倪繼娜，張 巍，劉寧馨，張 棟，趙 寶

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；3.大秦鐵路股份有限公司 科學(xué)技術(shù)研究所，山西 太原 030013)

1 重載鐵路發(fā)展概況

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

我國煤炭運(yùn)輸主要以重載鐵路為主，在“公轉(zhuǎn)鐵”政策實(shí)施和煤炭生產(chǎn)資源集中雙重作用下，重載鐵路快速發(fā)展。運(yùn)量方面，2021 年上半年，國家鐵路煤炭發(fā)送量96 128 萬t、同比增長12.4%。主要重載線路中，浩吉鐵路(浩勒報(bào)吉南—吉安)增長163%，大秦鐵路(韓家?guī)X—柳村南)、瓦日鐵路(瓦塘—日照南)、唐呼鐵路(唐山—呼和浩特)分別增長11.5%，43%，54%，重載鐵路貨運(yùn)增量效果顯著?；A(chǔ)設(shè)施方面，我國目前符合國際重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)的共有9 條鐵路，4 條為承擔(dān)西煤東運(yùn)的貨運(yùn)專線，分別為大秦鐵路、瓦日鐵路、唐呼鐵路、朔黃鐵路(神池南—黃驊港)；1 條承擔(dān)北煤南運(yùn)的貨運(yùn)專線，為浩吉鐵路；4 條客貨混運(yùn)線路，分別為大包鐵路(大同—包頭)、北同蒲鐵路(大同—太原)、包西鐵路(包頭—新豐鎮(zhèn))、通霍鐵路(通遼北—霍林郭勒)，重載鐵路總里程約7 300 km[1]。技術(shù)裝備方面，截至2020 年，國家鐵路敞車保有量共計(jì)54 萬輛，其中25 t 軸重及以上貨車保有量5.8 萬輛，占比10.8%。運(yùn)輸組織方面，大秦、朔黃鐵路采用“1+1”組合 2 萬t、組合1.5 萬t/1.6 萬t、單元萬噸、組合萬噸的列車編組模式，單列最大牽引總重2 萬t，最高速度80 km/h。既有客貨混運(yùn)線路(除北同蒲等重載鐵路外)貨物列車最大牽引質(zhì)量一般為5 000～ 5 500 t，速度一般不超過80 km/h。

1.2 發(fā)展形勢

“十四五”時期，鐵路貨運(yùn)將加快從規(guī)模速度型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，工作重心將逐步從增量轉(zhuǎn)到提質(zhì)。目前，我國正處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵時期，為了適應(yīng)新形勢需要，重載鐵路將會走高質(zhì)量發(fā)展之路。

（1）政策影響方面。在“碳達(dá)峰”“碳中和”政策約束下，公路運(yùn)輸將受到限制，重載鐵路作為資源節(jié)約型和環(huán)境友好型運(yùn)輸方式，具有能耗低、排放低、成本低、運(yùn)量大等優(yōu)勢，更加符合“碳達(dá)峰”“碳中和”的政策理念。同時，在國家調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的有利契機(jī)下，大秦、唐呼、浩吉、瓦日、朔黃等重載鐵路運(yùn)輸通道作用也將日益凸顯。

（2）市場發(fā)展方面。根據(jù)《煤炭工業(yè)“十四五”高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見》，到“十四五”末，國內(nèi)煤炭產(chǎn)量控制在41 億t 左右，全國煤炭消費(fèi)量控制在 42 億t 左右?！笆奈濉逼陂g煤炭消費(fèi)比重雖然有所下降，但生產(chǎn)總量將繼續(xù)保持增長。同時，在煤炭資源整合的大趨勢下，生產(chǎn)資源進(jìn)一步向山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)集中，在煤炭生產(chǎn)總量增長和區(qū)域集中雙重作用下，將進(jìn)一步帶動重載鐵路運(yùn)輸需求的增加。

