多式聯(lián)運(yùn)碳減排研究綜述

辜 勇，李 雨，陳 句，柳 悅

（武漢理工大學(xué) 物流工程學(xué)院，湖北 武漢 430063）

0 引言

據(jù)2020年國(guó)際能源署報(bào)告，在與能源相關(guān)的碳排放中，交通運(yùn)輸部門產(chǎn)生的碳排放量高達(dá)22%[1]。隨著可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的增強(qiáng)，與能源有關(guān)的碳減排受到高度重視，成為運(yùn)輸規(guī)劃與管理中的重要研究方向。

近年來(lái)，我國(guó)通過(guò)各種政策措施大力發(fā)展多式聯(lián)運(yùn)，綠色環(huán)保的推動(dòng)，扶持政策的出臺(tái)，技術(shù)裝備的創(chuàng)新，使多式聯(lián)運(yùn)迎來(lái)難得的發(fā)展機(jī)遇期[2]。與單一的公路運(yùn)輸相比，多式聯(lián)運(yùn)不僅可以帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益，還能大量降低碳排放[3]，在運(yùn)輸成本、運(yùn)輸效率和競(jìng)爭(zhēng)力等方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)到2020年，多式聯(lián)運(yùn)能夠減少能耗254.06萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少碳排放461.97萬(wàn)t，運(yùn)輸成本降低46.07%以上[4]，因此，多式聯(lián)運(yùn)在運(yùn)輸減排中有著舉足輕重的作用。

本文綜述了目前多式聯(lián)運(yùn)碳減排研究中已經(jīng)取得的成果、存在的問(wèn)題以及新的發(fā)展趨勢(shì)，可以為后續(xù)研究者針對(duì)此領(lǐng)域研究提出前沿性科學(xué)問(wèn)題提供重要參考。

1 基于運(yùn)輸組織的碳減排研究

從運(yùn)輸組織角度考慮，目前文獻(xiàn)研究碳減排的策略有以下兩種：由高碳排放向低碳排放強(qiáng)度運(yùn)輸方式的模式轉(zhuǎn)移，即AIS（Avoid-Improve-Shift）策略[5]、優(yōu)化運(yùn)輸路徑策略。

1.1 運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移

一直以來(lái)，貨運(yùn)模式發(fā)展極不平衡，公路貨運(yùn)在物流體系中的主導(dǎo)地位未發(fā)生變化，如2020年我國(guó)公路貨運(yùn)總量占全國(guó)物流貨運(yùn)總量比例為73.9%[6]，且不同運(yùn)輸方式相比，公路運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕孔畲蟛⒃陂L(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持增長(zhǎng)，航空運(yùn)輸碳排放增速較快，鐵路、水路運(yùn)輸碳排放則逐步減少[7]。因此，為實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)可持續(xù)發(fā)展，可以將運(yùn)輸模式向環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變。文獻(xiàn)[8]總結(jié)了不同國(guó)家的政治目標(biāo)，估計(jì)從公路到鐵路的模式轉(zhuǎn)換潛力在4.1%到50%之間。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年,我國(guó)公路貨運(yùn)、鐵路貨運(yùn)、水路貨運(yùn)的平均運(yùn)距分別為174km、688km、1 391km[9]，可見鐵路和水路運(yùn)輸在中長(zhǎng)距貨運(yùn)市場(chǎng)更有優(yōu)勢(shì)，運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移應(yīng)重點(diǎn)把握這一細(xì)分市場(chǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)[10]的研究，實(shí)現(xiàn)公路運(yùn)輸向鐵路運(yùn)輸?shù)哪Ｊ睫D(zhuǎn)移需要解決如何提升運(yùn)輸質(zhì)量的問(wèn)題。

運(yùn)輸質(zhì)量可以從運(yùn)輸產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量?jī)煞矫孢M(jìn)行提升，但研究核心在于運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量[11]。運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量包括響應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、便利性、保證性、有形性等[12]。許多托運(yùn)人認(rèn)為運(yùn)輸可靠性比響應(yīng)性更重要，風(fēng)險(xiǎn)因素值得考慮[13]。文獻(xiàn)[14]提出有效的延誤管理可以最大程度地減少在車站和途中花費(fèi)的高停留時(shí)間，從而安全可靠地交付貨物。此外，雖然鐵路運(yùn)輸與水運(yùn)更便宜、更環(huán)保，但它們?cè)谶\(yùn)輸貨物數(shù)量、運(yùn)輸頻率和調(diào)度上缺乏靈活性，需要大量且穩(wěn)定的運(yùn)輸量以達(dá)到預(yù)期收益目標(biāo)，這使其難以滿足波動(dòng)性較大的運(yùn)輸需求[15]。

