以博弈論和經濟學視角分析交通擁堵問題

蔡龍飛，孫振宇，呂海利（武漢理工大學 物流工程學院，湖北 武漢 430080）

0 引言

隨著城市居民出行需求的日益增大，使得道路資源對車輛的供給也應隨之增加。但由于受到資金、土地和空間的制約，城市道路的建設發展遠遠落后于城市交通需求，由此致使的供需不平衡造成了嚴重的交通擁堵問題。此外，城市交通引發了日趨嚴重的環境污染、能源浪費和交通事故頻繁，從而導致了整個城市交通運輸效率下降，城市經濟和居民生活受到嚴重的制約。

為了解決城市交通擁堵這一難題，人們采取了各種措施方法。本文是從博弈論及微觀經濟學的角度，分析了道路交通的一般特點及其擁堵原因，最后對改善交通擁堵提出幾點可行性的措施。

1 以博弈論視角分析擁堵問題

1.1 囚徒困境模型分析。囚徒困境是指兩個被捕的囚徒之間的一種博弈，解釋了為什么合作對雙方都有利時，保持合作也是困難的，具體內容如下。

警方逮捕了甲、乙兩名嫌疑犯，但沒有足夠的證據證明二人有罪。于是警方分開囚禁兩名嫌疑犯，分別和二人見面，并向雙方提供以下相同的選擇：若一人認罪并作證指證對方犯罪（即背叛對方），而對方保持沉默，此人將即時獲釋，沉默者將判監10年。若二人都保持沉默（即雙方合作），則二人同樣判監1年。若二人都互相檢舉（互相背叛），則二人分別判監8年[1]。如圖1所示。

圖1 囚徒困境模型圖

從上圖的四種行動選擇組合中，我們可以看出（沉默、沉默）是帕累托最優的，“背叛”是任一犯罪嫌疑人的占優戰略，而（背叛、背叛）是一個占優戰略均衡。

1.2 貿易戰模型分析。貿易戰博弈是指任何一個國家在國際貿易中都面臨著保持貿易自由與實行貿易保護主義的兩難選擇。例如，A國試圖對B國進行進口貿易限制（提高關稅等），則B國必然會進行反擊，也提高關稅，結果造成兩敗俱傷的局面。反之，如果A國和B國能進行合作，即從雙贏的原則出發，雙方都減少關稅限制，使得大家都能從貿易自由中獲得最大利益，并且也增加全球貿易的總收益。

囚徒困境模型與貿易戰博弈模型都屬于博弈論中的非零和博弈，表明個人最佳選擇并非團體最佳選擇。在城市交通領域，由于私人小汽車無限制的發展，造成了整個城市，特別是中心城區的交通擁堵，甚至癱瘓。無可置疑的是大多數人在出行時都會選擇使用私家車，而不是公共交通，因為人們都想使自己的利益達到最大化，即均想以最快的速度到達目的地，使得公共資源供不應求。這就直接導致了道路資源供給有限的情況下需求的無限增長，結果造成交通擁堵現象。

2 以經濟學視角分析擁堵問題

2.1 城市道路的公共性分析。公共產品是指既不具有非競爭性也不具有排他性的物品。其非競爭性是指某人對公共物品的消費并不會影響別人同時消費該產品及其從中獲得效用。所謂非排他性，是指某人在消費一種公共物品時，不能排除其他人消費這一物品或者排除的成本很高。根據滿足基本特征條件的不同，公共產品又分為純公共產品和準公共產品[2]。

城市道路是具有非競爭性和不充分的非排他性的準公共產品。由于受路面寬度的限制，車輛在道路上行駛時，就阻止和排斥了其他車輛同時占有這一路段，因而公路的非排他性是不充分的。同時，公共道路又具有非競爭性，因為公共道路上車輛行駛的速度并不決定某人的出價，出價的高低無法阻止擁堵問題。

從微觀經濟學視角來看，城市道路作為一種準公共物品，通常由國家政府投資建設。一般情況下，每個人可以選擇任何時間在任何一條道路上行車，其所支付的只是時間成本而已[3]。由此可見，城市道路擁擠一方面是因為人們都想進行公共產品的消費，但卻沒有支付公共產品的生產成本，更沒有維護公共物品這一意識的行為所導致的。這也符合經濟學中人都是“合乎理性的人”這一假設，即每一個從事經濟活動的人所采取的經濟行為都是力圖以自己最小的經濟代價去獲得自己最大的經濟利益。

另一方面，城市交通需求的特性致使非高峰時段與高峰時段的車流量相差巨大，后果則是非高峰時段道路資源閑置，高峰時段供給不足而導致過度擁擠。資源的閑置導致效率的下降，過度擁擠產生了巨大的時間成本從而影響了利益的增長，這使得城市交通更加不可能達到最大的經濟效益。

