高速磁浮系統(tǒng)優(yōu)勢運輸距離研究

柯小梁，任 沖，簡 星

（中鐵二院工程集團有限責任公司 交通與城市規(guī)劃設(shè)計研究院，四川 成都 610031)

高速磁浮系統(tǒng)有望成為下一代快速干線運輸系統(tǒng)，其運輸適應(yīng)性是系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的前提。現(xiàn)有研究對于高速鐵路和民航系統(tǒng)的最優(yōu)運輸距離有較為系統(tǒng)的對比分析。600 km/h高速磁浮系統(tǒng)應(yīng)用后，勢必會蠶食高速鐵路和民航的市場。由于高速磁浮的技術(shù)特性，其提供的運輸服務(wù)屬性及費用與現(xiàn)有的運輸方式存在一定的差異，因而從旅客選擇的角度，對高速磁浮系統(tǒng)優(yōu)勢運輸距離展開研究，可為其運營線路選擇與規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 運輸方式選擇的影響因素分析

從交通運輸系統(tǒng)自身的角度，各種交通運輸方式有其內(nèi)在的服務(wù)特征以及運輸費用，在不同運輸距離下呈現(xiàn)出不同的相對競爭優(yōu)勢；而從旅客的角度，不同的運輸距離，所有旅客選擇適合自身需求的交通運輸系統(tǒng)結(jié)果，反映了各種運輸方式在特定運輸距離下的市場占有率，因而，高速磁浮系統(tǒng)的優(yōu)勢運輸距離問題的研究，實質(zhì)是不同運輸距離下旅客選擇不同運輸方式的占比，及其具有相對優(yōu)勢的距離區(qū)間問題。

為此，需要從旅客的角度，在各種運輸方式競合條件下，基于旅客出行需求自主選擇的原則，分析不同運輸方式的供給差異、旅客出行需求差異及外部環(huán)境的差異[1]。運輸方式選擇影響因素如圖1所示。

圖1 運輸方式選擇影響因素Fig.1 Factors affecting the choice of transportation mode

1.1 供給差異因素

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，各種交通基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善，人們對于運輸服務(wù)產(chǎn)品的需求，不再僅僅滿足于到達目的地，對運輸方式的便利性、舒適性、快捷性、安全性和服務(wù)質(zhì)量等提出了更深入的要求。運輸方式供應(yīng)的不同因素由不同運輸方式的服務(wù)屬性決定，包括票價水平、便捷性、安全性、舒適度、開行間隔、方便性、準時性和服務(wù)水平等因素[2]。

（1）票價水平。票價水平指旅客為獲得運輸服務(wù)而支付的經(jīng)濟成本，與運輸服務(wù)提供的便利性、舒適性和服務(wù)水平有關(guān)，主要體現(xiàn)在不同出行方式的票價和附加旅行費，如交通接駁費、機場建設(shè)費、稅費等。

（2）快捷性?？旖菪灾饕侵嘎眯羞^程中不同交通工具可以提供的運行速度和運行時間，主要體現(xiàn)在交通工具的速度和運行時間上。

（3）安全性。安全性是指運輸方式對旅客(包括旅客及行李等)在出行過程中的安全防護程度，主要體現(xiàn)在交通工具的安全、交通工具輔助設(shè)施的安全以及旅客攜帶行李的安全。

（4）舒適度。舒適度是指在乘坐交通工具時，在硬件和軟件共同作用下，旅客的身心舒適程度，是對所選運輸方式的出行質(zhì)量的綜合評價。

（5）開行間隔。開行間隔指運輸供應(yīng)方在固定時間內(nèi)向旅客提供的交通工具的出發(fā)次數(shù)和相鄰交通工具出發(fā)的時差，主要體現(xiàn)在行程與旅客在行程中等待時間之間的間隔，能夠反映不同類型的旅客對旅行時間的要求。

（6）方便性。方便性主要指交通設(shè)施及服務(wù)對于出行者的方便程度，其內(nèi)容包括路網(wǎng)布局的合理性、路網(wǎng)密度的大小、換乘系數(shù)的合理性、站間距的合理性等。

（7）準時性。準時性指不同運輸方式的到達或離開時間與旅行過程中的估算時間之間的差異程度，反映了不同類型的旅行者對旅行時間的敏感性，與所提供服務(wù)的可靠性密切相關(guān)，體現(xiàn)了不同運輸方式的運營水平。準時性還受運輸方式固有的特征影響。

