张乐诚

（中国铁路设计集团有限公司 江苏分公司，江苏 南京 211100）

0 引言

随着我国经济进入高质量发展的新时代，推动运输结构调整，如期实现“碳达峰、碳中和”事关经济和社会可持续发展的全局。相比铁路运输，公路运输具有运价灵活、组织便利、“门到门”运输等优点，一直是我国港口集疏运的主导运输方式，综合占比远高于铁路、水路等其他运输方式。据统计，我国40 个规模以上港口集疏港运输中铁路平均占比仅为10%左右[1]。然而，公路运输的过度发展带来了道路拥堵、环境污染、交通安全等一系列问题，而这些因素往往难以被量化纳入物流成本，客观上加剧了公铁运价的失衡，因此有必要对公路运输的物流费用进行综合研究，不仅包含运输费、装卸费等传统费用，而且包含大气污染费、碳排放费、时间费用、运输安全费用等。

研究引入广义费用的概念，所谓集疏港运输广义费用是指在港口装车—运输(含中转)—腹地企业卸车过程中发生的一系列直接的和间接的物流成本。国内外专家学者已对广义费用进行研究，并取得了不少成果。董洁霜[2]基于港口集疏运系统节点、路段和网络的定义，建立以系统最优为目标，基于广义费用的多货种、多方式的港口集疏运网络综合平衡优化模型。刘媛媛[3]基于交通条件、自然条件、货运需求、综合效益4 个影响因素建立集疏运系统的双层规划模型，并结合江苏沿海港口集疏运系统进行验证。周翔等[4]在基于广义费用最小化的港口集疏运系统优化模型基础上，提出公路、铁路、水路等多种运输方式的广义费用函数，并结合上海国际航运中心区域港口布局研究进行验证。高攀[5]基于广义费用理论和优化理论，提出包含环境、安全、时间成本在内的港口广义费用函数及其优化模型并进行求解。张妮等[6]以经济性、快速性、方便性和安全性为指标，建立基于广义费用的铁路货物“门到门”运输优势运距模型并具体测算其优势运距。Mueller等[7]提出一种基于广义旅行成本的方法，以实现机场网络的可达性。Yang等[8]从乘客需求角度出发，基于广义成本优化构建乘客换乘选择模型，提出经济性、快速性、舒适性、便捷性和可靠性等旅客运输产品广义成本的定义和计算方法。Zeng等[9]研究京广通道上普速铁路、高速铁路和民航的市场分担率及旅客的广义出行成本，选取票价、快捷性、安全性、舒适性、便捷性和准时性作为评价指标，结合改进的Logit 模型建立旅客出行的多元离散选择模型。Zhang[10]综合各交通方式的不同需求，对模态拆分预测方法进行创新，通过利用客货运输功能对超级运输网络进行多模态广义费用模型预测分配，为综合运输规划一体化提供技术支持。Alam 等[11]将固定分数法开发的隐域广义费用与纬向广义费用方程估算的6 种旅行模式的隐域广义费用进行比较，利用回归模型建立6 个方程参数的区域特异性距离和持续时间，并采用2 种不同的分析方法估计6 种模式的隐域的广义费用值，研究表明隐域的参数可与调查数据分开开发、尽量减少校准的工作量。

既有研究未将碳排放和运输过程的扬尘污染作为广义费用的一部分进行综合考虑，而这2 项对于实现“碳达峰”和打赢蓝天保卫战的目标是非常重要的。因此，研究在矿石疏港广义费用中纳入碳排放、运输环境扬尘2 项影响因素，将其量化研究，并通过唐山地区若干钢铁企业疏港公路、铁路运输广义费用和实际费用的对照，分析二者运价差异产生的原因，提出给予铁路运价补贴以扭转公铁运价失衡的方案，以实际行动推进矿石疏港“公转铁”进程，助力国家运输结构调整战略的实施。