根據(jù)上述分析，本文認(rèn)為基于碳減排的運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移未來(lái)的研究方向有：在進(jìn)行運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移時(shí)，可結(jié)合多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸需求進(jìn)行分析。運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移后，還可考慮以減少運(yùn)輸時(shí)間和提高輸運(yùn)效率為目標(biāo)，進(jìn)行運(yùn)輸路徑優(yōu)化。

1.2 運(yùn)輸路徑優(yōu)化

運(yùn)輸路徑優(yōu)化主要是考慮如何通過(guò)提高多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)碳減排。文獻(xiàn)[16]表明多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)比較敏感，因此，可以通過(guò)考慮影響多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)優(yōu)化運(yùn)輸路徑。

關(guān)于相關(guān)參數(shù)的選取，劉清，等[17]考慮運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和碳排放量四個(gè)因素進(jìn)行路徑優(yōu)化。賈葉子，等[18]以運(yùn)輸總成本、環(huán)境外部成本以及運(yùn)輸時(shí)間為目標(biāo)建立多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化的多目標(biāo)規(guī)劃模型。劉杰，等[19]考慮運(yùn)輸總成本包括運(yùn)輸成本、轉(zhuǎn)運(yùn)成本、存儲(chǔ)成本，運(yùn)輸碳排放量則考慮運(yùn)輸過(guò)程和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的碳排放。王清洲，等[20]以運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用、碳排放量和綜合能耗作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

關(guān)于多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)模擬，部分研究采用啟發(fā)式算法，還有部分研究為提高運(yùn)算速度，采用混合算法，表1列出了近5年在多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化問(wèn)題的代表性文獻(xiàn)，介紹了各研究的研究目標(biāo)、模型類型、算法類型以及參數(shù)選取。

表1 多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化的相關(guān)文獻(xiàn)

根據(jù)上述分析，本文認(rèn)為基于碳減排的多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化未來(lái)的研究方向有：為了使研究的問(wèn)題更加符合實(shí)際，可以考慮時(shí)間和需求的隨機(jī)不確定性[36]來(lái)建立模型；模型參數(shù)除了運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間、轉(zhuǎn)運(yùn)成本和碳排放量外，還可以選擇懲罰成本以及風(fēng)險(xiǎn)成本；求解算法方面，考慮求解效率高的混合算法。

2 基于價(jià)格和政策引導(dǎo)的碳減排研究

政府可以通過(guò)價(jià)格和政策引導(dǎo)進(jìn)一步促進(jìn)碳減排。

2.1 價(jià)格引導(dǎo)

為滿足碳排放需求，更多的托運(yùn)人傾向于選擇較為環(huán)保的運(yùn)輸服務(wù)，但難以承擔(dān)更高的運(yùn)輸費(fèi)用，因此，可以通過(guò)價(jià)格引導(dǎo)，有效促進(jìn)托運(yùn)人選擇更具優(yōu)勢(shì)的鐵路運(yùn)輸[10]，從而實(shí)現(xiàn)碳減排。

當(dāng)前，我國(guó)鐵路貨運(yùn)已進(jìn)行市場(chǎng)化改革，推行以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的定價(jià)機(jī)制是必然趨勢(shì)[37]。文獻(xiàn)[38]介紹了鐵路運(yùn)輸定價(jià)策略與收益管理的研究和應(yīng)用，指出基于運(yùn)輸政策的市場(chǎng)定價(jià)可有效調(diào)節(jié)供需平衡，提高多式聯(lián)運(yùn)的利用率。馮芬玲，等[39]利用博弈理論對(duì)公路和鐵路的競(jìng)爭(zhēng)行為進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)品可替代性強(qiáng)且在雙方均不改善服務(wù)質(zhì)量的情況下，只進(jìn)行價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)時(shí)可以達(dá)到納什均衡。張夢(mèng)迪[40]表示針對(duì)不同的細(xì)分市場(chǎng)，鐵路需要差異化使用價(jià)格策略和服務(wù)質(zhì)量策略。張曉晴[41]認(rèn)為運(yùn)輸成本主要取決于所使用的生產(chǎn)過(guò)程和該生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)營(yíng)效率，因此，運(yùn)價(jià)制定與運(yùn)輸組織應(yīng)當(dāng)集成優(yōu)化。另外，文獻(xiàn)[42]提出貨物運(yùn)輸?shù)耐獠砍杀緫?yīng)通過(guò)實(shí)際的定價(jià)政策計(jì)算費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的貨運(yùn)系統(tǒng)。2017年，中國(guó)鐵路總公司制定了新的鐵路貨運(yùn)進(jìn)款清算辦法，構(gòu)建貨運(yùn)需求的價(jià)格反應(yīng)函數(shù)，在準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)貨運(yùn)量的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)的價(jià)格調(diào)整機(jī)制[43]。

