朱宇婷，毛保華*，王永亮，劉 路

（1.北京交通大學(xué)城市交通復(fù)雜系統(tǒng)理論與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100044；2.中國民航科學(xué)技術(shù)研究院，北京100028）

中長距離通道客流結(jié)構(gòu)及高速鐵路運(yùn)營策略研究

朱宇婷1，毛保華*1，王永亮2，劉 路1

（1.北京交通大學(xué)城市交通復(fù)雜系統(tǒng)理論與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100044；2.中國民航科學(xué)技術(shù)研究院，北京100028）

以經(jīng)濟(jì)性、快速性、便捷性、舒適性及安全性為衡量指標(biāo)，建立乘客出行廣義費(fèi)用函數(shù)；結(jié)合非集計(jì)理論和方法，構(gòu)建中長距離通道客流分擔(dān)率模型.并以武漢—廣州客運(yùn)通道為例，分析不同時間價值下客流結(jié)構(gòu)的變化情況，發(fā)現(xiàn)普通鐵路更加符合旅客的出行偏好，其客運(yùn)分擔(dān)率高于45%.最后，以利潤為指標(biāo)，對高速鐵路運(yùn)營策略進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明，由于普通鐵路與高速鐵路之間的競爭關(guān)系，高速鐵路運(yùn)營利潤及鐵路總利潤難以同時達(dá)到最優(yōu)；當(dāng)以高速鐵路運(yùn)營利潤最大為目標(biāo)時，高速鐵路票價和旅行速度分別為275元和325km/h；當(dāng)以鐵路總利潤最大為目標(biāo)時，高速鐵路票價和旅行速度分別為350元和300km/h.

綜合交通運(yùn)輸；高速鐵路；客運(yùn)通道；Logit模型；廣義費(fèi)用函數(shù)

1 引 言

高速鐵路作為一種安全可靠、快捷舒適、運(yùn)載量大、低碳環(huán)保的運(yùn)輸方式，成為解決城市間快速出行問題的重要手段.隨著《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》的實(shí)施，鐵路快速通道及城際快速客運(yùn)系統(tǒng)將構(gòu)成我國高速鐵路的基本框架.高速鐵路在帶動沿線區(qū)域和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高通道運(yùn)輸效率、改善綜合交通系統(tǒng)服務(wù)水平的同時，對通道綜合交通體系結(jié)構(gòu)帶來了巨大的影響.

目前，針對客運(yùn)通道內(nèi)客流結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)取得了不少成果.何宇強(qiáng)等[1]提出了高速客運(yùn)專線客流分擔(dān)率模型，并對北京—太原間各種運(yùn)輸方式的分擔(dān)率進(jìn)行了預(yù)測；Monzon等[2]針對長距離運(yùn)輸通道，提出了交通方式劃分的雙權(quán)值評估方法；王爽等[3]研究了鐵路旅客對高速列車和高頻率列車換乘方式的選擇偏好；易富君等[4]建立了基于Nested-Logit模型的經(jīng)濟(jì)圈交通方式劃分方法，并分析了長江三角經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)各種交通方式的分擔(dān)率；高速鐵路競爭力及其分擔(dān)率成為了研究熱點(diǎn)[5-7].然而，上述文獻(xiàn)認(rèn)為乘客對不同時段的出行時間感知程度相同.事實(shí)上，中長距離通道內(nèi)普通旅客列車大多具有“夕發(fā)朝至”的運(yùn)營特點(diǎn)，旅客運(yùn)輸過程主要發(fā)生在非工作時間段(即夜間)，與運(yùn)輸過程主要發(fā)生在工作時間段的民航和高速鐵路不同，其對旅客日常工作的影響相對較小，也更加受到乘客的偏好.

此外，既有文獻(xiàn)在分析通道客流結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對高速鐵路運(yùn)營策略也展開了研究.葉玉玲等[8]、吳文嫻[9]以分擔(dān)率為切入點(diǎn)，分析不同運(yùn)營策略對高速鐵路客流分擔(dān)率的影響.然而，相較于分擔(dān)率而言，運(yùn)營利潤對運(yùn)營策略的影響更為顯著.雖然高速鐵路分擔(dān)率是決定運(yùn)營利潤的主要因素之一，但二者間并不是簡單的線性關(guān)系.

