鐵路貨運(yùn)與公路貨運(yùn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距比較研究

王涵晴，張 艷，周凌云，席江月，劉艷飛，王慧婷

(1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；2. 中國鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 柳州車務(wù)段，廣西 柳州 545007)

0 引言

我國目前處于綜合交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化及轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，加快推進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，是打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要舉措，也是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展、加快現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系和交通強(qiáng)國建設(shè)的必然要求[1]。因此，確定各種運(yùn)輸方式的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸方式合理分工，成為亟需探索的問題。周阿敏[2]從運(yùn)輸價(jià)格的角度出發(fā)，測(cè)算了冷鏈產(chǎn)品、農(nóng)副產(chǎn)品、日用電器、小汽車及工業(yè)機(jī)械的整車和零擔(dān)的鐵路優(yōu)勢(shì)運(yùn)距。張戎等[3]將上饒和寧波之間公路和鐵路2條集裝箱運(yùn)輸鏈作為研究對(duì)象，以鐵路運(yùn)輸鏈時(shí)間和費(fèi)用構(gòu)建效用函數(shù)，建立了多項(xiàng)Logit模型和混合Logit模型，在不同假設(shè)場景下對(duì)公鐵分擔(dān)率進(jìn)行了分析。項(xiàng)昀等[4]從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度出發(fā)，基于貨運(yùn)方式分擔(dān)率分別構(gòu)建了貨運(yùn)方式絕對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距與相對(duì)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距模型，依托我國大城市間貨運(yùn)量和運(yùn)距數(shù)據(jù)，得出我國綜合運(yùn)輸體系下公路、鐵路、水運(yùn)、航空運(yùn)輸方式的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距。目前從定量及定性的角度建立綜合效用函數(shù)以研究鐵路貨運(yùn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距的既有研究較少，因此，從運(yùn)輸費(fèi)用、時(shí)間、環(huán)保、安全、可靠、便捷6個(gè)維度出發(fā)構(gòu)建運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距量化分析方法進(jìn)行研究，提出鐵路貨運(yùn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍，為綜合運(yùn)輸合理化分工提供理論依據(jù)。

1 鐵路和公路運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距量化分析方法

1.1 運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

當(dāng)托運(yùn)人可選擇多種運(yùn)輸方式托運(yùn)貨物時(shí)，會(huì)從不同的維度對(duì)各種運(yùn)輸方式進(jìn)行考量，這些考量維度既包含能夠直接轉(zhuǎn)化為成本的客觀因素(如運(yùn)輸費(fèi)用、運(yùn)輸時(shí)間)，也包含反映托運(yùn)人內(nèi)在感受的主觀因素(如運(yùn)輸安全性、運(yùn)輸可靠性、運(yùn)輸便捷性)。此外，為響應(yīng)國家“加強(qiáng)大氣污染防治，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的戰(zhàn)略部署，環(huán)保性也成為決定貨物運(yùn)輸方式的重要影響因素。因此，選取費(fèi)用(P)、時(shí)間(T)、環(huán)保(E)、安全(S)、可靠(R)、便捷(C) 6個(gè)影響貨物運(yùn)輸方式選擇的因素，組成運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

1.2 鐵路和公路運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距計(jì)算模型

2017年，鐵路和公路貨物運(yùn)輸量超過總貨物運(yùn)輸量的85%，占據(jù)貨物運(yùn)輸市場的主要份額。因此，將研究范圍限定為鐵路與公路，重點(diǎn)探索鐵路、公路貨物運(yùn)輸合理分工標(biāo)準(zhǔn)。為系統(tǒng)、量化分析區(qū)域綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)下的鐵路、公路貨物運(yùn)輸合理分工標(biāo)準(zhǔn)，以運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，構(gòu)建與運(yùn)輸距離相關(guān)的鐵路、公路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)，通過比較鐵路、公路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)值，確定鐵路、公路貨運(yùn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍。

運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中運(yùn)輸價(jià)格Pi、運(yùn)輸時(shí)間Ti為成本型指標(biāo)，運(yùn)輸環(huán)保性Ei、運(yùn)輸安全性Si、運(yùn)輸可靠性Ri、運(yùn)輸便捷性Ci為效益型指標(biāo)，成本型指標(biāo)越小、效益型指標(biāo)越大，則效用函數(shù)值越大。因此，對(duì)于成本型指標(biāo)，構(gòu)建效用函數(shù)時(shí)使用其倒數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為

