宁 超，郭春江，甘 超

(1.中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031; 2.中国中铁“一带一路”互联互通研究中心,成都 610031;3.中国国家铁路集团有限公司发改部,北京 100844)

引言

铁路在经济社会发展中具有举足轻重的作用,其建设具有投入资金大、资金回收期长、影响范围广等特点,《关于进一步做好铁路规划建设工作的意见》(国办函﹝2021﹞27号)[1]对科学有序推进铁路规划建设提出明确要求。切实提高铁路规划研究的科学性,对于指导建设阶段合理确定线路宏观走向、技术标准、建设时序,提高项目投资效益等具有重要作用。

回顾以往研究成果,近年来,已有专家、学者对铁路规划方案比选开展了相关研究。例如,陈希荣[2]利用经济联系强度法布局了西北至西南铁路客运新通道;尹传忠[3]采用基于熵权TOPSIS模型对长三角地区规划铁路的建设时序进行评价;罗圆[4]着重对线路方案指标权重的确定进行了研究;杜慎旭[5]结合对通道的运输需求分析,研究了重庆至上海高速铁路通道的规划方案;董雪婷[6]通过分析国家战略对云南省的发展要求,提出云南省对外铁路通道方案。相关研究成果均为开展铁路通道规划提供了较为实用的理论基础。

滇东南、桂西南地区位于我国云南、广西两省区交界处,包括文山、红河、百色、崇左和防城港共两州三市,具有临边、沿海和少数民族聚集等特征,是我国“一带一路”、西部陆海新通道和沿边开放开发建设的前沿阵地[7]。当前,区域内具有货运功能的铁路主要为南昆、南凭铁路,技术标准较低、通达和覆盖度有限。为充分发挥铁路在稳边兴边、促进民族融合团结方面的先行带动作用,本次建立了基于三角模糊-TOPSIS法的规划方案比选模型,重点对滇东南、桂西南地区铁路货运通道规划方案进行比选研究,为下阶段开展前期工作提供决策依据。

1 滇东南至桂西南铁路通道现状及运输需求分析

1.1 经济交通概况

滇东南、桂西南地区区域国土面积12.4万km2,常住人口1 468万人,其中少数民族963万人,占比达65.5%。2021年全年完成GDP 7 414亿元,基本形成以钢铁、冶金、化工和食品加工为主导的产业体系,人均GDP 50 498元,低于全国80 976元的平均水平。区域陆路边境线长2 300 km,拥有凭祥、龙邦、河口、磨憨等多个国家一类陆路开放口岸。

综合交通主要干线铁路有云桂、昆玉河、南昆、湘桂、钦防等,弥蒙、南凭城际铁路建设正稳步推进。广昆G80、合那S60等高等级国省道构成了区域公路交通的骨干。境内文山砚山机场、百色巴马均为支线或军民合用机场。防城港是全国25个沿海主要港口之一,也是21世纪“海上丝绸之路”的重要始发港,2021年吞吐量达1.48亿t。

1.2 铁路运营特征

表1为区域主要铁路能力利用率,整体呈现出“客松货紧”的特征,即客运主通道云桂铁路的能力利用率尚有富余,而南昆、玉蒙等以货运为主的铁路能力利用率已趋紧。考虑弥蒙高铁将于2023年投产,可分流部分蒙自至省会云南的客流,缓解玉蒙铁路能力紧张的局面。因此,南昆铁路昆威段、威百段是区域货运通道的短板,应予以补强。

表1 区域主要铁路能力利用率

从区域铁路覆盖来看,既有、在建项目更侧重于完善沿线州、市与省会的向心性交流,沿线主要经济据点之间尚存在多个路网空白区域。为发挥铁路的国土开发作用,应加快完善沿边通道的建设。

1.3 运输需求分析

按照2016版中长期铁路网规划,区域内规划沿边铁路与昆玉、玉蒙铁路相衔接[8],可承担云南、攀西、黔西与北部湾、广东片区的区际货物交流,具备分流南昆铁路部分货运量的功能;同时,规划黄百铁路具有承担川渝至北部湾通过货流的功能,可分流南昆线威百段部分运量。

1.3.1 南昆铁路运输需求现状

南昆铁路货流密度最大区段位于南宁至威舍段,现状货流密度上行1 384 万t,下行2 991 万t,轻重车方向运量差距较大。上行(至防城港)方向主要货物品类为煤、非金属矿石、化肥、集装箱;下行(至昆明)方向主要货物品类为金属矿石、钢铁、化工品、集装箱。为满足沿线旅客出行需求,南昆铁路每日开行3～5 对普速客车。

1.3.2 通道运输需求预测

云南、攀西、黔西与北部湾、广东片区的主要货物品类为金属矿石、集装箱、钢铁、煤炭。研究年度内,金属矿石主要为从沿海港口上岸通过铁路运至昆钢、红钢、攀钢等企业[9]。另外,西部陆海通道建设的纵深推进,将促进集装箱铁水联运需求快速增长。区域内钢铁多用于本地消费,少量利用公路运至周边地区。区域主要铁路货运OD交流预测如表2所示。

