寧 超，郭春江，甘 超

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031; 2.中國(guó)中鐵“一帶一路”互聯(lián)互通研究中心,成都 610031;3.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司發(fā)改部,北京 100844)

引言

鐵路在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有舉足輕重的作用,其建設(shè)具有投入資金大、資金回收期長(zhǎng)、影響范圍廣等特點(diǎn),《關(guān)于進(jìn)一步做好鐵路規(guī)劃建設(shè)工作的意見(jiàn)》(國(guó)辦函﹝2021﹞27號(hào))[1]對(duì)科學(xué)有序推進(jìn)鐵路規(guī)劃建設(shè)提出明確要求。切實(shí)提高鐵路規(guī)劃研究的科學(xué)性,對(duì)于指導(dǎo)建設(shè)階段合理確定線路宏觀走向、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)時(shí)序,提高項(xiàng)目投資效益等具有重要作用。

回顧以往研究成果,近年來(lái),已有專(zhuān)家、學(xué)者對(duì)鐵路規(guī)劃方案比選開(kāi)展了相關(guān)研究。例如,陳希榮[2]利用經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度法布局了西北至西南鐵路客運(yùn)新通道;尹傳忠[3]采用基于熵權(quán)TOPSIS模型對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)規(guī)劃鐵路的建設(shè)時(shí)序進(jìn)行評(píng)價(jià);羅圓[4]著重對(duì)線路方案指標(biāo)權(quán)重的確定進(jìn)行了研究;杜慎旭[5]結(jié)合對(duì)通道的運(yùn)輸需求分析,研究了重慶至上海高速鐵路通道的規(guī)劃方案;董雪婷[6]通過(guò)分析國(guó)家戰(zhàn)略對(duì)云南省的發(fā)展要求,提出云南省對(duì)外鐵路通道方案。相關(guān)研究成果均為開(kāi)展鐵路通道規(guī)劃提供了較為實(shí)用的理論基礎(chǔ)。

滇東南、桂西南地區(qū)位于我國(guó)云南、廣西兩省區(qū)交界處,包括文山、紅河、百色、崇左和防城港共兩州三市,具有臨邊、沿海和少數(shù)民族聚集等特征,是我國(guó)“一帶一路”、西部陸海新通道和沿邊開(kāi)放開(kāi)發(fā)建設(shè)的前沿陣地[7]。當(dāng)前,區(qū)域內(nèi)具有貨運(yùn)功能的鐵路主要為南昆、南憑鐵路,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低、通達(dá)和覆蓋度有限。為充分發(fā)揮鐵路在穩(wěn)邊興邊、促進(jìn)民族融合團(tuán)結(jié)方面的先行帶動(dòng)作用,本次建立了基于三角模糊-TOPSIS法的規(guī)劃方案比選模型,重點(diǎn)對(duì)滇東南、桂西南地區(qū)鐵路貨運(yùn)通道規(guī)劃方案進(jìn)行比選研究,為下階段開(kāi)展前期工作提供決策依據(jù)。

1 滇東南至桂西南鐵路通道現(xiàn)狀及運(yùn)輸需求分析

1.1 經(jīng)濟(jì)交通概況

滇東南、桂西南地區(qū)區(qū)域國(guó)土面積12.4萬(wàn)km2,常住人口1 468萬(wàn)人,其中少數(shù)民族963萬(wàn)人,占比達(dá)65.5%。2021年全年完成GDP 7 414億元,基本形成以鋼鐵、冶金、化工和食品加工為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)體系,人均GDP 50 498元,低于全國(guó)80 976元的平均水平。區(qū)域陸路邊境線長(zhǎng)2 300 km,擁有憑祥、龍邦、河口、磨憨等多個(gè)國(guó)家一類(lèi)陸路開(kāi)放口岸。

