【摘要】 随着经济的快速发展，人们的生活水平也不断得到提高。本文先分析了城市道路拥堵的主要原因，再根据格林希尔特的道路宏观流理论，结合定性与定量的方法，分析了城市道路拥堵的经济成本和环境成本。
【关键词】 成因 成本 拥挤 流量 速度
随着经济的快速发展，人民生活质量的日益提高，城市的拥挤程度也越来越高，不仅是人的拥挤，而且也有车的拥挤。城市拥堵问题成为我们亟须解决的一大难题。
一、城市道路拥堵的原因
城市道路的拥堵给人们的生活带来了很大不便。然而，对于城市拥堵想象大多数人都会认为“罪魁祸首”是私家车的增多，当然，这也是一个不能排除的原因。但是，造成这种现象的最根本的原因与城市的长期发展规划、城市自身的发展状况以及城市的管理制度等都脱不了干系。
1、城市商业中心、文化中心分布的不合理性
在中国，大城市的商业中心与文化中心一般都聚集在一起，就像中国国际大都市北京和上海一样，在上海，人民广场的繁华其他城市无可比拟，上海市人民政府，南京步行街都在那里，直接导致了人民广场的客流量比别的地方要多，而且人民广场又与上海外滩毗邻，旅客流量也是造成拥挤的不容小觑的一大因素。在北京，最典型的天安门广场附近的西单、王府井都是聚集客流量的地方，购物的、办公的，都往那儿去，直接导致了拥挤。但是，城市的交通拥挤并不能主要归结于商业中心与文化中心的毗邻，商业中心和文化中心分布不合理只是其中一个比较大的因素。
2、同种产业经济的聚集性
人们习惯于将属于同种行业的经济实体往一个地方聚集，而且往往就是这个地方聚集了同种行业的经济实体之后，连带周边的住宅、餐饮娱乐场所也会发展发达起来。自然而然，这个地方的人流量就会多，人口就会变得稠密，交通也必然会渐渐变得拥挤。因为，人多的地方车就会多，车多的地方，拥堵现象就容易发生。但是，这个我们只能把它归为造成城市拥堵现象的原因之一，至于它的解决方案，基本上只有一条，那就是在道路上做文章，改善道路状况。
3、旧城市新建设的难度大、成本高
中国的大城市大多都是老城市一步步发展过来的，因为祖先们的关于城市建设方面的经验与知识的有限性，老城市的建设根本就不可能容得下现在的交通，因此，从老城市建设成适应现代交通的城市，其难度可想而知。单单关于老城区拆迁的问题，就涉及到好多的问题。比如，拆迁的赔偿问题，拆迁人员的安置问题，就这两个方面需要的资金和人力的投入就已经很大了。
4、城市发展与经济发展的不协调性
我国的经济发展速度上升迅猛，人们的生活条件也日益优越，走上道路的车子也日益增多。而且，随着经济上升、生活改善，人们出行率越来越高，车流量一直都是居高不下的。但是，城市发展特别是交通设施的发展远远跟不上人们生活水平的提高，主要是因为交通设施是工程建筑，它的建设时间长、资金投入大，并且是固定无转移的。要解决他们两者之间的不协调性，不仅需要投入巨大的金额，还需要先进的科学预测与先见性。
二、城市道路拥堵的成本分析
城市拥堵不仅给居民个人造成了出行成本的增加，也在宏观方面提高了成本的消耗。在徐兵和盛玉奎的《试论城市道路交通拥挤成本》一文中，比较全面的对城市道路拥堵所带来的时间成本、环境成本、能源成本和社会成本等方面进行了分析。本文对城市道路拥堵的成本是从经济成本和环境成本两个主要方面进行分析，其中经济成本主要包括时间成本、燃油消耗成本和其他经济成本，环境成本主要包括噪音成本和污染物排放成本。同时，本文的成本分析是基于格林希尔特宏观流模型的，并结合定性与定量的方法。
1、格林希尔特宏观流模型（Green shield’s Macroscopic Stream Model）
根据格林希尔特宏观流模型知道车速―密度表达式为：
v=vf-[]×k（1）
其中，v系车流密度k下的平均速度；vf系自由速度；kj系车流堵塞密度；k系车流密度。
图1表示当车流密度趋于零时，车流的平均速度趋于自由速度。而且，显然：
q=k×v （2）
其中，q系车流量，即单位时间内通过的车辆。
将式（1）代入式（2）得：
q=vf×k-[]×k2（流量―密度函数） （3）
再将k=代入式（1），得出v，再代入式（2）得：
q=kj×v-[]×v2 （流量―速度函数） （4）
要求出流量最大时，密度与速度的取值，先将式（3）对k一阶求导=0，得：vf-×2×k=0→k= （5）