（8）服務(wù)水平。狹義的服務(wù)水平是指運輸供應(yīng)者提供的運輸過程中的服務(wù)，如提供的提醒、協(xié)助、餐食、引導(dǎo)等具體服務(wù)。廣義的服務(wù)水平包含了運輸供應(yīng)者提供的運輸產(chǎn)品的各個方面，如旅行速度、開行間隔、運輸能力、舒適性、安全性和準時性等綜合水平。

1.2 需求決定因素

旅客認知偏好和經(jīng)濟承受能力直接反映到對運輸方式的選擇上。運輸方式的選擇會因旅客不同特點和主觀客觀需求而變換。決定出行需求的因素包括出行目的、出行距離、出行時間和出行預(yù)算。

（1）出行目的是指旅客出行的原因。根據(jù)人們的出行目的，旅客出行需求一般可分為公務(wù)、商務(wù)、探親、旅游等。不同類型的出行需求直接影響運輸方式的選擇。

（2）出行距離是指從出發(fā)地到目的地的距離。全程距離的長短和出行線路的布局都會影響旅客的出行選擇。

（3）出行時間是指在整個旅程中所消耗的時間。減少出行時間應(yīng)從影響全程時間最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)入手，如減少換乘等待時間、候車時間等。路程中的純運營時間一般由系統(tǒng)的設(shè)計能力決定。

（4）出行預(yù)算是旅客對出行成本的估計，包括主要運輸方式的票價、交通接駁費用和其他費用等。出行預(yù)算的高低通常與旅客的經(jīng)濟承受能力和偏好有關(guān)，對運輸方式的選擇起到?jīng)Q定性作用。

1.3 外部環(huán)境因素

客運市場的外部環(huán)境因素是一個綜合的因素，對運輸方式選擇的影響是宏觀且無差別的，包括宏觀政策影響、經(jīng)濟發(fā)展水平和居民消費水平等。

（1）經(jīng)濟發(fā)展與居民消費水平是主要的外部因素。隨著人口數(shù)量的增多、經(jīng)濟的發(fā)展和居民生活水平的提高，在滿足了基本的生存和安全需求之后，探親、休假、旅游、訪友等需求增長，與此相聯(lián)系的交通消費需求也將相應(yīng)在數(shù)量和質(zhì)量上發(fā)生變化。收入水平的高低和經(jīng)濟發(fā)展的快慢直接影響旅客的出行需求，消費水平也影響了旅客在選擇出行方式時的決策。

（2）宏觀政策對旅客選擇出行方式也存在影響。由于政府職能的轉(zhuǎn)變，政府不直接干預(yù)運輸市場，而是實施間接的宏觀管理與調(diào)控，因而對客流短期的影響不大，但對遠期客流的結(jié)構(gòu)形成有很大影響。

1.4 影響因素選定

結(jié)合供給性差異，可將影響客運需求的因素簡化為時間成本、經(jīng)濟成本、方便性、舒適性、準時性和安全性6個指標[3-4]。將這些指標折合為費用成本分析如下。

（1）時間成本。旅客出行的時間成本應(yīng)包含與運輸方式有關(guān)的總時間成本，主要包括在途運輸時間、出行起訖點與交通站點的接駁換乘時間以及在相應(yīng)站點的等候時間。旅客出行總的時間成本可以表示為[5-6]

式中：T為旅客出行總的時間成本，元；L為旅客出行起訖點間的運輸距離，km；V為旅客所選擇運輸方式的平均旅速，km/h；t1為旅客出行起訖點至交通站點的接駁或換乘時間，h；t2為旅客在對應(yīng)站點的等待時間，h；U為旅客的時間價值，元/h。

（2）經(jīng)濟成本。經(jīng)濟成本采用交通方式運費、兩端接駁或換乘費用及誤點導(dǎo)致的旅客損失費用之和來表示，如公式 ⑵ 所示[5]。

式中：K為旅客出行經(jīng)濟成本，元；P1為旅客所選擇運輸方式的運價率，元/(人·km)；P2為旅客出行起訖點至交通站點的接駁或換乘費用，元；P3為旅客所選擇的運輸方式誤點導(dǎo)致的旅客直接或間接損失，元。