1 疏港矿石广义费用模型

1.1 广义费用模型

港口集疏运广义费用的影响因素主要包括两端成本、运输成本和中转成本3 部分[12]。港口集疏运系统广义费用构成示意图如图1所示。

图1 港口集疏运系统广义费用构成示意图Fig.1 Generalized cost composition of port collection and distribution system

根据影响因素分析，参照既有研究[2-5，12]建立矿石港口疏运系统的全程广义费用模型，主要由运输成本、两端成本、中转成本3 大部分组成。广义费用模型表达式如下。

式中：C为某企业疏港矿石在某段时期内(1年内)的广义费用，元/t；Cai为路段a上的第i项广义费用，元/t，其中Ca1为中间运输成本，Ca2为运输时间成本，Ca3为环境污染成本，Ca4为碳排放成本，Ca5为交通安全成本；Cbi为两端成本，元/t；Czi为中转成本，元/t。

1.2 运输成本各项费用

1.2.1 中间运输成本

（1）公路运输费用Ca1公。考虑到公路运营车辆构成较为复杂，参照文献［13］对载重汽车的能耗指标进行测算，取载重30 t、全重45 t 大货车，重车整车油耗取67.5 L/(102km)(坡段0.01，档位8，50 km/h)；回程空车重15 t，整车油耗23.3 L/(102km)(坡段0，档位8，60 km/h)，往返取均值为45.4 L/(102km)。

式中：e为载货汽车路段a上不同工况下的换算单位油耗，L/(t·km)；La公为载货汽车在路段a上的运距，km；P燃为一定时期内的柴油等燃料的平均价格，元/L；Wa为路段a上的高速公路收费，元/(t·km)；Q为一年内的货物总运量，t；R人为单台汽车运营人工费、折旧费及其他杂费，元/(台·次)；Da公为汽车两端短驳费用，元/t；M为载货汽车的平均载重，t。

（2）铁路运输费用Ca1铁。铁路运输费用包括运输基价一、基价二、保价费、铁路建设基金等。

式中：J1为基价一，元/t；J2为基价二，元/(t·km)；La铁为载货列车在路段a上的运距，km；Ba为铁路保价费，元/t；Fa为电气化铁路附加费，元/t；Sa为铁路建设基金，元/t；Da铁为铁路两端短驳费用，元/t，发端可不考虑此费用，到端有专用线进厂的企业，在站调车作业费平均取1.2～1.5 元/t，到端无专用线的企业短驳费率平均取1.0～2.0 元/(t·km)，再乘以短驳距离求得。

1.2.2 运输时间成本

公路运输需要考虑道路拥堵的因素，公路运输时间采用行驶时间(BPR)函数计算。铁路运输虽可不考虑道路拥挤效应，但两端在站作业时间较大。货物在途时间价值的影响因素包括货种、运距、道路状况、自然条件等[5]。

式中：Ca2公为公路在路段a上的运输时间成本，元/t；P为某段时期内(1年内)在途货物的平均价格，元/t；i为社会折现率，一般取7%；t0为公路运输路段a上自由行驶的时间，即无交通阻抗情况下的车辆行驶时间，d；xa为路段a的交通量，veh/h；x'a为路段a的通行能力，veh/h；α，β为模型待定系数，分别取值为0.15，4[9]。

式中：Ca2铁为铁路在路段a上的运输时间成本，元/t；t发为铁路列车装车完成至出发需要的时间，h；t到为铁路列车到达至准备卸车需要的时间，h；v铁为列车平均旅行速度，km/h。

1.2.3 环境污染成本

交通运输引起的环境污染，包括大气污染、水污染、土壤污染、噪音污染等，此处重点研究大气污染，具体包含车辆尾气污染和扬尘污染2 个部分。

（1）公路大气污染成本。①车辆尾气污染成本。机动车尾气污染已成为我国主要空气污染源之一，机动车对大气排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化物(HC)、氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)等。根据《公路建设项目环境影响评价规范》给出的排放因子法，得到路段a上车辆的尾气排放成本。②扬尘污染成本。道路扬尘排放是我国多数地区大气颗粒物主要来源之一，不仅影响空气质量和大气能见度，还会危及人体健康，因而有必要考虑此因素。

