寧 超，郭春江，甘 超

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

引言

鐵路在經(jīng)濟社會發(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、影響范圍廣等特點,《關(guān)于進一步做好鐵路規(guī)劃建設(shè)工作的意見》(國辦函﹝2021﹞27號)[1]對科學(xué)有序推進鐵路規(guī)劃建設(shè)提出明確要求。切實提高鐵路規(guī)劃研究的科學(xué)性,對于指導(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)時序,提高項目投資效益等具有重要作用。

回顧以往研究成果,近年來,已有專家、學(xué)者對鐵路規(guī)劃方案比選開展了相關(guān)研究。例如,陳希榮[2]利用經(jīng)濟聯(lián)系強度法布局了西北至西南鐵路客運新通道;尹傳忠[3]采用基于熵權(quán)TOPSIS模型對長三角地區(qū)規(guī)劃鐵路的建設(shè)時序進行評價;羅圓[4]著重對線路方案指標(biāo)權(quán)重的確定進行了研究;杜慎旭[5]結(jié)合對通道的運輸需求分析,研究了重慶至上海高速鐵路通道的規(guī)劃方案;董雪婷[6]通過分析國家戰(zhàn)略對云南省的發(fā)展要求,提出云南省對外鐵路通道方案。相關(guān)研究成果均為開展鐵路通道規(guī)劃提供了較為實用的理論基礎(chǔ)。

滇東南、桂西南地區(qū)位于我國云南、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“一帶一路”、西部陸海新通道和沿邊開放開發(fā)建設(shè)的前沿陣地[7]。當(dāng)前,區(qū)域內(nèi)具有貨運功能的鐵路主要為南昆、南憑鐵路,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低、通達和覆蓋度有限。為充分發(fā)揮鐵路在穩(wěn)邊興邊、促進民族融合團結(jié)方面的先行帶動作用,本次建立了基于三角模糊-TOPSIS法的規(guī)劃方案比選模型,重點對滇東南、桂西南地區(qū)鐵路貨運通道規(guī)劃方案進行比選研究,為下階段開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)狀及運輸需求分析

1.1 經(jīng)濟交通概況

滇東南、桂西南地區(qū)區(qū)域國土面積12.4萬km2,常住人口1 468萬人,其中少數(shù)民族963萬人,占比達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80 976元的平均水平。區(qū)域陸路邊境線長2 300 km,擁有憑祥、龍邦、河口、磨憨等多個國家一類陸路開放口岸。

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。廣昆G80、合那S60等高等級國省道構(gòu)成了區(qū)域公路交通的骨干。境內(nèi)文山硯山機場、百色巴馬均為支線或軍民合用機場。防城港是全國25個沿海主要港口之一,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1.48億t。

1.2 鐵路運營特征

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)域貨運通道的短板,應(yīng)予以補強。

表1 區(qū)域主要鐵路能力利用率

從區(qū)域鐵路覆蓋來看,既有、在建項目更側(cè)重于完善沿線州、市與省會的向心性交流,沿線主要經(jīng)濟據(jù)點之間尚存在多個路網(wǎng)空白區(qū)域。為發(fā)揮鐵路的國土開發(fā)作用,應(yīng)加快完善沿邊通道的建設(shè)。

1.3 運輸需求分析

按照2016版中長期鐵路網(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量的功能;同時,規(guī)劃黃百鐵路具有承擔(dān)川渝至北部灣通過貨流的功能,可分流南昆線威百段部分運量。

1.3.1 南昆鐵路運輸需求現(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t,下行2 991 萬t,輕重車方向運量差距較大。上行(至防城港)方向主要貨物品類為煤、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,南昆鐵路每日開行3～5 對普速客車。

1.3.2 通道運輸需求預(yù)測

云南、攀西、黔西與北部灣、廣東片區(qū)的主要貨物品類為金屬礦石、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鐵路運至昆鋼、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,將促進集裝箱鐵水聯(lián)運需求快速增長。區(qū)域內(nèi)鋼鐵多用于本地消費,少量利用公路運至周邊地區(qū)。區(qū)域主要鐵路貨運OD交流預(yù)測如表2所示。

