陳 群,李文峰,陳 哲
CHEN Qun1, 2,LI Wenfeng1, 2,CHEN Zhe1, 2
(1.福建工程學(xué)院 管理學(xué)院,福建 福州 350118;2.福建工程學(xué)院 建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化管理研究中心,福建 福州 350118)
(1.Management School, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, Fujian, China;2.Research Center for Management of Construction Industry Modernization, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, Fujian, China)
由于城市軌道交通具有公共屬性,運(yùn)營(yíng)投資額巨大,僅依靠票務(wù)收入難以維系城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的正常運(yùn)營(yíng),因而需要一定的政府財(cái)政補(bǔ)貼。然而,不合理的補(bǔ)貼與定價(jià)機(jī)制不僅加大了政府的財(cái)政壓力與公眾的選擇傾向性,還將造成運(yùn)輸效率大幅降低,無(wú)法充分彰顯其實(shí)際價(jià)值??梢?jiàn),城市軌道交通運(yùn)營(yíng)階段的補(bǔ)貼與定價(jià)問(wèn)題已成為制約其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素之一,研究博弈視角下的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼與定價(jià)問(wèn)題具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
現(xiàn)階段城市軌道交通運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼研究主要與政府考核機(jī)制和運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼機(jī)制相掛鉤。通過(guò)考核手段確保政府提供的財(cái)政補(bǔ)貼機(jī)制更為規(guī)范、高效,以提高運(yùn)營(yíng)公司的運(yùn)營(yíng)效率及服務(wù)水平[1-2]。除此之外,陳賢軍[3]分析得出基于行車(chē)公里數(shù)的補(bǔ)貼模式較為合理,但由于不同時(shí)段運(yùn)力水平不同、政府難以合理分析運(yùn)營(yíng)公司的實(shí)際運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀等原因,導(dǎo)致該補(bǔ)貼模式難以為繼。此外,運(yùn)營(yíng)定價(jià)與企業(yè)的資金管理密切相關(guān),其管理水平的高低直接影響企業(yè)的營(yíng)運(yùn)能力[4]。在運(yùn)營(yíng)定價(jià)研究中,動(dòng)態(tài)定價(jià)研究占據(jù)多數(shù)。Jong[5]發(fā)現(xiàn)不同定價(jià)將對(duì)乘客的出行方式選擇產(chǎn)生顯著影響,并提出了基于客流量的動(dòng)態(tài)定價(jià)模型。李靜、田貴超、易欣等[6-8]均針對(duì)公共交通的分時(shí)定價(jià)展開(kāi)研究。唐文彬等[9]研究了城市軌道交通與傳統(tǒng)公共交通之間關(guān)于定價(jià)問(wèn)題的合作博弈,并從城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司與乘客2個(gè)方面展開(kāi)分析,為城市軌道交通與傳統(tǒng)公共交通的定價(jià)機(jī)制優(yōu)化提供了一定的參考依據(jù)。
城市軌道交通的補(bǔ)貼與定價(jià)彼此間相互影響,存在極大的關(guān)聯(lián)性。在目前城市軌道交通補(bǔ)貼與定價(jià)研究中,針對(duì)二者的研究相對(duì)獨(dú)立,集成研究較為匱乏。為此,綜合考慮補(bǔ)貼、定價(jià)與客流量三者之間的關(guān)系,構(gòu)建政府與城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的Stackelberg微分博弈模型,并以福州地鐵為例進(jìn)行綜合分析,以進(jìn)一步完善城市軌道交通補(bǔ)貼與定價(jià)機(jī)制研究。
Stackelberg微分博弈模型可用于在時(shí)間連續(xù)的系統(tǒng)內(nèi),解決博弈過(guò)程中信息不對(duì)等的博弈雙方,在一方做出相應(yīng)決策的情況下,另一方根據(jù)對(duì)方?jīng)Q策情況進(jìn)行相應(yīng)決策的博弈分析行為,力求各自獨(dú)立、沖突的目標(biāo)最優(yōu)化,最終求得各參與者隨時(shí)間演變策略的納什均衡。
假設(shè) 1:城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司與政府為博弈的2個(gè)參與方。假設(shè)雙方在博弈過(guò)程中都保持理性狀態(tài),且在一定運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平下補(bǔ)貼與定價(jià)成功與否完全由博弈參與方?jīng)Q定,暫不考慮其他可能的影響因素。
