基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇研究

吳 鋒，趙 軍，符佳芯，陳 誠

基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇研究

吳 鋒1,2，趙 軍1,2，符佳芯1,2，陳 誠3

（1. 西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 611756；2. 綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室，成都 611756；3. 中國鐵道科學研究院集團有限公司，運輸及經濟研究所，北京 100081）

本文采用層次分析法（AHP），從自管自營、委托運輸和委托運營三種典型模式中選擇合資鐵路的運營管理模式。通過對六個影響因素的分析，建立了含目標層、準則層（6個指標）、次準則層（18個指標）和方案層（3個方案）的四級層次結構模型。采用專家打分法構造準則層的判斷矩陣，同時，將已開通/在建合資鐵路的實際數據作為樣本，采用多元線性回歸方法構造次準則層的判斷矩陣，并基于樣本按方案別的平均值構造方案層的判斷矩陣。最后，對濟青高鐵進行案例分析，結果表明該線路采用委托運輸模式的重要度最高，最有利于實現其線路能力利用與運營效益最高的目標，該結論與實際相符，驗證了所提出方法的可行性和實用性。本文方法對其他合資鐵路運營管理模式的選擇及評價具有參考作用。

合資鐵路；運營管理模式；層次分析法；多元線性回歸；濟青高鐵

0 引 言

合資鐵路在我國興起于20世紀80年代，是指由國家鐵路、地方政府、企業或其他投資者共同投資修建的鐵路線路。合資鐵路在我國的發展，極大地推動了鐵路投融資體制多元化改革的進程，拓寬了鐵路建設的投融資渠道，為加快我國鐵路網建設和社會經濟發展發揮了重要作用。合資鐵路已成為我國鐵路網絡不可或缺的一部分，是我國鐵路運輸的重要力量，對加快我國經濟社會發展和鐵路網絡擴張、緩解鐵路運輸緊張狀況起到了重要作用。

合資鐵路運營管理模式是合資鐵路公司與國鐵集團為實現雙方的經營目標，對客貨運服務、客貨運輸組織等運營過程及相關設施設備進行管理的方式。運營實踐表明，合資鐵路的運營管理模式對其能力利用與運營效益存在重要影響。本文對合資鐵路運營管理模式選擇開展具體量化研究，從既有文獻來看，目前針對合資鐵路運營管理模式的研究主要分為兩類：

第一類從合資鐵路整體的角度出發，例如，趙海寬[1]在對不同類型運營管理模式的適應性進行分析的基礎上，基于路網效能最大化對不同類別的合資鐵路運營管理模式進行探討并提出建議。李玉旦[2]在分析我國合資鐵路運營管理模式影響因素的基礎上，引入層次分析法（AHP）對合資鐵路運營管理模式進行選擇，并以西延鐵路為例進行案例分析。葉國東[3]介紹了廣西合資建設鐵路的特點，對廣西境內7條合資鐵路的運營管理模式分別提出建議。類似地，王云光[4]、曹慶山[5]、吳曦霞[6]也分別就臨策、朔黃、南廣3條合資鐵路的運營管理模式進行了探討并給出了相應的建議。

第二類從合資城際鐵路的角度出發，例如，陳柯冰[7]在明確合資城際鐵路功能定位的基礎上，給出了不同合資城際鐵路運營管理模式的適應性范圍。王鳳麗[8]在分析合資城際鐵路現有3種運營管理模式的優缺點及適用條件的基礎上，針對不同的鐵路建設目標和要求，提出長遠規劃型、實施過渡型和市場合作型3種城際鐵路運營管理模式構想及建議。殷勇[9]針對江蘇省城際鐵路網進行分析，結合江蘇省鐵路網現狀提出其運營管理模式選擇的原則和影響因素，并基于SWOT分析得出自主經營模式是最佳選擇的結論。類似地，張磊[10]、陳海平[11]、陳軍團[12]等人也分別就京津冀城際鐵路，粵港澳城際鐵路以及關中城際鐵路的運營管理模式進行了分析和研究。