表2 滇東南桂西南通道鐵路貨運OD交流預(yù)測

通過對區(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)貨運交流經(jīng)由南昆鐵路運輸距離最短,承擔(dān)全部貨運量;攀西、昆明與廣西、海南和廣東貨運交流經(jīng)由南昆鐵路、沿邊鐵路運輸距離大體相當(dāng),可共同承擔(dān)該部分貨運量。

表3 主要節(jié)點運營里程比較

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

圖1 通道貨運量分配(單位:104t)

客運方面,通道旅客交流主要由云桂客專承擔(dān),省界斷面近、遠(yuǎn)期開行客車數(shù)分別為45 對/d、65對/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)的量化問題。同時考慮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:選取評價指標(biāo)。與項目可研、初步設(shè)計等階段相比,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)濟和運營效果兩大類(Oi)共7個子項(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)建評語集。根據(jù)程度語言構(gòu)建評語集,并將評語集轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)。權(quán)重與指標(biāo)評語對應(yīng)的三角模糊數(shù)如表5所示。

表5 權(quán)重與指標(biāo)評價語言變量的三角模糊數(shù)對照

(1)

(2)

(3)

步驟6:形成加權(quán)評價矩陣。

(4)

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

正理想解

(5)

負(fù)理想解

(6)

(7)

(8)

步驟9:計算各方案的相對貼近度。

(9)

步驟10:依照相對貼近度的大小對方案進行排序,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題,同時統(tǒng)籌建設(shè)項目自身的財務(wù)效益及社會效益,在2016版中長期規(guī)劃的基礎(chǔ)上,本次提出5個規(guī)劃建設(shè)比選方案。各方案的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)主要通過匡算、類比法獲得。對于相關(guān)路網(wǎng)運量,結(jié)合前述區(qū)域運輸需求預(yù)測,在不同路網(wǎng)構(gòu)成條件下進行動態(tài)分配計算得出。

方案1:南昆鐵路擴能

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

圖2 方案1區(qū)域路網(wǎng)運量示意

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輸需求,昆明至欽州集裝箱班列旅行時間約11.1 h。從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性來看,沿邊通道沿線區(qū)域貨運需求無法滿足,對國土資源、沿邊鞏固脫貧開發(fā)帶動作用較弱。

方案2:新建蒙自—文山—百色鐵路

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

圖3 方案2區(qū)域路網(wǎng)運量示意

項目實施后,研究年度相關(guān)路網(wǎng)能力均能滿足運輸需求。從運輸時間上,昆明至欽州集裝箱班列經(jīng)百色方案徑路旅行時間約13.6 h。建設(shè)項目近、遠(yuǎn)期可分別承擔(dān)北部灣與滇中、攀西地區(qū)通過貨流(重車方向)1 250萬t、1 500萬t,同時滿足蒙自、文山等地貨運量(以遠(yuǎn)期為例)917萬t,但沿邊鐵路廣西段覆蓋度較低。從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性來看,項目的實施還可進一步提升昆玉、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)計能力僅為14對/d,故該方案僅能分流北部灣至滇中地區(qū)部分客貨運量。為提升通道運輸能力,考慮對田靖鐵路實施擴能改造,經(jīng)分析,采用加站方案,通道能力能夠滿足沿江年度運輸需求。該方案需新開車站10個,投資4.7億元。項目稅前內(nèi)部收益率為0.73%。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運量如圖4所示。

圖4 方案3區(qū)域路網(wǎng)運量示意

項目實施后,研究年度相關(guān)路網(wǎng)能力均能滿足運輸需求。從運輸時間上,昆明至欽州集裝箱班列經(jīng)田靖鐵路徑路旅行時間約15.2 h。建設(shè)項目近、遠(yuǎn)期可分別承擔(dān)北部灣與滇中、攀西地區(qū)通過貨流(重車方向)1 250萬t、1 500萬t,同時滿足蒙自、文山等地貨運量(以遠(yuǎn)期為例)905萬t,但沿邊鐵路廣西段覆蓋度較低,不利于沿線國土資源開發(fā)。從路網(wǎng)協(xié)調(diào)性來看,項目的實施還可進一步提升昆玉、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、昆明至北部灣通過貨流,南昆鐵路維持單線,該方案新建長度695.9 km,投資586.8億元,建設(shè)工期6 年。項目稅前內(nèi)部收益率為-0.13%。區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)運量如圖5所示。

