基于中吉烏鐵路線路走向方案的客貨運量預(yù)測探析

馬海超

MA Haichao

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室，陜西 西安 710043)

(Shaanxi Railway and Underground Traffic Engineering Key Laboratory (FSDI), China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, Shaanxi, China)

中國—吉爾吉斯斯坦—烏茲別克斯坦鐵路(中吉烏鐵路)是我國連通中亞、西亞的重要交通走廊，也是“一帶一路”陸上國際通道的重要組成部分[1]。中吉烏鐵路新建段落主要位于吉爾吉斯斯坦境內(nèi)，該鐵路自20世紀(jì)90年代提出以來，中國、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦等相關(guān)國家圍繞吉爾吉斯斯坦境內(nèi)線路走向、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等提出不同訴求。線路方案比較涉及建設(shè)投資、經(jīng)濟(jì)運量、環(huán)保協(xié)調(diào)性等多因素的綜合比選，其中建設(shè)投資、環(huán)保協(xié)調(diào)性等相對直觀明晰，而經(jīng)濟(jì)運量特別是國際鐵路通道經(jīng)濟(jì)運量影響因素眾多，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏，難以直接得出，需要通過大量的模型計算得出。因此，在考慮建設(shè)投資、環(huán)保協(xié)調(diào)性等因素得出初始備選線路走向方案的基礎(chǔ)上，從運量角度進(jìn)行論證，進(jìn)而為線路走向方案決策提供依據(jù)。

1 中吉烏鐵路走向方案及影響區(qū)概況

1.1 中吉烏鐵路概況

中吉烏鐵路起點為中國南疆重鎮(zhèn)喀什，穿越吉爾吉斯斯坦，至吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦邊界的卡拉蘇接入既有鐵路，終點為烏茲別克斯坦東部城市安集延，整體呈東西走向，是中國面向中亞、西亞的重要交通走廊[2]。同時，中吉烏鐵路與規(guī)劃的吉爾吉斯斯坦南北鐵路一起，將重新構(gòu)筑吉爾吉斯斯坦國家鐵路網(wǎng)，在中亞路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中對打通斷頭路、補(bǔ)強(qiáng)亞洲路網(wǎng)短板，完善國際化、現(xiàn)代化鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。由于吉爾吉斯斯坦境內(nèi)無東西向鐵路貫通，中吉烏鐵路走向主要取決于吉爾吉斯斯坦境內(nèi)規(guī)劃鐵路方案。

根據(jù)吉爾吉斯斯坦主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點和中吉口岸分布，并結(jié)合沿線地形、地質(zhì)條件等，分別規(guī)劃了吐爾尕特口岸出境杜斯特克方案、阿爾帕方案，以及由伊爾克什坦口岸出境的奧什方案3個可行的走向方案。

（1）杜斯特克方案。線路自吐爾尕特口岸進(jìn)入吉爾吉斯斯坦，經(jīng)杜斯特克、烏根特、卡扎爾曼，翻越費爾干納山后，在科克揚加克與既有鐵路銜接，利用既有線經(jīng)卡拉蘇抵達(dá)烏茲別克斯坦安集延。線路全長653 km (喀什—安集延)。

（2）阿爾帕方案。線路自吐爾尕特口岸進(jìn)入吉爾吉斯斯坦境內(nèi)，向西過阿爾帕盆地，穿越費爾干納山主脈，接入既有卡拉蘇車站。線路全長508 km (喀什—安集延)。

（3）奧什方案。線路自伊爾克什坦口岸進(jìn)入吉爾吉斯斯坦境內(nèi)，向北沿克孜爾蘇河翻越阿賴山，接入既有鐵路奧什車站后抵達(dá)烏茲別克斯坦安集延。線路全長555 km (喀什—安集延)。

3個方案中，從運輸徑路看，阿爾帕方案最為短直，分別比杜斯托克方案短145 km，比奧什方案短47 km；從吸引經(jīng)濟(jì)據(jù)點數(shù)量看，杜斯托克方案吸引經(jīng)濟(jì)據(jù)點最多。中吉烏鐵路線路方案示意圖如圖1所示。

1.2 線路影響區(qū)人口分布及資源開發(fā)概況

吉爾吉斯斯坦2019年末總?cè)丝诩s640萬人，由于其是典型山區(qū)國家地形，人口分布不均，全國80%的人口分布在東北部楚河比什凱克市以及南部費爾干納盆地各州(市)。吉爾吉斯斯坦人口分布如表1所示。