綜上所述，既有的合資鐵路運營管理模式選擇研究普遍采用定性分析方法，少部分研究采用了定量分析方法，例如，文獻[2]采用了層次分析法（AHP）。該方法對本文研究有所啟發，但其判斷矩陣的構造采用的是專家賦值法，存在較大主觀性且實際可操作性較差。基于此，結合我國現有合資鐵路的特點及其采用的運營管理模式，本文提出基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇方法。該方法根據合資鐵路運營管理模式的影響因素，建立層次結構模型；根據專家打分給出準則層指標重要度；將已開通/在建合資鐵路的指標數據作為樣本，采用多元線性回歸方法計算次準則層指標重要度，進而用于生成次準則層判斷矩陣；將樣本數據中各次準則層指標按三種運營管理模式分別統計平均值來構建方案層的判斷矩陣。最后，選取濟青高鐵進行案例分析驗證該方法的合理性。本文研究可為既有或新開通合資鐵路的運營管理模式選擇提供方法借鑒。

1 基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇方法

合資鐵路運營管理模式受多個因素的影響，每個因素下又包含多個指標，這些指標中有些可量化，有些只能定性描述，可見，合資鐵路運營管理模式選擇是1個半結構化多因素決策問題。層次分析法（AHP），是指將一個復雜的多因素決策問題作為一個系統，將目標分解為多個準則，進而分解為多指標的若干層次，通過定性指標模糊量化方法算出層次單排序（權重）和總排序，以作為多方案優化決策的系統方法。AHP比較適合于具有分層交錯評價指標的目標系統、而且目標值又難以定量描述的決策問題。基于此，本文提出基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇方法。

1.1 合資鐵路運營管理模式分類

根據目前我國合資鐵路實際情況并參考文獻[1]中的有關描述，將合資鐵路運營管理模式分為自管自營、委托運輸和委托運營3種模式，具體定義如下：

（1）自管自營模式

自管自營模式分為兩種情況：一種是合資鐵路公司不委托任何業務，公司運輸組織架構完整，能夠獨立承擔運輸生產經營任務；另一種是合資鐵路公司委托小部分運輸生產任務，例如設施設備養護維修等，公司運輸組織架構相對完整，能夠與被委托方在明確各自責任、權利、義務的基礎上，共同負責運輸生產和經營管理。

（2）委托運輸模式

委托運輸模式是指合資鐵路公司將運輸生產相關業務例如客貨運組織、調度指揮、設備設施養護維修業務等委托給有資質的鐵路運輸企業。在此模式下，合資鐵路公司負責生產經營任務，包括生產任務指標統計、財務報表及盈虧計劃的下達等，而作為被委托方的鐵路運輸企業只需完成協議規定的生產任務，不承擔經營職責。目前，大部分合資鐵路公司采用該模式。

（3）委托運營模式

委托運營模式是指合資鐵路公司將運輸生產業務和生產經營業務全部委托給有資質的鐵路運輸企業。在此模式下，合資鐵路公司主要負責資產經營相關業務，例如資產監管、承擔法人財產的保值增值責任等，而作為被委托方的鐵路運輸企業需要負責運輸生產和生產經營的所有相關業務，并根據經營目標完成情況清算獲得委托運營費用。

1.2 合資鐵路運營管理模式影響因素

從合資鐵路建設、運營以及經營這一時間軸線出發，通過總結既有文獻對于合資鐵路運營管理模式的影響因素及指標的分析，提出合資鐵路運營管理模式的影響因素有以下六個方面：路網地位、政策導向、投融資體制、法人治理、資源經營以及經營效益，如圖1所示。各因素的具體影響機制分析如下：

（1）路網地位

在建設之初，合資鐵路的路網地位奠定了其能力利用與運營效益的基礎。例如對于路網干線，由于本線和跨線客流均較大，因此在其投入使用后，其線路能力利用率與運營效益一般顯著高于路網支線。本文用合資鐵路的線路類型、線路里程和銜接干線數量反映其路網地位，對于一條合資鐵路而言，其線路類型為路網干線，線路里程越長且銜接干線數越多，其路網地位越高。

