基于運輸結構優(yōu)化的交通碳減排研究及綜述

戴湘婷

摘? ?要：交通運輸行業(yè)是我國碳減排的重難點領域，隨著綠色交通、低碳運輸?shù)耐七M，對交通碳減排的研究方興未艾。基于此，綜述基于運輸結構優(yōu)化角度的碳減排研究現(xiàn)狀，主要包括運輸結構優(yōu)化定義與量化研究方法、運輸結構對于交通碳排放的影響、運輸結構的影響因素及優(yōu)化實現(xiàn)路徑等方面，并進一步梳理我國關于運輸結構優(yōu)化調整的實施情況，對運輸結構優(yōu)化研究方向做出展望。

關鍵詞：運輸結構；結構優(yōu)化；交通碳減排

中圖分類號：F503? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2024）01-0064-03

化石能源燃燒是致使碳排放量增長的主要原因，據(jù)IPCC第五次評估報告顯示，全球目前大約60%的石油消耗被用于交通運輸行業(yè)，交通運輸領域已經(jīng)成為化石能源消耗最多的行業(yè)。另外，國際能源署數(shù)據(jù)表示，交通運輸行業(yè)的碳排放量占碳排放總量的近1/4，是全球第二大碳排放行業(yè)。從我國現(xiàn)狀看，交通運輸行業(yè)碳排放約占碳排放總量的10%，已成為我國碳排放量最多的三大行業(yè)之一，是當前我國應對氣候變化、達成“雙碳”目標的重點關注領域。

我國地域遼闊，運輸體量巨大，擁有公、鐵、水、空、管道等多種運輸方式。2022年全國完成營業(yè)性貨運量506.63億噸、營業(yè)性客運量55.87億人，其中公路運輸占比分別為73.3%和63.5%。可見，公路運輸是我國當前最主要的運輸方式，承擔了我國運輸量的絕大部分。而公路運輸多以柴油車為主，碳排放成本較高，其單位周轉量的能耗和污染物排放遠高于鐵路和水路。據(jù)統(tǒng)計，我國交通碳排放量中公路約占74%、鐵路占8%、水運占8%、航空占10%。因此，運輸結構優(yōu)化調整是我國交通領域碳減排的有效實現(xiàn)路徑，也是國家政策改革及學者研究的重點關注領域。本文綜述了交通運輸領域結構性減碳策略相關概念、研究方法、結論與發(fā)展趨勢，可以為后續(xù)運輸結構優(yōu)化調整提供參考。

一、運輸結構優(yōu)化研究

（一）運輸結構定義

運輸結構是指運輸系統(tǒng)的組成結構、市場布局，以及各個子系統(tǒng)、環(huán)節(jié)、單元、要素等在整體中的存在狀態(tài)、份額比例、相對地位等，反映了交通運輸業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局與技術發(fā)展水平，同時也可以體現(xiàn)交通運輸業(yè)在國民經(jīng)濟中的發(fā)展情況[1]。從不同分析角度，運輸結構描述的范疇不同。

1.宏觀層面上，運輸結構用以反映交通運輸行業(yè)在國民經(jīng)濟系統(tǒng)中的地位與作用，可以用交通運輸行業(yè)增加值來表示。

2.中觀層面上，運輸結構描述的范疇是運輸系統(tǒng)內部，主要是指各種運輸方式（公路、鐵路、水運、航空和管道等）的市場布局、相對地位，一般用各運輸方式的份額比例、構成關系表示。

3.微觀層面上，運輸結構則用以反映運輸子系統(tǒng)的內部要素構成、相對比例關系。考察的是不同運輸方式內部的環(huán)節(jié)與構成要素情況。

（二）運輸結構量化

一般地，政策及研究中所提到的運輸結構多指中觀層次運輸結構，即各種運輸方式在整個運輸市場中所占的比例份額。其量化表達方法主要有多維向量和信息熵兩種。

1.多維向量。設運輸系統(tǒng)中共有n種運輸方式，用A■表示每種運輸方式的運輸分擔量（i=1，2，...n），則每種運輸方式所占的市場份額為pi=■=■（i=1，2，...n），0≤pi≤1。則運輸結構可以表示為S=（p1，p2，...pn），其中市場份額A■可以用實際運輸量、換算周轉量等來表示。

