基于Logit模型的武漢地鐵物流系統(tǒng)貨物運(yùn)輸組織

陳佳怡

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430061）

1 引言

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市家庭車(chē)輛和社會(huì)車(chē)輛日益增多，給交通環(huán)境和安全造成了越來(lái)越大的壓力。據(jù)高德“全國(guó)361城+高速公路”的2018年大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)一線及省會(huì)大城市的交通健康指數(shù)均處于亞健康狀態(tài)；高峰時(shí)段全國(guó)361個(gè)城市中有74%城市處于擁堵或緩行狀態(tài)，交通擁堵已占據(jù)我國(guó)主要較大型城市40%以上的交通時(shí)間，其中數(shù)量龐大的貨運(yùn)物流車(chē)輛已成為造成擁堵的重要因素。為了緩解城市交通壓力，利用城市軌道交通進(jìn)行貨物運(yùn)輸逐漸引起了社會(huì)各界的關(guān)注。截至2018年末，我國(guó)城軌交通系統(tǒng)累計(jì)建設(shè)里程5 766.6km。其中地鐵建設(shè)里程為4 511.3km，占城軌系統(tǒng)線網(wǎng)總長(zhǎng)的78.23%[1]。合理高效的利用地鐵進(jìn)行貨物的運(yùn)輸，對(duì)于解決城市運(yùn)輸瓶頸、減少城市污染、提高運(yùn)輸效率具有重要作用[2]。

國(guó)外對(duì)于地鐵物流的探索與實(shí)踐為我們的研究提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。2007年阿姆斯特丹城市貨運(yùn)公司利用城市內(nèi)的四條地鐵線路進(jìn)行貨物運(yùn)輸,系統(tǒng)可24h作業(yè)，交貨快，每天可免去2 500輛卡車(chē)運(yùn)輸需要，減少16%的廢氣排放[3]。20世紀(jì)90年代開(kāi)始日本對(duì)于地鐵物流進(jìn)行了較為深入的理論研究和實(shí)踐，有效的解決了城市內(nèi)集配中心與長(zhǎng)途貨運(yùn)中心之間運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題[4]。相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)地鐵物流的研究尚處于理論階段，許多學(xué)者從如何充分利用既有線網(wǎng)、改善城市陸上交通、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等角度對(duì)我國(guó)城市地鐵物流系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)行了探討。為了有效推進(jìn)地鐵物流的實(shí)施，2017年11月交通運(yùn)輸部提出《關(guān)于全面深入推進(jìn)綠色交通發(fā)展的意見(jiàn)》和2019年9月國(guó)家發(fā)布的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，為城市地下物流系統(tǒng)的建設(shè)提供了有力的政策支持。

2 地鐵物流的開(kāi)行模式綜述

地鐵物流是利用既有的地鐵資源作為運(yùn)輸通路，通過(guò)對(duì)地鐵資源的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物實(shí)時(shí)輸送的一種運(yùn)輸形式[5]。地鐵物流可利用軌道交通既有車(chē)輛或掛貨車(chē)的方式，將地鐵納入地下貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)布局之中，地鐵物流最大的優(yōu)勢(shì)是可以利用已有的地鐵資源，從而減少建設(shè)投資。運(yùn)輸組織方面，地鐵物流可以采用開(kāi)行貨運(yùn)專(zhuān)列、客貨列車(chē)混跑的模式以及客貨同列（帶貨）運(yùn)行模式。其中如果采用客貨列車(chē)混跑的模式，則地鐵車(chē)輛應(yīng)設(shè)置少量專(zhuān)用的貨運(yùn)空間，在客運(yùn)停站的同時(shí)，辦理物流貨運(yùn)裝卸作業(yè)，既不影響線路能力，也不存在客貨混行的問(wèn)題；該方式的問(wèn)題是貨運(yùn)空間設(shè)置不宜過(guò)大，否則會(huì)造成列車(chē)定員下降，影響列車(chē)的輸送能力，同時(shí)貨物裝卸量過(guò)大，會(huì)增加列車(chē)的停站時(shí)間。利用平峰時(shí)段開(kāi)行貨運(yùn)專(zhuān)列的模式，其物流輸送能力大，但采用站站停模式運(yùn)行，客貨列車(chē)混行，會(huì)對(duì)線路的通過(guò)能力產(chǎn)生較大影響。如果采用夜間利用天窗運(yùn)行貨運(yùn)列車(chē)模式，雖然技術(shù)上可行，但是城市軌道交通夜間天窗時(shí)間是系統(tǒng)檢修、養(yǎng)護(hù)的集中時(shí)段，運(yùn)行貨運(yùn)列車(chē)，系統(tǒng)的維修養(yǎng)護(hù)具有一定影響，可供開(kāi)行貨運(yùn)列車(chē)的時(shí)間有限。此外，針對(duì)幾種不同的運(yùn)行模式從裝載量、作業(yè)時(shí)間、運(yùn)輸組織等方面進(jìn)行了指標(biāo)分析和計(jì)算，具體見(jiàn)表1。

