基于養(yǎng)護成本的高速公路收費費率問題研究

【摘要】高速公路養(yǎng)護序列規(guī)劃研究是一個十分宏觀并且極其復雜的體系，無論是使用性能預測還是序列規(guī)劃的指標構建及其建模研究本身都是復雜的系統(tǒng)。本文主要針對高速公路養(yǎng)護的成本進行了研究分析。

【關鍵詞】養(yǎng)護成本；高速公路；收費費率

前言：高速公路是現(xiàn)代社會經濟發(fā)展的必然產物，也是現(xiàn)代社會高速發(fā)展的重要體現(xiàn)，它的運行，縮短人們之間的時空距離，它的使用安全、舒適、低能耗性能和高效快速的運轉效率，直接影響，小到我們人類的生活品質、工作效率、生產成果，大到整個社會的制度體系的發(fā)展水平，以及整個社會發(fā)展的可持續(xù)性，它的發(fā)展，有效地促進、支撐國家的消費結構升級，所以，高速公路不僅是交通現(xiàn)代化的重要標志，也是一個國家現(xiàn)代化的重要標志。

1、概述

高速公路建成運營通車后，使用性能逐年降低，為保證其運營安全，延長其使用壽命，必須投入資金對其進行各方面的維護，對運營單位而言是企業(yè)養(yǎng)護成本控制成敗與否的關鍵。

在高速公路養(yǎng)護經費測算方法研究中，提出根據(jù)指標體系的確定為基本原則，并利用多元線性回歸預測和多元模糊回歸預測兩種方法，再結合調研的數(shù)據(jù)特點，提出養(yǎng)護維修率定量預測方法及6個計算變量，最后建立了基于綜合路況的高速公路每公里養(yǎng)護維修費用計算的預測模型；基于ISM的高速公路養(yǎng)護成本影響因素分析中，提出在高速公路養(yǎng)護成本影響因素識別的基礎上，利用系統(tǒng)的工程學理論和方法，建立養(yǎng)護成本分析的解釋結構模型（ ISM）與影響因素的多級遞階結構模型，得出影響?zhàn)B護成本大小的各類因素，才能準確預測高速公路養(yǎng)護成本的發(fā)展趨勢。

2、高速公路養(yǎng)護資金來源

高速公路養(yǎng)護資金的籌措是整個公路養(yǎng)護工作的基礎和根本。充足的養(yǎng)護資金是開展各項養(yǎng)護工作的經濟基礎，而對養(yǎng)護路網、路段進行序列規(guī)劃、方案設計，最終輔助決策者制定出有效可行的養(yǎng)護序列和養(yǎng)護方案，是爭取達到最優(yōu)的養(yǎng)護功效，獲取最大經濟效益，是對資金最大利用的科學指導，是對養(yǎng)護資金節(jié)約的一種行為。下面對國內外公路巖谷資金來源進行分析。

2.1世界各國的公路建設養(yǎng)護資金來源

世界各國的公路建設養(yǎng)護資金來源各有不同，歸納起來主要有以下幾個途徑：（1）公路使用者的稅收（2）國家財政撥款（3）社會集資（4）公路收費（5）金融機構借貸款（6）其他

2.2高速公路養(yǎng)護成本定義組成分析

高速公路養(yǎng)護成本是高速公路養(yǎng)護序列規(guī)劃的一項重要指標，必須進行分析研究，才能利于序列規(guī)劃的正確進行。高速公路養(yǎng)護成本包括業(yè)主成本、用戶成本和其他成本。

2.2.1業(yè)主成本

高速公路養(yǎng)護業(yè)主成本是指過程增值或結果有效己發(fā)生或應發(fā)生的資源消耗，主要是指人力、物力、財力和信息等資源，不涉及政治、軍事等非經濟因素。養(yǎng)護的直接成本，包括人、機、料費用以及其他各種養(yǎng)護費用成本。我國現(xiàn)有的公路養(yǎng)護成本管理弊端在于：（1）沒有形成高速公路養(yǎng)護項目生命周期內資金的使用計劃，依據(jù)年度養(yǎng)護成本最低所做的決策，對于公路養(yǎng)護項目生命周期來說不一定是最優(yōu)的，因為現(xiàn)在養(yǎng)護成本低，將來的養(yǎng)護成本可能很高，從而帶來公路養(yǎng)護項目生命周期成本的大幅度增加；（2）我國現(xiàn)有的公路養(yǎng)護序列規(guī)劃沒做好或者根本沒做，雖然也考慮了服務水平，但這種考慮沒有量化，沒有和公路養(yǎng)護直接成本結合在一起，從而帶來序列規(guī)劃的困難。

因而，公路養(yǎng)護項目的資金使用決策，既要考慮當前的需要，又要考慮未來發(fā)展的需要；既要考慮近期的養(yǎng)護成本，又要考慮未來的養(yǎng)護成本，以公路養(yǎng)護項目的生命周期成本作為衡量公路養(yǎng)護序列規(guī)劃的優(yōu)劣。它能從投資的合理性角度、設計方案的合理性角度、工程項目實施的角度和環(huán)保和生態(tài)的角度說明養(yǎng)護工程序列規(guī)劃的優(yōu)越性。

