作为国家综合运输体系的重要组成部分，公路集装箱运输是现代化经济发展的重要基础，其油耗量占我国石油能源消费量的比例逐年增加.随着能源供需矛盾的日益突出，节能降耗、提高燃油效率成为实现公路集装箱运输可持续发展的主要途径.目前国内外学者主要从两个方面开展有关公路运输能源效率方面的研究.在公路运输效率方面，Mcmullen等^[1]、Lim等^[2]和Apostolides等^[3]分别基于Data Envelopment Analysis(DEA)-Malmquist指数和Tornqvist生产率指数对美国道路货物运输业生产率进行了测算；杨良杰等^[4]、冯丽霞^[5]、顾瑾等^[6]、段新等^[7]和周和平等^[8]采用DEA与非期望产出的松弛测度(SBM-Undesirable)等模型，建立公路运输效率评价体系，并开展相关的实证研究；Brocker^[9]、Small^[10]、陈治亚等^[11]通过模拟参数变化对运输变量的影响，开展公路运输影响因素分析.在公路运输行业油耗测算方面，Woensel等^[12]在对比分析不同油料碳排放量的基础上，测算交通运输过程中的油耗量及其碳排放量；Ke-bin等^[13]采用由上而下模型评估1997—2002年道路油耗量，在此基础上预测未来20年公路运输行业将是中国最大的石油消费部门；Haldenbilen等^[14]基于遗传算法分析了土耳其交通运输行业能源消费水平；Skeera等^[15]通过分析历年的客货运周转量与能耗数据预测了未来交通运输行业的能源消耗量；杨世龙^[16]基于运距算法测算货运油耗及其碳排放量.

已有研究取得了许多有价值的成果，但对于公路集装箱运输燃油效率评价研究鲜有报道.因此，本研究在考虑公路集装箱运输过程中产生的负外部效应情况下，运用SBM-Undesirable模型，构建公路集装箱运输燃油效率评价模型，定量分析2003—2014年间江苏省公路集装箱运输燃油效率水平，并在此基础上，探讨其燃油效率改善途径，为推动公路运输低碳发展提供理论依据.

相比其他集装箱运输，公路集装箱运输具有及时性、便利性、灵活性、可达性等优势，但存在运量低、能耗高、污染重等劣势.鉴于石油资源的日益紧缺及其产生的环境影响(这里仅考虑碳排放影响)，将公路集装箱运输燃油效率定义为：在不影响公路集装箱运输产出的条件下，实现石油资源投入与负外部效应(碳排放影响)最小化的能力.

非期望产出的松弛测度(SBM-Undesirable)模型分析方法是一种适用于非期望产出参数的处理非参数边界模型的统计分析方法，即要素投入与产出之间的相对效率评价的系统分析方法^[12-13]，对于公路运输产生的环境污染等非期望产出较为合适.基于此，可采用SBM-Undesirable模型测算公路集装箱运输燃油效率.具体思路如下：在某省m个地区范围内，某地区i(i=1, 2, …, m)公路集装箱运输有3个向量，投入向量、期望产出向量与非期望产出向量，分别表示为x∈R^k、y^g∈R^s₁、y^b∈R^s₂，其中k、s₁、s₂分别为投入、期望产出、非期望产出的个数.定义矩阵X、Y^g、Y^b分别为：X=(x_{j, i})∈R^k×m，Y^g=(y_{j, i}^g)∈R^s₁×m，Y^b=(y_{j, i}^b)∈R^s₂×m.生产可能性集合P可定义为

根据定义，加入非期望产出的SBM-Undesirable模型如下：

式中：s_j^-、s_r^g、s_r^b分别为第i个地区投入冗余量、期望产出不足量及非期望产出超标量，s^-、s^g、s^b为其对应的向量；λ为权重向量；ρ^*值反映第i个地区一定时期内公路集装箱运输的燃油效率水平，取值范围为ρ^*∈(0, 1].当ρ^*=1时，即s^-=0，s^g=0，s^b=0，决策单元有效率；当ρ^*＜1时，即s^-、s^g、s^b三者中至少有一个不等于零，决策单元无效率，存在改进的空间^[17].

开展公路集装箱运输燃油效率评价既要注重运输效率、经济效益等，也应考虑运输过程对环境产生的负效应.借鉴已有研究成果，基于指标的可比性和可获取性，构建江苏省公路集装箱运输燃油效率评价指标体系(表 1)，相关指标数据来源于2004—2015年《江苏交通统计年鉴》.

