中國ESDPM模型及其在交通需求預測中的應用*

劉嘉 陳文穎 劉德順

(1.清華大學公共管理學院，北京 100084;2.清華大學能源環境經濟研究所，北京 100084)

2008年中國終端能源消費的部門構成中，交通運輸只占總量的 7.8%［1］，而世界的平均水平為27.5% ，OECD國家交通運輸甚至長期占據總量的三分之一以上［2］。這固然有統計口徑不同的原因，但更主要的是因為中國正處于工業化的初中期階段，工業部門仍是社會經濟的主要耗能部門，所以交通運輸部門的占比還低。但90年代以來，比重一直呈上升趨勢，尤其是近幾年來私人小汽車保有量的成倍增長，給城市交通、能源供應和環境保護帶來了嚴重挑戰。未來隨著城市化進程的持續發展和人均收入的不斷提高，交通運輸周轉量將保持較快的增長速度，在終端能源消費的比重也將會朝著國際趨勢不斷發展，使交通需求預測成為一個重要的研究課題。

已有交通需求預測研究表明，客運和貨運周轉量分別與居民收入和經濟發展呈正相關關系，而小汽車擁有率將隨著人均 GDP 的不斷增長，呈現出“S”型增長關系［3－5］。本文正是基于交通運輸部門未來的發展特點及其在整個終端能耗局面中的重要性，應用集合模型方法建立并應用中國能源服務需求預測模型(Energy service demand projection model，ESDPM)，對未來中國的客運和貨運周轉量以及小汽車保有量進行了預測，并與其他國家和地區及相關研究進行了比較，最后展開關于這個問題的討論和總結。

1 中國ESDPM模型概述

中國ESDPM模型是一個包括一系列應用步驟的預測模型體系。通過設定判斷步驟和檢驗程序，使其既可對小汽車保有量等予以飽和水平考慮，又能合理適當地應用傳統模型方法預測，其模型框架結構進行如圖1所示。

1.1 ESDPM模型設計思路

在預測客運和貨運周轉量時，可使用傳統計量經濟模型方法，如回歸分析、時間序列分析和彈性系數法等。為使預測模型方法更加系統，本文將以上各種模型方法統歸于傳統需求預測模型(Traditional demand projection model，TDPM)。而由于小汽車擁有率將呈現出“S”型增長關系，須對其予以飽和趨勢考慮，這就使具有飽和水平限制的模型得到了極大關注。在機動車預測中得到很大應用的Gomperta模型正是一種具有飽和水平限制的模型，其模型方程［3］如式(1)所示，Dargey和Gately用此模型研究過世界范圍內的小轎車擁有率情景以及收入的影響程度［7－8］。另外，還有采取“S”型方程研究機動車擁有率與收入關系的類對數模型等。本文將Gomperta模型等歸于具有飽和水平限制的預測模型(Saturation limit projection model，SLPM)。

圖1 中國ESDPM模型結構框架圖［6］Fig.1 China Energy service demand projection model

其中:V是機動車擁有率，GDP為人均收入，γ為機動車擁有率飽和水平，α和β是曲線相關參數，一般為負值。

基于如上設計思路和各種運輸方式未來變化趨勢的特點，本文把SLPM模型和TDPM模型統一納入到中國ESDPM模型，并對未來客運和貨運周轉量及小汽車保有量進行了預測。

1.2 ESDPM模型運行步驟

由模型設計思路和結構框架圖可見，應用模型預測交通需求時將按照如下3個步驟進行:第1步為判斷和選擇，即根據各種運輸方式發展歷程和特點，結合OECD國家的歷史經驗，判斷預測對象是否具有飽和趨勢從而選擇相應預測模型;第2步為模型運算，確定模型驅動量，SLPM模型還需根據中國和OECD國家的歷史數據選擇人均飽和水平，輸入基本假設，輸出預測結果;第3步為確定和檢驗，即將預測結果與發達國家發展歷程進行比較，確定最終預測結果并檢驗其合理性。

2 模型運算的相關假設

本文根據對未來人口和經濟增長等基本假設，應用1978年到2008年的歷史數據，預測了客運(包括鐵路、公路、水運和航空)和貨運(包括鐵路、公路、水運、航空和管道)未來一直到2050年的交通周轉量及小汽車保有量。模型運算的相關假設如下:

2.1 經濟和社會發展假設

根據近幾年的真實數據以及相關預測假設未來經濟和社會發展如表1所示:其中，人口將在2035年左右達到頂峰14.7億，GDP增長率指每10年間的年均增長率。

表1 未來經濟和社會發展假設Tab.1 Assumptions for future economic and social development

2.2 客運交通相關假設

本文對客運周轉總量及其各分量進行預測①本文提到的客運周轉量如非特別說明均為不包括小汽車出行的運輸周轉量。。為保證各運輸方式占比及分量之和與客運周轉總量協調一致，需對某個分量進行假設。由于水運是客運占比最低的運輸方式，本文參考了水運周轉量的歷史數據。1978年到2008年，水運客運周轉量年均降低1.75%，與此相應地，其占比也從1978年的5.77%持續下降到2008年的0.26%，年均下降9.88%。據此，本研究假設未來水運客運周轉量占比仍將以此速度持續下降，2050年其占比將下降到0.15%。

2.3 貨運交通相關假設

同理，在對貨運交通進行預測時也需進行假設。由于航空是貨運占比最低的運輸方式，本文將對其占比進行假設。1978－2008年，我國航空貨運周轉量年均增長率高達17.41%。相應地，航空貨運占比也從0.01%逐漸攀升至0.11%。但相對于其他運輸方式及其他國家貨運占比情況，我國航空在貨運周轉量的占比還很低。以國土面積與中國相當的美國為例，美國的航空貨運周轉量占比基本保持在0.4%左右。未來，中國將逐漸成為全球性的國際集裝箱航運中心。據此，本研究假定我國2050年航空貨運占比也將達到0.4%，2005年到2050年該占比將以3.17%的速度持續上升。

3 模型的結果與討論

3.1 客運周轉量的預測結果

根據模型得到未來客運周轉量如圖2所示，選取小汽車飽和水平為0.35－0.5，得其保有量預測結果如圖3所示。

圖2 客運周轉量預測結果Fig.2 The projection of passenger transport

圖3 私人小汽車預測結果Fig.3 The projection of private cars

結果顯示，2005－2050年客運周轉量將以年均5.9%的速度增長，2050年將達到23.1萬億人·km，而小汽車保有量將隨著人均GDP增長，呈現出明顯的“S”型增長關系。根據發達國家的歷史經驗，當人均GDP達到1.5萬美元，千人小汽車擁有量為40以上［4］。Dargey和Gately也根據Gomperta模型和一些工業化國家的發展經驗，判斷小轎車擁有率飽和水平在 0.4 到0.7之間［7－8］。據本文預測，我國人均GDP將于2040年超過1.5萬美元，但考慮到中國是一個人口大國，且未來交通運輸的發展面臨著能源瓶頸和環境保護的雙重限制，因此本文選取小汽車擁有率的飽和水平為0.4，小汽車保有量在2035年達到5.8億輛，之后一直穩定在這一水平。

與同類研究相比，本文預測2030年客運周轉總量①因國家信息中心課題預測到2030年，本文僅對2030年的總量預測結果進行了對比。為9.6萬億人·km，而國家信息中心交通項目報告［9］中為6.2萬億人·km，發展改革委員會能源研究所課題組(以下簡稱能源研究所)預測為13.9萬億人·km［4］。這主要是由于統計口徑不同，國家信息中心僅預測了營運車輛，而能源研究所則涵蓋了包括非營運車輛及城市交通整個大交通范圍，而本文僅預測了小汽車的保有量未計入客運周轉總量。若假設2030年小汽車平均行駛里程為8000 km并平均載客1人，則可得2030年客運周轉總量為14.2萬億人·km，略高于能源研究所的預測。在客運結構占比方面，鐵路和水運在總量的占比中將逐漸下降，而公路和航空占比將迅速上升。

3.2 貨運周轉量的預測結果

根據ESDPM模型得到未來貨運周轉量如圖4所示。結果顯示，2005－2050年貨運周轉量將以年均5.1%的速度增長，2050年達到74.7萬億t·km。數據顯示，貨運周轉量相對GDP的彈性系數在1985－2005年間基本在0.5 －1.3 之間波動，平均值為0.81，2003 －2008 年這一系數為1.42，而未來該系數將逐漸下降到0.64。在貨運周轉量的結構占比方面，與客運周轉量類似地，鐵路和水運占比也將逐漸下降，而公路和航空占比將逐漸上升。

圖4 貨運周轉量預測結果Fig.4 The projection of freight transport

圖5 人均客運周轉量比較Fig.5 The comparison of passenger per capita

3.3 結果的檢驗與討論

可根據模型檢驗步驟，將模型結果的相關指標與發達國家的發展歷程進行比較，檢驗結果的合理性。本文將與OECD國家比較以下指標:人均出行距離，包括人均客運周轉量和人均航空里程、單位GDP的貨運周轉量及其相對GDP的彈性系數。