2.2 交通擁堵的外部性分析。被譽為“經濟學界的最后一個通才”的薩繆爾森將外部性定義為：企業或個人向市場之外的其他人所強加的成本或效益[4]。這里主要是指城市道路的擁擠狀況，道路交通擁堵產生了以下兩種外部成本：一是擁擠費用，每個車輛行駛者對其它車輛行駛者所產生的費用，包括因相互間的干擾而造成的時間延誤費用的增加。二是損壞路面費用，排放廢氣、鳴笛、損壞路面等方面的環境污染費用。例如，零點研究咨詢集團、北汽福田汽車股份有限公司、新浪網在2010年1月聯合發布的《2009福田指數——中國居民生活機動性指數研究報告》[5]中指出：在各調查城市中，北京的擁堵經濟成本為335.6元/月，依然居各城市之首，每月造成的經濟損失高達57億元，這還不包括交通擁堵造成的環境代價。由此可見城市道路的外部性也是交通擁堵的一方面原因。

車輛行駛造成的尾氣排放、鳴笛聲、交通事故等，都會影響其他車輛的行駛以及增加了環境污染程度，這些成本需要全社會共同承擔，其外部性的產生必然影響到資源的優化配置。城市道路的公共性和稀缺性必然會導致城市道路使用外部性問題的產生，要實現帕累托最優就要使邊際個人成本等于邊際社會成本或者邊際個人收益等于邊際社會受益，但外部性的存在意味著兩者不會相等，使得道路資源的配置效率不能達到最優，從而促進了城市交通擁堵。

3 目前解決措施弊端

目前多種措施已被實施或倡導，以嘗試緩解或解決交通擁堵及由此而衍生的社會負面效應如環境污染、交通事故、城市噪音等問題。有些方法非常見效，而有一些的作用則很有限或者非常短暫。以下是對社會已經實施或倡導試行的解決措施進行了分析評價。

3.1 尾號限行措施。尾號限行，在短期內似乎確實緩解了交通擁堵，改善了空氣質量，但其效果卻無可持續性。以北京市為例，據北京市交管局信息證實，同2008年尾號限行實施以及2009年4月尾號限行新政開始實施時相比[6]，至2009年5月27日為止，尾號限行方案治堵效果正逐月下降，但與此同時還有其不足之處。

例如，在短期內，尾號限行的確能使交通變得順暢，于是越來越多的人去買車，然而那些必須用車的有錢人則會買幾輛車，幾個號換著開。這樣使得很大一部分資源的使用就會被停置，形成了一種潛在的浪費。

3.2 征收擁堵費。在1920年，英國劍橋大學經濟學家A.C.Pigou教授認為交通擁堵產生了外部成本[7]，并提出了“擁堵定價理論”，想利用價格機制來使駕車人充分意識到他們的一些行為所造成的影響，并且在新加坡和倫敦等地的實踐頗有成效，但尚存一些問題需要分析與解決。

第一，交通擁堵是個非常復雜的社會現象，要把理論收取交通費用的方案付諸實踐并不容易。首先，擁堵定價理論并沒有考慮收費的成本。其次，收費標準也很難確定，不同時間或路段的社會邊際成本都不一樣。因此，此舉措很難實現，即使實現也不可能達到理論上的帕累托最優。

第二，征收擁堵費會造成更多社會不公。對道路擁堵定價時，道路的使用則取決于使用者的能力，從福利經濟學的角度看，這會影響社會福利的產生[8]。比如，政府官員坐的是公車，其一切費用都能報銷，并且有錢人也不會在乎交一些擁堵費，而真正減少的可能只是普通百姓的出行頻率。以宏觀的角度來看，百姓納稅修建的道路，完全變成了官員和有錢人的專用車道，擁堵問題沒有解決，反而造成了更多的社會不公。

3.3 增加交通供給設施。許多城市為解決擁堵問題采用大力建設高架橋、地下通道等基礎設施的措施。然而，對于交通而言，它的供給和需求關系不再向微觀經濟學里的那樣簡單明了。

亞當斯在深入研究西方國家城市交通現象的基礎上提出了著名的亞當斯交通定律：交通需求總趨向于大于交通供給[9]。其原因是因為新的道路基礎設施可以縮短人們的出行時間，能在一定程度上暫時緩解了交通擁堵問題，但這種寬闊、便捷的道路條件將很快會吸引新的交通量，使得道路交通經過一段時間后又恢復到原來的擁擠水平，甚至達到更為嚴重的擁擠程度，即所謂的城市交通“魔鬼循環”。因此，單純通過增加道路基礎設施建設以擴大交通供給是無法從根本上解決城市中心交通擁堵問題的。

4 解決方案

基于以上以博弈論與微觀經濟學的視角對交通擁堵問題的分析，以及對當今解決措施弊端的說明，以下則是解決交通擁堵問題的幾種可行性方案。

4.1 限制小轎車在市區的使用量。政府投入巨額資金修建的道路設施，卻被占總人口不到20%的小汽車和出租車使用者占用，無論從路權分配來看，還是從社會公平的角度來講，都極不公平。目前，發達國家的不少城市都意識到，解決交通堵塞，最重要的是限制小轎車的使用量而非擁有量。我國可以向紐約那樣，私車一律停放在市郊，開車人換乘地鐵或火車進入市區，再乘公交或出租車去上班，這樣便大大疏解了交通壓力。