表 1(Tab. 1

表 1 江苏省公路集装箱运输燃油效率评价指标体系 Tab. 1 Fuel efficiency evaluation index system for highway container transportation in Jiangsu Province 指标类型 指标名称 指标解释 指标单位 投入指标 柴油量X1 汽油量X2 一定时期内公路集装箱运输能源消耗量，反映公路集装箱运输能源投入水平 t t 期望产出指标 公路集装箱运输量Yg 一定时期内公路集装箱运输工作量，反映公路集装箱运输产出水平 t 非期望产出指标 碳排放量Yb 一定时期内公路集装箱运输碳排放量，反映公路集装箱运输的环境负效应状况 t

下载CSV 表 1 江苏省公路集装箱运输燃油效率评价指标体系 Tab.1 Fuel efficiency evaluation index system for highway container transportation in Jiangsu Province

(1) 投入指标.本研究评价对象是燃油效率，考虑到公路集装箱运输主要以消耗柴油和汽油为主，因此，选取柴油量和汽油量作为投入指标.

(2) 期望产出指标.公路运输产出主要包括客货运量、周转量及一些服务性指标，基于对集装箱运输的特性与数据可比性的考虑，本研究选取公路集装箱运输量作为期望产出指标.

(3) 非期望产出指标.公路集装箱运输的负外部性产出包括交通事故、环境影响与生态破坏等.基于数据可获取性与计算准确性的考虑，本研究拟采用公路集装箱运输碳排放量作为非期望产出指标.交通碳排放的测算包括自下而上方法和自上而下方法^[4].本研究采用自上而下方法：根据区域范围内公路集装箱运输燃料消费数据乘以各种燃料的碳排放系数得到碳排放量，计算公式为

式中：C为公路集装箱运输能源消耗引起的碳排放量；A_i为第i类能源消耗量；F_i为第i类能源折标准煤系数；K_i为第i类能源碳排放系数，该值采用美国能源情报署、日本能源经济研究所、国家科委气候变化项目和文献[4]中能源碳排放系数的平均值.

本研究运用DEA Solver Pro5.0软件，采用本文建立的燃油效率评价模型，以柴油量与汽油量作为投入参数，公路集装箱运输量作为期望产出参数，碳排放量作为非期望产出参数，测算江苏省13个地级市2003—2014年间公路集装箱运输燃油效率值(表 2)，对苏南(南京、镇江、苏州、无锡、常州)、苏中(扬州、泰州、南通)和苏北(徐州、连云港、宿迁、淮安、盐城)分别开展公路集装箱运输燃油效率评价(图 1).图 1中三大地区燃油效率值是所在地区所有地级市公路集装箱运输燃油效率值的平均值.从图 1可以看出，三大地区在研究时段燃油效率值均呈现波动变化.其中，苏南地区燃油效率最大值为0.767 3，最小值为0.661 6，变化幅度约为15.98%，效率均值为0.687 3.苏中地区燃油效率最大值为0.575 9，最小值为0.410 3，变化幅度约为40.35%，效率均值为0.520 9.苏北地区燃油效率最大值为0.648 2，最小值为0.557 6，变化幅度约为16.25%，效率均值为0.606 3.综合比较，燃油效率值从高到低依次为苏南地区、苏北地区和苏中地区.三大地区的公路集装箱运输燃油效率值显著不同，主要原因在于：苏南地区燃油效率水平最高可能是由于货运系统与经济发展存在互动关系^[18]，苏南地区经济相对发达，公路集装箱运输基础设施与绿色投资比例较高，道路条件、车辆节能减排技术水平优于苏中、苏北地区，能有效提高单位油耗的公路集装箱运输能力.连云港作为“一带一路”战略支点，基于江苏省政府部门的支持与引导，实行公路集装箱运输“绿色通道”政策，极大地促进公路集装箱运输业的发展，燃油效率水平较高；苏北地区的其他城市(如盐城与淮安等)在研究时段公路集装箱运输刚刚起步，行业发展初具规模，能源消耗与碳排放较少.然而，在研究时段苏中地区公路集装箱运输存在运行效率低、能耗高等问题，从而导致苏北地区公路集装箱运输燃油效率水平高于苏中地区.

