基于Logit模型的武漢地鐵物流系統貨物運輸組織

陳佳怡

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430061）

1 引言

近年來，隨著中國經濟的快速增長，城市家庭車輛和社會車輛日益增多，給交通環境和安全造成了越來越大的壓力。據高德“全國361城+高速公路”的2018年大數據統計，我國一線及省會大城市的交通健康指數均處于亞健康狀態；高峰時段全國361個城市中有74%城市處于擁堵或緩行狀態，交通擁堵已占據我國主要較大型城市40%以上的交通時間，其中數量龐大的貨運物流車輛已成為造成擁堵的重要因素。為了緩解城市交通壓力，利用城市軌道交通進行貨物運輸逐漸引起了社會各界的關注。截至2018年末，我國城軌交通系統累計建設里程5 766.6km。其中地鐵建設里程為4 511.3km，占城軌系統線網總長的78.23%[1]。合理高效的利用地鐵進行貨物的運輸，對于解決城市運輸瓶頸、減少城市污染、提高運輸效率具有重要作用[2]。

國外對于地鐵物流的探索與實踐為我們的研究提供了寶貴的經驗。2007年阿姆斯特丹城市貨運公司利用城市內的四條地鐵線路進行貨物運輸,系統可24h作業，交貨快，每天可免去2 500輛卡車運輸需要，減少16%的廢氣排放[3]。20世紀90年代開始日本對于地鐵物流進行了較為深入的理論研究和實踐，有效的解決了城市內集配中心與長途貨運中心之間運輸的問題[4]。相比于國外，國內地鐵物流的研究尚處于理論階段，許多學者從如何充分利用既有線網、改善城市陸上交通、促進可持續發展等角度對我國城市地鐵物流系統構建進行了探討。為了有效推進地鐵物流的實施，2017年11月交通運輸部提出《關于全面深入推進綠色交通發展的意見》和2019年9月國家發布的《交通強國建設綱要》，為城市地下物流系統的建設提供了有力的政策支持。

2 地鐵物流的開行模式綜述

地鐵物流是利用既有的地鐵資源作為運輸通路，通過對地鐵資源的優化配置，實現對貨物實時輸送的一種運輸形式[5]。地鐵物流可利用軌道交通既有車輛或掛貨車的方式，將地鐵納入地下貨運網絡的建設布局之中，地鐵物流最大的優勢是可以利用已有的地鐵資源，從而減少建設投資。運輸組織方面，地鐵物流可以采用開行貨運專列、客貨列車混跑的模式以及客貨同列（帶貨）運行模式。其中如果采用客貨列車混跑的模式，則地鐵車輛應設置少量專用的貨運空間，在客運停站的同時，辦理物流貨運裝卸作業，既不影響線路能力，也不存在客貨混行的問題；該方式的問題是貨運空間設置不宜過大，否則會造成列車定員下降，影響列車的輸送能力，同時貨物裝卸量過大，會增加列車的停站時間。利用平峰時段開行貨運專列的模式，其物流輸送能力大，但采用站站停模式運行，客貨列車混行，會對線路的通過能力產生較大影響。如果采用夜間利用天窗運行貨運列車模式，雖然技術上可行，但是城市軌道交通夜間天窗時間是系統檢修、養護的集中時段，運行貨運列車，系統的維修養護具有一定影響，可供開行貨運列車的時間有限。此外，針對幾種不同的運行模式從裝載量、作業時間、運輸組織等方面進行了指標分析和計算，具體見表1。

綜上，地鐵物流在運行模式方面具備較大的可實施性和研究的必要性。

表1 地鐵物流開行模式的指標分析

3 武漢市地鐵物流運輸組織研究

地鐵站站點附近區域一般建筑密集，人員車輛流動量大[6]，因此研究與周邊大型樞紐、物流節點相結合的綜合地鐵物流模式需要根據物流需求、運輸能力以及對周邊環境影響情況進行分析，從而對地鐵站物流區與客流區進行合理規劃，以便形成契合市場需求的物流模式。

3.1 地鐵物流定位和服務貨類分析

根據國內外案例及研究，地鐵物流主要以服務城市生活、消費物資為主，貨物時效性要求較高、附加值較大，服務于城市內部配送物流以及往返于遠郊—城市中心、城市中心共同配送體系，主要承擔的貨運品類為冷鏈、城市倉配、快遞郵件（含國際物流）等，具體見表2。

表2 各國地鐵物流歸類分析表

3.2 武漢市地鐵物流需求量預測

武漢市的地鐵物流需求預測是根據武漢市的人口，結合人均需求水平進行測算的。同時根據統計數據，2018年我國人均快遞量36件/人/y，人均冷鏈物流需求量為0.129t/人/y，城市倉配物流人均需求量為1t/人/y（避免重復計算，去除了冷鏈、快遞物流等）。結合各貨類的增長趨勢可以確定遠期各貨類人均物流需求量。結合人口分布數據可計算得到遠期武漢城市物流的需求量，再運用Logit模型可以計算得到近、遠期武漢地鐵物流需求量。之后結合分擔率計算得到近、遠期武漢市地鐵物流需求量。如圖1所示。

圖1 武漢市地鐵物流需求量預測技術路線圖

3.2.1 武漢人口和城市物流量預測。表3為2015-2035年武漢市人口現狀和預測情況，根據增長率法對武漢市人口進行測算，2025年武漢市人口將達到1 215.8萬人，2030年武漢市人口將達到1 306萬人，2035年武漢市人口將達到1 406.3萬人，具體見表3。