吉爾吉斯斯坦國內(nèi)礦產(chǎn)資源較為豐富，其中金屬礦產(chǎn)、煤炭等大宗物資有較強(qiáng)的鐵路運輸需求，吉爾吉斯斯坦主要礦區(qū)及外運需求[3]如表2所示。

2 客貨運量預(yù)測模型構(gòu)建

鐵路線路走向方案不同，其運量吸引范圍也不盡相同，一般而言，沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)則客貨運需求較大，而運輸成本較低則通道吸引效果更優(yōu)。因此，結(jié)合中吉烏鐵路不同走向方案，以及上述線路影響區(qū)人口分布及資源開發(fā)現(xiàn)狀，在初始備選線路走向方案的基礎(chǔ)上，通過預(yù)測中吉烏鐵路通道客、貨運量，從運量角度論證各方案建設(shè)效果，進(jìn)而為線路走向方案決策提供依據(jù)。

2.1 運量預(yù)測思路

國際鐵路運量預(yù)測影響因素較多，歷史數(shù)據(jù)缺乏(或難以客觀取得)，因而難以選取較為成熟的時間序列、彈性系數(shù)、灰色模型等方法，且上述理論或方法往往只能反應(yīng)通道本身客貨運量發(fā)展的變化，很難反應(yīng)區(qū)域內(nèi)其他通道條件的改變對其運量產(chǎn)生的影響[4]。為此，以吉爾吉斯斯坦公開的數(shù)據(jù)為依據(jù)，并輔以我國國內(nèi)相似區(qū)域類比參數(shù)，運用四階段法對客貨運量進(jìn)行預(yù)測分析。

圖1 中吉烏鐵路線路方案示意圖Fig.1 Alignment of the China-Kyrgyzstan-Uzbekistan railway

表1 吉爾吉斯斯坦人口分布 萬人Tab.1 Population distribution in Kyrgyzstan

表2 吉爾吉斯斯坦主要礦區(qū)外運需求 萬tTab.2 Main mining areas and traffic demand in Kyrgyzstan

四階段法是交通需求預(yù)測中經(jīng)典且成熟的方法。4個階段分別為交通生成、交通分布、交通方式劃分和交通量分配[4]。其中，交通生成階段用于解決小區(qū)吸引和發(fā)生的交通量；交通分布階段用于將各個小區(qū)吸引和發(fā)生的交通量進(jìn)行分配，形成小區(qū)之間的OD矩陣；交通方式劃分是將每一OD分配交通方式；交通量分配則是將交通量分配到具體徑路上。四階段法發(fā)展至今，每一階段都形成了多種模型和方法。在此，以改進(jìn)的Logit模型預(yù)測國際運量分擔(dān)概率，用雙約束重力模型預(yù)測缺乏OD基礎(chǔ)數(shù)據(jù)地區(qū)的客流分布，用公路－鐵路優(yōu)勢吸引模型分析國內(nèi)大宗物資運量，計算出相對客觀的運量預(yù)測數(shù)據(jù)。

2.2 客運量預(yù)測模型

2.2.1 國際客運量出行方式選擇預(yù)測模型

中國和吉爾吉斯斯坦兩國旅客可以選擇的交通方式包括公路、民航及規(guī)劃的中吉烏鐵路。旅客出行選擇交通方式占比采用基于廣義費用的改進(jìn)Logit模型[5]。根據(jù)隨機(jī)效用理論，出行者在特定的條件下，選擇效用最大的方案。因此，第i種出行方式被選擇的概率為

式中：Pi為旅客選擇第i種出行方式的概率；Ci為第i種出行方式的廣義費用；λ為修正參數(shù)(一般取3 ～ 3.5)。

廣義費用主要考量經(jīng)濟(jì)費用和時間費用，即Ci=Ei+Fi，其中經(jīng)濟(jì)費用Ei包括旅客旅行過程中“門到門”的所有費用，為簡便計算，取各種方案按運輸里程收取的票價；時間費用Fi通過“門到門”的時間消耗價值來衡量，即

式中：Ti為不同方案的旅行時間；V(T)為旅客的時間價值。

2.2.2 吉爾吉斯斯坦國內(nèi)旅客交通分布預(yù)測模型

吉爾吉斯斯坦國內(nèi)旅客出行與人口分布、居民收入水平、出行成本、產(chǎn)業(yè)布局、交通設(shè)施布局等有關(guān)?？紤]到吉爾吉斯斯坦本國鐵路路網(wǎng)不完善，歷史鐵路出行OD難以獲得等情況，以規(guī)劃的吉爾吉斯斯坦鐵路網(wǎng)為基礎(chǔ)網(wǎng)，以各地州人口分布、經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)度為依據(jù)，選取以出行距離為交通阻抗的雙約束重力模型[6-7]進(jìn)行交通分布預(yù)測。雙約束重力模型的形式如下。