圖1 合資鐵路建設、運營以及經營時間軸

（2）政策導向

在建設到投入運營期間，國家地方的政策導向激發了合資鐵路能力利用與效益的潛力。合資鐵路是我國鐵路投融資體制改革的產物，隨著政策的逐步開放，合資鐵路的發展市場也不斷擴大，只有在政策上給予一定的支持，合資鐵路才能擺脫合資方沒有話語權的尷尬處境，才能激發合資各方投資及運營合資鐵路的熱情。因此提出采用合資鐵路的財政補貼、票價制定權和國鐵準入權來反映其政策導向。對于一條合資鐵路而言，其財政補貼越多，給予的票價制定權越大，準許接入國鐵網的機會越高，其政策導向越有利。

（3）投融資體制

在建設到投入運營期間，合資鐵路的投融資體制決定了其能力利用與運營效益的活力。合資鐵路投融資體制確定后，其融資規模和今后的經營主體也相應確定，當投資主體為民營資本且融資規模較大時，合資鐵路在運營及經營方面就有更多的選擇。采用合資鐵路的投資主體、非國鐵股比以及融資能力反映其投融資體制特點，對于一條合資鐵路而言，其投資主體越傾向民營資本，非國鐵所占股比越大，融資能力越強，其投融資體制越合理。

（4）法人治理

在投入運營后，合資鐵路自身公司的法人治理對其能力利用與運營效益產生影響，法人治理結構的好壞直接決定著各投資方是否能有效制衡以及合資公司是否能協調運轉。例如，當合資鐵路公司法人治理結構中對于委托方和被委托方責任和權力的劃分不清晰且缺乏有效監管時，合資鐵路的能力利用與運營效益很有可能降低，從而造成合資鐵路公司難以為繼。因此提出合資鐵路公司的責權劃分、運營清算體系以及監管機制反映其法人治理能力。對于一條合資鐵路而言，其公司的責權劃分和運營清算體系越清晰，監管機制越完善，其法人治理能力越高。

（5）資源經營

在日常經營中，合資鐵路的資源經營策略對其能力利用與運營效益存在影響，當合資鐵路擁有獨立完善的移動設備、固定設施和運營組織人力資源時，其完全可以根據客流和市場對運營組織進行實時的調整，運營的自主性更高。因此采用合資鐵路對于其移動設備、固定設施和人力資源的經營方式描述其資源經營策略，對于一條合資鐵路而言，其移動設備和固定設施的經營方式越自主，運營組織人力資源的門類越齊全，其資源經營策略越完善。

（6）經營效益

在進行經營時，合資鐵路的經營效益影響著其能力利用質量。當合資鐵路的經營效益較差時，勢必難以吸引社會投資者。當地政府也只會從其附加價值進行考慮，例如相應的土地開發等等，而對于合資鐵路的運營組織則不太關心，從而導致合資鐵路能力利用低下。因此采用合資鐵路的運輸收益、附加價值以及公益支出反映其經營效益特征。合資鐵路運輸收益越高、附加價值越低、公益支出越低，其經營效益越好。

1.3 基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇流程

基于AHP的基本原理，首先，根據合資鐵路運營管理模式的影響因素，建立其層次結構模型。然后，采取不同的方法分別對準則層、次準則層和方案層的判斷矩陣進行構造并進行一致性檢驗。接著，依次通過層次單排序、層次總排序，獲得三個候選運營管理模式的重要度，進而得出結論。基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇流程如圖2所示。

圖2 基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇流程

1.4 層次結構模型的建立

根據合資鐵路運營管理模式的影響因素，提出兩級指標體系，進而建立了含目標層、準則層（6個指標）、次準則層（18個指標）和方案層（3個方案）的四級層次結構模型，如圖3所示，解釋如下：