綜上，地鐵物流在運(yùn)行模式方面具備較大的可實(shí)施性和研究的必要性。

表1 地鐵物流開(kāi)行模式的指標(biāo)分析

3 武漢市地鐵物流運(yùn)輸組織研究

地鐵站站點(diǎn)附近區(qū)域一般建筑密集，人員車(chē)輛流動(dòng)量大[6]，因此研究與周邊大型樞紐、物流節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的綜合地鐵物流模式需要根據(jù)物流需求、運(yùn)輸能力以及對(duì)周邊環(huán)境影響情況進(jìn)行分析，從而對(duì)地鐵站物流區(qū)與客流區(qū)進(jìn)行合理規(guī)劃，以便形成契合市場(chǎng)需求的物流模式。

3.1 地鐵物流定位和服務(wù)貨類(lèi)分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外案例及研究，地鐵物流主要以服務(wù)城市生活、消費(fèi)物資為主，貨物時(shí)效性要求較高、附加值較大，服務(wù)于城市內(nèi)部配送物流以及往返于遠(yuǎn)郊—城市中心、城市中心共同配送體系，主要承擔(dān)的貨運(yùn)品類(lèi)為冷鏈、城市倉(cāng)配、快遞郵件（含國(guó)際物流）等，具體見(jiàn)表2。

表2 各國(guó)地鐵物流歸類(lèi)分析表

3.2 武漢市地鐵物流需求量預(yù)測(cè)

武漢市的地鐵物流需求預(yù)測(cè)是根據(jù)武漢市的人口，結(jié)合人均需求水平進(jìn)行測(cè)算的。同時(shí)根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年我國(guó)人均快遞量36件/人/y，人均冷鏈物流需求量為0.129t/人/y，城市倉(cāng)配物流人均需求量為1t/人/y（避免重復(fù)計(jì)算，去除了冷鏈、快遞物流等）。結(jié)合各貨類(lèi)的增長(zhǎng)趨勢(shì)可以確定遠(yuǎn)期各貨類(lèi)人均物流需求量。結(jié)合人口分布數(shù)據(jù)可計(jì)算得到遠(yuǎn)期武漢城市物流的需求量，再運(yùn)用Logit模型可以計(jì)算得到近、遠(yuǎn)期武漢地鐵物流需求量。之后結(jié)合分擔(dān)率計(jì)算得到近、遠(yuǎn)期武漢市地鐵物流需求量。如圖1所示。

圖1 武漢市地鐵物流需求量預(yù)測(cè)技術(shù)路線圖

3.2.1 武漢人口和城市物流量預(yù)測(cè)。表3為2015-2035年武漢市人口現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)情況，根據(jù)增長(zhǎng)率法對(duì)武漢市人口進(jìn)行測(cè)算，2025年武漢市人口將達(dá)到1 215.8萬(wàn)人，2030年武漢市人口將達(dá)到1 306萬(wàn)人，2035年武漢市人口將達(dá)到1 406.3萬(wàn)人，具體見(jiàn)表3。