2.2.2用戶成本

包括車輛運營成本，行駛時間成本，交通延誤成本，交通事故成本行車不舒適性等。

2.2.3其他成本

主要包括噪聲、空氣污染、環(huán)境等成本。

3、模型構建及算法設計

3.1養(yǎng)護成本及管理成本

高速公路養(yǎng)護是指高速公路建成通車投人運營后，進行經常性、及時性和預防性的日常養(yǎng)護，以確保高速公路上的各種工程及設施，而高速公路運營管理主要是指高速公路建成通車后，對高速公路的收費、養(yǎng)護、交通、安全、服務等系統(tǒng)進行計劃、組織、指揮、控制和協(xié)調。共同為實現(xiàn)高速公路快捷、暢通、安全、舒適、經濟的使用功能服務。

由于目前沒有高速公路運營管理費用的相關規(guī)定，管理成本參考近年高速公路公司實際運營開支情況。養(yǎng)護成本與道路車道數(shù)量、通車年數(shù)、交通量、橋隧比例以及大修有關.計算參考《高速公路大小修費用標定模型研究》。

3. 2基本假設

對于高速公路收費，出行者會根據(jù)收費費率的不同以及高速公路的服務狀態(tài)（主要表現(xiàn)為時效性）來選擇自己的出行，最終路網達到一種平衡狀態(tài)。交通管理者所認為的最優(yōu)收費費率，是促使路網達到最優(yōu)狀態(tài)的結果。因此，本文對于高速公路收費費率的研究，基于以下假設：

（1）由于高速公路有其特定的行駛工具（汽車），區(qū)段間的有交通需求的出行者不會因為收費費率的降低而改變其原有的交通方式（地鐵、公交等）；

（2）出行者在使用高速公路時，能夠對高速公路和其他公路的流量信息有清楚了解，并進行理性選擇；

（3）出行者不會因為高速公路出人口設置地點問題而選擇出人更為便利的普通道路。

3. 3算法設計

雙層規(guī)劃是一個不存在多項式的求解算法，即使能找到問題的解，通常也只能是一個局部最優(yōu)解，本文采用模擬退火算法求解雙層規(guī)劃模型。

模擬退火算法來源于固體退火原理，將固體加溫至充分高，再讓其冷卻，加溫時，固體內部粒子隨溫度升高變?yōu)闊o序狀，內能增大，而徐徐冷卻時粒子漸趨有序，在每個溫度都達到平衡態(tài)，最后在常溫時達到基態(tài)，內能減為最小.該算法采用了Metropolis準則的領域移動方法，這種移動方法保證了算法具有跳出局部最小和趨向全局最優(yōu)的能力，其實質是依據(jù)一定的概率來決定當前解是否向新解移動.其具體步驟如下：

第1步上層規(guī)劃無約束化，采用非可微精確罰函數(shù)處理約束.根據(jù)懲罰函數(shù)法，將約束最優(yōu)化問題轉化為增廣目標函數(shù)極小值問題。

式中Lk是一單調增加正序列；f（ u\"n）表示不加懲罰項的目標函數(shù)；P＼ un）表示懲罰函數(shù)。

第2步初始化.設定高速公路的收費費率的初始解u（o）h，將u（o）h，代人下層規(guī)劃進行求解，得到q0，將u（o）h、q0。，代人上層規(guī)劃，計算得fu（o）h，q0.令x=u（o）h、y=q（o）.設定內層循環(huán)次數(shù)m，常數(shù)h，步長初始值若，給定的初始溫度To和終止溫度Tf，令外層循環(huán)次數(shù)。N=0 ， Tn=To。

4、雙層規(guī)劃原理及應用

雙層規(guī)劃是雙層決策問題的數(shù)學型，上層問題和下層問題都有各自的目標函數(shù)和約束條件。文中筆者基于高速公路通行費費率制定的問題建立了雙層規(guī)劃模型，決策部門為政府部門，交通需求為跟隨者。

4.1雙層規(guī)劃模型建立的基本思路

雙層規(guī)劃模型以與收費公路關系密切、相互有直接影響的局部區(qū)域路網為研究對象，道路使用者以出行的路段阻抗為路線選擇的依據(jù)，引入雙層規(guī)劃模型來描述高速公路管理者與使用者之間的雙層決策關系，建立網絡條件下的費率優(yōu)化模型，求出費率。

結束語：

本文高速公路不考慮級差效應，僅實現(xiàn)養(yǎng)護及管理成本的自給，使得交通管理者有充足的條件調節(jié)路網交通量。后續(xù)研究可以從微利模式、低碳模式、不收費模式等方向研究高速公路收費費率問題。

參考文獻：

[1]何智萍.高速公路養(yǎng)護成本管理的相關問題分析[J]現(xiàn)代商業(yè)，2011，3（12） .