng)驗進行賦值。雖然計算結(jié)果不具有實際指導意義，但本文試圖解決的科學問題是揭示位移剩余與需求主體選擇運輸服務方式之間的聯(lián)系，至于將相關參數(shù)設定為多少為宜，并不影響本文試圖解決的科學問題。在位移價值V方面，給出3種位移價值函數(shù)，如表1所示。

表1 各類位移需求的位移價值函數(shù)Table 1 Movement value functions of various movement demands

在位移成本C方面，假設位移OD點與位移路徑如圖4所示，位移服務方式包括：公路直達運輸、鐵路多式聯(lián)運(公-鐵-公)、航空多式聯(lián)運(公-航-公)及水路多式聯(lián)運(公-水-公)。

圖4 各種運輸服務方式路徑Fig.4 Path diagram of various freight service modes

本文通過咨詢相應運輸單位以及參考運輸行業(yè)平均水平對位移全過程具體參數(shù)進行賦值，例如，鐵路運價參考國家鐵路局《各類貨物鐵路運輸基準運價率表》，不同運輸方式營運速度按照運輸行業(yè)平均水平設置，如表2所示。

表2 位移成本相關參數(shù)Table 2 Movement cost related parameters

根據(jù)式(14)，具體參數(shù)取值以及可靠性期望成本如表3所示。

表3 I-2類可靠性成本及相關參數(shù)Table 3 Class I-2 reliability cost and related parameters

根據(jù)分析，當需求主體的位移價值函數(shù)V(t)確定時，可將位移成本C的組成部分作為位移剩余價值函數(shù)的自變量，求得位移剩余價值Si的極值與極值點，分析最優(yōu)運輸服務方式。為便于展示，本文僅選定在途運輸時間t0i與需求響應時間t2i為運輸服務方式的品質(zhì)變量，并假定t0i和t2i與單位運價Pi之間的關系式為

式中：Pi為第i種運輸服務的單位運價；t0i為在途運輸時間，包括：途中運輸時間、途中轉(zhuǎn)運時間t1i與首末站裝卸時間t3i。

2.2 仿真算例結(jié)果與分析

根據(jù)仿真算例的參數(shù)設置，帶入式(5)～式(15)，計算位移剩余Sik，如表4所示。

表4 各種運輸服務方式的位移剩余價值SikTable 4 Movement surplus of various freight service modes (元)

算例結(jié)果表明：根據(jù)位移剩余最大化準則，對于I-1、I-2、II 及III 類位移需求，需求主體將對應選擇的運輸服務方式分別為公鐵聯(lián)運、公鐵聯(lián)運、公路直達及公航聯(lián)運的運輸服務方式。為觀察各個參數(shù)變量對位移剩余的影響程度，本文以I-1 需求為例，進行參數(shù)敏感性分析，如圖5所示。

圖5 參數(shù)敏感性分析Fig.5 Parameter sensitivity analysis

根據(jù)圖5可知，各參數(shù)在相同變化幅度情況下，位移價值V對于位移剩余的變化率影響最大，其次為運輸距離D與運輸時間t，其余相應位移成本參數(shù)變化幅度相似。由此說明，位移價值對于貨運需求主體選擇運輸服務方式的影響最為顯著，是進行貨運服務優(yōu)化時重點關注的要素。

同時，在假設其他參數(shù)給定的情況下，將式(16)帶入位移剩余模型，求得I-1、II及III類位移剩余曲線，如圖6所示。

由圖6可知，對于I-1類需求主體，當t0i+t2i=271，P=0.038 時，位移剩余曲線存在極大值S=273505.8；對于II 類需求主體，當t0i+t2i=35.2，P=0.3 時，位移剩余曲線存在極大值S=248901.73；對于III 類需求主體，在其時間約束范圍內(nèi)，位移剩余曲線沒有極大值點，當t0i+t2i=80，P=0.13 時，曲線存在最大值S=357856。

圖6 I-1、II及III類位移剩余曲線Fig.6 Movement surplus curves of classes I-1,II and III

以I-1類需求主體為例，根據(jù)設置的仿真算例，現(xiàn)有的4種貨運服務方式中，位移需求主體選擇鐵路多式聯(lián)運(t0i+t2i=184，P=0.06，S=260930.34)的位移剩余最大。但是，根據(jù)式(17)得出的I-1需求主體理論最大剩余價值為S=273505.8，對應的最佳運輸服務方式的參數(shù)為t0i+t2i=271，P=0.038。不難看出，其更接近于水路多式聯(lián)運的技術(shù)經(jīng)濟特征。根據(jù)本文仿真算例的設定，現(xiàn)有水路多式聯(lián)運運輸服務參數(shù)為t0i+t2i=212.67，P=0.05，S=257671.23。若將該運輸服務進行優(yōu)化，提升運輸時間，降低運輸成本，可以最大程度地滿足I-1類需求主體。對于II類需求主體，當時間敏感系數(shù)α=0 時，即需求主體對時間完全不敏感，其極值點與I-1 類需求主體相同。隨著α的增加，其位移剩余曲線的極大值點會向左下方偏移。根據(jù)本文對II 類需求的設定，當α≥0.038 時，位移剩余函數(shù)極大值Smax≤0，此時，不存在最優(yōu)運輸服務方式。對應現(xiàn)實中類如新鮮松茸的運輸，由于其變質(zhì)速度過快，如若不對貨物進行保鮮處理，使得時間敏感系數(shù)α降低至一定數(shù)值，將無法進行長距離運輸。這也充分說明，當供給條件有所改善后，一些潛在運輸需求可以轉(zhuǎn)化為有效運輸需求。綜上，本文設置的位移剩余模型可根據(jù)異質(zhì)性的位移需求，分析現(xiàn)有運輸方式是否最優(yōu)，以及得出最優(yōu)運輸服務的相關品質(zhì)要素，同時，可以考慮潛在運輸需求，分析其轉(zhuǎn)化為有效運輸需求的條件。

3 結(jié)論

本文將位移價值和位移成本作為測度位移剩余的兩個獨立變量，構(gòu)建最優(yōu)運輸服務分析模型。通過特定條件下的仿真算例驗證，得出以下結(jié)論：基于貨運需求主體預期的經(jīng)濟利益構(gòu)建位移價值函數(shù)，體現(xiàn)了需求主導的思想，強調(diào)了需求本身具有的獨立價值，避免了隨機效用等理論在位移價值測度的表述局限。構(gòu)建的基于位移剩余的最優(yōu)運輸服務分析模型，充分考慮了需求異質(zhì)性的特點，可根據(jù)不同的位移需求分析現(xiàn)有運輸服務是否最優(yōu)，并可以分析潛在運輸需求轉(zhuǎn)化為有效需求的條件，為運輸服務優(yōu)化提供參考標準；符合需求主體實際選擇運輸服務方式的邏輯，可為企業(yè)以及政府制定運輸供給優(yōu)化策略提供決策參考依據(jù)。