式中：Ca3气为公路运输尾气污染排放的成本，元/t；Ei为第i种污染物的综合排放因子，g/L；P气为尾气污染的治理成本，元/t。

式中：Ca3尘为公路运输扬尘污染的成本，元/t；v公为车辆行驶速度，km/h；F为路面状况，以每平方米路面灰尘覆盖率表示，t/m2；P尘为扬尘的治理成本，元/t。

（2）铁路大气污染成本。铁路内燃机车运行中可以直接排出PM，NOx，THC，CO等污染物，电力机车虽然不直接向外排放有害气体和颗粒物，但我国目前电能构成仍以火力发电为主，火力发电在煤炭采掘、运输、发电过程中均存在大气污染排放，主要污染物为烟尘、SO2和NOx。路段a 上铁路运输环境污染成本公式表示如下。

式中：Ca3铁为铁路大气污染的成本，元/t；Q内为铁路内燃机车的年运输量，t；Y内为内燃机车的燃油消耗量，kg/(104t·km)；Ei内为内燃机车第i种污染物的排放因子，g/kg；Q电为铁路电力机车承担的年运输量，t；Y电为电力机车的耗电量，(kW·h)/(104t·km)；Ei电为电力机车第i种污染物的排放因子，g/(kW·h)。

1.2.4 碳排放成本

碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称，温室气体中最主要的气体是CO2。参考《非道路移动污染源排放清单编制技术指南(试行)》及文献[14-17]，建立如下模型。

公路碳排放成本Ca4公表示如下。

式中：P碳为公路或铁路的碳交易成本，元/t；Y公为汽车的能耗强度，tce/(104t·km)；EF为单位碳排放强度，t/tce，标准煤与CO2可参照1∶2.457换算。

铁路碳排放成本Ca4铁表示如下。

式中：La内，La电分别为铁路内燃机车和电力机车的运距，km；Y'内、Y'电分别为铁路内燃机车、电力机车的能耗强度，tce/(104t·km)。

1.2.5 交通安全成本

交通安全成本专指在公路上行使的货运车辆发生交通事故所产生的损失。路段a 上公路交通事故成本公式如下。

式中：Ca5公为公路交通安全成本，元/t；Nb为一年内发生事故的车辆次数，辆次；NT一年内为运营车辆的总出行量，辆次；C2为其他损失成本，事故损失赔偿数据及标准由调查统计数据得到，元。

1.3 两端成本

两端成本主要包括港口装车费用和到达端的卸车费用及相关杂费，两端广义费用如下[5]。

式中：Cb为两端广义费用，元/t；Cb1为发端装车费、调车服务费及短驳费等，元/t；Cb2为到端卸车费、调车服务费及短驳费等，元/t。

（1）发端成本。采用公路运输，港口发端不需要建设专用装车设施，仅需要配置移动装载机械，港口端装车费一般取1.0元/t。采用铁路运输，港口需要建设筒仓等自动定量装车设施，与堆取料机通过输送皮带连通，一次建设成本较高，因而折合装车费用较高，如曹妃甸港区为13.5 元/t；当采用非自动装车设备时，铁路装车费用与公路相当。短驳费用，如果堆场与装车线紧邻或有皮带相连，可以不考虑此费用。

公路装车费用Cb1公表示如下。

式中：t等为汽车等待装车时间，h；t装公为汽车装车及苫盖等时间，h；c装公为汽车装车费用，元/t；c发驳公为发端公路短驳费用，元/t。

铁路装车费用Cb1铁表示如下。

式中：t站为列车在站作业时间，含到达、列检、调车等，h；t装铁为列车装车含平仓、喷淋抑尘等作业时间，h；c装铁为列车装车费用，元/t；c发驳铁为发端铁路短驳费用，元/t。

