胥晓璠

(中铁二院工程集团有限公司 土木建筑设计研究三院，四川 成都 610031)

贵州省有“西南煤海”之称，是我国南方煤炭资源最丰富的省区，是国家“十三五”能源发展规划建设的西南能源基地的重点。贵州省位于西南和中南各缺煤省区的结合部，随着周边省区煤炭资源的枯竭及经济社会发展，未来对煤炭的需求会快速增长，为贵州省煤炭资源的发展提供了巨大空间。织金县处于贵州三大煤田之一的织纳煤田区域内，煤炭资源丰富，已探明无烟煤可开采量 107 亿 t，开发潜力巨大，勘探程度较高，具备建设大、中型采煤基地的条件，是规划待开发的大型无烟煤基地。贵州省煤炭运输量和调出量稳步上升，运力结构不合理等造成的“运输难”问题，在一定程度上制约了贵州省煤炭行业的发展。织金铁路煤炭专用线的规划建设，有利于突破运输瓶颈，改善织金地区煤炭运输条件，提高运输效率，打通织金地区煤炭外运通道，为贵州煤炭外销创造优良条件。铁路专用线需求除了受到自身内部的影响，也受到外部诸多因素的影响，对于这种非线性问题，可以从系统工程的角度出发，运用系统工程的理论和研究方法，对以铁路煤炭专用线运输需求影响关键要素为整体的系统进行深入探究，理清各影响要素间的关系，为铁路煤炭专用线建设及发展规划提供参考依据[1-3]。

1 运输需求影响关键要素系统结构模型

1.1 确定系统要素

铁路煤炭专用线运输需求体现了国民经济发展及煤炭资源开发利用对铁路运输设施能力的需求程度，运输需求除了最直观地体现在运输量上，还反映出在国家宏观政策及经济发展的大背景下，区域社会对铁路煤炭专用线运输需求的本质和内涵。铁路煤炭运输需求受到众多因素影响，如社会经济发展水平、人口因素、国民收入、居民消费水平、人口结构、运输服务及价格、交通运输发展水平、产业结构、经济政策等[4-8]。选取运输需求影响因素，构成含有n个影响要素的系统要素集S，记为S={si|i= 1，2，…，n}，其中si表示第i个影响要素。

1.2 系统结构的矩阵表达

系统内要素间存在一定的关系，这种关系可以是“影响”“取决于”“先于”“需要”“导致”或其他含义，用邻接矩阵A，表示为A= (aij)n×n，来描述元素间的关系。邻接矩阵的元素aij可以表示为

矩阵经过运算，可以反映出系统的一些深层关系。通过矩阵的演算可以进一步研究各要素之间的关系，对系统进行定性与定量相结合的分析，从而判断要素间的相互关系对系统整体的影响。记矩阵A1=A+ I 描述了各节点间经过长度不大于 1 的通路后的可达程度，其中A为邻接矩阵，I 为单位矩阵。记矩阵A2= (A+ I)2，即A2= (A1)2，用布尔代数运算规则进行运算后可得矩阵A2，矩阵A2描述了各节点之间经过长度不大于 2 的通路后的可达程度。以此类推，当自乘结果不会再发生改变时，即公式 ⑵ 成立时，得到的矩阵M即为可达矩阵。

邻接矩阵A反映的是元素间直接的二元关系，经过传递某些元素或许可以建立起间接影响关系，因而通过最终的可达矩阵M可发现这些间接传递关系。

2 织金铁路煤炭专用线运输需求影响关键要素分析

2.1 系统要素集内部各元素间的关系

根据织金地区煤炭产业概况及铁路煤炭运输需求等方面的研究成果[3-7]，选取 8 个因素作为系统要素，即系统要素集S={si|i= 1，2，…，8}，其中s1为国民经济，s2为产业结构，s3为生产力布局，s4为铁路区域路网，s5为煤炭价格，s6为铁路运输价格，s7为相关政策，s8为环境保护。