表3 2015-2035年武漢市人口現狀和預測表

根據2018年人均物流量統計數據，結合增長趨勢，確定近遠期物流量，最終算得2025年、2030年、2035年武漢市物流量將達到2 120.5萬t、2 982.6萬t、4 103.4萬t，具體見表4。

3.2.2 地鐵物流分擔率確定。運用Logit模型[7-9]對地鐵物流分擔率進行計算，確定地鐵物流在城市配送中可承擔的比例。

其中：

Pi為運輸方式i的貨運分擔率；

Ui為運輸方式i的廣義費用；

U為各種運輸方式廣義費用均值；

n為可供選擇的運輸方式種類；

Vi為運輸方式i的速度；

Gi為運輸方式i的運價；

D為運輸距離，研究中地鐵物流運輸適宜100km運輸；

F為貨物的運輸時間附加值（由于貨類一定，因此研究中各種運輸方式的運輸附加值均不變，F的取值參照論文中取15元/h）；

θi為運輸方式i的權重。

城市內的貨運通常末端運輸僅有公路，運距在100km以內，如果引入地鐵物流，末端運輸將由公路、地鐵共同承擔。由上述公式對兩種運輸方式進行分擔率計算得到，在末端運輸體系中，公路、地鐵貨運分擔率將分別為58%、42%。

3.2.3 近、遠期武漢市地鐵物流需求量預測。根據預測，2025年武漢市地鐵物流承擔總貨運量達890.7萬t，其中城市倉配、快遞物流、冷鏈物流運量分別為720萬t、43萬t、127.7萬t。2035年武漢市地鐵物流承擔總貨運量達1 723.4萬t，其中城市倉配、快遞物流、冷鏈物流運量分別為1 352.6萬t、93.2萬t、277.6萬t。具體見表5。

3.3 武漢市地鐵物流運輸組織模式研究

3.3.1 武漢市地鐵物流布局和運輸組織開行方案研究。目前武漢市外部已經形成“一空港三貨場九園區若干配送中心”的格局（如圖2所示）。其中，天河空港物流園在空港，臨近2號線。陽邏物流中心臨近新港線、21號線。朱家灣物流中心臨近2號線。舵落口鐵路物流基地臨近1號線、6號線。大花嶺鐵路物流基地臨近7號線。地鐵站每500-1 000m會設置一個站點，建議干線通道運輸可結合地鐵站區域外的大型物流基地、貨場進行布設，利用地鐵天窗期/低峰期、直達的模式運送到武漢市三環內地鐵周邊的配送中心站點，配送中心需要配備貨物的存儲區、分揀安檢區域和運輸通道。末端配送建議采用客車捎帶、站站停的模式，因此配送點為地鐵線各個站點，各節點輻射半徑約為500-1 000m。末端配送點需要配備貨物暫存區域、智能快遞柜（如需要完全不干擾客流，建議各站點均預留貨物專門運輸通道）。

截至2020年1月，武漢市已建成運營的線路有1、2、3、4、6、7、8、11、21號線，在建、規劃的線路為5、9、12、16、19和新港線共15條地鐵線。根據2019年地鐵開行時刻表，平日各地鐵首末班車的運營時間均為6：00、23：00，周末運營時間為6：30、23：00。根據初步測算，武漢市每條地鐵每天低峰期開行的對數為167/144對。具體見表6。

表4 近、遠期武漢城市物流的需求量表

表5 近、遠期武漢地鐵物流量的需求表

表6 武漢地鐵開行時間分析表

結合上述分析，建議開行方案見表7。

表7 武漢地鐵開行方案研究

圖2 武漢貨運樞紐布局圖

此外，目前我國地鐵在開行模式上尚不能進行共線及跨線運營，如果開行地鐵貨運列車后建議在線路物理相互連通的基礎上，線路、車站、車輛、信號設備等硬件設備兼容的條件下，通過能力富裕區段內考慮采用共線及跨線運營組織，以充分利用區段通過能力，緩解線路終端換乘站的換乘壓力，最大限度提高直達比例，減少換乘次數。

3.3.2 武漢市地鐵物流供給能力研究。結合上述開行方案，經過測算武漢每條地鐵線每年可承載的貨運量為92萬t（見表8），2030年預計武漢地鐵將有12條線開通，可承載1 140萬t貨運需求。2035年若線路全部開通，可承載1 380萬t貨運需求，基本滿足市場需求。后續如果貨運需求增長較快，可考慮在低峰期增加整列開行貨運班列的密度。

表8 地鐵承載貨運量表

經測算，如引入地鐵物流，2030年武漢市地面貨運物流車輛周轉次數將減少228萬輛次（見表9），將緩解武漢市38%的城市交通擁堵。

表9 2030年不同運營模式周轉情況表

4 結束語

以上研究結果表明，武漢地鐵基于現狀的開行頻次，如果在客運低峰期采用地鐵客車整節運貨模式、客運空置期采用整列貨車模式以及天窗整列開行貨運專列模式，基本可以滿足武漢市居民和社會單位對城市貨運物流服務的需求，不僅可以緩解38%的城市交通擁堵，有效解決武漢三環禁貨等帶來的交通壓力，而且對于減少空氣污染具有重要意義。

綜上所述，充分利用城市地鐵資源發展地鐵物流，不僅可以有效解決由于經濟發展帶來的大城市交通擁堵、環境污染以及能源緊張等問題，而且還能夠極大地提高物流效率，促進社會經濟高質量可持續發展。