假設(shè) 2:為保證研究的順利開(kāi)展,假設(shè)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司與政府間在一定程度上不存在信息不平衡的情況,即政府對(duì)于城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的服務(wù)水平、運(yùn)營(yíng)票價(jià)及大致運(yùn)營(yíng)成本有一定程度的了解,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司對(duì)政府的財(cái)政補(bǔ)貼額度也相對(duì)明確,即認(rèn)為該博弈是在雙方信息完整的情況下進(jìn)行的。
假設(shè) 3:在博弈階段,由政府首先做出博弈決策,該階段的最終博弈決策是為了達(dá)到社會(huì)效益最大化。假設(shè)政府對(duì)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司給予的財(cái)政補(bǔ)貼額度依據(jù)運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平與定價(jià)因素,設(shè)人均補(bǔ)貼額度為f,客流量為λ,則相應(yīng)補(bǔ)貼總額為fλ。
假設(shè) 4:在博弈的第二階段,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司根據(jù)政府所提供的補(bǔ)貼方案進(jìn)行服務(wù)水平及定價(jià)方面的決策調(diào)整,該階段的最終博弈決策結(jié)果是在保證一定社會(huì)效益的前提下,盡可能地提高運(yùn)營(yíng)定價(jià),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。
假設(shè) 5:假設(shè)一定服務(wù)水平s下,政府方的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)理想定價(jià)P與客流量λ之間存在以下函數(shù)關(guān)系
式中:P為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià);λ為城市軌道交通客流量;a與β為相關(guān)系數(shù)。
假設(shè) 6:假設(shè)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的總運(yùn)營(yíng)成本函數(shù)為
式中:c1與c2均為成本系數(shù);c0為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的固定成本;c0≥0,c1>0,c2>0。
假設(shè) 7:在受到其他有關(guān)因素的影響下,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià)的微分狀態(tài)方程函數(shù)表達(dá)為
式中:p為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)最終定價(jià);公式(1)中a-βλ為在合理控制范圍內(nèi),政府方的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)理想定價(jià);p-a+βλ為最終定價(jià)與理想定價(jià)之間的差值;ζ為微分狀態(tài)方程中的調(diào)價(jià)系數(shù)。
政府的目標(biāo)函數(shù)為
式中:Γ為有界、連續(xù)且可微的政府價(jià)值函數(shù);ρ為貼現(xiàn)率;h為消費(fèi)者剩余中的影響系數(shù)。
軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的目標(biāo)函數(shù)為
式中:τ為有界、連續(xù)且可微的城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司價(jià)值函數(shù)。
1.2.1 第二階段模型求解
首先,將城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的二次值函數(shù)設(shè)為V(p) =θ2p2+θ1p+θ0,V '(p) = 2θ2p+θ1。θi(i= 0,1,2)為所設(shè)相關(guān)系數(shù)。因此,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的HJB方程如下。
將上述方程最大化,得到城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司在一定服務(wù)水平下提供的客流量λ的表達(dá)式為
根據(jù)上式結(jié)果,通過(guò)待定系數(shù)法求得θ1和θ2的表達(dá)式,如下所示。
通過(guò)式子ρθ1與ρθ2可求得二次值函數(shù)式和θ2的表達(dá)式(8),為求得θ1表達(dá)式,簡(jiǎn)化之后假設(shè)θ1=k1+k2f,求得待定系數(shù)k1,k2。
接著,將V '(p) = 2θ2p+θ1、θ1=k1+k2f代入公式(7)中,求得城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司在一定服務(wù)水平下的決策函數(shù)表達(dá)式如下。
1.2.2 第一階段模型求解