因此，本文以中長距離客運(yùn)通道為研究對象，通過引入夜間旅客時間價值折損系數(shù)，更好的描述了中長距離內(nèi)不同運(yùn)輸方式的廣義出行費(fèi)用，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了通道內(nèi)各運(yùn)輸方式的分擔(dān)率模型，用以分析高速鐵路對中長距離通道客流結(jié)構(gòu)的影響；最后，以武漢—廣州通道為例，驗(yàn)證了模型的有效性，探討了不同時間價值下該通道客流結(jié)構(gòu)的變化情況，并分別從高速鐵路分擔(dān)率及各相關(guān)部門利潤的角度出發(fā)，對通道內(nèi)交通資源配置及高速鐵路運(yùn)營策略提出相關(guān)建議.

2 客運(yùn)通道交通方式競爭力模型

2.1 廣義費(fèi)用函數(shù)

一般來講，運(yùn)輸方式的服務(wù)屬性主要包含經(jīng)濟(jì)性、快速性、便捷性、舒適性和安全性五個方面，各指標(biāo)的量化方法如下：

(1)經(jīng)濟(jì)性.

旅客在旅行過程中所需支付的相關(guān)費(fèi)用，主要包括各種運(yùn)輸方式的票價和市內(nèi)交通的出行費(fèi)用.即

式中 Fi為客運(yùn)通道內(nèi)第i種運(yùn)輸方式的票價；表示乘客選擇第i種運(yùn)輸方式所需支付的市內(nèi)交通出行費(fèi)用.

(2)快速性.

體現(xiàn)運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量的基本指標(biāo)，采用旅行時間進(jìn)行衡量.即

(3)便捷性.

指旅客出行的方便程度，采用城市交通銜接時間及候車時間衡量.即

(4)舒適性.

旅客運(yùn)輸服務(wù)的重要特性，既有研究表明[9]，可以采用疲勞恢復(fù)時間Gi進(jìn)行衡量，即

式中 參數(shù)Tmax為極限恢復(fù)疲勞時間；βi為第i種交通方式的疲勞參數(shù)；δi為單位出行時間的疲勞恢復(fù)時間強(qiáng)度系數(shù).具體取值參見文獻(xiàn)[4,10].

(5)安全性.

旅客出行的最根本需求，在選擇出行方式時，旅客會把以往出行的經(jīng)驗(yàn)及來自交通安全方面的信息，作為判斷可選運(yùn)輸方式的一個基本條件.既有研究表明[11]，可以采用各種運(yùn)輸方式的事故傷亡人數(shù)比例對安全性進(jìn)行標(biāo)定.

則乘客采用第i種運(yùn)輸方式出行所產(chǎn)生的廣義出行費(fèi)用為：

式中 α表示旅客時間價值；μ表示夜間旅客時間價值折損系數(shù).

2.2 分擔(dān)率模型

旅客的出行方式選擇是在綜合考慮多種屬性的基礎(chǔ)上，選擇其感知廣義費(fèi)用最小的運(yùn)輸方式.離散選擇模型中的Logit模型為描述上述選擇行為提供了有效的建模工具.但是，Logit模型的一般形式存在一定缺陷，即隨著某種運(yùn)輸方式廣義費(fèi)用的增加，分擔(dān)率的計(jì)算結(jié)果呈指數(shù)級增長，這與實(shí)際情況不符.因此，本文采用了改進(jìn)的Logit模型以彌補(bǔ)上述不足，模型中通道內(nèi)第i種運(yùn)輸方式的分擔(dān)率的計(jì)算公式為

式中 θ為模型修正系數(shù).