4.2 降低出租車的空載率。出租車的全天候行駛，導致一輛出租車的動態幾乎相當于十輛其他車。目前長沙出租車的空載率已經超過50%，北京出租車的平均空載率達到40%[10]。這種資源閑置的現象，導致了運輸效率的降低。

為解決此問題首先應減少運營時間。可以通過地方法規根據地方現狀強制規定出租車進行輪休來改善，這樣既有利于出租車司機的身體健康，又可以提高交通運輸效率，同時也有利于交通擁堵問題的緩解。比如對北京而言，如果按每周輪休一天計，整個城市的出租車就可減少六分之一，即減少一萬多輛上路的出租車。其次，應降低起步費。2013年6月6日上午，北京市發改委、市交通委網站發布了《關于調整本市出租汽車價格有關事項的通知》[11]，按照通知，新的出租汽車價格為3公里以內13元，基本單價每公里2.3元。燃油附加費每運次1元。這樣的價格無疑比公交地鐵等公共交通高了幾倍，為了提高出租車的空載率，就應該減少其起步價。從微觀經濟學的角度來看，合理地降低產品的價格，可以使增加供給者的利益和需求者的效用，除此之外，這樣既可與公交展開競爭，促使公交系統的整合提速，又可吸引開私家車的居民在短途出行時改乘出租車，從而減少交通總量，緩解交通擁堵。

4.3 建立軌道交通接運公交最優線路模型。除了公交車外，城市軌道交通是也緩解交通擁堵的有效手段，因為地面上的資源有限，所以要開發地下資源來滿足需求，比如地鐵的建設。但是，國內許多城市的地鐵線路極少，對城市客流吸引不夠。為解決此問題，需要通過公交接運來輔助實現軌道線路的客流聚集效應[12]。

建立二者結合模型時，應以站點的覆蓋率，非直線系數，運營成本和線網的密度、線路最佳長度、重復率為決策變量，整體客運系統的運輸效率為最大目標，使用相應的算法設立公交地鐵站，修改原有線路或增加新的線路，是其運輸效率達到最佳。

4.4 錯開上下班時間。由以上對城市道路的公共性分析可知城市交通需求的特性使得非高峰時段與高峰時段的最優交通量相差很大，造成非高峰時段道路資源閑置，高峰時段供給不足而導致過度擁擠。所以應在時間上分散交通需求，這樣既能緩解交通壓力 ,也提高交通效率。因此，相關部門應當制定政策，對于人群數量較大的企業或其他公共機構，錯開上下班時間。比如教育機構中的小學或初高中可以提早上課與放學時間，從而緩解學生與其他人爭奪公共資源而導致的交通堵塞問題。

4.5 以系統的視角進行合理的城市規劃、道路規劃。在解決許多問題時，我們不能只看其內在的元素，很多時候應該以系統的視角看問題，就像解決物流里面運輸與存儲之間的效益背反問題一樣，應該力求使整個系統的效益達到最優而不是單個子系統的最優[13]。所以，對于交通運輸系統，只有科學組織道路交通，充分發揮現有交通網絡的通行效能才能解決當前的交通擁堵問題。

一個城市在未來一定時間的發展規劃應該規范且詳細，而不是經常進行大的調整與修改，并且在道路規劃方面應該給城市的道路留出一定的擴展空間來滿足未來的潛在交通需求。眾所周知，城市經常出現新路修了不久屢屢“開膛破肚”、施工挖斷管線使數千居民斷水停氣等問題，也造成了交通擁堵現象。造成的原因就是最開始就沒有以系統的眼光、以長遠的眼光看待這一問題。對此，2012年武漢市政府頒布了《武漢市城市管線管理辦法》[14]規定，新修道路必須與地下管線同步施工，新（改、擴）建設道路，5年內不得開挖，大修道路3年內不得開挖。這一措施大大降低了公路被挖掘率，也使得的交通擁堵問題有所改善，很值得其他城市效仿。

4.6 加強交通信息化智能化建設。恩格斯曾指出：“在馬克思看來，科學是一種在歷史上起推動作用的、革命的力量。”這句話在任何時候都不失其內涵，在科學技術發達的今天，我們應提高交通管理的科技含量，運用計算機網絡技術，來管理城市交通。例如，采用快速公交系統（BRT），BRT是利用現代化公交技術配合智能交通和運營管理，開辟公交專用道路和建造新式公交車站，實現軌道交通運營服務，達到輕軌服務水準的一種獨特的城市客運系統。快速公交系統采用先進的公共交通車輛和高品質的服務設施，通過專用道路空間來實現快捷、準時、舒適和安全的服務。

5 結論

文章通過博弈論中囚徒困境和貿易戰博弈這兩種非零和博弈模型分析了交通擁堵的原因是人們過分的追求個人利益最大化，再用微觀經濟學的知識分析了造成交通擁堵的另一方面原因是城市道路自身的特性（公共性和外部性）。然而，不可否認的是每個人都有出行自由，所以不能強制性的要求每個人都使用公共交通，對于這一點只能進行倡導。最后分析了一些措施的弊端，并在小轎車、出租車、公共交通等六個方面提出了一些解決方案，而這些方案均具有可用性和有效性。

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