政府的二次值函數(shù)設(shè)定為L(zhǎng)(p) =μ2p2+μ1p+μ0,L '(p) = 2μ2p+μ1。μi(i= 0,1,2)為所設(shè)相關(guān)系數(shù)。因此,構(gòu)建政府的HJB方程如下。
由公式(11)可知城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的最優(yōu)客流量決策,并將最優(yōu)客流量決策代入公式(12)中,得到政府視角下的HJB方程解。
在關(guān)于f的函數(shù)表達(dá)式中,在求得k1,k2,c1,c2,β,ζ,λ,μ1,μ2等函數(shù)值后,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司能夠獲得最大化的政府財(cái)政補(bǔ)貼。其中,c1,c2,β,ζ,λ通過(guò)專家調(diào)查分析方法總結(jié)得到,k1,k2,θ2由上式求得。將f用含m與n的表達(dá)式表示為f=m+np,通過(guò)待定系數(shù)法求得m,n的表達(dá)式如下所示。
將L '(p) = 2μ2p+θ1和f=m+np代入 HJB 方程得到
根據(jù)政府補(bǔ)貼的HJB方程,與第二階段的模型求解相同,通過(guò)待定系數(shù)法確定價(jià)值函數(shù)L(p)和L'(p)系數(shù)的μ1和μ2的值,具體如下式所示。
模型均衡解聯(lián)立政府補(bǔ)貼的決策變量f,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司在一定服務(wù)水平下的客流量λ及定價(jià)p的微分狀態(tài)方程,其中c1,c2,a,ζ,ρ,β依據(jù)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的調(diào)查數(shù)據(jù)總結(jié)獲得,θ2,k1,k2,m,n通過(guò)上述表達(dá)式求得。
可求出p,λ,f關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)如下。
以福州地鐵為例,對(duì)其運(yùn)營(yíng)定價(jià)與客流量以及政府財(cái)政補(bǔ)貼的關(guān)系進(jìn)行分析。福州地鐵1號(hào)線于2016年5月開(kāi)始運(yùn)營(yíng),線路總里程為24.89 km。在軌道交通網(wǎng)絡(luò)體系、軌道交通運(yùn)營(yíng)管理等方面均存在不足,亟待改善。在確定相關(guān)外生變量初始值方面,通過(guò)實(shí)地調(diào)研及專家訪談等方式開(kāi)展工作,并結(jié)合合作單位提供的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù),對(duì)運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平、客流量等方面進(jìn)行梳理、分析。
由于福州地鐵尚處在發(fā)展初期,運(yùn)營(yíng)時(shí)間較短。在案例分析中,各變量初始值的取得一方面是通過(guò)調(diào)研直接獲得,另一方面是通過(guò)調(diào)研對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得。在確定了各變量初始值后,針對(duì)各外生變量對(duì)p,λ,β產(chǎn)生的影響主要是基于理論研究,并結(jié)合部分實(shí)際情況展開(kāi)分析。首先將相關(guān)系數(shù)a與地鐵現(xiàn)實(shí)運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平相聯(lián)系,通過(guò)實(shí)地問(wèn)卷調(diào)查獲得運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平得分s為80,且設(shè)a= 0.1 s?;诔丝驼{(diào)研情況,其中票價(jià)因素所占權(quán)重約為0.124 7。在后續(xù)研究中對(duì)β進(jìn)行等比折算,令β取值在0.001到0.01之間,故在研究中假設(shè)相關(guān)系數(shù)初始值a= 8,β= 0.001;其次,為保證地鐵的運(yùn)行效率,政府財(cái)政對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼高達(dá)50%,同時(shí)調(diào)價(jià)系數(shù)ζ與政府的實(shí)際補(bǔ)貼力度息息相關(guān),調(diào)價(jià)系數(shù)越高則政府的補(bǔ)貼力度越大,ζ取值范圍在0到1之間,結(jié)合相關(guān)合作單位提供的數(shù)據(jù),在研究中假設(shè)調(diào)價(jià)系數(shù)初始值ζ= 0.5;再次,根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告,福州地鐵年均運(yùn)營(yíng)成本約為62億元,結(jié)合調(diào)研結(jié)果并進(jìn)行多次假設(shè)分析后,城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司運(yùn)營(yíng)成本函數(shù)的參數(shù)基本滿足c1= 5,c2= 0.05,c0= 50 000;最后,消費(fèi)者剩余系數(shù)、貼現(xiàn)率則依據(jù)文獻(xiàn)分析獲得,分別假設(shè)h= 10,ρ= 15。
