倪继娜，张 巍，刘宁馨，张 栋，赵 宝

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081；3.大秦铁路股份有限公司 科学技术研究所，山西 太原 030013)

1 重载铁路发展概况

1.1 发展现状

我国煤炭运输主要以重载铁路为主，在“公转铁”政策实施和煤炭生产资源集中双重作用下，重载铁路快速发展。运量方面，2021 年上半年，国家铁路煤炭发送量96 128 万t、同比增长12.4%。主要重载线路中，浩吉铁路(浩勒报吉南—吉安)增长163%，大秦铁路(韩家岭—柳村南)、瓦日铁路(瓦塘—日照南)、唐呼铁路(唐山—呼和浩特)分别增长11.5%，43%，54%，重载铁路货运增量效果显著。基础设施方面，我国目前符合国际重载铁路标准的共有9 条铁路，4 条为承担西煤东运的货运专线，分别为大秦铁路、瓦日铁路、唐呼铁路、朔黄铁路(神池南—黄骅港)；1 条承担北煤南运的货运专线，为浩吉铁路；4 条客货混运线路，分别为大包铁路(大同—包头)、北同蒲铁路(大同—太原)、包西铁路(包头—新丰镇)、通霍铁路(通辽北—霍林郭勒)，重载铁路总里程约7 300 km[1]。技术装备方面，截至2020 年，国家铁路敞车保有量共计54 万辆，其中25 t 轴重及以上货车保有量5.8 万辆，占比10.8%。运输组织方面，大秦、朔黄铁路采用“1+1”组合 2 万t、组合1.5 万t/1.6 万t、单元万吨、组合万吨的列车编组模式，单列最大牵引总重2 万t，最高速度80 km/h。既有客货混运线路(除北同蒲等重载铁路外)货物列车最大牵引质量一般为5 000～ 5 500 t，速度一般不超过80 km/h。

1.2 发展形势

“十四五”时期，铁路货运将加快从规模速度型向质量效益型转变，工作重心将逐步从增量转到提质。目前，我国正处于经济结构优化的关键时期，为了适应新形势需要，重载铁路将会走高质量发展之路。

（1）政策影响方面。在“碳达峰”“碳中和”政策约束下，公路运输将受到限制，重载铁路作为资源节约型和环境友好型运输方式，具有能耗低、排放低、成本低、运量大等优势，更加符合“碳达峰”“碳中和”的政策理念。同时，在国家调整运输结构的有利契机下，大秦、唐呼、浩吉、瓦日、朔黄等重载铁路运输通道作用也将日益凸显。

（2）市场发展方面。根据《煤炭工业“十四五”高质量发展指导意见》，到“十四五”末，国内煤炭产量控制在41 亿t 左右，全国煤炭消费量控制在 42 亿t 左右。“十四五”期间煤炭消费比重虽然有所下降，但生产总量将继续保持增长。同时，在煤炭资源整合的大趋势下，生产资源进一步向山西、陕西、内蒙古、新疆等地区集中，在煤炭生产总量增长和区域集中双重作用下，将进一步带动重载铁路运输需求的增加。

1.3 存在问题

（1）路网规模较低。全国铁路煤炭发送量占铁路总发送量的53%，而重载线路里程仅占全国铁路营业里程的5%，占比较低。随着经济社会的发展、“公转铁”政策的实施，以及煤炭生产的集中，路网布局不完善、区域布局不均衡问题日益突出。为满足货运需求，有待在既有路网的基础上，快速扩充重载路网规模，构建以南北通道、西南通道、进出关通道、煤运通道等为主的重载运输网络，扩大重载列车开行范围。

（2）线路间分流压力加大。近年来，随着唐呼铁路升级改造、瓦日铁路能力释放、浩吉铁路全线贯通，重载铁路网络化特征明显，主要重载线路上下游辐射范围重叠，而由于不同线路分属不同铁路局集团公司管辖，各铁路局集团公司为争取货源采用不同运价下浮政策，内部竞争严重，线路间分流压力增大[2]。以大秦铁路和唐呼铁路为例，大秦铁路与唐呼铁路上游货源重叠范围主要集中在内蒙古地区，2016 年大秦铁路从古店口接入蒙煤占大秦铁路总运量的8.8%，唐呼铁路开通后，部分蒙煤通过唐呼铁路运输，大秦铁路古店口接入蒙煤逐年减少，2019 年，大秦铁路从古店口接入蒙煤仅占大秦铁路总运量的1.2%。

（3）货车轴重和载重偏小。轴重和载重是衡量重载技术的核心指标。在轴重方面，国外重载铁路货车轴重基本为27～ 32.5 t，目前我国铁路货车轴重既有线21～ 23 t、重载专线25 t，少量开行27 t 轴重和30 t 轴重货车，25～ 27 t 轴重货车占比较小，轴重与国际重载标准仍有差距。在载重方面，国外重载铁路牵引质量一般为2 万～ 4 万t，而目前我国仅大秦铁路和朔黄铁路2 条铁路常态化开行2 万t 重载列车。发展27 t 轴重和30 t 轴重货车，增加列车牵引质量，既可降低运输成本，提高铁路运输综合效率和效益，缓解维修“天窗”时间紧张矛盾，同时可为铁路日益增长的货物运输需求提供更多的发展空间[3-4]。