表2 滇东南桂西南通道铁路货运OD交流预测

通过对区域内主要OD交流量经不同径路的距离比较,如表3所示,可知黔西地区与广西、海南和广东地区货运交流经由南昆铁路运输距离最短,承担全部货运量;攀西、昆明与广西、海南和广东货运交流经由南昆铁路、沿边铁路运输距离大体相当,可共同承担该部分货运量。

表3 主要节点运营里程比较

目前,南昆铁路昆明至百色段能力利用率已超过90%,尤其是百色—威舍段承担昆明、红果两个方向货流量,若不实施扩能改造,近、远期(分别指2030年、2040年,下同)需分流重车方向1 250万t和1 500万t运量至沿边—昆玉蒙径路。通道货运量分配如图1所示。

图1 通道货运量分配(单位:104t)

客运方面,通道旅客交流主要由云桂客专承担,省界断面近、远期开行客车数分别为45 对/d、65对/d,能力可满足需求。

2 基于三角模糊-TOPSIS法的铁道通道布局法

规划方案比选是多属性方案决策,其中所涉及的路网均衡性、路网分工等指标是模糊的、定性的,而三角模糊数可解决定性指标的量化问题。同时考虑TOPSIS法是一种适用于有限方案多属性决策的方法,故本次联合三角模糊数和TOPSIS法构建综合比选模型[10-14]。

步骤1:选取评价指标。与项目可研、初步设计等阶段相比,规划研究阶段使用的定量指标普遍较少,且数据多为估算值,精度偏低,因此,在该阶段合理增选指标,将有效提高决策的可靠性。结合规划阶段基础信息的可获取性,本次选取工程经济和运营效果两大类(Oi)共7个子项(ci)搭建指标体系,具体如表4所示。

表4 铁路规划方案比选指标体系

步骤2:构建评语集。根据程度语言构建评语集,并将评语集转化为三角模糊数。权重与指标评语对应的三角模糊数如表5所示。

表5 权重与指标评价语言变量的三角模糊数对照

(1)

(2)

(3)

步骤6:形成加权评价矩阵。

(4)

步骤7:根据加权判断矩阵计算各方案的正负理想解。

正理想解

(5)

负理想解

(6)

(7)

(8)

步骤9:计算各方案的相对贴近度。

(9)

步骤10:依照相对贴近度的大小对方案进行排序,排在前面的方案优先采用[19-22]。

3 滇东南桂西南地区铁路规划方案比选

3.1 方案比选

为解决滇东南、桂西南地区路网覆盖、南昆线能力不足等问题,同时统筹建设项目自身的财务效益及社会效益,在2016版中长期规划的基础上,本次提出5个规划建设比选方案。各方案的技术经济指标主要通过匡算、类比法获得。对于相关路网运量,结合前述区域运输需求预测,在不同路网构成条件下进行动态分配计算得出。

方案1:南昆铁路扩能

近期实施威舍—百色段增二线,远期实施昆明—威舍段增二线,不实施沿边铁路。该方案线路新建长度548.5 km,投资估算393.7 亿元。其中昆威段全长271.3 km,投资194.6 亿元,建设工期4 年;威百段全长277 km,投资199.1 亿元,建设工期4 年,项目税前内部收益率为0.11%。区域相关路网运量如图2所示。

图2 方案1区域路网运量示意

2025年,昆明至威舍段维持单线、威舍至百色段增建二线,昆明至威舍段能力利用率已经饱和,威舍至南宁段能力满足运输需求;2030年昆明至威舍段增建二线,南昆线各段能力满足运输需求,昆明至钦州集装箱班列旅行时间约11.1 h。从路网协调性来看,沿边通道沿线区域货运需求无法满足,对国土资源、沿边巩固脱贫开发带动作用较弱。

方案2:新建蒙自—文山—百色铁路

近期一次性实施蒙自—文山—百色铁路,引入百色地区,与南昆铁路相衔接,该方案线路新建长度381.1 km,投资估算336.9 亿元,建设工期6 年,项目税前内部收益率为0.50%。区域相关路网运量如图3所示。

图3 方案2区域路网运量示意

项目实施后,研究年度相关路网能力均能满足运输需求。从运输时间上,昆明至钦州集装箱班列经百色方案径路旅行时间约13.6 h。建设项目近、远期可分别承担北部湾与滇中、攀西地区通过货流(重车方向)1 250万t、1 500万t,同时满足蒙自、文山等地货运量(以远期为例)917万t,但沿边铁路广西段覆盖度较低。从路网协调性来看,项目的实施还可进一步提升昆玉、玉蒙等铁路的利用率。

方案3:新建蒙自—文山—靖西铁路

建设沿边铁路蒙自至靖西段,接既有田靖铁路。该方案新建长度356 km,投资311亿元,建设工期6年。因田靖铁路现状平图设计能力仅为14对/d,故该方案仅能分流北部湾至滇中地区部分客货运量。为提升通道运输能力,考虑对田靖铁路实施扩能改造,经分析,采用加站方案,通道能力能够满足沿江年度运输需求。该方案需新开车站10个,投资4.7亿元。项目税前内部收益率为0.73%。区域相关路网运量如图4所示。