綜合交通主要干線鐵路有云桂、昆玉河、南昆、湘桂、欽防等,彌蒙、南憑城際鐵路建設(shè)正穩(wěn)步推進(jìn)。廣昆G80、合那S60等高等級(jí)國(guó)省道構(gòu)成了區(qū)域公路交通的骨干。境內(nèi)文山硯山機(jī)場(chǎng)、百色巴馬均為支線或軍民合用機(jī)場(chǎng)。防城港是全國(guó)25個(gè)沿海主要港口之一,也是21世紀(jì)“海上絲綢之路”的重要始發(fā)港,2021年吞吐量達(dá)1.48億t。

1.2 鐵路運(yùn)營(yíng)特征

表1為區(qū)域主要鐵路能力利用率,整體呈現(xiàn)出“客松貨緊”的特征,即客運(yùn)主通道云桂鐵路的能力利用率尚有富余,而南昆、玉蒙等以貨運(yùn)為主的鐵路能力利用率已趨緊。考慮彌蒙高鐵將于2023年投產(chǎn),可分流部分蒙自至省會(huì)云南的客流,緩解玉蒙鐵路能力緊張的局面。因此,南昆鐵路昆威段、威百段是區(qū)域貨運(yùn)通道的短板,應(yīng)予以補(bǔ)強(qiáng)。

表1 區(qū)域主要鐵路能力利用率

從區(qū)域鐵路覆蓋來(lái)看,既有、在建項(xiàng)目更側(cè)重于完善沿線州、市與省會(huì)的向心性交流,沿線主要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)之間尚存在多個(gè)路網(wǎng)空白區(qū)域。為發(fā)揮鐵路的國(guó)土開(kāi)發(fā)作用,應(yīng)加快完善沿邊通道的建設(shè)。

1.3 運(yùn)輸需求分析

按照2016版中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃,區(qū)域內(nèi)規(guī)劃沿邊鐵路與昆玉、玉蒙鐵路相銜接[8],可承擔(dān)云南、攀西、黔西與北部灣、廣東片區(qū)的區(qū)際貨物交流,具備分流南昆鐵路部分貨運(yùn)量的功能;同時(shí),規(guī)劃黃百鐵路具有承擔(dān)川渝至北部灣通過(guò)貨流的功能,可分流南昆線威百段部分運(yùn)量。

1.3.1 南昆鐵路運(yùn)輸需求現(xiàn)狀

南昆鐵路貨流密度最大區(qū)段位于南寧至威舍段,現(xiàn)狀貨流密度上行1 384 萬(wàn)t,下行2 991 萬(wàn)t,輕重車(chē)方向運(yùn)量差距較大。上行(至防城港)方向主要貨物品類(lèi)為煤、非金屬礦石、化肥、集裝箱;下行(至昆明)方向主要貨物品類(lèi)為金屬礦石、鋼鐵、化工品、集裝箱。為滿足沿線旅客出行需求,南昆鐵路每日開(kāi)行3～5 對(duì)普速客車(chē)。

1.3.2 通道運(yùn)輸需求預(yù)測(cè)

云南、攀西、黔西與北部灣、廣東片區(qū)的主要貨物品類(lèi)為金屬礦石、集裝箱、鋼鐵、煤炭。研究年度內(nèi),金屬礦石主要為從沿海港口上岸通過(guò)鐵路運(yùn)至昆鋼、紅鋼、攀鋼等企業(yè)[9]。另外,西部陸海通道建設(shè)的縱深推進(jìn),將促進(jìn)集裝箱鐵水聯(lián)運(yùn)需求快速增長(zhǎng)。區(qū)域內(nèi)鋼鐵多用于本地消費(fèi),少量利用公路運(yùn)至周邊地區(qū)。區(qū)域主要鐵路貨運(yùn)OD交流預(yù)測(cè)如表2所示。