（1）目標層

目標層即使用AHP的目的，將“合資鐵路能力利用與運營效益最高”作為目標層。

（2）準則層

將合資鐵路運營管理模式選擇的六大影響因素作為準則層指標，分別為路網地位、政策導向、投融資體制、法人治理、資源經營以及經營效益。

（3）次準則層

根據合資鐵路運營管理模式影響因素的具體內容，對各準則層指標，分別引入3個次準則層指標，提出共18個次準則層指標，具體見圖3。

（4）方案層

三種運營管理模式，即自管自營模式、委托運輸模式、委托運營模式。

（5）指標含義及賦值規則

各次準則層指標含義及其賦值規則見表1。

圖3 合資鐵路運營管理模式選擇層次結構模型

表1 次準則層指標含義及其賦值規則

Tab.1 Meaning and value setting of indicators in the sub-criterion layer

1.5 判斷矩陣的構造

在AHP中，每層的判斷矩陣表示本層所有指標對上層對應指標的相對重要度。圖4所示的層次結構模型具有目標層、準則層、次準則層和方案層四層，因此判斷矩陣有3種類型，分別為準則層、次準則層以及方案層判斷矩陣。其中，準則層需構造1個判斷矩陣，次準則層需構造6個判斷矩陣，方案層需構造18個判斷矩陣。

（1）準則層判斷矩陣的構造

準則層共6個指標，故其判斷矩陣是1個6階方陣，記為。鑒于準則層指標是直接對應于目標，采用AHP的九級標度法進行專家打分，構造準則層的判斷矩陣。

（2）次準則層判斷矩陣的構造

① 回歸變量選取

② 數據歸一化

③ 多元線性回歸

由統計分析理論可知多元線性回歸的統計值包括相關系數2、值以及值等。若1個回歸方程有效，這三個統計值需滿足表2所示的判斷標準。

表2 統計值的判斷標準

Tab.2 Judgment criteria for statistical indicators

④次準則層判斷矩陣生成

（3）方案層判斷矩陣的構造

1.6 層次排序及檢驗

（1）層次單排序及檢驗

本文采用方根法計算權向量，計算步驟如下：

① 計算一致性指標：

② 查找相應的平均隨機一致性指標，見表3：

Tab.3 Consistency indicator

③ 計算一致性比率：

（2）層次總排序

2 案例分析

2.1 濟青高鐵簡介

選取濟青高鐵開展案例分析，對所提出方法進行驗證。濟青高鐵是中國第一條以地方為主投資建設的高速鐵路，自開通至今采用委托運輸的運營管理模式，從合資鐵路運營管理模式的影響因素來看，濟青高鐵具有以下特征：

（1）從路網地位來看，濟青高鐵全長307.9km，是我國“八縱八橫”高鐵網青銀通道的重要組成部分，也是山東省“三縱三橫”城際軌道交通網主通道，路網地位高。

（2）從政策導向來看，濟青高鐵是國內誕生的首個地方投資絕對控股的高鐵項目，在財政補貼上得到了地方政府的大力支持，可根據市場供求和競爭狀況較為自主地制定具體運價水平。同時可接入國鐵網開行一定數量的跨線列車，客流吸引能力強。

（3）從投融資體制來看，濟青高鐵投資主體為山東鐵路投資控股集團有限公司，非國鐵股比達80%，控股方以地建路、以地養路，積極對濟青高鐵沿線土地進行綜合開發，融資能力較強。

（4）從法人治理來看，濟青高鐵將運輸相關任務委托給濟南鐵路局，盡管簽訂了委托運輸協議，但沒有成立規范的第三方監督機構，存在責權劃分不清晰、運營清算體系和監管機制不健全等合資鐵路運營的普遍性問題。

（5）從資源經營來看，濟青高鐵線路里程長，注冊資本多，企業規模較大。但目前主要向濟南鐵路局租賃動車組提供運輸服務，固定設施設備的養護維修委托第三方進行，運輸組織的專業人才隊伍較為缺乏。

（6）從經營效益來看，濟青高鐵是濟南到青島間目前唯一一條速度可達350 km/h的鐵路，日開行列車數量75對左右，有約一半為國鐵的跨線列車，運營效益高。同時濟青高鐵連接山東半島重要城市群，隨著經濟的發展和配套設施的完善，其附加價值大。受國家對于鐵路運價水平的限制，濟青高鐵在票價制定時需承擔一定的公益支出。

