基于系統(tǒng)基模的南昆線擴(kuò)能思考

魏宏濤

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 科信部，高級(jí)工程師，廣西 南寧 530029）

1 引言

鐵路通過能力是指在一定的機(jī)車車輛類型、信號(hào)設(shè)備和行車組織方法條件下，鐵路區(qū)段內(nèi)各種基礎(chǔ)設(shè)施和固定設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)（通常為一晝夜）所能通過或接發(fā)的最多列車數(shù)或列車對(duì)數(shù)，一般受線路或區(qū)段的區(qū)間、車站、機(jī)務(wù)、供電設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施和固定設(shè)備能力的影響。劉瑜［1］通過對(duì)提速、重載運(yùn)輸?shù)却胧┻M(jìn)行量化分析，研究神朔與朔黃鐵路擴(kuò)能改造方案；伊平非［2］通過對(duì)不同運(yùn)行速度目標(biāo)值工程投資、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，研究了集通鐵路擴(kuò)能改造局部線路方案；付建軍［3］利用模糊評(píng)價(jià)的方式，對(duì)靜態(tài)工程投資、能力適應(yīng)性及內(nèi)部收益率等進(jìn)行量化計(jì)算，科學(xué)評(píng)價(jià)了集二線擴(kuò)能改造方案。目前針對(duì)鐵路擴(kuò)能改造，大部分學(xué)者均采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行量化分析研究，本文從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)角度，運(yùn)用系統(tǒng)基模從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各要素間相互作用關(guān)系及系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律角度出發(fā)，對(duì)南昆線擴(kuò)能問題進(jìn)行研究。

2 南昆線運(yùn)輸現(xiàn)狀

南昆線是溝通和連接“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是服務(wù)西部陸海新通道云南、川西南、黔西地區(qū)與北部灣等華南沿海地區(qū)的大能力運(yùn)輸主通道和出海通道的重要組成部分。南昆線于1997年11月30日全線開通運(yùn)營(yíng)，屬國(guó)鐵Ⅰ級(jí)干線鐵路，線路全長(zhǎng)828千米；2017年12月，南昆線南寧南至百色段增建二線工程開通運(yùn)營(yíng)，二線全長(zhǎng)209千米。

南昆線南寧南至百色段現(xiàn)行天窗按“5+2”模式安排150分鐘V型天窗；圖定客車3對(duì)，貨車36對(duì)（摘掛車7對(duì)）。非平圖能力170.6對(duì)，使用能力153.5對(duì)，2020年日均實(shí)際開行貨車34.5對(duì)，使用能力利用率22.5%。

南昆線百色至威舍段現(xiàn)行天窗按“5+2”模式安排垂直天窗，其中隧道病害整治安排150分鐘，其他施工（維修）安排120分鐘；圖定客車5對(duì)（通勤車1對(duì)），貨車34對(duì)（摘掛車5對(duì)）。非平圖能力35.5對(duì)，使用能力30.2對(duì)。2020年日均實(shí)際開行貨車30對(duì)（交口28.5列），使用能力利用率99.3%。

南昆線南寧南至百色段增建二線于2017年底開通后，區(qū)段使用能力由原來的38.2對(duì)躍升至153.5對(duì)，能力得到大幅釋放，2020年使用能力利用率22.5%。但百色至威舍段單線能力已成為全線運(yùn)輸瓶頸，2020年使用能力利用率99.3%，受百威段通過能力影響，南百段利用率非常低，增建二線投資效益未能充分發(fā)揮。并且百威段由于線路病害整治多、既有供電能力不足，雖然通過采取更換大功率機(jī)車、貨車提速、百色至永樂段貨車連發(fā)等有效措施，進(jìn)一步提高了威舍口交接能力，但仍無法滿足昆明局集團(tuán)公司方向運(yùn)輸需求，裝車滿足率一直處于較低水平，導(dǎo)致沿線鐵路貨源嚴(yán)重流失，嚴(yán)重降低鐵路貨運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 系統(tǒng)基模原理

麻省理工學(xué)院的彼得·圣吉教授在《第五項(xiàng)修煉》［4］中提出系統(tǒng)基模分析方法，是一個(gè)可以用于了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分析系統(tǒng)行為的有效工具，可以為企業(yè)提供戰(zhàn)略規(guī)劃和決策。