式中：Ui表示第i種運(yùn)輸方式的效用函數(shù)，i取rail時(shí)為鐵路的相關(guān)指標(biāo)，i取road時(shí)為公路的相關(guān)指標(biāo)；L表示運(yùn)輸距離。

圖1 運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of rational division among different modes of transport

為避免各指標(biāo)間數(shù)量級(jí)差異導(dǎo)致某些指標(biāo)對(duì)效用函數(shù)的影響不顯著，需對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理公式為

采用基于最小信息熵原理的組合權(quán)重方法，計(jì)算運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中6個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重W = (w1，w2，w3，w4，w5，w6)，可分別得出鐵路、公路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)。

鐵路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)Urail的計(jì)算公式為

公路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)Uroad的計(jì)算公式為

以上2個(gè)效用函數(shù)均與運(yùn)輸距離相關(guān)，因此滿足鐵路運(yùn)輸效用函數(shù)值大于公路運(yùn)輸效用函數(shù)值的運(yùn)輸距離范圍即為鐵路優(yōu)勢(shì)運(yùn)距，反之則為公路優(yōu)勢(shì)運(yùn)距。

1.3 貨物運(yùn)輸綜合效用函數(shù)構(gòu)建

運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距量化分析方法的關(guān)鍵在于建立貨物運(yùn)輸綜合效用函數(shù)[5]，以20 ft通用集裝箱為例，分析構(gòu)建鐵路、公路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)的指標(biāo)。

1.3.1 鐵路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)指標(biāo)分析

（1）運(yùn)輸價(jià)格。鐵路集裝箱運(yùn)輸費(fèi)用主要由鐵路貨物基本運(yùn)價(jià)、雜費(fèi)、鐵路建設(shè)基金、電氣化附加費(fèi)構(gòu)成。以托運(yùn)人使用鐵路托運(yùn)1個(gè)20 ft通用集裝箱為例，設(shè)運(yùn)價(jià)里程L中所有區(qū)段均為電氣化區(qū)段，兩端接取送達(dá)里程分別小于10 km，則鐵路門到門(上門裝車、上門卸車)運(yùn)輸費(fèi)用總和的計(jì)算公式為式中：Prail為20 ft通用集裝箱鐵路“門到門”運(yùn)輸費(fèi)用，元為鐵路集裝箱基本運(yùn)價(jià)，元為集裝箱使用費(fèi)，元；為集裝箱裝卸費(fèi)，元；為集裝箱清掃費(fèi)，元；為集裝箱接取送達(dá)費(fèi)，元；為鐵路集裝箱建設(shè)基金，元；為鐵路集裝箱電氣化附加費(fèi)，元。

（2）運(yùn)輸時(shí)間。將鐵路集裝箱運(yùn)輸全過程作業(yè)流程中一些非關(guān)鍵的作業(yè)環(huán)節(jié)合并，可將鐵路集裝箱運(yùn)輸時(shí)間分為3大部分，分別為前期時(shí)間、后期時(shí)間和鐵路內(nèi)部運(yùn)輸時(shí)間[6]。

前期時(shí)間指托運(yùn)人提出運(yùn)輸申請(qǐng)，經(jīng)過一系列作業(yè)環(huán)節(jié)后，重箱運(yùn)至指定站點(diǎn)的時(shí)間，包括訂單處理時(shí)間、空箱配送時(shí)間t、貨物裝箱時(shí)間重箱運(yùn)回時(shí)間和重箱進(jìn)站辦理手續(xù)時(shí)間tp。后期時(shí)間包括等待卡車配送時(shí)間、重箱配送時(shí)間和貨物掏箱時(shí)間th2，由于托運(yùn)人不關(guān)心空箱運(yùn)回鐵路站點(diǎn)的時(shí)間，因而從托運(yùn)角度出發(fā)的全過程時(shí)間不包括空箱運(yùn)回時(shí)間。

我國鐵路集裝箱運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)由集裝箱中心站、集裝箱專辦站和集裝箱辦理站3級(jí)站點(diǎn)構(gòu)成，鐵路內(nèi)部集裝箱運(yùn)輸過程如圖2所示。由于鐵路集裝箱運(yùn)輸組織模式多樣，不同等級(jí)間的站點(diǎn)開行不同類型的集裝箱貨運(yùn)列車，因此鐵路內(nèi)部運(yùn)輸時(shí)間計(jì)算方法較為復(fù)雜。