2.2 計算結果與分析

現利用所提出的AHP方法，設計濟青高鐵的運營管理模式。結果及分析如下：

2.2.1 判斷矩陣的構造結果

（1）準則層的判斷矩陣

通過專家咨詢、現場調研和問卷調查，得到準則層6個指標重要度的建議值如表4所示，基于此，便可構造準則層的判斷矩陣。

表4 準則層指標的重要度

Tab.4 Importance of indicators in the criteria layer

（2）次準則層的判斷矩陣

① 樣本選取

按照線路運營性質相同的原則，鑒于濟青高鐵屬于合資城際鐵路，選取我國目前已開通/在建的合資城際鐵路（共計13條）的實際數據作為樣本。按照表1所示的賦值規則，準則層指標的樣本數據見表5，次準則層指標的樣本數據見表6。

表5 準則層指標的樣本數據

Tab.5 Sample data of indicators in the criteria layer

表6 次準則層指標的樣本數據

Tab.6 Sample data of indicators in the sub-criteria layer

② 多元線性回歸結果

在對樣本數據歸一化處理的基礎上，次準則層的6個判斷矩陣其關聯變量的多元線性回歸結果為：

相應的回歸分析統計值見表7。

表7 回歸分析統計值

Tab.7 Values of statistical indicators in the regression analysis

對比表7和表2可知，所有回歸分析均通過顯著性檢驗，可基于此確定關聯的所有次準則層指標x的重要度s，見表8。根據s，可進而構造出。

（3）方案層的判斷矩陣

按照前文所述的構造原理，基于表5和表6中提供的樣本數據，很容易構造出方案層的18個判斷矩陣。限于篇幅，在此省略。

表8 次準則層指標的重要度s

Tab.8 Importance sij of indicators in the sub-criteria layer

（4）判斷矩陣的一致性檢驗

準則層、次準則層、方案層各判斷矩陣的一致性比例..均接近于0，小于0.1，通過一致性檢驗，可用于后續層次排序。

2.2.2 層次排序的結果及分析

（1）層次單排序結果及分析

準則層和次準則層單排序的結果如圖4所示。其中，每個準則層指標下方括號內的數字表示其對目標層單排序的權重，每個次準則層指標下方括號內的數字表示其對準則層對應指標單排序的權重。簡便起見，省略方案層各運營管理模式方案單排序的權向量。

分析圖4所示的單排序結果，得到以下結論：

① 準則層單排序中，路網地位的權重最高，其次是政策導向和經營效益，三者的權重之和占到了67.65%，說明在濟青高鐵運營管理模式決策中，路網地位、政策導向和經營效益指標的影響最大。

② 路網地位下屬次準則層的單排序中，線路類型的權重占到了50%，表明像濟青高鐵這種路網干線型的合資鐵路線路能力利用率和運輸效益將較高。

③ 政策導向下屬次準則層的單排序中，財政補貼和國鐵準入權的權重之和占到了92.31%，反應了給予濟青高鐵適當的財政補貼，并確保國鐵的準入權，將有利于充分發揮其線路的能力、提高運輸效益。

④ 經營效益下屬次準則層的單排序中，運輸收益的權重占到了55.56%，說明濟青高鐵需要拓寬運輸市場，提升運輸收益，以達到充分發揮線路能力和提高運輸效益的目的。

（2）層次總排序結果及分析

準則層的總排序結果（即6個準則層指標對目標層的權重）與其單排序結果相同，如圖4所示。限于篇幅，次準則層的總排序結果（即18個次準則層指標對目標層的權重）省略。方案層的總排序結果（即3種運營管理模式對目標層的權重）見表9。

表9 方案層的總排序結果

Tab.9 Total ordering result in the scheme layer

針對表9中的結果進行分析，得到以下結論：

① 三種候選運營管理模式中，權重最高的是委托運輸模式，表明濟青高鐵當前采用委托運輸模式對于線路能力利用與效益最高的目標最有利，該結果與濟青高鐵當前實際采用的運營管理模式一致。