在确定系统要素集后，通过专家咨询及头脑风暴法可以得到系统要素集内部各要素间的关系，如表 1所示。

表1 系统要素集内部各元素间的关系表Tab.1 Influencing factors am ong the elem ents of the system

2.2 系统结构分析

根据表 1 所列的 8 个要素及其相互之间的直接二元关系用公式 ⑴ 进行表述，得到邻接矩阵A为

在邻接矩阵A的基础上，对矩阵A+ I 经布尔代数运算，根据公式 ⑵ 得到：M= (A+ I)6= (A+ I)5≠ (A+ I)4≠(A+ I)3≠ (A+ I)2≠ (A+ I)。可达矩阵M为

得到可达矩阵M后，可以对矩阵进行层级划分，以便得到系统要素间的进一步关系。定义可达集R(si) 为在矩阵M中因素si所对应的行中，mij= 1 的列所对应的元素组成的集合，即

先行集A(si) 指在矩阵M中因素si所对应的行中，mji= 1 的行所对应的元素的集合，即

层级划分的判断条件为

通过公式 ⑶ 和公式 ⑷ 判断可达矩阵M中矩阵因素si的可达集R(si) 和先行集A(si)，结果如表 2 所示。

表2 要素的可达集与先行集Tab.2 Reachability set and antecedent set of elements

根据判断条件公式 ⑸ 可以确定要素的层级结构。根据判断条件可知：系统第一层级L1的元素为s5，s6，即L1= {s5，s6}。得到第一层级后，划掉第一层级元素所在的行和列，根据判断条件进行第二层级划分，得到第二层级元素为s8，即L2= {s8}。得到第二层级后，划掉第二层级元素所在的行和列，根据判断条件进行第三层级划分，得到第三层级元素为s7，即L3= {s7}。得到第三层级后，划掉第三层级元素所在的行和列，根据判断条件进行第四层级划分，得到第四层级元素为s2，s3，s4，即L4= {s2，s3，s4}。得到第四层级后，划掉第四层级元素所在的行和列，得到第五层级元素为s1，即L5= {s1}。

根据层级划分结果，可以将系统要素划分为 5 个层级，得到系统结构图如图 1 所示。

2.3 影响要素系统分析

从图 2 可以看到，系统划分为 5 个层次,分别为直接因素层、间接因素层、过渡因素层、核心因素层及根本因素层。

（1）直接因素层。从系统结构层次划分结果来看，煤炭价格和铁路运输价格会直接影响铁路煤炭专用线的运输需求，为系统的直接因素。价格的波动必然会引起市场的需求变化，市场对煤炭需求发生变化最直接的体现在其对铁路煤炭专用线的需求程度上，通过调整煤炭及铁路运输价格可以调控地区对铁路煤炭专用线的需求。煤炭价格和铁路运输价格为系统表层现象原因，这 2 个要素受到下面层级要素的影响。

（2）间接因素层。间接因素为环境保护。近年来随着国家对环境保护的高度重视，无烟煤在电煤消费中所占比例逐年增加，织金地区无烟煤储量丰富，未来我国经济社会的可持续发展对无烟煤的需求将提升织金煤炭产业优势，进而影响织金煤炭价格走势，有力地推动深入挖掘织金煤炭资源优势的力度。同时铁路运输具有节能环保的优势，契合了国家节能减排、构建绿色运输的要求。环境保护手段是影响系统的浅层原因。

（3）过渡因素层。经济政策、国家调控政策、地方政策等相关政策的发布和实施影响着煤炭的价格走势，为系统过渡因素。通过宏观调控，可以对煤炭交易市场的供给情况及价格进行调节，进而优化煤炭从生产、运输到销售的整个产业链的长远发展，过渡因素起到了十分重要的调控及系统优化作用。