表2 滇東南桂西南通道鐵路貨運(yùn)OD交流預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)主要OD交流量經(jīng)不同徑路的距離比較,如表3所示,可知黔西地區(qū)與廣西、海南和廣東地區(qū)貨運(yùn)交流經(jīng)由南昆鐵路運(yùn)輸距離最短,承擔(dān)全部貨運(yùn)量;攀西、昆明與廣西、海南和廣東貨運(yùn)交流經(jīng)由南昆鐵路、沿邊鐵路運(yùn)輸距離大體相當(dāng),可共同承擔(dān)該部分貨運(yùn)量。

表3 主要節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)里程比較

目前,南昆鐵路昆明至百色段能力利用率已超過(guò)90%,尤其是百色—威舍段承擔(dān)昆明、紅果兩個(gè)方向貨流量,若不實(shí)施擴(kuò)能改造,近、遠(yuǎn)期(分別指2030年、2040年,下同)需分流重車(chē)方向1 250萬(wàn)t和1 500萬(wàn)t運(yùn)量至沿邊—昆玉蒙徑路。通道貨運(yùn)量分配如圖1所示。

圖1 通道貨運(yùn)量分配(單位:104t)

客運(yùn)方面,通道旅客交流主要由云桂客專(zhuān)承擔(dān),省界斷面近、遠(yuǎn)期開(kāi)行客車(chē)數(shù)分別為45 對(duì)/d、65對(duì)/d,能力可滿足需求。

2 基于三角模糊-TOPSIS法的鐵道通道布局法

規(guī)劃方案比選是多屬性方案決策,其中所涉及的路網(wǎng)均衡性、路網(wǎng)分工等指標(biāo)是模糊的、定性的,而三角模糊數(shù)可解決定性指標(biāo)的量化問(wèn)題。同時(shí)考慮TOPSIS法是一種適用于有限方案多屬性決策的方法,故本次聯(lián)合三角模糊數(shù)和TOPSIS法構(gòu)建綜合比選模型[10-14]。

步驟1:選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。與項(xiàng)目可研、初步設(shè)計(jì)等階段相比,規(guī)劃研究階段使用的定量指標(biāo)普遍較少,且數(shù)據(jù)多為估算值,精度偏低,因此,在該階段合理增選指標(biāo),將有效提高決策的可靠性。結(jié)合規(guī)劃階段基礎(chǔ)信息的可獲取性,本次選取工程經(jīng)濟(jì)和運(yùn)營(yíng)效果兩大類(lèi)(Oi)共7個(gè)子項(xiàng)(ci)搭建指標(biāo)體系,具體如表4所示。

表4 鐵路規(guī)劃方案比選指標(biāo)體系

步驟2:構(gòu)建評(píng)語(yǔ)集。根據(jù)程度語(yǔ)言構(gòu)建評(píng)語(yǔ)集,并將評(píng)語(yǔ)集轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)。權(quán)重與指標(biāo)評(píng)語(yǔ)對(duì)應(yīng)的三角模糊數(shù)如表5所示。

表5 權(quán)重與指標(biāo)評(píng)價(jià)語(yǔ)言變量的三角模糊數(shù)對(duì)照

(1)

(2)

(3)

步驟6:形成加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣。

(4)

步驟7:根據(jù)加權(quán)判斷矩陣計(jì)算各方案的正負(fù)理想解。

正理想解

(5)

負(fù)理想解

(6)

(7)

(8)

步驟9:計(jì)算各方案的相對(duì)貼近度。

(9)

步驟10:依照相對(duì)貼近度的大小對(duì)方案進(jìn)行排序,排在前面的方案優(yōu)先采用[19-22]。

3 滇東南桂西南地區(qū)鐵路規(guī)劃方案比選

3.1 方案比選

為解決滇東南、桂西南地區(qū)路網(wǎng)覆蓋、南昆線能力不足等問(wèn)題,同時(shí)統(tǒng)籌建設(shè)項(xiàng)目自身的財(cái)務(wù)效益及社會(huì)效益,在2016版中長(zhǎng)期規(guī)劃的基礎(chǔ)上,本次提出5個(gè)規(guī)劃建設(shè)比選方案。各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要通過(guò)匡算、類(lèi)比法獲得。對(duì)于相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量,結(jié)合前述區(qū)域運(yùn)輸需求預(yù)測(cè),在不同路網(wǎng)構(gòu)成條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配計(jì)算得出。