3 案例分析

3.1 武漢—廣州通道分擔(dān)率

以武漢—廣州通道為例，根據(jù)課題組的調(diào)研結(jié)果及相關(guān)文獻(xiàn)資料，得到該通道內(nèi)各種運(yùn)輸方式的基本參數(shù)如表1所示.根據(jù)武漢市及廣州市2012年的GDP總值，得到人均時間價值為41元/h，夜間旅客時間價值折損系數(shù)μ=0.5.

表1 武漢—廣州間客運(yùn)通道各運(yùn)輸方式基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of different transportations in Wuhan-Guangzhou corridor

表1中，機(jī)票取全價票的9折，同時考慮機(jī)場建設(shè)費(fèi)和燃油費(fèi)；高速鐵路及普通鐵路票價參考文獻(xiàn)[9]取值；市內(nèi)交通時間及費(fèi)用以市中心到車站/機(jī)場的打車時間和費(fèi)用進(jìn)行取值；白天與夜間旅行時間根據(jù)時刻表取均值得到；武廣高速鐵路為公交化運(yùn)營，候車時間取平均發(fā)車間隔的一半；普通鐵路及民航候車時間參考文獻(xiàn)[1]取值；安全系數(shù)參考文獻(xiàn)[8]取值.

根據(jù)上述參數(shù)對式(6)中的θ進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)修正系數(shù)θ=38時，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際調(diào)研結(jié)果基本一致，結(jié)果如表2所示.

表2 分擔(dān)率預(yù)測結(jié)果Table 2 Predicted value of market share

基于上述標(biāo)定結(jié)果，預(yù)測通道客流結(jié)構(gòu)隨旅客時間價值的變化，如圖1所示.可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時間價值由20元/h增至60元/h時，普通鐵路分擔(dān)率由99.0%降至45.8%，高速鐵路及民航分擔(dān)率分別由0.8%和0.1%上升為37.1%和17.1%.這說明，隨旅客時間價值的增加，普通鐵路客流逐步向高速鐵路和民航轉(zhuǎn)移.決策部門可根據(jù)社會發(fā)展水平，適當(dāng)增加高速鐵路開行對數(shù)，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速增長下乘客的出行需求.

值得注意的是，雖然隨著旅客時間價值的增加，普通鐵路分擔(dān)率呈下降趨勢，但其仍是武漢—廣州通道內(nèi)最主要的運(yùn)輸方式(分擔(dān)率大于45%).也就是說，普通鐵路列車更加符合中長距離客運(yùn)通道內(nèi)旅客的出行需求.然而，為保障高速鐵路上座率，與高速鐵路平行的普通鐵路列車車次被削減的現(xiàn)象普遍存在，如武廣高鐵開通后，長沙—廣州段普通鐵路列車僅保留了3對.誠然，高速鐵路不僅為高端客戶帶來了便利，也快速提升了鐵路企業(yè)的運(yùn)行效率.但作為一種準(zhǔn)公共服務(wù)產(chǎn)品，鐵路客運(yùn)應(yīng)以保障大部分旅客的出行效益為主要任務(wù).而現(xiàn)有國情下，絕大部分消費(fèi)者更加偏好于票價相對低廉的普通列車.因此，若保持現(xiàn)有開行策略不變，決策部門應(yīng)根據(jù)需求適度恢復(fù)普通鐵路列車的開行對數(shù)，滿足旅客的出行需求.

圖1 武漢—廣州通道客流結(jié)構(gòu)隨旅客時間價值的變化情況Fig.1 Traffic structure in Wuhan-Guangzhou corridor with different values of time of passengers

3.2 高速鐵路運(yùn)營策略

為分析高速鐵路在中長距離通道內(nèi)的運(yùn)營策略，本文研究了不同運(yùn)營策略下，中長距離通道內(nèi)高速鐵路分擔(dān)率及運(yùn)營利潤的變化情況.由于各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施(線路、列車型號等)確定后，列車旅行速度和票價是影響高速鐵路運(yùn)營收入及服務(wù)水平的重要因素，也是乘客比較關(guān)心且容易感知的因素.因此，主要對高速鐵路旅行速度和票價進(jìn)行分析.