最終確定各外生變量初始值:a= 8,β= 0.001,ζ= 0.5,c1= 5,c2= 0.05,h= 10,ρ= 15。并基于假設(shè)對(duì)各變量間相關(guān)關(guān)系展開(kāi)分析,以求得不同情況下的補(bǔ)貼、定價(jià)情況。
首先,基于對(duì)福州地鐵現(xiàn)實(shí)情況的數(shù)據(jù)收集、整理,分析城市軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià)p與客流量λ以及政府財(cái)政補(bǔ)貼f的關(guān)系,將外生變量數(shù)值a= 8,β= 0.001,ζ=0.5,c1= 5,c2= 0.05,h= 10,ρ= 15代入公式(7)以及f=m+np中,可以獲得λ和f在一定p取值范圍內(nèi)的函數(shù)圖像。城市軌道交通定價(jià)與內(nèi)生變量間的關(guān)系如圖1所示。
從圖1可知,客流量λ隨著運(yùn)營(yíng)定價(jià)p的增加而減少,同時(shí)政府對(duì)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司的財(cái)政人均補(bǔ)貼額度隨著運(yùn)營(yíng)定價(jià)p的增大而降低。可見(jiàn),在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平維持不變的情況下,多數(shù)乘客仍選擇傳統(tǒng)公共交通。若定價(jià)越高,則客流量越低,進(jìn)而會(huì)阻礙城市軌道交通的健康發(fā)展。
圖1 城市軌道交通定價(jià)與內(nèi)生變量間的關(guān)系Fig.1 Relationship between urban rail transit pricing and endogenous variables
價(jià)格敏感系數(shù)與乘客出行所受價(jià)格影響作用相關(guān)聯(lián),假定外生變量?jī)r(jià)格敏感系數(shù)β發(fā)生改變,此時(shí)a= 8,ζ= 0.5,c1= 5,c2= 0.05,h= 10,ρ= 15,而β2在0.001至0.01的合理范圍內(nèi)升高至0.005時(shí),此時(shí)乘客更傾向于選擇價(jià)格更為低廉的公共交通出行手段,分析在該情況下對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià)p、客流量λ及政府的財(cái)政補(bǔ)貼額度f(wàn)產(chǎn)生的影響。分別將外生變量β1與β2代入p,f,λ的函數(shù)表達(dá)式中,可以得到價(jià)格敏感系數(shù)β對(duì)內(nèi)生變量的影響如圖2所示。
當(dāng)保持其他外生變量數(shù)值不變時(shí),當(dāng)價(jià)格敏感系數(shù)β的數(shù)值不斷增大,可認(rèn)為在一定條件下,乘客選擇價(jià)格較高的地鐵出行傾向性較低。在該情況下,運(yùn)營(yíng)定價(jià)p隨之降低,由3.35元/人降低至3.3元/人;但此時(shí)客流量λ呈現(xiàn)上升趨勢(shì),由6 050萬(wàn)人次提升至6 200萬(wàn)人次;同時(shí)政府應(yīng)當(dāng)通過(guò)提高財(cái)政補(bǔ)貼額度至2.56元/人,以促進(jìn)城市軌道交通的快速發(fā)展。
圖2 價(jià)格敏感系數(shù)β對(duì)內(nèi)生變量的影響Fig.2 Effect of price sensitivity coefficient on endogenous variables
價(jià)格調(diào)整因子的改變將對(duì)政府給予的補(bǔ)貼力度產(chǎn)生影響,假定外生變量?jī)r(jià)格調(diào)整因子ζ發(fā)生改變,此 時(shí)a= 8,β= 0.001,c1= 5,c2= 0.05,h= 10,ρ= 15,而ζ2在0至1的合理范圍內(nèi)由0.5升高至0.7時(shí),分析在該情況下對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià)p、客流量λ以及政府的財(cái)政補(bǔ)貼額度f(wàn)產(chǎn)生的影響。分別將外生變量ζ1與ζ2代入p,f,λ的函數(shù)表達(dá)式中,可以得到價(jià)格調(diào)整因子ζ對(duì)內(nèi)生變量的影響如圖3所示。
價(jià)格調(diào)整因子ζ是政府根據(jù)消費(fèi)者可接受的銷(xiāo)售價(jià)格與實(shí)際的銷(xiāo)售價(jià)格之間的差價(jià)進(jìn)行調(diào)節(jié)的因子,調(diào)節(jié)力度越大,價(jià)格越低。當(dāng)保持其他外生變量數(shù)值不變的情況下,通過(guò)改變價(jià)格調(diào)整因子ζ,隨著價(jià)格調(diào)整因子ζ數(shù)值變大,即政府給予的財(cái)政補(bǔ)貼力度越大,在該情況下,軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià)p不斷降低,由3.35元/人降低至3.25元/人;隨之客流量λ增加,由6 050萬(wàn)人次上升至6 130萬(wàn)人次;政府的財(cái)政補(bǔ)貼額度f(wàn)也將升高,由2.46元/人上升至2.56元/人。
圖3 價(jià)格調(diào)整因子ζ對(duì)內(nèi)生變量的影響Fig.3 Effect of price adjustment factor on endogenous variables