（2）到端成本。采用公路运输，到端不需要建设专用卸车设施，到端卸车费一般取1.0 元/t。采用铁路运输，企业需建设翻车机等自动卸车设施，一次建设成本较高，因而折合卸车费用较高，取6.0元/t；当采用非自动装车设备时，铁路装车费用与公路相当。短驳费用，依据卸车站与企业堆场距离远近，一般在5～30 元/t 之间，有专用线进厂的3～5元/t，无专用线进厂的10～30元/t。

公路运输卸车成本Cb2公表示如下。

式中：t′等为汽车等待卸车时间，h；t卸公为汽车卸车时间，h；c卸公为汽车卸车费用，元/t，公路可按1.0元/t；c到驳公为到端公路短驳费用，元/t。

铁路运输卸车成本Cb2铁表示如下。

式中：t'站为列车在站作业时间，含清扫、调车、列检、出发等，h；t卸铁为列车卸车时间，h；c卸铁为列车卸车费用，元/t；c到驳铁为到端铁路短驳费用，元/t。

1.4 中转成本

在复杂的集疏运系统中，港口与腹地企业间运输距离往往较远，无法实现真正的“门到门”运输，存在公路、铁路、水路等多种交通方式组合或多式联运的情况，这种情况下中转换装或者短途驳运是普遍存在的。中转费用由2 部分内容组成，分别为转运装卸成本Cz1、转运时间成本Cz2，具体表达式如下[5]。

式中：cz为某中转点的中转费用，元/t；cz1为中转装卸费用，元/t；cz2为转运时间费用，元/t。

2 案例分析

2.1 样本选择

唐山是我国重要的钢铁生产基地，集中了河北省50%、全国13%的钢铁产能，是铁路打赢蓝天保卫战的重点攻坚地区。唐山地区现有34 家钢铁企业，广泛分布在全市12 个区县，研究筛选了河北津西钢铁集团股份有限公司、唐山港陆钢铁有限公司等18 家位于港区外的企业，尽可能保证样本的代表性。唐山地区钢铁企业样本如表1所示。

表1 唐山地区钢铁企业样本Tab.1 Sample of steel enterprises in Tangshan area

2.2 广义物流费用计算

2.2.1 重点参数取值

公式⑶中J1，J2，Ba，Fa，Sa分别查询《铁路货物运输品名检查表》《铁路货物保价费率表》《电气化附加费费率表》《铁路建设基金费率表》等。

公式⑹和公式⑻中Ei参照文献[18-19]，CO，NOx，HC，PM 的排放因子分别取33.96，50.5，1.23，1.71 g/L；Y内参照文献[19]，内燃机车平均油耗取值为23.2 kg/(104t·km)；Ei内参照文献[20]，PM10，PM2.5，NOx，THC，CO 的排放因子分别取2.07，1.97，55.37，3.11，8.29 g/kg；Ei电参照文献[21]，电力机车间接烟尘，SO2，NOx的排放因子取值分别为0.08，0.39，0.36 g/(kW·h)；参数P气取值查询河北省环保税额标准，唐山地区统一取 4800元/t。

公式⑼和公式⑽中Y公取值可用单车油耗乘以柴油密度乘以与标煤换算比(1∶1.457)再除以单车载质量求得。Y'内与Y'电可查询当年度的《铁道统计公报》，如2018 年度统计数据显示，内燃机车单耗为23.2 kg/(104t·km)，换算为标准能耗0.338 tce/(104t·km)；电力机车单耗为108.8 kW·h/(104t·km)，查询《中国能源统计年鉴2018》，2017 年火电供电煤耗为309 gce/(kW·h)，计算得电力机车标准能耗为0.336 tce/(104t·km)。

2.2.2 全程广义物流成本计算

由于唐山地区疏港运输距离短，公路运输可以直接实现“门到门”运输，铁路运输现状受制于“最后一公里”，大多在铁路车站落地卸车后再短驳进厂，待将来集疏港铁路专用线建成后，绝大部分钢铁企业有条件实现铁路“门到门”运输。因此，广义费用未考虑中转费用。