當(dāng)集裝箱由公路運(yùn)送至鐵路站點(diǎn)后，需等待集裝箱列車在站點(diǎn)集結(jié)，之后由集裝箱列車運(yùn)送至目的站點(diǎn)，鐵路內(nèi)部運(yùn)輸過程可能由多種集裝箱列車共同完成。因此，集裝箱鐵路內(nèi)部運(yùn)輸時(shí)間T主要由2部分構(gòu)成，分別為集裝箱列車集結(jié)時(shí)間和集裝箱列車運(yùn)輸時(shí)間，計(jì)算公式為

（3）運(yùn)輸環(huán)保性。文獻(xiàn)[7]中提出，鐵路單位碳排放量為0.222 0 t / (萬t · km)。以1個(gè)20 ft集裝箱為例，其凈載重約為26 t，鐵路單位碳排放量為0.577 2 kg / (箱公里)[8]，鐵路運(yùn)輸環(huán)保性指標(biāo)Erail的計(jì)算公式為

?圖2?鐵路內(nèi)部集裝箱運(yùn)輸過程Fig.2 Process of container transport in railway

式中：Lrail為鐵路運(yùn)輸里程，km。

（4）其他定性指標(biāo)。定性指標(biāo)必須經(jīng)過量化才能夠與定量指標(biāo)一起比較，因此將定性指標(biāo)分為1—9級(jí)，分別對(duì)應(yīng)1—9分。結(jié)合鐵路集裝箱運(yùn)輸特點(diǎn)，鐵路集裝箱運(yùn)輸定性指標(biāo)數(shù)值如表1所示。

表1?鐵路集裝箱運(yùn)輸定性指標(biāo)數(shù)值Tab.1 Qualitative index values of railway container transport

1.3.2 公路貨物運(yùn)輸效用函數(shù)指標(biāo)分析

（1）運(yùn)輸價(jià)格。公路集裝箱運(yùn)輸費(fèi)用主要由基本運(yùn)價(jià)、裝卸費(fèi)用和其他費(fèi)用(過路費(fèi)等)構(gòu)成。托運(yùn)人使用公路托運(yùn)1個(gè)20 ft通用集裝箱，設(shè)兩端接取送達(dá)里程分別為10 km，則公路“門到門”(上門裝車、上門卸車)運(yùn)輸費(fèi)用總和的計(jì)算公式為

（2）運(yùn)輸時(shí)間。與鐵路集裝箱運(yùn)輸全過程時(shí)間類似，公路集裝箱運(yùn)輸全過程時(shí)間包括訂單處理時(shí)間、空箱配送時(shí)間、貨物裝箱時(shí)間、發(fā)送端市區(qū)運(yùn)輸時(shí)間、到達(dá)端市區(qū)運(yùn)輸時(shí)間、集裝箱掏箱時(shí)間。各部分時(shí)間與鐵路集裝箱運(yùn)輸中對(duì)應(yīng)時(shí)間的定義類似，公路集裝箱運(yùn)輸全過程時(shí)間Troad的計(jì)算公式為

（3）運(yùn)輸環(huán)保性。以1個(gè)20 ft集裝箱為例，其凈載重約為26 t，公路單位碳排放量為3.829 8 kg/(箱公里)，則公路運(yùn)輸環(huán)保性指標(biāo)Eroad的計(jì)算公式為

式中：Lroad為公路全程運(yùn)輸里程，km。

（4）其他定性指標(biāo)。結(jié)合公路集裝箱運(yùn)輸特點(diǎn)，公路集裝箱運(yùn)輸定性指標(biāo)數(shù)值如表2所示。

表2?公路集裝箱運(yùn)輸定性指標(biāo)數(shù)值Tab.2 Qualitative index values of highway container transport

2 鐵路運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距實(shí)證分析

2.1 運(yùn)輸方式合理分工評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

為提高權(quán)重計(jì)算的準(zhǔn)確性，從定量、定性相結(jié)合的角度計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，得出基于最小信息熵原理的組合權(quán)重法指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如表3所示。

表3?基于最小信息熵原理的組合權(quán)重法指標(biāo)權(quán)重結(jié)果Tab.3 Index weight derived from combined weights method based on minimum entropy

2.2 鐵路貨運(yùn)優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍

基于上述貨物運(yùn)輸綜合效用函數(shù)的構(gòu)建方法，分別分析集裝箱中心站至集裝箱中心站、集裝箱專辦站至集裝箱中心站2種情況下鐵路貨運(yùn)的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍。