成本系數(shù)與運(yùn)營(yíng)公司就運(yùn)營(yíng)方面投入的成本相互關(guān)聯(lián),假定外生變量成本系數(shù)c發(fā)生改變,此時(shí)a= 8,β= 0.001,ζ= 0.5,c1= 5,h= 10,ρ= 15,而成本系數(shù)c2由0.05上升至0.07,由于提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平需要投入大量的成本,在該情況下運(yùn)營(yíng)成本受影響而增高,分析該情況對(duì)軌道運(yùn)營(yíng)定價(jià)p、客流量λ以及政府的財(cái)政補(bǔ)貼額度f(wàn)產(chǎn)生的影響。分別將外生變量c2= 0.05與c2= 0.07代入p,f,λ的函數(shù)表達(dá)式中,可以得到成本系數(shù)c對(duì)內(nèi)生變量的影響如圖4所示。
當(dāng)成本系數(shù)c2增大時(shí),軌道交通運(yùn)營(yíng)定價(jià)p升高,由3.35元/人上升至3.45元/人;但客流量λ降低,由6 000萬(wàn)人次降低至5 000萬(wàn)人次;同時(shí)政府的財(cái)政補(bǔ)貼額度將減小,由2.5元/人降低至1.5元/人,可見(jiàn)成本系數(shù)對(duì)地鐵各要素的影響較為顯著。因此,政府通過(guò)采取財(cái)政補(bǔ)貼方式可以對(duì)維持城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的整體運(yùn)輸效率起到一定控制效果。
圖4 成本系數(shù)c對(duì)內(nèi)生變量的影響Fig.4 Effect of cost coefficient on endogenous variables
基于福州地鐵1號(hào)線2018年運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀,福州地鐵車(chē)票均價(jià)約為3.5元/人,在該定價(jià)水平下,結(jié)合外生變量數(shù)值求解函數(shù)曲線顯示,年乘車(chē)人次約為5 800萬(wàn)人次,與現(xiàn)實(shí)情況較為接近,同時(shí)補(bǔ)貼額度的求解結(jié)果約為2.45元/人。
就價(jià)格敏感系數(shù)β而言,若乘客的價(jià)格敏感系數(shù)β較高,運(yùn)營(yíng)方應(yīng)適當(dāng)調(diào)低定價(jià),政府則相應(yīng)提高補(bǔ)貼額度。在價(jià)格敏感系數(shù)β由0.001上升至0.005時(shí),車(chē)票的最優(yōu)定價(jià)與補(bǔ)貼額度分別為3.3元/人與2.55元/人。就價(jià)格調(diào)整因子ζ而言,政府加大對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼的投入力度,提高價(jià)格調(diào)整因子ζ水平,將對(duì)降低定價(jià)、提高客流量具有顯著影響。在價(jià)格調(diào)整因子ζ由0.5上升至0.7時(shí),政府的財(cái)政補(bǔ)貼約為3.1元/人,車(chē)票的最優(yōu)定價(jià)與客流量分別為3.35元/人與6 100萬(wàn)人次。就成本系數(shù)c而言,為提高運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平,成本系數(shù)c難免將增大,隨之產(chǎn)生地鐵票價(jià)升高、客流量降低、補(bǔ)貼額度減小的情況。因此,運(yùn)營(yíng)商應(yīng)通過(guò)創(chuàng)新手段提高服務(wù)水平,同時(shí)應(yīng)盡可能避免運(yùn)營(yíng)成本隨之增加。若無(wú)法阻止運(yùn)營(yíng)成本上升,政府應(yīng)及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況提高財(cái)政補(bǔ)貼額度以確保福州地鐵的可持續(xù)發(fā)展。
隨著城市軌道交通建設(shè)進(jìn)程的加快,建立并完善適應(yīng)市場(chǎng)的定價(jià)機(jī)制將成為提升軌道交通競(jìng)爭(zhēng)力和運(yùn)營(yíng)效益的有力途徑。通過(guò)構(gòu)建Stackelberg微分博弈模型,分析內(nèi)生、外生變量對(duì)博弈模型產(chǎn)生的影響,并結(jié)合福州地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)情況展開(kāi)分析,旨在為我國(guó)城市軌道交通快速建設(shè)、穩(wěn)定發(fā)展提供一定的決策支持。此外,在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的補(bǔ)貼與定價(jià)問(wèn)題研究過(guò)程中,參數(shù)選取方面還存在不足。為提高城市軌道交通運(yùn)營(yíng)公司與政府在解決補(bǔ)貼與定價(jià)問(wèn)題中的博弈可信度,后續(xù)研究將圍繞增設(shè)相關(guān)參數(shù)、增加項(xiàng)目案例支撐等手段展開(kāi),從而不斷推進(jìn)博弈論在解決城市軌道交通運(yùn)營(yíng)問(wèn)題中的應(yīng)用,提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。