(1)高速鐵路旅行速度和票價對分擔(dān)率的影響.

高速鐵路的重要意義在于釋放普通鐵路運(yùn)輸能力.然而，根據(jù)表2可以發(fā)現(xiàn)，高速鐵路對中長距離乘客的吸引力較低，乘客選擇概率僅11.3%，普通鐵路依然是最符合旅客出行偏好的客運(yùn)產(chǎn)品.也就說，在現(xiàn)有運(yùn)營策略下，高速鐵路對普通鐵路的分流作用不明顯.因此，如何制定高速鐵路運(yùn)營策略，保證高速鐵路的分流效果是運(yùn)營決策部門需要重視的問題.

圖2給出了高速鐵路分擔(dān)率隨高速鐵路旅行速度v及票價F的變化情況.可以發(fā)現(xiàn)，隨高速鐵路服務(wù)水平的提高(即票價的降低、旅行速度的提高)，高速鐵路分擔(dān)率呈上升趨勢；當(dāng)票價由650元降至150元、旅行速度由100 km/h上升至400 km/h時，高速鐵路分擔(dān)率由0.1%上升至92.7%.這說明，制定合理的開行策略是吸引客流向高速鐵路轉(zhuǎn)移、釋放普通鐵路運(yùn)輸能力的重要手段.因此，鐵路部門應(yīng)根據(jù)分流需求，合理的控制高速鐵路旅行速度和票價的取值范圍.例如，當(dāng)需要高速鐵路承擔(dān)通道內(nèi)50%以上的客流時，高速鐵路票價不宜高于375元，旅行速度不宜低于125 km/h.

圖2 高速鐵路分擔(dān)率與票價及旅行速度的關(guān)系Fig.2 Relationships between market share and changes of running speed and price of high-speed railway

(2)高速鐵路旅行速度和票價對利潤的影響.

一般而言，經(jīng)濟(jì)效益（即利潤）是影響運(yùn)營者進(jìn)行決策的最主要因素，也是制定運(yùn)營策略的重要依據(jù).通過分析分擔(dān)率與利潤的關(guān)系，可以得到利潤的計(jì)算公式為

式中 PF表示運(yùn)營利潤，其為旅客乘車費(fèi)用收入IC與運(yùn)營成本CO之差；Q為通道內(nèi)的旅客出行需求；P為分擔(dān)率水平；F為票價.

根據(jù)既有文獻(xiàn)及相關(guān)調(diào)研結(jié)果，估算得到武漢—廣州通道相關(guān)參數(shù)如下：2010年武漢、廣州間客運(yùn)總需求約為2.65千萬人次；普通鐵路運(yùn)輸總成本約為15.37億元；高速鐵路運(yùn)輸總成本約為39.75億元.則高速鐵路運(yùn)營部門利潤和鐵路部門總利潤隨高速鐵路旅行速度 v及票價F的變化情況如圖3所示.

圖3 利潤與高速鐵路旅行速度和票價的關(guān)系Fig.3 Relationships between profits and changes of running speed and price of high-speed railway

對比圖2和圖3(a)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)服務(wù)水平較低時，高速鐵路利潤與分擔(dān)率變化趨勢相同，即隨服務(wù)水平的提高，高速鐵路運(yùn)營部門逐步擺脫負(fù)盈利狀態(tài)，向正盈利狀態(tài)轉(zhuǎn)變，且運(yùn)營利潤持續(xù)增長；但當(dāng)服務(wù)水平提高到一定水平后，高速鐵路利潤與分擔(dān)率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨服務(wù)水平的提高，分擔(dān)率依舊保持上升趨勢，但高速鐵路利潤呈現(xiàn)下降趨勢.主要原因在于，當(dāng)服務(wù)水平較低時，分擔(dān)率的快速提高能夠有效地提升高速鐵路運(yùn)營收入，增加運(yùn)營部門利潤；但當(dāng)服務(wù)水平增加到某一極點(diǎn)時，由于分擔(dān)率提高而新增的運(yùn)營收入不足以彌補(bǔ)因提高分擔(dān)率而損失的運(yùn)營收入及成本，最終使得運(yùn)營利潤呈現(xiàn)下降的趨勢.