（1）成本计算。各企业公路疏港矿石全程广义物流成本计算结果如表2 所示。各企业铁路疏港矿石全程广义物流成本计算结果如表3所示。分析表2和3 可知，考虑广义费用后，公路全程物流费用平均增加15.1元/t，铁路平均增加11.1元/t，平均差值为4.0元/t，可见广义费用各因素对公路运输的影响远大于其对铁路运输的影响，可在一定程度上缓解公路、铁路运价的失衡。

表2 各企业公路疏港矿石全程广义物流成本计算结果元/tTab.2 Calculation results of generalized logistics costs for the whole process of highway ore transportation in various enterprises

表3 各企业铁路疏港矿石全程广义物流成本计算结果元/tTab.3 Calculation results of generalized logistics costs for the whole process of railway ore transportation in various enterprises

（2）比较分析。各企业疏港矿石广义物流费用比较如表4 所示。规划疏港铁路专用线建成前，现有专用线的6 家企业公铁实际差价为9.4～27.6 元/t，平均差价19.0 元/t；无专用线的12 家企业公铁实际差价为26.1～52.3 元/t，平均差价达38.3 元/t。考虑广义费用因素后，上述2 类企业的公铁平均差价分别缩小至14.5元/t和28.9元/t，降幅分别达到13.5%和24.5%。2025 年，疏港铁路专用线及港口配套设施建成后，上述2 类企业的公铁平均差价分别缩小至11.4 元/t 和10.9 元/t，降幅分别达到21.4%和62.3%。

表4 各企业疏港矿石广义物流费用比较Tab.4 Comparison of generalized logistics costs for port ore transportation in various enterprises

由此可见，推进矿石等大宗物资“公转铁”一是要加强集疏港体系规划，统筹发挥各种运输方式的作用；二是要加快铁路专用线建设，按《关于印发唐山地区疏港矿石铁路运输实施方案的通知》(铁总办发改函〔2018〕216 号)要求打通铁路从港口到终端企业的“最后一公里”，真正实现“门到门”运输；三是要进一步优化铁路运价机制，提升铁路运价的灵活性和适应性；四是政府层面要出台保障政策，通过加强公路超载管制、优化阶梯电价等手段，积极引导公路运量向铁路转移；五是研究制定倾斜性的运价政策，通过经济杠杆对公路运输进行调节，根据不同企业的公铁价差对铁路运输企业进行补偿。以此有效控制公铁运价的失衡局面，确保铁路运输的经济性，加上铁路的高安全性和可靠性，钢铁企业将会倾向建设铁路专用线，将企业的运输链逐步转向铁路。

综合实施上述举措后，唐山地区铁路疏港矿石运输将有望形成高效节能、体系完备的集疏港运输体系，据测算每年可以节省能耗折合标准煤46.6万t，减少CO2排放114.5 万t，碳减排率达到86%，减少CO 及NOX等大气污染物约5.0 万t，减排率达到93%。

3 结束语

近年来，随着国家层面将打赢蓝天保卫战、实现运输结构调整作为重大战略任务推进，推动疏港矿石等大宗物资“公转铁”成为运输结构调整的重点领域之一。研究引入“广义费用”的概念，基于对疏港矿石从港口至腹地企业的全程物流成本影响因素分析，建立包含运输、装卸、转运等传统费用以及运输时间、环境污染、碳排放、交通安全等非传统成本的广义费用模型，并以唐山地区18 家大型钢铁企业为例进行测算，通过比照公路、铁路实际调研费用，结果显示采用广义费用后，可以有效缩小公路、铁路运价差距，而且企业专用线全部建成后，公铁间的运价差距将进一步缩小(不包含专用线建设及运营费用)；如果政府给予铁路适当的运价补贴，即可在经济性上实现“公转铁”的可实施性。研究通过疏港矿石装—运—卸全程物流成本分析，提出建立一种广义费用模型的方法和思路，以期为国内其他地区的集疏港运输结构优化提供有益的借鉴。