1.3 存在問題

（1）路網(wǎng)規(guī)模較低。全國鐵路煤炭發(fā)送量占鐵路總發(fā)送量的53%，而重載線路里程僅占全國鐵路營業(yè)里程的5%，占比較低。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展、“公轉(zhuǎn)鐵”政策的實(shí)施，以及煤炭生產(chǎn)的集中，路網(wǎng)布局不完善、區(qū)域布局不均衡問題日益突出。為滿足貨運(yùn)需求，有待在既有路網(wǎng)的基礎(chǔ)上，快速擴(kuò)充重載路網(wǎng)規(guī)模，構(gòu)建以南北通道、西南通道、進(jìn)出關(guān)通道、煤運(yùn)通道等為主的重載運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大重載列車開行范圍。

（2）線路間分流壓力加大。近年來，隨著唐呼鐵路升級改造、瓦日鐵路能力釋放、浩吉鐵路全線貫通，重載鐵路網(wǎng)絡(luò)化特征明顯，主要重載線路上下游輻射范圍重疊，而由于不同線路分屬不同鐵路局集團(tuán)公司管轄，各鐵路局集團(tuán)公司為爭取貨源采用不同運(yùn)價下浮政策，內(nèi)部競爭嚴(yán)重，線路間分流壓力增大[2]。以大秦鐵路和唐呼鐵路為例，大秦鐵路與唐呼鐵路上游貨源重疊范圍主要集中在內(nèi)蒙古地區(qū)，2016 年大秦鐵路從古店口接入蒙煤占大秦鐵路總運(yùn)量的8.8%，唐呼鐵路開通后，部分蒙煤通過唐呼鐵路運(yùn)輸，大秦鐵路古店口接入蒙煤逐年減少，2019 年，大秦鐵路從古店口接入蒙煤僅占大秦鐵路總運(yùn)量的1.2%。

（3）貨車軸重和載重偏小。軸重和載重是衡量重載技術(shù)的核心指標(biāo)。在軸重方面，國外重載鐵路貨車軸重基本為27～ 32.5 t，目前我國鐵路貨車軸重既有線21～ 23 t、重載專線25 t，少量開行27 t 軸重和30 t 軸重貨車，25～ 27 t 軸重貨車占比較小，軸重與國際重載標(biāo)準(zhǔn)仍有差距。在載重方面，國外重載鐵路牽引質(zhì)量一般為2 萬～ 4 萬t，而目前我國僅大秦鐵路和朔黃鐵路2 條鐵路常態(tài)化開行2 萬t 重載列車。發(fā)展27 t 軸重和30 t 軸重貨車，增加列車牽引質(zhì)量，既可降低運(yùn)輸成本，提高鐵路運(yùn)輸綜合效率和效益，緩解維修“天窗”時間緊張矛盾，同時可為鐵路日益增長的貨物運(yùn)輸需求提供更多的發(fā)展空間[3-4]。

（4）運(yùn)用組織難度大。我國運(yùn)輸需求結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)量分布分散，有較大大宗運(yùn)量的既有通道基礎(chǔ)設(shè)施情況復(fù)雜。根據(jù)重載運(yùn)輸線路在鐵路網(wǎng)中的作用及與路網(wǎng)中其他線路銜接的情況，將其分為全封閉模式、全開放模式和半封閉模式。3 種模式重載鐵路的車流來源和去向、開行重載列車類型、運(yùn)輸組織特點(diǎn)、能力利用情況均存在差異，有較大大宗運(yùn)量的既有通道集疏運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸能力、一體化組織、運(yùn)營管理制度與貨運(yùn)增量要求不相匹配，很大程度上增大了重載列車運(yùn)用的組織難度。

2 重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求預(yù)測

重載鐵路上游貨源主要分布在晉陜蒙地區(qū)，運(yùn)輸品類主要為煤炭，預(yù)測未來重載鐵路運(yùn)輸需求以該地區(qū)鐵路煤炭運(yùn)量為基礎(chǔ)。