（4）运用组织难度大。我国运输需求结构复杂，运量分布分散，有较大大宗运量的既有通道基础设施情况复杂。根据重载运输线路在铁路网中的作用及与路网中其他线路衔接的情况，将其分为全封闭模式、全开放模式和半封闭模式。3 种模式重载铁路的车流来源和去向、开行重载列车类型、运输组织特点、能力利用情况均存在差异，有较大大宗运量的既有通道集疏运系统运输能力、一体化组织、运营管理制度与货运增量要求不相匹配，很大程度上增大了重载列车运用的组织难度。

2 重载铁路煤炭运输需求预测

重载铁路上游货源主要分布在晋陕蒙地区，运输品类主要为煤炭，预测未来重载铁路运输需求以该地区铁路煤炭运量为基础。

（1）定性预测。自运输结构调整政策实施以来，铁路煤炭运输产运系数从2017 年的0.61 提升至2021 年上半年的0.66。从重载铁路上游货源聚集地晋陕蒙地区来看，铁路煤炭运输产运系数从2017 年的0.44 提升至2021 年上半年的0.46，与全国铁路煤炭运输产运系数仍有一定差距，且增长较慢。未来，随着大气污染防治工作持续推进以及“公转铁”政策的实施，晋陕蒙地区铁路运输产运系数必然呈现逐渐上升趋势。根据晋陕蒙3 省区《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》，山西省“十四五”期间原煤产量稳定在10 亿t 左右，内蒙古煤炭产能动态稳定在13 亿t 左右，陕西省到2025 年原煤产量7.4 亿t。综合晋陕蒙3 省区煤炭产量，预计2025 年晋陕蒙煤炭产量将达到30.4 亿t。根据2017 年以来产运系数可知，近年来产运系数在0.44～ 0.48 之间，考虑公转铁等政策影响，预计到2025 年铁路运输市场份额将进一步提高，产运系数可达到近年峰值0.48，综合晋陕蒙地区煤炭产量和铁路产运系数进行分析，预计2025 年重载铁路煤炭运输需求将达到14.6 亿t。晋陕蒙地区运输需求预测如表1 所示。

表1 晋陕蒙地区运输需求预测Tab.1 Forecast of transportation demand in Shanxi,Shaanxi,and Inner Mongolia

（2）定量预测。通过对晋陕蒙地区煤炭运量和相关影响因素的观察和收集，基于各影响因素之间的相关关系分析，对重载铁路煤炭运输需求进行预测，预测流程如下。①确定研究范围。预测对象选用晋陕蒙地区铁路煤炭运输需求作为重载铁路煤炭运输需求，数据基础年度为2009—2020 年，预测年度为2025 年。②历史数据观察。对2009—2020 年重载铁路煤炭运输需求数据进行观察，得到重载铁路煤炭运输需求变化示意图如图1 所示。重载铁路煤炭运输需求呈波动变化，波动幅度较大。③预测方法选取。根据对数据的观察可知，运输需求波动呈非线性趋势，时间序列法、回归预测法、灰色预测法等传统预测方法难以表述其非线性变化，因而选择能够逼近复杂的非线性系统的人工神经网络模型[5]。④关键影响因素确定。选用全国GDP、晋陕蒙地区GDP、第二产业增加值、固定资产投资、晋陕蒙地区煤炭产量、国内对煤炭需求量、全国煤炭进口量、全国火力发电量、晋陕蒙地区铁路建设投资额、特高压输电量、晋陕蒙地区公路货运需求作为关键影响因素，利用灰色关联度分析方法计算其与重载铁路煤炭运输需求的关联度，重载铁路煤炭运输需求影响因素关联系数如表2 所示，各影响因素关联系数均大于0.5，具有强相关关系[6]。⑤运输需求预测。将11 个影响因素作为输入神经元，重载铁路煤炭运输需求作为输出神经元，隐藏层的神经元与输入层和输出层神经元全连接[7]。

图1 重载铁路煤炭运输需求变化示意图Fig.1 Demand changes of coal transportation by heavy-haul railways

表2 重载铁路煤炭运输需求影响因素关联系数Tab.2 Correlation coefficients of factors affecting demand for coal transportation by heavy-haul railways

重载铁路煤炭运输需求拟合情况如表3 所示，通过计算，平均相对误差为3.5%，模型拟合程度较好，得到2025年重载铁路煤炭运输需求预测值为14.2亿t。

表3 重载铁路煤炭运输需求拟合情况Tab.3 Demand fitting of coal transportation by heavy-haul railways