（3）方便性費用。方便性是指旅客出行的便利程度，可以用3個指標來衡量，包括旅客出行時所采用的各種交通工具間的換乘次數(shù)、所選擇運輸方式的班次頻率、需要的預(yù)留時間(包含安檢、購票及候乘時間等)。將上述指標量化后用符號Con可表示為[5-6]

式中：Con為某種交通方式的方便性費用，元；N為旅客出行時所采用的各種交通工具間的換乘時間，h；I為所選擇運輸方式的班次頻率，這里用班次間隔時間表示，h；D為需要的預(yù)留時間，h。

（4）舒適性費用。旅客出行的舒適性用運輸方式的空間大小、穩(wěn)定性等指標衡量，可以表示為[7]

式中：S為旅客出行的舒適性費用，元；s1為旅客所選擇交通工具內(nèi)所擁有個人空間所付出的費用，元；s2為所選擇交通工具的穩(wěn)定程度所付出的費用，元。

（5）準時性費用。準時性可以用出發(fā)準時性、到達準時性及延誤程度等參數(shù)來衡量，可以表示為

式中：Z為準時性費用，元；ti延誤為交通方式的平均延誤時間，h。

（6）安全性費用。安全性通常采用單位旅客周轉(zhuǎn)量的傷亡人數(shù)來描述，它與其他廣義費用反相關(guān)，表示為

式中：Q為安全性費用，元；Ni為單位旅客周轉(zhuǎn)量某種交通方式的傷亡人數(shù)，人；V為造成人身損害后，對單位旅客賠償金額，元/人。

2 不同運輸方式下優(yōu)勢距離競爭模型構(gòu)建

從旅客角度出發(fā)，基于自由競爭、自主選擇的原則，對高速磁浮、高速鐵路和民航3種主要運輸方式的優(yōu)勢運距分析，本質(zhì)上是對各運輸方式在不同距離下客流分擔率的研究。3種運輸方式，由于速度、服務(wù)頻率和服務(wù)水平的差異，在時間成本、經(jīng)濟成本、方便性、準時性、舒適性和安全性6個指標方面呈現(xiàn)不同特征，旅客通常優(yōu)先選擇綜合效用最高的運輸方式。從本質(zhì)上研究的是在出行目的既定條件下的旅客出行總效用極大化問題[8]，則基于旅客主觀的運輸方式選擇問題轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘁蛩刂萍s條件的綜合效用極大化問題。

（1）假定旅客出行的起訖點具備選擇高速鐵路、高速磁浮和民航3種運輸方式的條件，且其出行必須選擇上述3種運輸方式之一。通過分析可知，影響旅客出行方式選擇的因素有經(jīng)濟性、安全性、舒適性等共k個指標，則高速鐵路、高速磁浮和民航3種運輸方式影響因素對應(yīng)效用值的集合Yi表示為

式中：yij表示第i種運輸方式的第j種影響因素的效用值。

由于運輸方式選擇的各影響因素相對獨立，因而可以采用加法規(guī)則將各影響指標效用值和權(quán)重組合起來，則一定運輸距離下高速鐵路、高速磁浮和民航的綜合效用值Ui表示為

式中：θk表示運輸方式的第k種影響因素對效用值Ui的權(quán)重；εi表示旅客對第i種運輸方式的個性化愛好的經(jīng)濟學(xué)反映，元。

（2）為計算綜合效用值Ui，應(yīng)對影響因素的權(quán)重θk進行合理取值，通過相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果和研究資料對各指標的權(quán)重進行合理化取值，以防止取值誤差。

（3）得到綜合效用值Ui后，分別計算高速鐵路、高速磁浮和民航3種運輸方式在不同運輸距離(Li)下的綜合效用值，同時根據(jù)Logit模型可計算出3種運輸方式的客流分擔情況，用表示為

（4）用ρLi表示在一定運輸距離下不同運輸方式間的相對競爭程度，即

3 案例分析

3.1 基本參數(shù)取值

（1）時間成本。時間成本參數(shù)取值如表1所示，其中高速磁浮參照其他2種運輸方式進行合理取值。

表1 時間成本參數(shù)取值 hTab.1 Values of time cost parameters

（2）經(jīng)濟成本。經(jīng)濟成本參數(shù)取值如表2所示，其中高速磁浮參照高速鐵路與民航2種運輸方式進行合理取值。

表2 經(jīng)濟成本參數(shù)取值Tab.2 Values of economic cost parameters

（3）方便性。方便性成本參數(shù)取值如表3所示，其中高速磁浮參考高速鐵路取值。

表3 方便性成本參數(shù)取值 hTab.3 Values of convenience cost parameters

（4）舒適性。高速鐵路按二等座空間取值，民航按經(jīng)濟艙座位空間取值，高速磁浮根據(jù)現(xiàn)有上海磁浮確定，舒適性成本參數(shù)取值如表4所示。