（1）定性預(yù)測。自運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整政策實(shí)施以來，鐵路煤炭運(yùn)輸產(chǎn)運(yùn)系數(shù)從2017 年的0.61 提升至2021 年上半年的0.66。從重載鐵路上游貨源聚集地晉陜蒙地區(qū)來看，鐵路煤炭運(yùn)輸產(chǎn)運(yùn)系數(shù)從2017 年的0.44 提升至2021 年上半年的0.46，與全國鐵路煤炭運(yùn)輸產(chǎn)運(yùn)系數(shù)仍有一定差距，且增長較慢。未來，隨著大氣污染防治工作持續(xù)推進(jìn)以及“公轉(zhuǎn)鐵”政策的實(shí)施，晉陜蒙地區(qū)鐵路運(yùn)輸產(chǎn)運(yùn)系數(shù)必然呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。根據(jù)晉陜蒙3 省區(qū)《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，山西省“十四五”期間原煤產(chǎn)量穩(wěn)定在10 億t 左右，內(nèi)蒙古煤炭產(chǎn)能動態(tài)穩(wěn)定在13 億t 左右，陜西省到2025 年原煤產(chǎn)量7.4 億t。綜合晉陜蒙3 省區(qū)煤炭產(chǎn)量，預(yù)計(jì)2025 年晉陜蒙煤炭產(chǎn)量將達(dá)到30.4 億t。根據(jù)2017 年以來產(chǎn)運(yùn)系數(shù)可知，近年來產(chǎn)運(yùn)系數(shù)在0.44～ 0.48 之間，考慮公轉(zhuǎn)鐵等政策影響，預(yù)計(jì)到2025 年鐵路運(yùn)輸市場份額將進(jìn)一步提高，產(chǎn)運(yùn)系數(shù)可達(dá)到近年峰值0.48，綜合晉陜蒙地區(qū)煤炭產(chǎn)量和鐵路產(chǎn)運(yùn)系數(shù)進(jìn)行分析，預(yù)計(jì)2025 年重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求將達(dá)到14.6 億t。晉陜蒙地區(qū)運(yùn)輸需求預(yù)測如表1 所示。

表1 晉陜蒙地區(qū)運(yùn)輸需求預(yù)測Tab.1 Forecast of transportation demand in Shanxi,Shaanxi,and Inner Mongolia

（2）定量預(yù)測。通過對晉陜蒙地區(qū)煤炭運(yùn)量和相關(guān)影響因素的觀察和收集，基于各影響因素之間的相關(guān)關(guān)系分析，對重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測流程如下。①確定研究范圍。預(yù)測對象選用晉陜蒙地區(qū)鐵路煤炭運(yùn)輸需求作為重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)年度為2009—2020 年，預(yù)測年度為2025 年。②歷史數(shù)據(jù)觀察。對2009—2020 年重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，得到重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求變化示意圖如圖1 所示。重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求呈波動變化，波動幅度較大。③預(yù)測方法選取。根據(jù)對數(shù)據(jù)的觀察可知，運(yùn)輸需求波動呈非線性趨勢，時間序列法、回歸預(yù)測法、灰色預(yù)測法等傳統(tǒng)預(yù)測方法難以表述其非線性變化，因而選擇能夠逼近復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[5]。④關(guān)鍵影響因素確定。選用全國GDP、晉陜蒙地區(qū)GDP、第二產(chǎn)業(yè)增加值、固定資產(chǎn)投資、晉陜蒙地區(qū)煤炭產(chǎn)量、國內(nèi)對煤炭需求量、全國煤炭進(jìn)口量、全國火力發(fā)電量、晉陜蒙地區(qū)鐵路建設(shè)投資額、特高壓輸電量、晉陜蒙地區(qū)公路貨運(yùn)需求作為關(guān)鍵影響因素，利用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法計(jì)算其與重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求的關(guān)聯(lián)度，重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求影響因素關(guān)聯(lián)系數(shù)如表2 所示，各影響因素關(guān)聯(lián)系數(shù)均大于0.5，具有強(qiáng)相關(guān)關(guān)系[6]。⑤運(yùn)輸需求預(yù)測。將11 個影響因素作為輸入神經(jīng)元，重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求作為輸出神經(jīng)元，隱藏層的神經(jīng)元與輸入層和輸出層神經(jīng)元全連接[7]。

圖1 重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求變化示意圖Fig.1 Demand changes of coal transportation by heavy-haul railways

表2 重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求影響因素關(guān)聯(lián)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficients of factors affecting demand for coal transportation by heavy-haul railways

重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求擬合情況如表3 所示，通過計(jì)算，平均相對誤差為3.5%，模型擬合程度較好，得到2025年重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求預(yù)測值為14.2億t。