表3 2015-2035年武漢市人口現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)表

根據(jù)2018年人均物流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合增長(zhǎng)趨勢(shì)，確定近遠(yuǎn)期物流量，最終算得2025年、2030年、2035年武漢市物流量將達(dá)到2 120.5萬(wàn)t、2 982.6萬(wàn)t、4 103.4萬(wàn)t，具體見(jiàn)表4。

3.2.2 地鐵物流分擔(dān)率確定。運(yùn)用Logit模型[7-9]對(duì)地鐵物流分擔(dān)率進(jìn)行計(jì)算，確定地鐵物流在城市配送中可承擔(dān)的比例。

其中：

Pi為運(yùn)輸方式i的貨運(yùn)分擔(dān)率；

Ui為運(yùn)輸方式i的廣義費(fèi)用；

U為各種運(yùn)輸方式廣義費(fèi)用均值；

n為可供選擇的運(yùn)輸方式種類(lèi)；

Vi為運(yùn)輸方式i的速度；

Gi為運(yùn)輸方式i的運(yùn)價(jià)；

D為運(yùn)輸距離，研究中地鐵物流運(yùn)輸適宜100km運(yùn)輸；

F為貨物的運(yùn)輸時(shí)間附加值（由于貨類(lèi)一定，因此研究中各種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸附加值均不變，F(xiàn)的取值參照論文中取15元/h）；

θi為運(yùn)輸方式i的權(quán)重。

城市內(nèi)的貨運(yùn)通常末端運(yùn)輸僅有公路，運(yùn)距在100km以?xún)?nèi)，如果引入地鐵物流，末端運(yùn)輸將由公路、地鐵共同承擔(dān)。由上述公式對(duì)兩種運(yùn)輸方式進(jìn)行分擔(dān)率計(jì)算得到，在末端運(yùn)輸體系中，公路、地鐵貨運(yùn)分擔(dān)率將分別為58%、42%。

3.2.3 近、遠(yuǎn)期武漢市地鐵物流需求量預(yù)測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)，2025年武漢市地鐵物流承擔(dān)總貨運(yùn)量達(dá)890.7萬(wàn)t，其中城市倉(cāng)配、快遞物流、冷鏈物流運(yùn)量分別為720萬(wàn)t、43萬(wàn)t、127.7萬(wàn)t。2035年武漢市地鐵物流承擔(dān)總貨運(yùn)量達(dá)1 723.4萬(wàn)t，其中城市倉(cāng)配、快遞物流、冷鏈物流運(yùn)量分別為1 352.6萬(wàn)t、93.2萬(wàn)t、277.6萬(wàn)t。具體見(jiàn)表5。

3.3 武漢市地鐵物流運(yùn)輸組織模式研究

3.3.1 武漢市地鐵物流布局和運(yùn)輸組織開(kāi)行方案研究。目前武漢市外部已經(jīng)形成“一空港三貨場(chǎng)九園區(qū)若干配送中心”的格局（如圖2所示）。其中，天河空港物流園在空港，臨近2號(hào)線。陽(yáng)邏物流中心臨近新港線、21號(hào)線。朱家灣物流中心臨近2號(hào)線。舵落口鐵路物流基地臨近1號(hào)線、6號(hào)線。大花嶺鐵路物流基地臨近7號(hào)線。地鐵站每500-1 000m會(huì)設(shè)置一個(gè)站點(diǎn)，建議干線通道運(yùn)輸可結(jié)合地鐵站區(qū)域外的大型物流基地、貨場(chǎng)進(jìn)行布設(shè)，利用地鐵天窗期/低峰期、直達(dá)的模式運(yùn)送到武漢市三環(huán)內(nèi)地鐵周邊的配送中心站點(diǎn)，配送中心需要配備貨物的存儲(chǔ)區(qū)、分揀安檢區(qū)域和運(yùn)輸通道。末端配送建議采用客車(chē)捎帶、站站停的模式，因此配送點(diǎn)為地鐵線各個(gè)站點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)輻射半徑約為500-1 000m。末端配送點(diǎn)需要配備貨物暫存區(qū)域、智能快遞柜（如需要完全不干擾客流，建議各站點(diǎn)均預(yù)留貨物專(zhuān)門(mén)運(yùn)輸通道）。