图1 系统结构图Fig.1 System construction draw ing

（4）核心因素层。产业结构、生产力布局、铁路区域路网构成核心因素层。从产业结构来看，煤炭是我国基础型能源，在未来很长一段时间内，煤炭仍是我国经济发展所依赖的主要能源，无论是政策导向还是运输配置，都将保持煤炭价格相对稳定、铁路运输能力相对充足的发展趋势。从生产力布局来看，我国普遍存在煤炭生产和消费地分离的状况，而铁路承担了煤炭运输主力军的重任。因此，织金铁路煤炭专用线的建设，可以较好地适应织金地区煤炭产业未来发展对铁路运输的需求，降低煤炭运输费用，提高运输效率，增强企业竞争力。根据织金地区总图规划，地区南北通道为隆黄铁路 (隆昌—黄桶) 黄桶至织金段、织金至毕节段；林织铁路 (林歹—织金)、织纳铁路 (织金—纳雍) 构成地区东西通道，最终形成衔接 4 个行车方向、客货分站作业的“十字形”铁路地区格局。织金铁路煤炭专用线是毕节地区，乃至贵州省路网的支线网络重要组成部分，其建设具有良好的外部运输通道条件。织金地区铁路路网的不断完善和通达，有利于进一步发挥铁路运输的低价格、高效性、便捷性、全天候等优势，提高织金煤炭产业的竞争力。这些核心要素是影响系统的深层原因，将对铁路专用线的需求产生广泛影响。

（5）根本因素层。国民经济增长，会带动煤炭消费增长，拉动煤炭运输需求，为根本因素。织金铁路煤炭专用线的运行将改变接轨站——织金北站无货运作业的现状，兼具运输生产生活物资的功能，开拓织金北站货运市场的新局面。与织金铁路煤炭专用线同期建设的还有煤炭交易中心，建成后可以完成煤炭从集散、储备、配煤、洗煤、检化验、交易、结算、监督等一条龙的功能及服务。经济发展与煤炭交易中心的发展将起到相互促进、相互带动的作用。随着国民经济的持续发展，将带动区域货运需求增长，伴随交通基础设施的不断完善，货物流通速度快速提高，将诱发潜在的运输需求，铁路专用线需求也将节节攀升，铁路专用线的建设对地区经济的带动作用更会日益显著。国民经济会影响煤炭价格、铁路运输价格、煤炭需求、铁路运输需求等，国民经济归根结底才是影响铁路专用线需求的最根本决定要素。

从系统结构中不难看出，系统最容易受到煤炭价格及铁路运输价格影响，这是最直接的原因，最容易引起系统的变化。而国民经济是系统的终极影响要素，这说明经济发展与铁路专用线需求变化紧密关联，经济发展能够推动铁路建设发展、提高地区货运效率，对铁路需求产生深远的促进作用。从系统结构中还可以看到，根本因素传递到核心因素后会产生不同的传递路径，并与过渡因素、间接因素及直接因素构成完整的传递链，并最终对铁路专用线需求产生影响。对这些影响关键要素进行分析，可以在专用线建设规划时更准确地把控影响因素，推进铁路建设发展。

3 结束语

采用系统工程方法分析影响铁路煤炭专用线需求的关键要素，通过构建系统结构层级模型，获得影响铁路煤炭专用线需求各层面的因素。通过对关键要素的研究，分析铁路煤炭专用线的建设必要性、经济效益及发展前景，有利于整合煤炭专用线自身市场，吸引民间资本的注入，缓解路网建设资金短缺的问题[9-13]。在国家放开铁路货运市场、铁路货运改革的契机下，对专用线进行需求分析、整体规划，还有利于优化煤炭运输资源配置，稳定铁路在煤炭运输行业中作为主力军的位置，加强煤炭铁路运输通道建设，积极发展多式联运，提升铁路煤炭运输竞争力，改善煤炭运输软、硬件条件，与此同时还应整合资源，探索铁路煤炭运输发展新趋势，促进关联产业的绿色发展[14-15]。

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