令k0=，再将式（5）代入式（3），得：qmax=vf×-×（）2=，所以：v0=vf-×→v0=。即：当q取最大值时，v0=，k0=。
流量与密度、流量与速度的关系如图2、图3所示。
2、城市道路拥堵的经济成本
城市道路拥堵的经济成本指的是道路拥堵给社会带来的经济损失，主要包括时间成本、燃油消耗成本和其他经济成本。
（1）城市道路拥堵的时间成本。在车流量为q的条件下，设车流速度为v=v（t），显然地，车流速度函数v=v（t）是单调函数，所以令t=f（v）为v=v（t）的反函数，同时取（4）式q=q（v）=kj×v-[]×v2，则利用求根公式求解该流量―速度函数，可得：
v=±（6）
那么：
t=f（v）=f｛±｝ （7）
其中，反函数t=f（v）为减函数。
结合图2分析得：
在Ⅰ区内，v=+随着车流量q的逐渐增加至qmax，用户行驶速度v从自由流车速vf逐渐下降直到v0=，表明用户在道路上的行驶速度逐渐变小，所消耗的时间t=f（v）=f｛+｝也逐渐增大；在Ⅱ区内，随着道路拥挤加剧，车流量q减少，v=-下降至完全堵塞，表明用户直接被堵在路上，所消耗的时间为t=f（v）=f｛-｝。
我们可以简单地想象，如果车辆行驶者在因交通堵塞而浪费的时间里，做的是创造财富的事情，那么他们所创造出来的财富就是因交通堵塞而付出的成本，也就是所谓的机会成本。
（2）城市道路拥堵的燃油消耗成本。众所周知，汽车的行驶靠的是燃料和发动机以及汽车其他部件的共同作用。因此，城市道路拥堵势必会造成燃料的消耗。现在汽车使用的燃料多为汽油和柴油，而石油和柴油的原材料均为石油，而且，石油还是非再生资源。假设在汽车行驶过程中道路总流量为q，汽油机车占流量的g%，柴油机车占流量的d%；再假设在自由车速状态下，汽车行驶时间为Tf，单位时间内汽油机车的汽油平均消耗量为qfg，单位时间内柴油机车的柴油平均消耗量为qfd；而在车流量饱和状态下，汽车行驶时间为Tc，单位时间内汽油机车的汽油平均消耗量为qcg，单位时间内柴油机车的柴油平均消耗量为qcd。则在道路拥堵的状态下，汽车的燃油消耗的增量成本为：△C=（g%×q×qcg+d%×q×qcd）×Tc-（g%×q×qfg+d%×q×qfd）×Tf。
城市道路的拥堵造成了汽车的频繁加减速，而且还使汽车不断地刹车、启动，各种汽车功率的突然变化，都会引起能源的增量消耗，汽车在行驶过程中变化的幅度越大，消耗的能源也就越多。
（3）城市道路拥堵的经济成本的数学表达式。城市道路拥堵造成的经济成本不仅包括时间成本和燃油消耗成本，还包括一些其他的经济成本，在谢旭轩等的《北京市交通拥挤的社会成本》一文中，总结了交通拥堵所带来的其他经济成本主要包括车辆折旧、交通事故和对当地经济影响等。
用数学表达式表达城市道路拥堵的经济成本为：C=Q(T,E,OE)，其中，T为时间成本，E为燃油消耗成本，OE为其他经济成本。
3、城市道路拥堵的环境成本
城市道路拥堵的环境成本主要包括污染物排放成本和噪音成本。
（1）城市道路拥堵的污染物排放成本。汽车尾气中含有150―200种不同的化合物，其主要有害成分为：CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S以及微量的醛、酚、过氧化物、有机酸和含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染等。其中，对人类危害最大的有一氧化碳、氢碳化合物、氮氧化合物、铅的化合物及颗粒物。而且，汽车尾气的颗粒物中含有强致癌物苯并（a）芘，当空气中的苯并（a）芘浓度达到0.012微克/立方米时，居民中得肺癌的人数就会明显增加。汽车尾气的排放不仅对人类产生危害，对植物也有毒害作用。尾气中的二次污染物臭氧、过氧乙酯基硝酸脂，会使植物叶片出现坏死病斑和枯斑。同时，乙烯也可影响植物的开花结果。
应用美国MOBILES模型得出的城市道路交通的污染物排放量计算公式为：
teq=（10-6×pi×mi×efiw×）
其中，teq为污染物的总排放量（单位：t）；pi为i类车的数量（单位：辆）；mi为i类车启动时间（单位：h）；efiw为i类车w种污染物的排放因子（单位：g/h）。