综合考虑定性预测和定量预测的结果，对2 种预测结果进行加权平均，最终得到2025 年重载铁路煤炭运输需求预测值为14.4 亿t。

3 重载铁路发展对策探讨

3.1 构建重载铁路运输网络

（1）统筹规划重载主次干线扩能及建设。以交通强国、交通运输结构调整等战略部署为引领，以持续提升铁路大宗货物运输市场份额为目标，以煤炭富集区、矿石主要进口港为核心，结合货物流向、运量预测，对标重载主次干线机车牵引定数、货车轴重、站线有效长等参数要求，针对不同线路开展投入产出综合评估，统筹规划企业、港口与铁路重载主次干线扩能及建设，分阶段提高轴重载重或采取延长到发线方式发展重载运输，逐步完善煤炭运输通道，建成“六横三纵”重载运输网，形成布局合理、集疏运配套的重载运输体系。

（2）加强蒙西、陕西地区重载铁路建设。着重聚焦陕煤、蒙煤铁路外运，加快包神铁路(包头—神木)扩能改造、集通铁路(贲红—哲里木)电气化改造等项目的推进。同时加快蒙西、陕西地区专用线建设，完善鄂尔多斯、榆林等主要煤炭生产地区集运系统，提高专用线覆盖范围，增强地区集运灵活性，促进铁路重载运输网向货源发生地延伸。

（3）优化煤炭物流基地布局。积极推动煤炭贸易集散中心建设及重点铁路编组站扩能，加快既有货场物流化转型，提高物流服务能力，形成“干线运输+物流基地”的重载铁路高效物流网络体系。

3.2 加强线路合理分工

线路间合理分工是重载铁路网络化发展的首要任务，特别是在煤炭限产、特高压输电大力发展、煤炭运输外部竞争压力增加的情况下，可有效引导、调整不同运输主体间的竞合关系。

（1）实现蒙西、晋北煤炭东运通道合理分工。考虑运输需求、吸引范围、特定径路、运价、送达时间等因素，综合各线路运输能力，优化调整大秦与唐呼铁路车流结构，实现蒙西、晋北煤炭东运通道合理分工。

（2）优化瓦日铁路万吨重载列车开行方案。研究启动瓦日铁路到京广线(丰台—广州)、京沪线(北京—上海)、京九线(北京西—九龙)运输的能力适应性改造。加强与企业沟通，为上下游企业牵线搭台，开放相关地区有合作意向的本线站点。同时减少瓦日铁路装车去向限制，拓展交车范围，扩大运力辐射圈。

（3）合理安排车流迂回。采取错峰集中修、合理安排天窗时间、制定浮动运价规则等措施，利用每条线路既有能力解决其他线路检修期间煤炭运能不足问题，合理安排车流迂回，提供运输保障的同时，增加铁路在多种交通运输方式中的核心竞争力。

3.3 开行大轴重高载重列车

提高货车轴重和载重可进一步提升运量或降低开行密度，是优化重载铁路运输组织、提高综合效益的最佳选择。

（1）轴重方面。基于线路条件，大秦、朔黄、唐呼铁路进一步发展27 t 轴重专用货车，瓦日、浩吉铁路发展30 t 轴重机车及运煤专用敞车；既有线主要通道逐步推广应用以C80E型通用敞车为代表的27 t轴重货车，进而达到国际重载标准[8]。

（2）载重方面。根据重载铁路运输需求预测结果可知，未来运输需求仍在继续增长，针对运输需求和实施可能性，大秦、朔黄铁路继续发展3 万t 重载列车，唐呼、浩吉、瓦日铁路继续发展2 万t 重载列车。同时，利用浩吉铁路开展超长列车试验，赶超世界水平。重载铁路发展大轴重高载重列车，需同步研究既有路网基础设施补强方案[9]。

3.4 优化重载运输组织

（1）加强重载铁路市场监测。重载铁路运输组织优化应充分利用“互联网+”、云计算、物联网、大数据等信息技术，大力推进铁路重载运输智能技术创新，通过采集大宗货物物流市场信息，深化大宗货物市场调查、市场监测及预测预警。

（2）形成重载铁路集疏运一体化运输组织。结合运输需求及智能化设施设备，充分考虑重载列车牵引质量和列车长度，合理制定长编组重载列车制动距离、发车间隔等关键参数，切合实际优化列车开行方案，统一技术作业过程，统一编制集、疏、运计划，统一安排协调计划实施模式，加强车辆、机车、路网、运输等信息融合，形成集疏运一体化高效组织[10]。

（3）组织“点到点”直达班列。加强“点到点”始发直达列车的开行力度，并且在运输能力适应的情况下适当宽松直达列车的开行条件，扩大始发直达列车开行范畴，组织煤炭入川渝、京津冀等地区“点到点”直达班列，提高煤炭重载运输效率。

4 结束语

随着瓦日、浩吉等重载运输通道的建成及既有线开行重载列车的尝试，重载运输网络化、系统化已成为我国铁路运输发展的重要趋势，发展重载运输是实现交通运输高质量发展的重要途径。根据重载铁路发展现状，结合重载铁路运输市场需求预测，未来重载铁路运输需求仍在继续增长，构建重载铁路运输网络、加强线路合理分工、开行大轴重高载重列车、优化重载运输组织不仅对适应需求增长、提高铁路供给能力等铁路内部发展具有重要支撑作用，同时有助于支撑实现“双碳”目标、交通强国、科技创新等国家战略。