方案1:南昆鐵路擴(kuò)能

近期實(shí)施威舍—百色段增二線,遠(yuǎn)期實(shí)施昆明—威舍段增二線,不實(shí)施沿邊鐵路。該方案線路新建長(zhǎng)度548.5 km,投資估算393.7 億元。其中昆威段全長(zhǎng)271.3 km,投資194.6 億元,建設(shè)工期4 年;威百段全長(zhǎng)277 km,投資199.1 億元,建設(shè)工期4 年,項(xiàng)目稅前內(nèi)部收益率為0.11%。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量如圖2所示。

圖2 方案1區(qū)域路網(wǎng)運(yùn)量示意

2025年,昆明至威舍段維持單線、威舍至百色段增建二線,昆明至威舍段能力利用率已經(jīng)飽和,威舍至南寧段能力滿足運(yùn)輸需求;2030年昆明至威舍段增建二線,南昆線各段能力滿足運(yùn)輸需求,昆明至欽州集裝箱班列旅行時(shí)間約11.1 h。從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性來(lái)看,沿邊通道沿線區(qū)域貨運(yùn)需求無(wú)法滿足,對(duì)國(guó)土資源、沿邊鞏固脫貧開(kāi)發(fā)帶動(dòng)作用較弱。

方案2:新建蒙自—文山—百色鐵路

近期一次性實(shí)施蒙自—文山—百色鐵路,引入百色地區(qū),與南昆鐵路相銜接,該方案線路新建長(zhǎng)度381.1 km,投資估算336.9 億元,建設(shè)工期6 年,項(xiàng)目稅前內(nèi)部收益率為0.50%。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量如圖3所示。

圖3 方案2區(qū)域路網(wǎng)運(yùn)量示意

項(xiàng)目實(shí)施后,研究年度相關(guān)路網(wǎng)能力均能滿足運(yùn)輸需求。從運(yùn)輸時(shí)間上,昆明至欽州集裝箱班列經(jīng)百色方案徑路旅行時(shí)間約13.6 h。建設(shè)項(xiàng)目近、遠(yuǎn)期可分別承擔(dān)北部灣與滇中、攀西地區(qū)通過(guò)貨流(重車(chē)方向)1 250萬(wàn)t、1 500萬(wàn)t,同時(shí)滿足蒙自、文山等地貨運(yùn)量(以遠(yuǎn)期為例)917萬(wàn)t,但沿邊鐵路廣西段覆蓋度較低。從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性來(lái)看,項(xiàng)目的實(shí)施還可進(jìn)一步提升昆玉、玉蒙等鐵路的利用率。

方案3:新建蒙自—文山—靖西鐵路

建設(shè)沿邊鐵路蒙自至靖西段,接既有田靖鐵路。該方案新建長(zhǎng)度356 km,投資311億元,建設(shè)工期6年。因田靖鐵路現(xiàn)狀平圖設(shè)計(jì)能力僅為14對(duì)/d,故該方案僅能分流北部灣至滇中地區(qū)部分客貨運(yùn)量。為提升通道運(yùn)輸能力,考慮對(duì)田靖鐵路實(shí)施擴(kuò)能改造,經(jīng)分析,采用加站方案,通道能力能夠滿足沿江年度運(yùn)輸需求。該方案需新開(kāi)車(chē)站10個(gè),投資4.7億元。項(xiàng)目稅前內(nèi)部收益率為0.73%。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量如圖4所示。