图4 方案3区域路网运量示意

项目实施后,研究年度相关路网能力均能满足运输需求。从运输时间上,昆明至钦州集装箱班列经田靖铁路径路旅行时间约15.2 h。建设项目近、远期可分别承担北部湾与滇中、攀西地区通过货流(重车方向)1 250万t、1 500万t,同时满足蒙自、文山等地货运量(以远期为例)905万t,但沿边铁路广西段覆盖度较低,不利于沿线国土资源开发。从路网协调性来看,项目的实施还可进一步提升昆玉、玉蒙等既有线的能力利用率。

方案4:一次性建设蒙自—文山—防城港铁路

一次性实施沿边铁路蒙自至防城港段,分流原南昆铁路攀西、昆明至北部湾通过货流,南昆铁路维持单线,该方案新建长度695.9 km,投资586.8亿元,建设工期6 年。项目税前内部收益率为-0.13%。区域相关路网运量如图5所示。

图5 方案4区域路网运量示意

项目实施后,相关路网运量均能满足运输需求。昆明至钦州集装箱班列旅行时间约14.7 h。项目可新增铁路国土覆盖,有效满足沿线客货运输需求,促进国土资源开发,产生诱增货运量。从路网布局协调性来看,项目的实施可进一步提升昆玉、玉蒙等资产的利用率,但靖西—崇左—防城港段与南昆铁路南宁至百色段—南防、钦防铁路走向大体平行,且研究年度南百段能力尚有富裕,该区段双通道格局仅从满足运输需求而言则略显超前。

方案5:近期实施蒙自—靖西铁路,远期实施靖西—防城港铁路

近期实施蒙自—靖西铁路,远期实施靖西—防城港铁路,该方案近期线路新建长度356.1 km,投资估算311.2亿元,建设工期6年;远期线路新建长度339.8 km,投资估算275.6亿元,建设工期5 年。新建线路长度合计695.9 km,投资619.8亿元,项目税前内部收益率为0.22%。项目实施后,相关路网运量均能满足运输需求,运输时间、路网布局协调性方面与方案4相当,唯一区别在于将靖西至防城港段纳入远期实施项目,可一定程度上减轻近期工程投资压力。区域相关路网运量如图6所示。

图6 方案5区域路网运量示意

3.2 决策模型的应用

上述5个方案均各具优缺点,难以直观判断最优方案。本次采用三角模糊—TOPSIS模型计算各方案的重要度,最终得到推荐规划方案,专家对前述方案各指标给出的评价见表6。

表6 指标评价数据汇总

3.3 结果分析

从指标权重来看,路网规划阶段更侧重于对区域路网能力均衡性和项目功能定位合理性的评价,因此专家对于以上两个指标给予较高的权重。考虑本次重点是解决货运通道的布局,故对于时间节省在本次比选决策重要度相对较低,若为新建高铁、城际铁路类项目,则该指标将被赋予更高的重要度。

从指标打分来看,实施南昆扩能改造是投资最少、见效最快的方案,但无新增路网覆盖,对于滇东南文山州等国土资源开发带动作用较弱。建设蒙自经文山至靖西或百色方案,投资相对居中,相关线路能力利用率相对均衡,但仍存在部分路网留白地区。实施蒙自经文山至防城港分期建设或一次性建设方案,总投资最大,可较好地发挥铁路的国土开发效用,但部分区段总体能力利用率较低。

统筹考虑远近结合,有效填补西部路网空白,促进区域经济发展和国土资源开发,实现路网有序、有效益建设发展,研究推荐采用蒙自经文山至靖西铁路方案。

4 结语

目前,滇东南至桂西南地区的铁路通道尚为空白,同时与其路网功能相近的南昆铁路通道能力紧张,为在规划层面统筹解决区域铁路通道布局问题,提出了5个备选方案。结合在路网规划阶段可选用的定量指标普遍较少、数据多为估算值、精度偏低等特点,考虑规划阶段基础信息的可获取性,建立了由7项定性、定量指标组成的评价体系。为有效降低主观因素对决策结果的影响,对于指标权重以及路网能力利用均衡性、运输时效、区域路网分工合理性和国土覆盖等定性指标,采用三角模糊数对相关指标进行转化。对于各方案的运量,结合区域运输需求及区域路网构成的变化,进行动态分配得出。其余技术经济等定量指标,通过指标匡算法获得。运用TOPSIS法对方案进行优选排序,得到滇东南桂西南间应规划蒙自—文山—靖西铁路。

与以往传统方法相比,本文所构建的指标体系更为全面,且可获得性强,适用于在前期规划阶段对通道比选进行宏观判断。同时,在运量分析中所采用的动态路网运量分配方法使分析结果更符合后期设计。在后续工作中,可就指标选择以及指标的测算方法等内容开展进一步研究。