結果顯示，相比于其他國家和地區，我國人均客運周轉量雖處于較低的水平，但未來增長很快。由圖5可見，1978－2008年OECD國家的人均客運周轉量都呈緩慢增長的態勢［10］。其中，日本最低，美國最高，IEA的數值為IEA17個國家的平均值，中國的數值為2020－2050年每5年的預測值。而我國未來人均客運周轉量增速則顯著高于OECD國家。這是因為我國城市化率和三產比重較低，城市化進程滯后于工業化，而OECD國家在人均GDP的可比時期城市化率早已超過70%。因此，未來我國人均客運周轉量將快速增長，但由于國情和生活方式的差別，我國既不會保持在日本的較低水平，也不會像美國那么高。值得注意的是未來我國航空客運發展將更加迅速，人均航空里程將達到美國八十到九十年代的水平。據本文預測2050年我國人均航空里程為0.32萬km，美國八、九十年代這一數值在0.3－0.35之間;而人均客運周轉量將于2050年達到1.5萬km(包括小汽車則為1.7萬 km)，能源研究所預測值為1.9萬km［4］，相當于IEA國家現在的平均水平。

在貨運方面，OECD國家1990年到2004年間單位GDP的貨運周轉量(單位為)一直保持在一個平穩水平。其中，加拿大和澳大利亞最高，均在1以上，美國和IEA國家基本穩定在0.6和0.4左右，而日本僅為0.1 t·雖然我國單位GDP的貨運周轉量從1980年以來一直處于下降態勢，但即便如此，2005年該值仍高達3.6 t·km/。這說明我們用較高的貨運強度支撐了經濟的發展，這與我國“世界工廠”的特殊背景是相符合的。根據本文預測，未來隨著我國工業化進程的完成和服務業比重的逐漸提升，單位GDP的貨運周轉量將繼續下降，2050年這一數值將下降到2.3 t·km/，貨運周轉量相對GDP的彈性系數也將逐漸降低到2050年的0.64，如表2所示。

由表2可見，中美日三國貨運周轉量相對GDP的彈性系數均逐漸降低，公路在貨運總量的占比逐漸升高，總體趨勢上均比較一致。但我國與美國運輸更加接近，與日本相差較大，這也再次體現出交通與國情的高相關性。以公路占比為例，日本因國土面積狹小，貨運以公路和沿海海運為主，鐵路僅占5%左右，故而公路占比略高;而我國與美國幅員遼闊，公路周轉量和占比雖然不斷增加，但鐵路仍將在貨運中發揮重要作用，因此公路占比上升空間有限。值得注意的是，表中美日兩國貨運周轉量相對GDP的彈性系數是剔除了遠洋運輸的，且兩國在70－80年代經歷了兩次石油危機，因此該系數較低。

表2 貨運周轉量比較Tab.2 The comparison of freight transport

根據模型的檢驗和比較我們發現，雖然中國的客運和貨運周轉量與發達國家存在較大差距，但發達國家發展道路所體現出的特點，尤其是交通運輸與一些經濟增長指標的變化規律仍對我國具有很大的借鑒意義。但考慮到不同國家間國情的巨大差異，需對可比性進行甄別。由于日本的國土面積和經濟構成與我國有很大差異，本文認為我國與日本的可比性較低;在客運方面，由于生活和消費模式的顯著不同，我國與美國的可比性較差，而IEA國家可能是一個較好的參照;在貨運方面，考慮到其與國土面積的高相關性，我國與美國、加拿大和澳大利亞等疆域大國的可比性更高。

4 結論

交通運輸是未來我國能源需求預測中的一個關鍵部門。本文建立并應用中國ESDPM模型對交通運輸部門中客運和貨運周轉量以及汽車保有量進行了預測，并與其他國家和地區及相關研究進行了比較。結果顯示，2005－2050年中國的客運和貨運周轉量將分別以年均增長率5.9%和5.1%的速度增長，2050年將分別達到23.1萬億人·km和74.7萬億t·km。雖然未來我國客運周轉量增長速度顯著高于OECD國家，但我國人均出行距離仍將處于較低的水平，2050年時僅相當于IEA國家現在的平均水平;而單位GDP的貨運周轉量雖呈持續下降態勢，但與美國、加拿大和澳大利亞等疆域大的國家相比仍有不小的差距。小汽車保有量將隨人均GDP的發展呈現出明顯的“S”型增長關系，在小汽車擁有率飽和水平選取為0.4時，小汽車保有量將穩定在5.8億輛左右。

未來隨著我國城市化進程的持續發展和人均收入的不斷提高，交通運輸在終端能源消費總量的比重將持續升高。因此，合理預測未來的交通需求，為交通和能源規劃提供相關依據，對我國在快速工業化和城市化進程中轉變交通發展模式，加強交通節能減排具有著十分重要的現實意義。我國應在經濟和社會發展過程中，充分借鑒發達國家的歷史經驗，進行合理規劃，轉變發展方式，為邁上具有中國特色的低碳發展之路做好充分準備。

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