表4 舒適性成本參數(shù)取值Tab.4 Values of comfort cost parameters

（5）準時性。依據(jù)現(xiàn)狀資料分析，高速鐵路的正點率高于民航，國內(nèi)鐵路準點率為85.1%，民航準點率為56.0%[6]。高速磁浮采用全封閉系統(tǒng)，受天氣或其他運輸方式影響小，準點率可取90%。

（6）安全性。依據(jù)目前民航和高速鐵路的調(diào)查，高速鐵路的安全性指標為0.018人/億人公里，民航為0.41人/億人公里，高速磁浮由于其系統(tǒng)的高冗余性，可取0.01人/億人公里。

3.2 模型計算

根據(jù)上述競爭模型，不同距離下高速磁浮與高速鐵路、民航的市場分擔率計算流程如下。

步驟1：初始化運輸距離L0，確定不同影響因素對效用值的權(quán)重系數(shù)。

步驟2：計算該運輸距離下各影響因素指標值，根據(jù)公式(8)和公式(9)計算高速鐵路、高速磁浮、民航的綜合效用值和客流分擔率。

步驟3：根據(jù)公式(10)和公式(11)計算一定運輸距離下高速磁浮與高速鐵路、民航的相對競爭度。

步驟4：調(diào)整運輸距離L，重復(fù)步驟2和3。

步驟5：得出不同運輸距離下各運輸方式的市場分擔率曲線。

根據(jù)上述計算過程，不同運輸距離下3種運輸方式市場分擔率計算流程圖如圖2所示。

圖2 不同運輸距離下3種運輸方式市場分擔率計算流程圖Fig.2 The calculation flow chart of the market share rate of threetran sportation modes under different transportation distances

3.3 計算結(jié)果

借助仿真軟件可得到不同運輸距離下，高速磁浮與高速鐵路、民航三者的市場分擔率。不同運距下高速磁浮與高速鐵路、民航市場分擔情況如圖3所示。

由圖3可知，當運輸距離小于600 km時，高速磁浮的市場份額低于高速鐵路，而民航的市場分擔率接近于0；當運輸距離在600 ～ 2 000 km時，高速磁浮的市場份額高于高速鐵路和民航；當運輸距離大于2 000 km時，高速磁浮的市場份額逐漸低于民航，高速鐵路的市場分擔率接近于0。

圖3 不同運距下高速磁浮與高速鐵路、民航市場分擔情況Fig.3 Market share of high-speed maglev system, high-speed railways, and civil aviation under different transportation distances

當運輸距離小于400 km時，高速鐵路具有絕對的競爭優(yōu)勢，隨著運輸距離的增加，高速磁浮的競爭優(yōu)勢逐漸凸顯；當運輸距離在1 000 ～1 500 km時，高速磁浮相對高速鐵路和民航均具有絕對的競爭優(yōu)勢；當運輸距離大于2 500 km時，民航具有絕對的優(yōu)勢，高速磁浮的競爭優(yōu)勢隨運距的增加逐漸衰減。

4 結(jié)束語

通過高速磁浮與高速鐵路和民航不同運距市場競爭力比較，基于旅客選擇的角度，分析得到影響旅客出行不同運輸方式選擇的6個指標，建立不同運距下高速磁浮與高速鐵路、航空的競爭模型，模擬得出高速磁浮的優(yōu)勢運距為1 000 ～ 1 500 km，高速磁浮與高速鐵路的競爭運距為400 ～ 1 000 km，高速磁浮與民航的競爭運距為1 500 ～ 2 500 km。高速磁浮豐富了高速客運系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)注重發(fā)揮其中長距離運輸優(yōu)勢，以進一步推動我國現(xiàn)代化綜合交通體系建設(shè)、實現(xiàn)我國軌道交通技術(shù)持續(xù)領(lǐng)跑。