圖3(b)為鐵路部門總利潤的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)，其變化趨勢與圖3(a)基本一致，即隨著高速鐵路服務(wù)水平的提高，均呈現(xiàn)先緩慢上升后下降的變化趨勢.不同的是，兩個曲面的變化速率及利潤最高點(diǎn)對應(yīng)的高速鐵路服務(wù)水平不同；當(dāng)高速鐵路票價為275元，旅行速度為325 km/h時，高速鐵路運(yùn)營部門利潤最大，達(dá)5.25億元，鐵路部門總利潤僅6.86億元；當(dāng)高速鐵路票價為350元，旅行速度為300 km/h時，鐵路部門總利潤最大，達(dá)10.55億元，高速鐵路運(yùn)營部門利潤2.91億元.主要原因在于，鐵路部門總利潤不僅包含了高速鐵路的運(yùn)營利潤，還包含了普通鐵路帶來的運(yùn)營利潤.在中長距離通道內(nèi)，普通鐵路是高速鐵路最主要的競爭對手，兩者利潤存在著此消彼長的競爭關(guān)系，從而使得鐵路部門總利潤與高速鐵路運(yùn)營部門利潤難以同時達(dá)到最優(yōu).

4 研究結(jié)論

本文以經(jīng)濟(jì)性、快速性、便捷性、舒適性及安全性為指標(biāo)，確定了乘客出行廣義費(fèi)用函數(shù)，進(jìn)而構(gòu)建了中長距離通道內(nèi)客流分擔(dān)率模型.以武漢—廣州客運(yùn)通道為例，從高速鐵路分擔(dān)率、鐵路部門總利潤和高速鐵路運(yùn)營利潤等角度出發(fā)，對高速鐵路運(yùn)營策略進(jìn)行了研究.結(jié)果表明：

(1)普通鐵路的“夕發(fā)朝至”列車更加符合現(xiàn)階段社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下旅客的出行需求，其分擔(dān)率達(dá)85.2%.為滿足現(xiàn)階段的旅客出行需求，應(yīng)保證普通鐵路列車的開行對數(shù).同時，為進(jìn)一步提升鐵路運(yùn)輸能力，應(yīng)通過制定相關(guān)政策，提升高速鐵路服務(wù)水平，引導(dǎo)客流向高速鐵路轉(zhuǎn)移，從而營造出鐵路運(yùn)輸能力提升和居民出行滿意的“雙贏局面”.

(2)隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，乘客時間價值逐步增加，使得其對普通鐵路的偏好逐步下降，并向高速鐵路和民航轉(zhuǎn)移.相關(guān)決策部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，分階段調(diào)整各類交通方式的供給水平，合理分配運(yùn)輸資源.

(3)普通鐵路是高速鐵路最主要的競爭對手，兩者利潤存在著此消彼長的競爭關(guān)系，從而使得鐵路總利潤與高速鐵路運(yùn)營利潤難以同時達(dá)到最優(yōu).因此，決策部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，綜合考慮不同利益主體，對高速鐵路運(yùn)營策略進(jìn)行優(yōu)化.

[1]何宇強(qiáng),毛保華,陳團(tuán)生,等.高速客運(yùn)專線客流分擔(dān)率模型及其應(yīng)用研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2006,28(3):18-21.[HE Y Q,MAO B H,CHEN T S,et al.The mode share model of the high-speed passenger railway line and its application[J].Journal of the China Railway Society,2006,28(3):18-21.]

[2]Monzon A,Rodrguez-Dapena A.Choice of mode of transport for long-distance trips:solving the problem of sparse data[J].Transportation Research Part A:Policy and Practice,2006,40(7):587-601.