表 2(Tab. 2

表 2 江苏省13个地级市公路集装箱运输燃油效率 Tab. 2 Fuel efficiency of highway container transportation in 13 prefecture cities in Jiangsu Province 地区 燃油效率 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 2014年 南京 0.762 2 0.737 2 0.676 6 0.692 0 0.694 0 0.708 0 0.713 8 0.722 7 0.720 0 0.727 9 0.740 4 0.738 3 镇江 0.565 4 0.729 0 0.613 6 0.607 4 0.606 4 0.607 9 0.602 9 0.599 9 0.587 7 0.586 7 0.585 7 0.582 9 苏州 0.659 2 0.779 5 0.704 4 0.685 5 0.673 6 0.662 5 0.714 6 0.697 0 0.669 4 0.655 6 0.709 0 0.690 7 无锡 0.728 2 0.809 8 0.784 5 0.788 4 0.817 1 0.824 3 0.832 3 0.826 8 0.826 2 0.844 2 0.851 3 0.862 9 常州 0.696 1 0.780 9 0.656 4 0.627 9 0.603 0 0.582 5 0.557 5 0.535 5 0.504 5 0.553 2 0.579 4 0.554 9 扬州 0.598 6 0.449 0 0.640 3 0.627 9 0.627 1 0.609 7 0.607 0 0.604 4 0.582 0 0.618 5 0.606 1 0.600 5 南通 0.578 0 0.392 4 0.589 9 0.579 5 0.569 2 0.547 4 0.541 7 0.536 0 0.510 4 0.544 9 0.528 6 0.520 1 泰州 0.551 1 0.389 6 0.458 5 0.417 9 0.434 6 0.411 6 0.396 0 0.408 3 0.392 5 0.449 0 0.409 4 0.423 6 连云港 0.627 8 0.595 4 0.649 6 0.662 9 0.658 3 0.650 6 0.657 3 0.651 1 0.656 4 0.689 4 0.688 9 0.692 2 徐州 0.668 5 0.555 8 0.596 4 0.590 6 0.572 5 0.547 7 0.539 7 0.518 9 0.509 6 0.532 5 0.513 9 0.502 1 宿迁 0.486 9 0.475 0 0.470 9 淮安 0.590 8 0.639 6 0.631 9 0.622 1 0.624 9 0.616 2 0.618 9 0.650 8 0.646 3 0.646 7 盐城 0.521 5 0.613 8 0.611 8 0.606 4 0.615 5 0.612 0 0.620 3 0.659 6 0.658 4 0.665 4 均值 0.643 5 0.612 7 0.632 8 0.627 8 0.625 0 0.615 1 0.616 9 0.610 7 0.599 8 0.615 3 0.614 8 0.611 6

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图 1(Fig. 1)

图 1 苏南、苏中与苏北地区公路集装箱运输燃油效率对比 Fig.1 Comparison chart of fuel efficiency of highway container transportation in southern, central, and northern Jiangsu Province

从图 2可以看出，江苏省2003—2014年间公路集装箱运输燃油综合效率值呈现波动下降态势.从2003年的0.643 5波动变化到2014年的0.611 6.2003年燃油效率值最高，可能是由于该年“非典”疫情的爆发，江苏省产业关联度较高的企业经济活动减弱和货运需求减少，以及由此带来的集装箱运输规模、运输密度降低，能耗与碳排放量相对较少，燃油效率较高.总体来说，研究时段燃油综合效率值偏低，存在一定的节油空间.

图 2(Fig. 2)

图 2 江苏公路集装箱运输燃油效率及其分解 Fig.2 Fuel efficiency and its decomposition of highway container transportation in Jiangsu Province

采用DEA Solver Pro 5.0软件将2003—2014年间江苏省13个地级市公路集装箱运输燃油综合效率分解成纯技术效率和规模效率(图 2)，三者关系见图 3.

图 3(Fig. 3)

图 3 分解效率与综合效率的关系 Fig.3 Decomposition efficiency versus comprehensive efficiency

图 2中，纯技术效率与综合效率的变化特征大致相同，其效率值均呈现下降状态，而规模效率呈现波动上涨趋势，整体上，规模效率＞纯技术效率＞综合效率.其中，纯技术效率值从2003年的0.686 5下降到2014年的0.652 6，均值为0.659 9.规模效率值从2003年的0.689 3上涨至2014年的0.922 6，均值为0.829 8.纯技术效率、规模效率与综合效率的相关系数分别达到0.962和0.841，表明江苏省公路集装箱运输燃油综合效率与其分解效率之间均存在显著的相关性.相比而言，综合效率与纯技术效率之间的相关程度更大.因此，纯技术效率是决定综合效率的关键要素.

图 3中，各市燃油分解效率的散点与45度对角线不能很好地吻合，说明江苏省公路集装箱运输燃油效率受到纯技术效率与规模效率的耦合作用.依据散点与45度对角线位置的远近判断分解效率与综合效率相关性的强弱^{[4, 19]}, 可以发现，图 3b中规模效率与综合效率构造的散点多位于散点图的偏上部，偏离45度对角线程度较大，而图 3a中纯技术效率与综合效率构造的散点更接近于45度对角线，进一步反映了纯技术效率对综合效率的影响及制约能力强于规模效率.由此可知，江苏省公路集装箱运输燃油效率低下的主要原因是纯技术效率偏低.