圖4 方案3區(qū)域路網(wǎng)運(yùn)量示意

項(xiàng)目實(shí)施后,研究年度相關(guān)路網(wǎng)能力均能滿足運(yùn)輸需求。從運(yùn)輸時(shí)間上,昆明至欽州集裝箱班列經(jīng)田靖鐵路徑路旅行時(shí)間約15.2 h。建設(shè)項(xiàng)目近、遠(yuǎn)期可分別承擔(dān)北部灣與滇中、攀西地區(qū)通過(guò)貨流(重車(chē)方向)1 250萬(wàn)t、1 500萬(wàn)t,同時(shí)滿足蒙自、文山等地貨運(yùn)量(以遠(yuǎn)期為例)905萬(wàn)t,但沿邊鐵路廣西段覆蓋度較低,不利于沿線國(guó)土資源開(kāi)發(fā)。從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性來(lái)看,項(xiàng)目的實(shí)施還可進(jìn)一步提升昆玉、玉蒙等既有線的能力利用率。

方案4:一次性建設(shè)蒙自—文山—防城港鐵路

一次性實(shí)施沿邊鐵路蒙自至防城港段,分流原南昆鐵路攀西、昆明至北部灣通過(guò)貨流,南昆鐵路維持單線,該方案新建長(zhǎng)度695.9 km,投資586.8億元,建設(shè)工期6 年。項(xiàng)目稅前內(nèi)部收益率為-0.13%。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量如圖5所示。

圖5 方案4區(qū)域路網(wǎng)運(yùn)量示意

項(xiàng)目實(shí)施后,相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量均能滿足運(yùn)輸需求。昆明至欽州集裝箱班列旅行時(shí)間約14.7 h。項(xiàng)目可新增鐵路國(guó)土覆蓋,有效滿足沿線客貨運(yùn)輸需求,促進(jìn)國(guó)土資源開(kāi)發(fā),產(chǎn)生誘增貨運(yùn)量。從路網(wǎng)布局協(xié)調(diào)性來(lái)看,項(xiàng)目的實(shí)施可進(jìn)一步提升昆玉、玉蒙等資產(chǎn)的利用率,但靖西—崇左—防城港段與南昆鐵路南寧至百色段—南防、欽防鐵路走向大體平行,且研究年度南百段能力尚有富裕,該區(qū)段雙通道格局僅從滿足運(yùn)輸需求而言則略顯超前。

方案5:近期實(shí)施蒙自—靖西鐵路,遠(yuǎn)期實(shí)施靖西—防城港鐵路

近期實(shí)施蒙自—靖西鐵路,遠(yuǎn)期實(shí)施靖西—防城港鐵路,該方案近期線路新建長(zhǎng)度356.1 km,投資估算311.2億元,建設(shè)工期6年;遠(yuǎn)期線路新建長(zhǎng)度339.8 km,投資估算275.6億元,建設(shè)工期5 年。新建線路長(zhǎng)度合計(jì)695.9 km,投資619.8億元,項(xiàng)目稅前內(nèi)部收益率為0.22%。項(xiàng)目實(shí)施后,相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量均能滿足運(yùn)輸需求,運(yùn)輸時(shí)間、路網(wǎng)布局協(xié)調(diào)性方面與方案4相當(dāng),唯一區(qū)別在于將靖西至防城港段納入遠(yuǎn)期實(shí)施項(xiàng)目,可一定程度上減輕近期工程投資壓力。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運(yùn)量如圖6所示。

圖6 方案5區(qū)域路網(wǎng)運(yùn)量示意

3.2 決策模型的應(yīng)用

上述5個(gè)方案均各具優(yōu)缺點(diǎn),難以直觀判斷最優(yōu)方案。本次采用三角模糊—TOPSIS模型計(jì)算各方案的重要度,最終得到推薦規(guī)劃方案,專(zhuān)家對(duì)前述方案各指標(biāo)給出的評(píng)價(jià)見(jiàn)表6。