圖5 方案4區(qū)域路網(wǎng)運量示意

項目實施后,相關(guān)路網(wǎng)運量均能滿足運輸需求。昆明至欽州集裝箱班列旅行時間約14.7 h。項目可新增鐵路國土覆蓋,有效滿足沿線客貨運輸需求,促進國土資源開發(fā),產(chǎn)生誘增貨運量。從路網(wǎng)布局協(xié)調(diào)性來看,項目的實施可進一步提升昆玉、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輸需求而言則略顯超前。

方案5:近期實施蒙自—靖西鐵路,遠(yuǎn)期實施靖西—防城港鐵路

近期實施蒙自—靖西鐵路,遠(yuǎn)期實施靖西—防城港鐵路,該方案近期線路新建長度356.1 km,投資估算311.2億元,建設(shè)工期6年;遠(yuǎn)期線路新建長度339.8 km,投資估算275.6億元,建設(shè)工期5 年。新建線路長度合計695.9 km,投資619.8億元,項目稅前內(nèi)部收益率為0.22%。項目實施后,相關(guān)路網(wǎng)運量均能滿足運輸需求,運輸時間、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)期實施項目,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)運量如圖6所示。

圖6 方案5區(qū)域路網(wǎng)運量示意

3.2 決策模型的應(yīng)用

上述5個方案均各具優(yōu)缺點,難以直觀判斷最優(yōu)方案。本次采用三角模糊—TOPSIS模型計算各方案的重要度,最終得到推薦規(guī)劃方案,專家對前述方案各指標(biāo)給出的評價見表6。

表6 指標(biāo)評價數(shù)據(jù)匯總

3.3 結(jié)果分析

從指標(biāo)權(quán)重來看,路網(wǎng)規(guī)劃階段更側(cè)重于對區(qū)域路網(wǎng)能力均衡性和項目功能定位合理性的評價,因此專家對于以上兩個指標(biāo)給予較高的權(quán)重?？紤]本次重點是解決貨運通道的布局,故對于時間節(jié)省在本次比選決策重要度相對較低,若為新建高鐵、城際鐵路類項目,則該指標(biāo)將被賦予更高的重要度。

從指標(biāo)打分來看,實施南昆擴能改造是投資最少、見效最快的方案,但無新增路網(wǎng)覆蓋,對于滇東南文山州等國土資源開發(fā)帶動作用較弱。建設(shè)蒙自經(jīng)文山至靖西或百色方案,投資相對居中,相關(guān)線路能力利用率相對均衡,但仍存在部分路網(wǎng)留白地區(qū)。實施蒙自經(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)揮鐵路的國土開發(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,有效填補西部路網(wǎng)空白,促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和國土資源開發(fā),實現(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

目前,滇東南至桂西南地區(qū)的鐵路通道尚為空白,同時與其路網(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)域鐵路通道布局問題,提出了5個備選方案。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,考慮規(guī)劃階段基礎(chǔ)信息的可獲取性,建立了由7項定性、定量指標(biāo)組成的評價體系。為有效降低主觀因素對決策結(jié)果的影響,對于指標(biāo)權(quán)重以及路網(wǎng)能力利用均衡性、運輸時效、區(qū)域路網(wǎng)分工合理性和國土覆蓋等定性指標(biāo),采用三角模糊數(shù)對相關(guān)指標(biāo)進行轉(zhuǎn)化。對于各方案的運量,結(jié)合區(qū)域運輸需求及區(qū)域路網(wǎng)構(gòu)成的變化,進行動態(tài)分配得出。其余技術(shù)經(jīng)濟等定量指標(biāo),通過指標(biāo)匡算法獲得。運用TOPSIS法對方案進行優(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,適用于在前期規(guī)劃階段對通道比選進行宏觀判斷。同時,在運量分析中所采用的動態(tài)路網(wǎng)運量分配方法使分析結(jié)果更符合后期設(shè)計。在后續(xù)工作中,可就指標(biāo)選擇以及指標(biāo)的測算方法等內(nèi)容開展進一步研究。