2.信息熵。熵值概念源于物理學，用于描述系統(tǒng)狀態(tài)的混亂和無序程度，后來被C.E.Shannon用來描述信息理論中信源的不確定程度。信息熵理論的基本概念則來源于信息通訊系統(tǒng)和統(tǒng)計理論，利用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的方法研究信息傳輸和處理系統(tǒng)中的規(guī)律。將信息熵引入運輸結構描述時，可以用熵值大小來綜合反映運輸結構的均衡程度，熵值越大，說明運量在各個運輸方式上的分布越均衡[2]。

用H（p）表示運輸結構信息熵，H（p）=-■■pilogpi（0≤H（p）≤logn）。

（三）運輸結構優(yōu)化

運輸結構優(yōu)化調整一般指將運輸量從碳排放污染高的運輸方式轉向碳排放低的運輸方式。實踐與研究充分表明，公路運輸帶來的碳排放顯著高于鐵路運輸和水路運輸，鐵路、水路運輸?shù)膯挝回浳镏苻D量能耗分別約為公路的1/7和1/14[3]；同時，公路單位周轉量的經(jīng)濟產(chǎn)出低于鐵路和水運。因此，當前在運輸結構優(yōu)化實施方案上以“公轉鐵”“公轉水”為主，以提高轉運效率為目標的“多式聯(lián)運”“同步運輸”等方案也是運輸結構優(yōu)化重點方向。

二、運輸結構對交通碳排放的影響研究

目前，對于交通碳排放影響因素的研究多采用IPAT模型、STIRPAT模型、回歸模型、對數(shù)平均迪氏指數(shù)（LMDI）分解法、VAR模型等方法，主要從經(jīng)濟水平、技術進步、人口規(guī)模等三個角度進行影響因素選取。運輸結構在分析中一般作為技術進步維度的描述指標，常用的分析方法有理論分析法、案例分析法、系統(tǒng)分析法、情景模擬法等。

陳淑玲等在總結梳理各國運輸結構調整政策經(jīng)驗的基礎上，發(fā)現(xiàn)將運輸量從公路轉向鐵路是降低公路運輸污染排放的關鍵，也是各國常用的交通碳減排策略之一[4]。許暢然結合FSO理論和效率理論等理論分析方法，建立面板數(shù)據(jù)回歸模型，探究貨運結構對貨運碳排放效率的影響[5]。其研究結論顯示，貨運結構的均衡度對碳排放效率具有顯著負向影響，且存在區(qū)域異質性。Lin和Wang從運輸結構優(yōu)化和運輸方式轉變兩個角度探究我國運輸結構調整的碳減排效果，結果表明，交通結構優(yōu)化使碳排放減少12.70%，且西部地區(qū)運輸結構優(yōu)化的碳減排效果最大，其次是中部和東部地區(qū)[6]。林秋風總結分析了中國運輸結構的發(fā)展現(xiàn)狀，基于系統(tǒng)動力學分別建立公、鐵、水、空四個仿真子系統(tǒng)，探究各個系統(tǒng)下的因果反饋情況，在此基礎上建立貨物運輸總系統(tǒng)，采用情景預測法，對不同情景下的碳減排效果進行仿真預測[7]。王靖添等對中國旅客運輸和貨物運輸?shù)男枨罅窟M行預測分析，采用情景模擬法，設定不同運輸結構與交通技術進步的情景，對交通碳減排潛力進行模擬預測，情景預測結果顯示運輸結構優(yōu)化下的交通碳減排效果更佳[8]。孫佳等基于STARPAT模型和熵權-Topsis法構建求解2030年碳達峰目標下的最佳運輸結構，優(yōu)化后的運輸結構與當前運輸結構相比，同等運輸周轉量下能源消耗量可以30.45%[9]。

三、運輸結構優(yōu)化路徑研究

關于運輸結構優(yōu)化路徑的研究，由于切入角度、分析層面的不同，“多式聯(lián)運、運輸路徑選擇、運輸模式轉移、貨物分擔率調整”等方面的研究都與之有所重疊。

在多式聯(lián)運研究方面，唐繼孟等基于隨機效用理論構建多式聯(lián)運產(chǎn)品分擔率的計算模型，量化分析不同類型政府補貼政策對于公鐵聯(lián)運分擔率的影響[10]。李曉東等在構建東北地區(qū)集裝箱多式聯(lián)運優(yōu)化模型時，設計5種情景進行求解，并利用敏感性分析，研究公路單位運價和碳排放對于整體運輸系統(tǒng)的影響[11]。