表6 指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)匯總

3.3 結(jié)果分析

從指標(biāo)權(quán)重來(lái)看,路網(wǎng)規(guī)劃階段更側(cè)重于對(duì)區(qū)域路網(wǎng)能力均衡性和項(xiàng)目功能定位合理性的評(píng)價(jià),因此專(zhuān)家對(duì)于以上兩個(gè)指標(biāo)給予較高的權(quán)重?？紤]本次重點(diǎn)是解決貨運(yùn)通道的布局,故對(duì)于時(shí)間節(jié)省在本次比選決策重要度相對(duì)較低,若為新建高鐵、城際鐵路類(lèi)項(xiàng)目,則該指標(biāo)將被賦予更高的重要度。

從指標(biāo)打分來(lái)看,實(shí)施南昆擴(kuò)能改造是投資最少、見(jiàn)效最快的方案,但無(wú)新增路網(wǎng)覆蓋,對(duì)于滇東南文山州等國(guó)土資源開(kāi)發(fā)帶動(dòng)作用較弱。建設(shè)蒙自經(jīng)文山至靖西或百色方案,投資相對(duì)居中,相關(guān)線路能力利用率相對(duì)均衡,但仍存在部分路網(wǎng)留白地區(qū)。實(shí)施蒙自經(jīng)文山至防城港分期建設(shè)或一次性建設(shè)方案,總投資最大,可較好地發(fā)揮鐵路的國(guó)土開(kāi)發(fā)效用,但部分區(qū)段總體能力利用率較低。

統(tǒng)籌考慮遠(yuǎn)近結(jié)合,有效填補(bǔ)西部路網(wǎng)空白,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)土資源開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)有序、有效益建設(shè)發(fā)展,研究推薦采用蒙自經(jīng)文山至靖西鐵路方案。

4 結(jié)語(yǔ)

目前,滇東南至桂西南地區(qū)的鐵路通道尚為空白,同時(shí)與其路網(wǎng)功能相近的南昆鐵路通道能力緊張,為在規(guī)劃層面統(tǒng)籌解決區(qū)域鐵路通道布局問(wèn)題,提出了5個(gè)備選方案。結(jié)合在路網(wǎng)規(guī)劃階段可選用的定量指標(biāo)普遍較少、數(shù)據(jù)多為估算值、精度偏低等特點(diǎn),考慮規(guī)劃階段基礎(chǔ)信息的可獲取性,建立了由7項(xiàng)定性、定量指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)體系。為有效降低主觀因素對(duì)決策結(jié)果的影響,對(duì)于指標(biāo)權(quán)重以及路網(wǎng)能力利用均衡性、運(yùn)輸時(shí)效、區(qū)域路網(wǎng)分工合理性和國(guó)土覆蓋等定性指標(biāo),采用三角模糊數(shù)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。對(duì)于各方案的運(yùn)量,結(jié)合區(qū)域運(yùn)輸需求及區(qū)域路網(wǎng)構(gòu)成的變化,進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配得出。其余技術(shù)經(jīng)濟(jì)等定量指標(biāo),通過(guò)指標(biāo)匡算法獲得。運(yùn)用TOPSIS法對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選排序,得到滇東南桂西南間應(yīng)規(guī)劃蒙自—文山—靖西鐵路。

與以往傳統(tǒng)方法相比,本文所構(gòu)建的指標(biāo)體系更為全面,且可獲得性強(qiáng),適用于在前期規(guī)劃階段對(duì)通道比選進(jìn)行宏觀判斷。同時(shí),在運(yùn)量分析中所采用的動(dòng)態(tài)路網(wǎng)運(yùn)量分配方法使分析結(jié)果更符合后期設(shè)計(jì)。在后續(xù)工作中,可就指標(biāo)選擇以及指標(biāo)的測(cè)算方法等內(nèi)容開(kāi)展進(jìn)一步研究。