系統(tǒng)基模原理的核心是運(yùn)用一組基本的圖形符號(hào)，直觀地描繪影響問題各個(gè)因素間的關(guān)系，能夠深入洞悉復(fù)雜系統(tǒng)中的一般行為模式，并且可以展現(xiàn)隨著時(shí)間推移系統(tǒng)行為產(chǎn)生的變化情況。在一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，n個(gè)不同要素變量的閉合因果鏈序列為v1（t）→v2（t）→…→vn-1（t）→vn（t）→v1（t），稱為系統(tǒng)當(dāng)中的反饋環(huán)。對(duì)于該反饋環(huán)中任一變量vi（t），在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的任意時(shí)刻vi（t）量相對(duì)增加，且由它開始經(jīng)過一個(gè)反饋后導(dǎo)致vi（t）量相對(duì)再增加，則稱這個(gè)反饋環(huán)為在給定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的正反饋環(huán)，反之則為負(fù)反饋環(huán)。彼得·圣吉認(rèn)為正反饋環(huán)、負(fù)反饋環(huán)、時(shí)間延遲是系統(tǒng)基模的三個(gè)基本組成部分［5］，即“增強(qiáng)環(huán)路”、“調(diào)節(jié)環(huán)路”和“時(shí)間延滯”，根據(jù)反饋環(huán)的不同類型、數(shù)量和關(guān)聯(lián)方式，形成了不同的系統(tǒng)基模。其中，“成長(zhǎng)上限”系統(tǒng)基模（如圖1）、“舍本逐末”系統(tǒng)基模（如圖2）等是在管理分析中經(jīng)常運(yùn)用到的。

圖1 “成長(zhǎng)上限”系統(tǒng)基模

圖2 “舍本逐末”系統(tǒng)基模

“成長(zhǎng)上限”基模是增強(qiáng)環(huán)路促進(jìn)系統(tǒng)快速成長(zhǎng)，在系統(tǒng)成長(zhǎng)過程中會(huì)觸動(dòng)一個(gè)調(diào)節(jié)環(huán)路開始運(yùn)作，調(diào)節(jié)環(huán)路會(huì)抑制增強(qiáng)環(huán)路的成長(zhǎng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)成長(zhǎng)的減緩、下滑甚至停頓。當(dāng)系統(tǒng)遭遇“成長(zhǎng)上限”時(shí)，不是試圖推動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)成長(zhǎng)，而是應(yīng)該找到限制系統(tǒng)成長(zhǎng)的杠桿解，并且想辦法去消除它，杠桿解一般都在調(diào)節(jié)環(huán)路中，要改變系統(tǒng)停滯的局面，必須辨認(rèn)和改變調(diào)節(jié)環(huán)路中的限制因素。

“舍本逐末”基模由兩個(gè)調(diào)節(jié)環(huán)路構(gòu)成，很多系統(tǒng)面對(duì)的問題根源是隱晦的，或者從根本上解決問題需要付出巨大的代價(jià)，往往會(huì)采取一些立即見效的解決辦法，這些辦法只能在短期內(nèi)改善現(xiàn)狀，并不能從根源上解決問題；同時(shí)由于對(duì)短期癥狀解的依賴性增強(qiáng)，會(huì)逐漸喪失解決問題根本解的思考。在尋找根本解的過程中短時(shí)間內(nèi)運(yùn)用癥狀解有一定的必要性，但不能因?yàn)閴毫p緩后滿足于現(xiàn)狀就停止尋找根本解。

4 南昆線擴(kuò)能的系統(tǒng)基模分析

4.1 南昆線運(yùn)量增長(zhǎng)“成長(zhǎng)上限”系統(tǒng)基模分析

南昆線運(yùn)量增長(zhǎng)“成長(zhǎng)上限”系統(tǒng)基模如圖3所示。

圖3 南昆線運(yùn)量增長(zhǎng)的“成長(zhǎng)上限”系統(tǒng)基模

隨著南昆線運(yùn)量的增加，鐵路運(yùn)輸收益也隨之增加，促進(jìn)了南昆線貨車開行規(guī)模的增大，貨車開行增多又有利于運(yùn)量的進(jìn)一步提升，如此循環(huán)發(fā)展構(gòu)成了南昆線運(yùn)量發(fā)展的“正反饋環(huán)”。但是南昆線運(yùn)量增長(zhǎng)的趨勢(shì)無法延續(xù)下去，因?yàn)殡S著運(yùn)量的增加，對(duì)南昆線通過能力的要求也不斷增加，最終會(huì)成為制約南昆線運(yùn)量增長(zhǎng)的限制因素。從圖3中右邊的“負(fù)反饋環(huán)”中可以看到，在鐵路線路、車站、供電設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施能力等因素的制約下，南昆線通過能力對(duì)運(yùn)量增長(zhǎng)的滿足程度將會(huì)降低。

為了解決這個(gè)矛盾，通過系統(tǒng)基模分析我們需要尋找杠桿解，不能無限制地推動(dòng)“增強(qiáng)環(huán)路”，應(yīng)該要削弱限制因素的影響，即提升南昆線通過能力。