截至2020年1月，武漢市已建成運(yùn)營(yíng)的線路有1、2、3、4、6、7、8、11、21號(hào)線，在建、規(guī)劃的線路為5、9、12、16、19和新港線共15條地鐵線。根據(jù)2019年地鐵開(kāi)行時(shí)刻表，平日各地鐵首末班車(chē)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間均為6：00、23：00，周末運(yùn)營(yíng)時(shí)間為6：30、23：00。根據(jù)初步測(cè)算，武漢市每條地鐵每天低峰期開(kāi)行的對(duì)數(shù)為167/144對(duì)。具體見(jiàn)表6。

表4 近、遠(yuǎn)期武漢城市物流的需求量表

表5 近、遠(yuǎn)期武漢地鐵物流量的需求表

表6 武漢地鐵開(kāi)行時(shí)間分析表

結(jié)合上述分析，建議開(kāi)行方案見(jiàn)表7。

表7 武漢地鐵開(kāi)行方案研究

圖2 武漢貨運(yùn)樞紐布局圖

此外，目前我國(guó)地鐵在開(kāi)行模式上尚不能進(jìn)行共線及跨線運(yùn)營(yíng)，如果開(kāi)行地鐵貨運(yùn)列車(chē)后建議在線路物理相互連通的基礎(chǔ)上，線路、車(chē)站、車(chē)輛、信號(hào)設(shè)備等硬件設(shè)備兼容的條件下，通過(guò)能力富裕區(qū)段內(nèi)考慮采用共線及跨線運(yùn)營(yíng)組織，以充分利用區(qū)段通過(guò)能力，緩解線路終端換乘站的換乘壓力，最大限度提高直達(dá)比例，減少換乘次數(shù)。

3.3.2 武漢市地鐵物流供給能力研究。結(jié)合上述開(kāi)行方案，經(jīng)過(guò)測(cè)算武漢每條地鐵線每年可承載的貨運(yùn)量為92萬(wàn)t（見(jiàn)表8），2030年預(yù)計(jì)武漢地鐵將有12條線開(kāi)通，可承載1 140萬(wàn)t貨運(yùn)需求。2035年若線路全部開(kāi)通，可承載1 380萬(wàn)t貨運(yùn)需求，基本滿足市場(chǎng)需求。后續(xù)如果貨運(yùn)需求增長(zhǎng)較快，可考慮在低峰期增加整列開(kāi)行貨運(yùn)班列的密度。

表8 地鐵承載貨運(yùn)量表

經(jīng)測(cè)算，如引入地鐵物流，2030年武漢市地面貨運(yùn)物流車(chē)輛周轉(zhuǎn)次數(shù)將減少228萬(wàn)輛次（見(jiàn)表9），將緩解武漢市38%的城市交通擁堵。

表9 2030年不同運(yùn)營(yíng)模式周轉(zhuǎn)情況表

4 結(jié)束語(yǔ)

以上研究結(jié)果表明，武漢地鐵基于現(xiàn)狀的開(kāi)行頻次，如果在客運(yùn)低峰期采用地鐵客車(chē)整節(jié)運(yùn)貨模式、客運(yùn)空置期采用整列貨車(chē)模式以及天窗整列開(kāi)行貨運(yùn)專(zhuān)列模式，基本可以滿足武漢市居民和社會(huì)單位對(duì)城市貨運(yùn)物流服務(wù)的需求，不僅可以緩解38%的城市交通擁堵，有效解決武漢三環(huán)禁貨等帶來(lái)的交通壓力，而且對(duì)于減少空氣污染具有重要意義。

綜上所述，充分利用城市地鐵資源發(fā)展地鐵物流，不僅可以有效解決由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的大城市交通擁堵、環(huán)境污染以及能源緊張等問(wèn)題，而且還能夠極大地提高物流效率，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。