美国MOBILES模式将机动车分为7类进行计算：轻型汽油机车辆；轻型汽油机卡车；重型汽油机车辆；轻型柴油机车辆；轻型柴油机卡车；重型柴油机车辆；摩托车。
为了消除因为城市道路拥堵带来的大气污染所投入成本主要包括时间成本、资金成本和劳动力成本等，这些成本都可以用资金成本来表示，为：
teq×c×（F/A,i,n）
其中，c为每单位污染排放物的治理成本，A为每年投入大气污染治理的资金，i为银行年利率，n为治理大气污染的总年数。
（2）城市道路拥堵的噪音污染。结合李超等的《基于速度-流量关系模型的公路噪声预测方法》和康春玉的《对常用的几种公路交通噪声预测模式的探讨》中的相应观点，计算城市道路拥堵的噪音污染可以采用公路建设项目环境影响评价规范（JTG B03-2006）推荐的噪声预测模式，也是交通部推荐的噪声预测模式，为：
LAeq j=LAeq （j，i）=[Loi+10×lg（）+△L距离+△L地面+△L障碍物-16]
LAeq交=10×lg[（10）]+△L1
式中：LAeq （j，i）表示第j车道上第i种车型车辆的小时等效噪声，dB；Loi表示该车型车辆在参照点（7.5m处）的平均辐射噪声及，dB；Ni表示第i种车型的小时交通量；f（q）表示车流的速度，即f（q）=+
；T为计算等效声级的时间； △L距离表示距噪声等效行车线距离r的预测点处的距离衰减量，dB；△L地面表示路面吸收引起的交通噪声衰减量，dB；△L障碍物表示噪声传播途中障碍物的障碍衰减量，dB；LAeq交表示公路交通噪声小时等效声级，dB；△L1表示道路曲线或者有限长路段引起的交通噪声修正量，dB。
噪音污染会给人带来生理上和心理上的危害，比如：损害听力、损害视力、有害于人的心血管系统、影响人的神经系统以及影响睡眠造成疲倦。
（3）城市道路拥堵造成环境成本的数学表达式。城市交通系统对环境的污染不仅包括了上面的大气污染和噪音污染，还包括电磁波污染、光污染等其他污染。因此，城市道路拥堵造成的环境污染成本的总数学表达式为：
C=F（A，N，O）
其中，A为大气污染；N为噪音污染；O为其他污染。
4、城市道路拥堵的社会成本
城市道路拥堵带来的经济成本和环境成本可以统称为社会成本，因为不管是经济成本还是环境成本，它所影响的都是整个社会，而非个人。在时间方面，浪费的交通堵塞的时间如果是用在创造财富上，不仅创造的是个人财富，而且也是社会财富，这也是社会机会成本的一部分；在环境方面，因为交通拥挤对环境造成的影响，不是影响到一个人或是一个团体，而是在这个社会中的每一人，每一个棵植物，每一个动物，而且对环境造成的污染，治理的费用是从人们的税收中提取的，因此在环境方面不仅带来了经济成本也带来了福利成本；在能源方面，因为我国大多使用的是非再生资源，因此在道路交通拥挤时消耗的能源是额外的，而且资源是属于大家，所以这部分额外消耗是社会成本中一部分。
用数学表达式将城市道路拥堵的社会成本表达为：C=
（Ct+Cec+Coe+Cn+Cp+Co），其中，Ct是时间成本，Cec是燃料消耗成本，Coe是其他经济成本，Cn是噪音污染成本，Cp是污染物排放成本，Co是其他社会成本。
三、结语
本文对城市道路拥堵的原因从四个方面进行了定性分析，然后以格林希尔特道路宏观流理论为理论基础，运用定量和定性的方法分析了城市道路拥堵的社会成本。不管从经济上来讲，还是从环境方面来讲，城市道路拥堵都给人们的生活带来了影响和损失。但本文对城市道路拥堵的社会成本的定量分析还需要大量的数据支持，因此还需要大量的研究和调研。
【参考文献】
[1] 黎明、段万春：道路交通拥挤成本的博弈分析及其运营对策[J].交通科技，2007（2）.
[2] 徐兵、盛玉奎：试论城市道路交通拥挤成本[J].山西建筑，2007（3）.
[3] 许薇、贾元华：城市道路交通拥堵问题的博弈分析[J].交通科技，2006（2）.
[4] 李超、刘小明、荣建：基于速度―流量关系模型的公路噪声预测方法[J].公路，2009（2）.
[5] 谢旭轩等：北京市交通拥挤的社会成本[C].中国环境科学学会学术年会论文集，2009.
[6] 康春玉：对常用的几种公路交通噪声预测模式的探讨[J].能源与环境，2010（3）.