南昆線自1997年建成后，線路、隧道病害多，每年需安排大量時(shí)間進(jìn)行換砟、換枕、換岔、病害整治等大修施工，由于病害造成線路長(zhǎng)期限速，運(yùn)輸能力得不到有效保障；南昆線百威段為單線電氣化鐵路，隨著用電量增加、設(shè)備老化，牽引供電系統(tǒng)不堪重荷，設(shè)備跳閘次數(shù)增多，影響運(yùn)輸生產(chǎn)正常秩序。南寧局集團(tuán)公司通過采取更換HXD型大功率機(jī)車提升牽引定數(shù)、貨車提速90km/h壓縮列車旅時(shí)、百色至永樂段貨車連發(fā)壓縮追蹤間隔等措施，不斷提升南昆線通過能力，但仍無法滿足南昆線運(yùn)量快速增長(zhǎng)的需求，需要對(duì)南昆線百威段進(jìn)行線路擴(kuò)能改造，從根本上提升線路通過能力。

4.2 南昆線擴(kuò)能的“舍本逐末”系統(tǒng)基模分析

利用既有線分流的南昆線擴(kuò)能“舍本逐末”系統(tǒng)基模如圖4所示，兩個(gè)環(huán)路均為調(diào)整南昆線運(yùn)能不足問題的“調(diào)節(jié)環(huán)路”。針對(duì)南昆線通過能力不足局面，對(duì)于南寧以遠(yuǎn)與昆明以遠(yuǎn)、紅果以遠(yuǎn)間交流的部分貨運(yùn)量可采取利用既有湘桂、黔桂、滬昆線繞行分流的措施解決，一定程度上能夠緩解南昆線能力無法滿足運(yùn)量增長(zhǎng)需求的緊張局面。作為癥狀解，這種階段性分流措施可能會(huì)取得立竿見影的效果，但是卻沒有解決南昆線通過能力不足的根本局面，長(zhǎng)此以往，對(duì)于分流措施的依賴還會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)，對(duì)徹底解決南昆線通過能力不足問題的思考能力進(jìn)一步弱化，甚至喪失，就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)。同時(shí)，過度利用既有線進(jìn)行分流，對(duì)湘桂、黔桂線的通過能力將會(huì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致湘桂、黔桂線無法滿足本線運(yùn)量的增長(zhǎng)需求。

圖4 利用既有線分流的南昆線擴(kuò)能“舍本逐末”系統(tǒng)基模

新建線路分流的南昆線擴(kuò)能“舍本逐末”系統(tǒng)基模如圖5所示。針對(duì)南昆線通過能力不足局面，通過新建路網(wǎng)規(guī)劃的云桂沿邊鐵路，承擔(dān)云南中北部、四川攀西地區(qū)與廣西百色以遠(yuǎn)、廣東、海南及福建等地之間交流的通過貨運(yùn)量；新建黃桶至百色鐵路，承擔(dān)貴州六盤水地區(qū)與廣西百色以遠(yuǎn)、廣東、海南及福建等地之間交流的通過貨運(yùn)量，也能夠緩解南昆線能力緊張的局面，但是仍然沒有解決南昆線通過能力不足的根本問題。同時(shí)，受制于云桂沿邊、黃百鐵路的單線設(shè)計(jì)規(guī)模，能夠承擔(dān)的分流運(yùn)量有限，如果過分依賴新建鐵路分流，待云桂沿邊、黃百鐵路能力飽和后，既有南昆線通過能力不足的局面將進(jìn)一步惡化。

圖5 新建線路分流的南昆線擴(kuò)能“舍本逐末”系統(tǒng)基模

從系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)的角度分析，南昆線增建二線是解決問題的長(zhǎng)期有效的方法，利用既有線分流、新建線路分流作為“癥狀解”很有誘惑力，改善能力緊張局面的效果也很明顯，但是問題癥狀的緩解會(huì)削弱我們尋找根本解決方法的動(dòng)力，對(duì)根本解產(chǎn)生副作用，不利于鐵路運(yùn)輸?shù)拈L(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。為了有效應(yīng)對(duì)“舍本逐末”模式，只有從整體和系統(tǒng)的角度出發(fā)，摒棄“癥狀解”、尋求“根本解”，將南昆線百威段按增建二線進(jìn)行擴(kuò)能改造，才能切實(shí)提升鐵路運(yùn)輸?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)論與展望

交通強(qiáng)國(guó)、鐵路先行，根據(jù)國(guó)家2021年西部陸海新通道建設(shè)工作要求，針對(duì)既有南昆線通過能力不足的問題，利用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行觀察和分析，通過增建二線切實(shí)提升干線通道能力，進(jìn)一步做大做強(qiáng)鐵路貨運(yùn)事業(yè)，增加鐵路對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的服務(wù)保障和支撐引領(lǐng)作用，才能滿足沿線人民群眾日益增長(zhǎng)的美好生活需要。