② 自管自營模式對于實現濟青高鐵充分利用線路能力、提高運輸效益的目標具有一定的潛力，可供決策者在探索濟青高鐵新的運營管理模式時參考。

③ 委托運營模式不符合濟青高鐵的路網地位、國家與國鐵集團對于合資鐵路運營管理政策的發展趨勢和預期較好的經營效益，不推薦采用。

3 結 論

本文利用AHP方法，對合資鐵路運營管理模式選擇問題開展研究。根據相關影響因素，建立了含目標層、準則層（6個指標）、次準則層（18個指標）和方案層（3個方案）的四級層次結構模型。在采用專家打分法構造準則層判斷矩陣的基礎上，將已開通/在建合資鐵路的實際數據作為樣本，采用多元線性回歸方法構造次準則層判斷矩陣，將樣本中各次準則層指標按三種運營管理模式分別統計平均值構造方案層的判斷矩陣。最后采用濟青高鐵進行案例分析，結果表明委托運輸模式的重要度最高，對濟青高鐵的線路能力利用與效益最高的目標最有利，與實際相符，驗證了本文方法的合理性與可行性。

相較于傳統的AHP方法，本文采用多元線性回歸的方法，確定次準則層中各判斷矩陣對應的所有次準則指標的重要度并基于此構造判斷矩陣，具有以下優點：

（1）本文方法利用樣本數據確定次準則層指標的重要度，一定程度上避免了傳統專家打分法主觀性強的缺點。

（2）由于次準則層指標較多，采用專家打分法容易造成判斷矩陣通不過一致性檢驗，而本文方法一般不會出現判斷矩陣一致性不滿足的情況。

（3）本文方法具有較強的可移植性，只需更換其對應的指標數據、或者再適當調整下樣本數據，便可用于為不同類型合資鐵路運營管理模式的選擇提供決策建議。

需注意的是，樣本量的大小和樣本中偏定性指標的賦值對AHP方法的有效性存在影響，接下來可將該方法應用于更多案例，并將所獲得結果與實際方案作對比，以更全面評估AHP的有效性。此外，基于回歸分析構造次準則層指標重要度的精度與選取的顯著性水平存在聯系，當顯著性水平較小時，指標重要度的精度更高，但有可能出現不滿足統計檢驗的情況。找到兩者的平衡點，使得滿足統計檢驗的同時精度更高，有待進一步研究。

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Selection of Operation Management Mode for Joint Venture Railways Based on Analytic Hierarchy Process

WU Feng1, 2, ZHAO Jun1, 2, FU Jia-xin1, 2, CHEN Cheng3

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China; 3. Transportation & Economics Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China)

In this study, the analytic hierarchy process is utilized to select the operation management mode of a joint venture railway from three typical candidate modes, the self-management, entrusted transportation, and entrusted operation modes. Based on an analysis of six influencing factors, a four-layer hierarchy model including a target layer, criterion layer (six indicators) , subcriterion layer (18 indicators) , and scheme layer (three schemes) is developed. The expert scoring method is used to construct the judgment matrix of the criterion layer. Using the actual data of the joint venture railways (opened/under construction) as a sample, the judgment matrix of the subcriterion layer is constructed by the multiple linear regression method, while that of the scheme layer is constructed based on the average statistical values of the sample according to the schemes. Finally, case study results for the Jinan-Qingdao high-speed railway line show that the entrusted transportation mode has the largest importance and is most conducive to realize the highest capacity utilization and operation efficiency of the line. This conclusion is consistent with the actual situation, which verifies the feasibility and applicability of the proposed method. Our method can be used to select and evaluate the operation management mode of other joint venture railways.

joint venture railway; operation management mode; analytic hierarchy process; multiple linear regression; Jinan-Qingdao high-speed railway

1672-4747（2020）04-0153-13

U29

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.019

2020-05-07

中國國家鐵路集團有限公司科技研究開發計劃課題（K2018X004）

吳鋒（1996—），男，湖北黃岡人，西南交通大學碩士研究生，研究方向為運輸組織優化，E-mail：649820965@qq.com

趙軍（1986—），男，四川宜賓人，博士，副教授，研究方向為鐵路運輸組織，E-mail：junzhao@swjtu.edu.cn

吳鋒，趙軍，符佳芯，等. 基于AHP的合資鐵路運營管理模式選擇研究[J]. 交通運輸工程與信息學報，2020, 18(4): 153-165

（責任編輯：李愈）