式中：Xij為交通小區(qū)i-j的OD量；Ai，Bj為運算參數(shù)；Ti為交通區(qū)i的發(fā)生量；Uj為交通區(qū)j的吸引量；f(tij)為交通阻抗函數(shù)，取為交通小區(qū)數(shù)目；α為模型參數(shù)；tij為交通區(qū)i→j的交通阻抗值，取兩地規(guī)劃鐵路網(wǎng)距離。

2.3 貨運量預(yù)測模型

2.3.1 國際貨運量預(yù)測模型

運輸徑路選擇影響因素主要包括運輸價格、運輸時間、運輸安全可靠性等，在此采用基于廣義費用改進(jìn)的Logit模型[5]計算各通道通過運量所占比例。

式中：Pi為貨物選擇第i種出行方式的概率；分別為第i種方案的運輸時間、運輸費用和運輸安全可靠性得分，采用百分制形勢；λ為修正參數(shù)，一般取 3 ～ 3.5 ；μt，μc和μs分別為方案運輸時間、運輸費用和運輸安全可靠性的權(quán)重。

各參數(shù)確定方式如下。

對于運輸時間：若通道1的運輸時間為t1，通道2的運輸時間為t2，則通道1在運輸時間上得分通道2在運輸時間上得分

對于運輸費用：若通道1的運輸費用為c1，通道2的運輸費用為c2，則通道1在運輸費用上得分通道2在運輸時間上得分

運輸安全可靠性是用戶對運輸品質(zhì)的主觀評判，一般情況下，線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運輸組織效率、服務(wù)態(tài)度是決定品質(zhì)的主要因素。中國境內(nèi)蘭新鐵路、南疆鐵路的標(biāo)準(zhǔn)和運輸組織效率均高于國外鐵路，因此，用通道在我國境內(nèi)運輸距離比值來表征不同運輸通道的運輸可靠性。若通道1在國內(nèi)運輸距離比例為η1，通道2在國內(nèi)運輸距離比例為η2，則通道1在運輸安全可靠性上的得分為通道2在運輸安全可靠性上的得分為

2.3.2 大宗運量運輸方式劃分模型

中短途貨運量在沿線需求調(diào)查的基礎(chǔ)上，主要分析其運輸方式選擇。鐵路和公路作為2種主要陸地運輸方式，在一定運輸距離范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的替代關(guān)系。鐵路適合中長途運輸，優(yōu)勢在于“量大價優(yōu)”；公路適合中短途、小批量運輸，優(yōu)勢在于“門到門”[8]。

綜合運費為運輸方式選擇的主要因素，其市場競爭關(guān)系可以表示為

式中：Cf為貨物運費；Co為貨物產(chǎn)地價格；Ct為稅收等雜費；Cm為目標(biāo)市場價格。

當(dāng)Co，Ct取值固定時，運費成為決定運輸量的核心[9]。

鐵路運輸存在公路短倒弊端，以鐵路為主的綜合運輸成本如下。

式中：w為貨運量；為公路運送至鐵路的距離；l鐵為鐵路上的運輸距離；cg為單位公路運費；ct為單位鐵路運費；cs為單位貨物裝卸費；cq為單位貨物倒裝費用。

以公路運輸綜合運輸成本如下。

式中：w為貨運量；cg為單位公路運費；l公為公路運輸距離；cs為單位貨物裝卸費。

在一定的運輸距離l鐵和l公下，由鐵路轉(zhuǎn)運相較于公路直接運送的物流吸引范圍l'公可由下式計算。

該距離決定了不同方案的鐵路運輸吸引范圍，即鐵路能吸引貨運需求為Γk的企業(yè)貨運量為

3 中吉烏鐵路運量預(yù)測

3.1 客運量分析預(yù)測

3.1.1 中吉烏鐵路國際客運量預(yù)測

（1）客流構(gòu)成及流量流向分析。中吉烏鐵路主要吸引中國和吉爾吉斯斯坦兩國之間的客流。據(jù)中國駐吉爾吉斯斯坦使館統(tǒng)計，目前在吉爾吉斯斯坦務(wù)工、經(jīng)商的華僑約3萬～ 4萬人，2019年兩國口岸進(jìn)出境人員8.1萬人次，出境旅客主要目的以務(wù)工(37%)、經(jīng)商(31%)、探親(17%)、旅游(4%)、其他(11%)為主。在“一帶一路”倡議框架下，中國與周邊國家旅游商貿(mào)合作將逐步加強(qiáng)。根據(jù)中吉經(jīng)貿(mào)關(guān)系旅游發(fā)展趨勢等預(yù)測，中吉國際單向客流近期(2035年)與遠(yuǎn)期(2045年)分別為19萬人和30萬人[3]。