[3]王爽,趙鵬.基于Logit模型的客運(yùn)專線旅客選擇行為分析[J].鐵道學(xué)報(bào),2009(3):6-10.[WANG S,ZHAO P.Analysis of passengers'choice behavior for dedicated passenger railway lines based on Logit model[J].Journal of the China Railway Society,2009(3):6-10.]

[4]易富君,鄧衛(wèi),周竹萍.基于 Nested-Logit模型的經(jīng)濟(jì)圈交通方式劃分方法研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2009,9(4):110-115.[YI F J,DENG W,ZHOU Z P.Traffic modal splitting method for economic circle based on nested-Logit model[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2009,9(4):110-115.]

[5]González-Savignat M.Competition in air transport:the case of the high speed train[J].Journal of Transport Economics and Policy,2004:77-107.

[6]Roman C,Espino R,Martín J C.Competition of highspeed train with air transport:the case of madrid– barcelona[J].Journal of Air Transport Management, 2007,13(5):277-284.

[7]Behrens C,Pels E.Intermodal competition in the London–Paris passenger market:high-speed rail and air transport[J].Journal of Urban Economics,2012,71(3): 278-288.

[8]葉玉玲,王藝詩.滬杭運(yùn)輸通道內(nèi)旅客出行方式選擇行為研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2010,32(4):13-17.[YE Y L, WANG Y S.Research on travel mode choice behavior in Shanghai-Hangzhou transport corridor[J].Journal of the China Railway Society,2010,32(4):13-17.]

[9]吳文嫻.鐵路通道內(nèi)客流分擔(dān)率及客運(yùn)組織策略研究[J].中國鐵道科學(xué),2011,32(2):126-130.[WU W X.Research on the share rate of passenger flow and transportation organization strategy in railway transportation corridor[J].China Railway Science,2011, 32(2):126-130.]

[10]史峰,鄧連波,黎新華,等.客運(yùn)專線相關(guān)旅客列車開行方案研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2004,26(2):16-20.[SHI F, DENG L B,LI X H,et al.Research on passenger train plans for dedicated passenger traffic lines[J].Journal of the China Railway Society,2004,26(2):16-20.]

[11]李群仁,曾會欣.京滬走廊各種運(yùn)輸方式的社會成本[J].中國鐵路,1999(6):6-9.[LI Q R,ZENG H X.Social cost of transportation modes in Jinghu corridor[J].Chinese Railways,1999(6):6-9.]

Traffic Structure in Middle-and-long Corridor and Transportation Strategy of High-speed Railway

ZHU Yu-ting1，MAO Bao-hua1，WANG Yong-liang2，LIU Lu1
（1.MOE Key Laboratory for Urban Transportation Complex Systems Theory&Technology,Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China;2.ChinaAcademy of CivilAviation Science and Technology,Beijing 100028,China）

A generalized cost function of passenger is built with measurement indexes,including economy, speediness,convenience,comfort and security.Then a mode split model is proposed by using the disaggregate theories.In order to analyze the changes of the passenger traffic structure in middle-and-long passenger corridor,Wuhan-Guangzhou corridor is selected as an example.And the market shares of transportation modes are forecasted with different values of time.The results show that the market shares of ordinary railway are more than 45%,which means that ordinary railway is more suitable for passengers. Finally,operation strategy of high-speed railway is analyzed based on profit.Results show that,due to the competition between high-speed railway and ordinary railway,it is difficult to achieve the maximum profit for high-speed railway operator and railway department at the same time.The high-speed railway operator has the highest profit when the price and running speed of high-speed railway are 275 yuan and 325km/h respectively;and the highest profit of railway department can be obtained only when the price and running speed of high-speed railway change to 350 yuan and 300km/h respectively.

integrated transportation;high-speed railway;passenger corridor;Logit model;utility function

1009-6744（2015）01-0017-06

：U293

：A

2014-08-18

：2014-11-24錄用日期：2014-12-08

國家基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB725406)；國家自然科學(xué)基金(71131001)；國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(71201006).

朱宇婷（1989-），女，江西南昌人，博士生. ＊

：bhmao@bjtu.edu.cn