表3 重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求擬合情況Tab.3 Demand fitting of coal transportation by heavy-haul railways

綜合考慮定性預(yù)測和定量預(yù)測的結(jié)果，對2 種預(yù)測結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，最終得到2025 年重載鐵路煤炭運(yùn)輸需求預(yù)測值為14.4 億t。

3 重載鐵路發(fā)展對策探討

3.1 構(gòu)建重載鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃重載主次干線擴(kuò)能及建設(shè)。以交通強(qiáng)國、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整等戰(zhàn)略部署為引領(lǐng)，以持續(xù)提升鐵路大宗貨物運(yùn)輸市場份額為目標(biāo)，以煤炭富集區(qū)、礦石主要進(jìn)口港為核心，結(jié)合貨物流向、運(yùn)量預(yù)測，對標(biāo)重載主次干線機(jī)車牽引定數(shù)、貨車軸重、站線有效長等參數(shù)要求，針對不同線路開展投入產(chǎn)出綜合評估，統(tǒng)籌規(guī)劃企業(yè)、港口與鐵路重載主次干線擴(kuò)能及建設(shè)，分階段提高軸重載重或采取延長到發(fā)線方式發(fā)展重載運(yùn)輸，逐步完善煤炭運(yùn)輸通道，建成“六橫三縱”重載運(yùn)輸網(wǎng)，形成布局合理、集疏運(yùn)配套的重載運(yùn)輸體系。

（2）加強(qiáng)蒙西、陜西地區(qū)重載鐵路建設(shè)。著重聚焦陜煤、蒙煤鐵路外運(yùn)，加快包神鐵路(包頭—神木)擴(kuò)能改造、集通鐵路(賁紅—哲里木)電氣化改造等項(xiàng)目的推進(jìn)。同時加快蒙西、陜西地區(qū)專用線建設(shè)，完善鄂爾多斯、榆林等主要煤炭生產(chǎn)地區(qū)集運(yùn)系統(tǒng)，提高專用線覆蓋范圍，增強(qiáng)地區(qū)集運(yùn)靈活性，促進(jìn)鐵路重載運(yùn)輸網(wǎng)向貨源發(fā)生地延伸。

（3）優(yōu)化煤炭物流基地布局。積極推動煤炭貿(mào)易集散中心建設(shè)及重點(diǎn)鐵路編組站擴(kuò)能，加快既有貨場物流化轉(zhuǎn)型，提高物流服務(wù)能力，形成“干線運(yùn)輸+物流基地”的重載鐵路高效物流網(wǎng)絡(luò)體系。

3.2 加強(qiáng)線路合理分工

線路間合理分工是重載鐵路網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的首要任務(wù)，特別是在煤炭限產(chǎn)、特高壓輸電大力發(fā)展、煤炭運(yùn)輸外部競爭壓力增加的情況下，可有效引導(dǎo)、調(diào)整不同運(yùn)輸主體間的競合關(guān)系。

（1）實(shí)現(xiàn)蒙西、晉北煤炭東運(yùn)通道合理分工?？紤]運(yùn)輸需求、吸引范圍、特定徑路、運(yùn)價、送達(dá)時間等因素，綜合各線路運(yùn)輸能力，優(yōu)化調(diào)整大秦與唐呼鐵路車流結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)蒙西、晉北煤炭東運(yùn)通道合理分工。

（2）優(yōu)化瓦日鐵路萬噸重載列車開行方案。研究啟動瓦日鐵路到京廣線(豐臺—廣州)、京滬線(北京—上海)、京九線(北京西—九龍)運(yùn)輸?shù)哪芰m應(yīng)性改造。加強(qiáng)與企業(yè)溝通，為上下游企業(yè)牽線搭臺，開放相關(guān)地區(qū)有合作意向的本線站點(diǎn)。同時減少瓦日鐵路裝車去向限制，拓展交車范圍，擴(kuò)大運(yùn)力輻射圈。

（3）合理安排車流迂回。采取錯峰集中修、合理安排天窗時間、制定浮動運(yùn)價規(guī)則等措施，利用每條線路既有能力解決其他線路檢修期間煤炭運(yùn)能不足問題，合理安排車流迂回，提供運(yùn)輸保障的同時，增加鐵路在多種交通運(yùn)輸方式中的核心競爭力。