（2）客流交通方式選擇。兩國旅客可以選擇的交通方式包括公路、民航及規(guī)劃的中吉烏鐵路。以中國南疆重鎮(zhèn)喀什為起點，吉爾吉斯斯坦奧什市為終點，計算鐵路、民航、公路3種方式旅客廣義費用及選擇概率。旅客的時間價值按旅客平均小時薪酬計算，分為0 ～ 1 999元、2 000 ～ 3 999元、4 000 ～ 5 999 元、6 000 ～ 9 999 元、10 000 元 以 上5個收入等級，對應(yīng)的旅客的時間價值分別為取9.36元 /h、18.72元 /h、30.6元 /h、50.7元/h、74.9元/h。依據(jù)職業(yè)分布和工作屬性(勞務(wù)派遣和企業(yè)雇工)計算中國、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦進(jìn)出境旅客平均時間價值為39.03元/h。根據(jù)公式 ⑴，不同交通方式旅客出行參數(shù)及選擇概率如表3所示。從表3可以看出，采用鐵路方式進(jìn)出境游客廣義費用最低，經(jīng)過測算，鐵路將承擔(dān)的過境旅客份額約為49.0% ～ 57.6%，相應(yīng)承擔(dān)的近、遠(yuǎn)期旅客運量分別為：阿爾帕方案近期11萬人、遠(yuǎn)期17萬人，杜斯特克方案近期9萬人、遠(yuǎn)期15萬人，奧什方案近期10萬人、遠(yuǎn)期16萬人。

3.1.2 吉爾吉斯斯坦國內(nèi)客運量預(yù)測

吉爾吉斯斯坦國內(nèi)鐵路旅客出行以各地州人口分布、經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)度為依據(jù)，選取雙約束重力模型，利用公式 ⑶ 測算其OD分布。人均鐵路出行次數(shù)參考我國新疆地區(qū)與吉爾吉斯斯坦各經(jīng)濟(jì)片區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展近似數(shù)據(jù)，采用雙約束重力模型計算得到近、遠(yuǎn)期鐵路出行OD表如表4所示。

表3 不同交通方式旅客出行參數(shù)及選擇概率表Tab.3 Probability of passengers choosing different modes of transportation

表4 鐵路出行OD表 萬人Tab.4 Railway traffic by OD pairs

將上述OD加載于吉爾吉斯斯坦規(guī)劃鐵路網(wǎng)中進(jìn)行運量分配，不同方案下吉爾吉斯斯坦國內(nèi)旅客客運量如表5所示。

表5 不同方案下吉爾吉斯斯坦國內(nèi)旅客客運量 萬人Tab.5 Passenger traffic volume in Kyrgyzstan under each scheme

3.1.3 客運量匯總

綜合中吉烏國際通道客運需求和吉爾吉斯斯坦境內(nèi)居民出行量，以按流開車為原則，旅客列車按年輸送能力30萬人計算，不同方案客運量及旅客列車對數(shù)如表6所示。

表6 不同方案客運量及旅客列車對數(shù)表Tab.6 Passenger traffic volume and train pairs under each scheme

3.2 貨運量預(yù)測

3.2.1 中吉烏通道運量

中吉烏鐵路國際通道運量主要為中國內(nèi)地與中亞國家長途貨物交流量，運距在3 000 km以上，是鐵路優(yōu)勢運距范圍。中國至中亞及西亞主要有2條鐵路運輸通道，一條是由北疆霍爾果斯口岸出境經(jīng)哈薩克斯坦至烏茲別克斯坦，即中哈烏通道；另一條是由南疆吐爾尕特出境經(jīng)中吉烏鐵路，即中吉烏通道。