根據(jù)上述分析，本文認(rèn)為基于價(jià)格引導(dǎo)的多式聯(lián)運(yùn)碳減排未來(lái)的研究方向有：為了引導(dǎo)托運(yùn)人選擇低碳排放的運(yùn)輸方式，運(yùn)輸企業(yè)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性定價(jià)時(shí)，可考慮市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、運(yùn)輸成本、客戶滿意度等因素，結(jié)合貨運(yùn)量，采用動(dòng)態(tài)定價(jià)方式，制定科學(xué)合理的運(yùn)輸價(jià)格。

2.2 政策引導(dǎo)

針對(duì)碳減排，每個(gè)國(guó)家都制定了減排政策，如強(qiáng)制碳排放、碳稅、碳交易、碳補(bǔ)償?shù)龋煌ㄟ\(yùn)輸行業(yè)作為全球碳排放的主要來(lái)源之一，與這四種政策息息相關(guān)。通過(guò)比較不同減排政策的碳排放量，發(fā)現(xiàn)碳補(bǔ)償、碳稅、碳交易和強(qiáng)制碳排放政策的減排力度逐步減弱[44]，碳稅與其他三種政策相比，管理成本較低，且可操作性強(qiáng)，被認(rèn)為是最有經(jīng)濟(jì)效率的減排政策。在這種背景下，針對(duì)多式聯(lián)運(yùn)碳減排，可結(jié)合碳稅政策進(jìn)行研究。蔣琦瑋，等[45]發(fā)現(xiàn)有公路運(yùn)輸參與的多式聯(lián)運(yùn)對(duì)碳稅值的變化比較敏感，因此在滿足時(shí)間窗限制的條件下，碳稅值的增大，有效引導(dǎo)多式聯(lián)運(yùn)承運(yùn)人選擇更加低碳的運(yùn)輸方案，如鐵水聯(lián)運(yùn)。陳雷，等[46]在引入碳稅機(jī)制的基礎(chǔ)上，對(duì)碳排放總量進(jìn)一步限制，獲得了更加符合國(guó)家碳減排政策倡導(dǎo)的優(yōu)化結(jié)果。崔娥英，等[47]對(duì)碳稅進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)了按碳排放量確定不同稅率的分段累進(jìn)稅率結(jié)構(gòu)，與不分段的情況相比，具有更好的減排效果。文獻(xiàn)[48]旨在通過(guò)同時(shí)優(yōu)化兩類碳減排政策來(lái)最小化系統(tǒng)的二氧化碳排放量。研究其他碳排放政策，發(fā)現(xiàn)合理結(jié)合強(qiáng)制碳排放等其他政策，不僅在價(jià)格靈活性和覆蓋范圍方面是全面的[49]，也可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸減排，提高鐵路、水路運(yùn)輸占比，促進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)普及[50]。根據(jù)上述分析，本文認(rèn)為基于減排政策的多式聯(lián)運(yùn)問(wèn)題未來(lái)的研究方向有：在研究多式聯(lián)運(yùn)碳排放成本及總成本問(wèn)題中，可考慮結(jié)合多種減排政策構(gòu)建約束條件；在研究碳稅等參數(shù)選擇的問(wèn)題中，可對(duì)碳稅值進(jìn)行靈敏度分析，綜合考慮選擇使碳排放量發(fā)生變化的臨界值點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在政府大力推進(jìn)運(yùn)輸模式轉(zhuǎn)移的背景下，碳排放較低的鐵路運(yùn)輸應(yīng)以提高運(yùn)輸質(zhì)量為重點(diǎn)，提升競(jìng)爭(zhēng)力，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向科學(xué)制定運(yùn)價(jià)，積極發(fā)展多式聯(lián)運(yùn)。

（2）由于多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，考慮時(shí)間和需求的隨機(jī)不確定性，可以使研究更符合實(shí)際；此外，考慮運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間、轉(zhuǎn)運(yùn)成本、懲罰成本以及碳排放成本的路徑優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸方式的有效銜接及良好的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，促進(jìn)碳減排。

（3）針對(duì)碳減排政策，需要進(jìn)一步研究碳稅等參數(shù)的選擇，繼續(xù)探討多種碳排放政策的組合對(duì)多式聯(lián)運(yùn)減排的影響，達(dá)到既控制碳排放又降低總成本的目的，使得研究結(jié)果更加貼合我國(guó)的現(xiàn)狀。