3.3 開行大軸重高載重列車

提高貨車軸重和載重可進(jìn)一步提升運(yùn)量或降低開行密度，是優(yōu)化重載鐵路運(yùn)輸組織、提高綜合效益的最佳選擇。

（1）軸重方面?；诰€路條件，大秦、朔黃、唐呼鐵路進(jìn)一步發(fā)展27 t 軸重專用貨車，瓦日、浩吉鐵路發(fā)展30 t 軸重機(jī)車及運(yùn)煤專用敞車；既有線主要通道逐步推廣應(yīng)用以C80E型通用敞車為代表的27 t軸重貨車，進(jìn)而達(dá)到國際重載標(biāo)準(zhǔn)[8]。

（2）載重方面。根據(jù)重載鐵路運(yùn)輸需求預(yù)測結(jié)果可知，未來運(yùn)輸需求仍在繼續(xù)增長，針對運(yùn)輸需求和實(shí)施可能性，大秦、朔黃鐵路繼續(xù)發(fā)展3 萬t 重載列車，唐呼、浩吉、瓦日鐵路繼續(xù)發(fā)展2 萬t 重載列車。同時，利用浩吉鐵路開展超長列車試驗(yàn)，趕超世界水平。重載鐵路發(fā)展大軸重高載重列車，需同步研究既有路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施補(bǔ)強(qiáng)方案[9]。

3.4 優(yōu)化重載運(yùn)輸組織

（1）加強(qiáng)重載鐵路市場監(jiān)測。重載鐵路運(yùn)輸組織優(yōu)化應(yīng)充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，大力推進(jìn)鐵路重載運(yùn)輸智能技術(shù)創(chuàng)新，通過采集大宗貨物物流市場信息，深化大宗貨物市場調(diào)查、市場監(jiān)測及預(yù)測預(yù)警。

（2）形成重載鐵路集疏運(yùn)一體化運(yùn)輸組織。結(jié)合運(yùn)輸需求及智能化設(shè)施設(shè)備，充分考慮重載列車牽引質(zhì)量和列車長度，合理制定長編組重載列車制動距離、發(fā)車間隔等關(guān)鍵參數(shù)，切合實(shí)際優(yōu)化列車開行方案，統(tǒng)一技術(shù)作業(yè)過程，統(tǒng)一編制集、疏、運(yùn)計(jì)劃，統(tǒng)一安排協(xié)調(diào)計(jì)劃實(shí)施模式，加強(qiáng)車輛、機(jī)車、路網(wǎng)、運(yùn)輸?shù)刃畔⑷诤?，形成集疏運(yùn)一體化高效組織[10]。

（3）組織“點(diǎn)到點(diǎn)”直達(dá)班列。加強(qiáng)“點(diǎn)到點(diǎn)”始發(fā)直達(dá)列車的開行力度，并且在運(yùn)輸能力適應(yīng)的情況下適當(dāng)寬松直達(dá)列車的開行條件，擴(kuò)大始發(fā)直達(dá)列車開行范疇，組織煤炭入川渝、京津冀等地區(qū)“點(diǎn)到點(diǎn)”直達(dá)班列，提高煤炭重載運(yùn)輸效率。

4 結(jié)束語

隨著瓦日、浩吉等重載運(yùn)輸通道的建成及既有線開行重載列車的嘗試，重載運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化已成為我國鐵路運(yùn)輸發(fā)展的重要趨勢，發(fā)展重載運(yùn)輸是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。根據(jù)重載鐵路發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合重載鐵路運(yùn)輸市場需求預(yù)測，未來重載鐵路運(yùn)輸需求仍在繼續(xù)增長，構(gòu)建重載鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、加強(qiáng)線路合理分工、開行大軸重高載重列車、優(yōu)化重載運(yùn)輸組織不僅對適應(yīng)需求增長、提高鐵路供給能力等鐵路內(nèi)部發(fā)展具有重要支撐作用，同時有助于支撐實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、交通強(qiáng)國、科技創(chuàng)新等國家戰(zhàn)略。