采用公式 ⑻ 并建立多場景計算不同方案的國際運量分擔(dān)率。對于公式 ⑼ 中，μt，μc和μs參數(shù)，本次邀請中歐班列貨代公司10名具有豐富經(jīng)驗的專家打分評判，采用灰色關(guān)聯(lián)度法綜合確定運輸價格、運輸時間和運輸安全可靠性的權(quán)重，各因素權(quán)重如表7所示。依據(jù)中吉烏通道貨流構(gòu)成，選擇中國蘭新鐵路吐魯番為起點，境外選擇烏茲別克斯坦塔什干為終點，各方案運輸指標(biāo)得分如表8所示。各方案通道運量：根據(jù)上述Logit模型公式 ⑻，計算得出各方案承擔(dān)比例，同時，結(jié)合中吉烏預(yù)可研報告[3]，中國與中亞貨物交流總需求近、遠(yuǎn)期分別為東行550萬t、750萬t，西行480萬t、600萬t。根據(jù)各方案承擔(dān)運量比例，計算得出中哈烏(霍爾果斯)與中吉烏通道運量分擔(dān)表如表9所示。

3.2.2 吉爾吉斯斯坦地方運量預(yù)測

根據(jù)調(diào)查吉爾吉斯斯坦國內(nèi)公路運費0.48元/(t·km)，鐵路采用0.2元/(t·km)，裝卸費25元 /t，倒裝費30元/t，根據(jù)公式(13)計算得到公路運輸相對運距優(yōu)勢為154 km，結(jié)合上文提及的礦產(chǎn)分布及物資流向，不同方案地方運量如表10所示。

3.2.3 不同方案對貨運量影響分析

通過疊加吉爾吉斯斯坦地方運量和國際通道運量，中吉烏鐵路不同走向方案貨運量匯總?cè)绫?1所示。從表中可以看出，阿爾帕方案貨運量近、遠(yuǎn)期為1 021萬t、1 359萬t，杜斯特克方案近、遠(yuǎn)期為935萬t、1 262萬t，較杜斯托克方案減少7.1% ～ 8.9%。奧什方案僅為阿爾帕方案的85%左右。

表7 各因素權(quán)重Tab.7 Weight of each factor

3.3 研究結(jié)論

運用四階段法對不同走向方案的中吉烏鐵路客、貨運量進(jìn)行匯總，得到不同走向方案客、貨運輸量如表12所示。

綜合分析各方案運量，客運方面，杜斯特克方案客運量最大，近、遠(yuǎn)期分別達(dá)到27萬人和37萬人，是阿爾帕方案的1.5倍和奧什方案的2.1倍。貨運方面，阿爾帕方案國際通道運距最短，貨運量最大，是杜斯特克方案和奧什方案的1.09倍和1.17倍。阿爾帕方案國際通過運量占比72%，杜斯特克方案國際通過運量東行占比60%。奧什方案國際通過運量占比71%。從運量比較來看，阿爾帕方案在三大走向方案比選中運量吸引效果最佳，杜斯特克方案次之，奧什方案較差。因此，從運量吸引和客貨流構(gòu)成的角度，阿爾帕方案運量大、客貨流培育期短，對項目的運量支撐充分，有利于運輸供給能力與服務(wù)效能的高效發(fā)揮；而杜斯特克方案沿線經(jīng)過經(jīng)濟(jì)據(jù)點最多，運輸需求發(fā)展?jié)摿^大，可以作為第二備選方案。

表8 各方案運輸指標(biāo)得分Tab.8 Transport indicators score for each scheme

表9 中哈烏(霍爾果斯)與中吉烏通道運量分擔(dān)表Tab.9 Sharing of freight volume between the two channels of China- Kazakhstan- Uzbekistan (Horgos) and China-Kyrgyzstan-Uzbekistan

表10 不同方案地方運量 萬tTab.10 Local volume of the three schemes

表11 不同走向方案貨運量匯總表 萬tTab.11 Freight traffic summary of the three schemes

表12 不同走向方案客、貨運輸量Tab.12 Passenger and freight volume of the three schemes

4 結(jié)束語

中吉烏鐵路作為服務(wù)國際戰(zhàn)略合作的重要基礎(chǔ)設(shè)施，鐵路建成后的服務(wù)范圍及其承擔(dān)的客貨運量是評價其建設(shè)效果的重要依據(jù)。由于不同的線路走向方案所服務(wù)的范圍、客貨流吸引強(qiáng)度不同，因此，科學(xué)合理地預(yù)測運量可以為線路走向方案的選擇提供重要決策依據(jù)。因此，結(jié)合中吉烏鐵路的特點，在建設(shè)投資、環(huán)境保護(hù)等要素具有一定彈性的情況下，對不同方案下的客貨運量進(jìn)行分析預(yù)測，為線路走向方案選擇提供支撐。但是，國際鐵路通道運量預(yù)測相對復(fù)雜，涉及因素較多，在運用四階段法進(jìn)行預(yù)測過程中，對改進(jìn)型Logit模型、雙約束重力模型等參數(shù)的選取及實例驗證等方面，還應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)一步深化研究。