依据燃油效率定义，不论是纯技术效率还是规模效率，都要在不影响公路集装箱运力的情况下实现油量投入与碳排放的最小化.同时，若要使碳排放量下降的话，有效且根本的措施是减少油耗，因此，对于纯技术效率和规模效率来说，节油是提高燃油效率的关键.一般认为，纯技术效率主要与技术装备、组织运营与管理决策等因素相关，规模效率主要与要素投入规模、资源配置等因素相关^[4].针对纯技术效率偏低问题，可通过加强节油技术研发与能源管理整合提升；而对于规模效率来说，在研究时段后期呈现较高水平，其投入规模已逐渐与资源消化能力及环境吸纳能力相平衡，应严格限制石油资源投入规模，优化能源结构，实现低碳公路运输.

江苏省公路集装箱运输燃油综合效率主要受纯技术效率制约，而纯技术效率与技术装备、组织运营与管理决策等相关.因此，本研究从这三方面入手，从技术层面、政策层面提出江苏省公路集装箱运输燃油效率改善途径(表 3).针对技术装备因素，在技术层面，加强公路集装箱运输节油降耗技术研发，节约能源、减少碳排放；针对组织运营因素，在政策层面，健全公路集装箱运输行业政策法规，完善运营模式；针对管理决策因素，实施公路集装箱运输车燃油经济性标准、推广液化天然气(LNG)作为替代燃料，优化能源管理.

表 3(Tab. 3

表 3 江苏省公路集装箱运输燃油效率改善途径 Tab. 3 Ways to improve fuel efficiency of highway container transportation in Jiangsu Province 影响因素 层面 措施 方法 技术装备 技术层面 行驶效率提高技术 1.减少行驶阻力技术.低滚阻轮胎技术可通过减少集装箱货车行驶的滚动摩擦阻力以降低能耗 2.车辆轻量化技术.对车辆构件和相关零部件进行轻量化设计与改造 发动机运行节能技术 1.闭缸节油技术.应用行车电脑控制技术调整发动机的气缸开闭数量，减少发动机工作的气缸数，从而改善车辆燃油经济性，降低能耗 2.曲轴集成启动发电机技术.车辆起动电机和发电机集成为一体，直接以某种瞬态功率较大的发动机替代传统的起动电机，燃油效率提高约8.6%~8.9% 组织运营 政策层面 健全公路集装箱运输行业政策法规 1.建立能耗在线统计监测信息平台，有计划地组织定期检查行业用能状况，实时监测汇总能耗信息 2.针对用能单位的用能特点，建立完善的能源消耗考核评价与激励奖惩机制，强化监管职能并实施退出机制 管理决策 政策层面 实施燃油经济性标准[20] 1.借鉴日本基于重量分级的汽车燃油经济性标准，制定适合我国国情的公路集装箱运输车燃油经济性标准 2.实施措施：①对公路集装箱运输车进行产品认证，要求制造企业申报认证车辆燃油指标，由当地交通运输部门对申报值实施核查.②对超过油耗限值的车辆，对所属企业采取通报批评、罚款等惩罚措施；对符合燃油经济性标准的企业，给予燃油税收优惠政策.③当地交通运输部门对每月燃油消耗量实行信息披露制度 推广LNG作为替代燃料[21] 1.鼓励购进新型集装箱运输车.政府部门要积极鼓励企业引进LNG拖车，对购买LNG拖车的企业给予各项燃料价格及税收补贴 2.支持现有拖车改装.由于LNG拖车改装费用较高，多数企业不会实施改装.政府部门要积极制定与推进LNG拖车改装鼓励政策 3.配套加气站的建设.要以中石油、中石化等为天然气加气站建设的主渠道，同时引进社会资本以PPP(Public-Private-Partnership)模式合作形式参与建设，确保公路集装箱运输行业在推广使用天然气后气源的稳定供应

下载CSV 表 3 江苏省公路集装箱运输燃油效率改善途径 Tab.3 Ways to improve fuel efficiency of highway container transportation in Jiangsu Province

(1) 本研究采用非期望产出模型SBM-Undesirable，以油耗量作为输入参数，公路集装箱运输量与碳排放量作为输出参数，建立公路集装箱运输燃油效率评价模型，不仅关注运输效率，同时考虑了环境方面的负效应.

(2) 在评价模型的基础上，探讨2003—2014年间江苏省公路集装箱运输燃油效率水平.燃油效率值由大到小依次为苏南地区、苏北地区和苏中地区，三大地区在研究时段燃油效率值均呈现波动变化态势.综合分析，江苏省公路集装箱运输燃油效率值呈现波动下降态势.从整体上看，研究时段燃油效率值偏低，主要因素是纯技术效率较低，可通过节油措施提高效率水平.

(3) 本研究初步将公路集装箱运输所产生的非期望产出纳入评价体系中，由于数据可获性等原因只考虑了公路集装箱运输二氧化碳排放，评价体系有所欠缺.在未来数据获取手段完善时，引入其他非期望产出，实证分析结果与现实情况将更加吻合，更能客观准确地评价公路集装箱运输燃油效率水平.