在運輸路徑選擇方面，陳雷以碳稅成本作為碳排放成本描述指標，建立碳排放成本目標函數(shù)，以運輸時限、運輸完成量、碳排放總量為約束條件，構建公鐵聯(lián)運下路徑及運輸方式的選擇優(yōu)化模型[12]。于雪嶠等從客戶感知效用出發(fā)，將綜合代價量化為廣義費用，其考慮角度兼顧經(jīng)濟性、準時性、快速性、環(huán)保性等因素，用Logit模型的概率輸出結果作為客戶選擇某一運輸方式的效用感知、偏好[13]。以具體路線的具體車型為例，采用靈敏度分析，研究公路、鐵路運價和專用線費用、裝卸費用、到時兌現(xiàn)率等因素對于不同運距下的鐵路貨物分擔率的影響。康祿等從貨主角度出發(fā)，考慮公路、鐵路、水路三種運輸方式的選擇，并以成本最小化為決策目標，以時間成本、碳排放成本作為約束條件，采用模糊期望法對建立的運輸組織優(yōu)化模型進行求解。研究結果顯示通過優(yōu)化運輸方式選擇可以減少整體運輸碳排放量[14]。

在運輸結構影響因素研究上，張汝華等從社會和經(jīng)濟兩個維度選取人口、人均GDP、全社會固定資產(chǎn)投資額、第一產(chǎn)業(yè)總值、第二產(chǎn)業(yè)總值、第三產(chǎn)業(yè)總值等7個指標作為分析山東省貨運結構演變的影響因子[2]。吳琴等聚焦港口集運的運輸結構，對比其他國家情況分析，認為我國港口集運的鐵路占比太低[15]。馮文波從宏觀、中觀、微觀三個層面綜合分析了我國交通運輸結構的變化特征，認為我國目前的運輸結構存在一定的失衡，并從市場替代、能力短板、運輸比價、運到時限、服務質量、聯(lián)運不暢等6個方面對運輸結構失衡影響因素進行了解析[16]。

另外，各種運輸方式之間也存在著相互影響效應，趙南希等認為，鐵路運量的波動會對公路運輸需求產(chǎn)生影響，同時公路運輸價格在一定程度上會隨之波動[17]。而李紅娟等通過VAR模型分析，認為公路貨運量受水運情況影響較大，同時鐵路貨運量受公路貨運影響大于水運，且公鐵貨運之間存在著短暫的競爭關系[18]。

總體來看，運輸結構優(yōu)化的實現(xiàn)，一方面要依賴于供給側的深化改革，如加大鐵路、水路基礎設施的投資建設、提升服務管理水平；另一方面，也要考慮需求側的用戶偏好，推進消費側個人碳減排。

四、發(fā)展趨勢

我國自2018年提出運輸結構調整政策方案以來，在總體布局上以大宗貨物、中長距離貨物運輸為主要抓手，以“公轉鐵”“公轉水”為運輸結構調整主攻方向，以加快鐵路專用線、封閉式皮帶廊道、港口、物流園區(qū)建設為項目建設重點。目前，行動方案實施初顯成效，大宗物資及中長距離運輸“公轉鐵”“公轉水”有序推進，公鐵、鐵水、空鐵、公水等聯(lián)運等綜合運輸體系逐步發(fā)展。但研究顯示，我國運輸結構存在不均衡性，特別是中西部地區(qū)水運發(fā)展條件不足、結構調整方案單一，短期內運量轉移有限、長期增量難以保持。2022年1月，國務院辦公廳印發(fā)《推進多式聯(lián)運發(fā)展優(yōu)化調整運輸結構工作方案（2021—2025年）》，要求“十四五”期實現(xiàn)集裝箱鐵水聯(lián)運運量規(guī)模年均增速15%以上，重點區(qū)域運輸結構顯著優(yōu)化。從長遠發(fā)展角度來看，運輸結構調整的推進仍然任重道遠。

當前，基于管理性減碳策略的供應鏈管理改革和基于技術性減碳策略的清潔能源研發(fā)都在踏入高速發(fā)展后逐漸趨于成熟，而結構性減碳策略的優(yōu)化實施途徑尚未有可復制的成熟方案。一方面，取決于不同地區(qū)的運輸稟賦條件有所差異，如港口數(shù)量、大宗物資運輸需求量等因素；另一方面，不同運輸方式的投資回報周期不同，建設改革成果的顯現(xiàn)具有一定的滯后性。因此，對于結構性減碳策略的背后具體實現(xiàn)途徑的研究有待豐富。

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