（1）集裝箱中心站至集裝箱中心站。若使用鐵路運(yùn)輸，設(shè)托運(yùn)人選擇將集裝箱由公路運(yùn)輸至集裝箱中心站，通過集裝箱班列運(yùn)至目的集裝箱中心站，再由公路運(yùn)輸至收貨人處，且兩端接取送達(dá)里程分別為10 km。若使用公路運(yùn)輸，設(shè)集裝箱在兩端城市內(nèi)運(yùn)輸距離分別為10 km，其余路程均為公路干線運(yùn)輸。

基于以上假設(shè)，鐵路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)的計(jì)算公式為

以運(yùn)輸距離(鐵路集裝箱班列運(yùn)輸距離、公路干線運(yùn)輸距離)為橫坐標(biāo)，以效用函數(shù)值為縱坐標(biāo)，分別繪制鐵路、公路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)圖(中心站至中心站)，如圖3所示。

圖3?鐵路、公路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)圖(中心站至中心站)Fig.3 Utility function image of railway container transport and highway container transport (central station to central station)

從圖3可以看出，當(dāng)干線運(yùn)輸距離超過545 km后，鐵路運(yùn)輸效用函數(shù)值超過公路運(yùn)輸效用函數(shù)值。因此，對(duì)于20 ft通用集裝箱，若干線運(yùn)輸小于545 km，適合采用公路運(yùn)輸，若干線運(yùn)輸距離超過545 km，適合采用鐵路運(yùn)輸。

（2）集裝箱專辦站至集裝箱中心站。若使用鐵路運(yùn)輸，設(shè)托運(yùn)人選擇將集裝箱由公路運(yùn)輸至集裝箱專辦站，再由集裝箱小運(yùn)轉(zhuǎn)列車將集裝箱集結(jié)至集裝箱中心站，通過集裝箱班列運(yùn)至目的集裝箱中心站，再由公路運(yùn)輸至收貨人處，且兩端接取送達(dá)里程分別為10 km。若使用公路運(yùn)輸，設(shè)集裝箱在兩端城市內(nèi)運(yùn)輸距離分別為10 km，其余路程均為公路干線運(yùn)輸。

與集裝箱中心站至集裝箱中心站不同，由于鐵路運(yùn)輸過程中加入小運(yùn)轉(zhuǎn)列車，鐵路內(nèi)部運(yùn)輸時(shí)間發(fā)生變化，此時(shí)鐵路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)的計(jì)算公式為

公路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)的計(jì)算公式為

式中：lr1ail為小運(yùn)轉(zhuǎn)列車運(yùn)行距離，km；lr2ail為集裝箱班列運(yùn)行距離，km。

以運(yùn)輸距離(鐵路集裝箱班列運(yùn)輸距離、公路干線運(yùn)輸距離)為橫坐標(biāo)，以效用函數(shù)值為縱坐標(biāo)，分別繪制集裝箱小運(yùn)轉(zhuǎn)列車運(yùn)輸距離為20 km、40 km、60 km、80 km的情況下鐵路、公路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)圖(專辦站至中心站)如圖4所示。

圖4?鐵路、公路集裝箱運(yùn)輸效用函數(shù)圖(專辦站至中心站)Fig.4 Utility function image of railway container transport and highway container transport (railway container handling station to central station)

從圖4可以看出，在集裝箱小運(yùn)轉(zhuǎn)列車運(yùn)輸距離為20 km、40 km、60 km、80 km的情況下，集裝箱班列運(yùn)輸距離分別超過647 km、631 km、616 km、598 km后，鐵路運(yùn)輸效用函數(shù)值超過公路運(yùn)輸效用函數(shù)值，適合采用鐵路進(jìn)行集裝箱運(yùn)輸。

3 結(jié)束語

綜合運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化是我國當(dāng)前綜合運(yùn)輸理論與實(shí)踐中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，是構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的綜合運(yùn)輸體系的關(guān)鍵。同時(shí)，基于鐵路低排放的特性，提升鐵路貨運(yùn)比例將顯著降低物流過程中的碳排放量，為國家打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)提供有力保障。通過創(chuàng)新性地從定量化的角度提出鐵路優(yōu)勢(shì)運(yùn)距范圍，為貨物運(yùn)輸“公轉(zhuǎn)鐵”提供理論依據(jù)，對(duì)運(yùn)輸通道中貨物合理運(yùn)輸方式選擇具有重大意義，有助于發(fā)揮鐵路在中長距離運(yùn)輸中的骨干作用，也將進(jìn)一步提升我國綜合運(yùn)輸效率、降低社會(huì)物流成本，對(duì)提升我國實(shí)體經(jīng)濟(jì)競爭力至關(guān)重要。