呼包鄂地區快速鐵路建設時序研究

逯紅兵

(1.軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院),西安 710043)

1 概述

呼和浩特、包頭和鄂爾多斯三市位于內蒙古中西部、全國“兩橫三縱”城鎮化戰略格局包昆縱軸的北端，是國家呼包銀榆經濟區的重要組成部分、國家能源礦產資源富集區和自治區經濟發展的核心區[1]。呼包鄂地區現狀內部及對外鐵路快速客運系統基礎薄弱，結合相關上位規劃，區域內存在建設城際鐵路及高速鐵路的需求，需要對呼包鄂各段新建鐵路的功能定位一并予以明確。此外，為避免“新基建”形勢下產生過快超前建設、過度投資、產能過剩等方面風險[2]，結合呼包鄂地區發展實際，在充分發揮已運營鐵路投產效益的基礎上，研究新建鐵路的建設時序。

目前，國內外學者對鐵路建設時序的研究正在興起。馬海龍等[3]從城市關聯度、城鎮化水平、客流規模、經濟效益4個角度出發，利用定性與定量的方法對河南省城際鐵路的建設時序進行分析。馮芬玲等[4]考慮新建線路的碳排放、投資回報率及對鐵路網的作用，建立鐵路線路建設時序決策模型。張起源[5]以路網主、輔骨架和節點重要度為基礎，研究了內蒙古自治區規劃鐵路的建設時序。黃成[6]將城際鐵路建設時序定義為多屬性決策問題，提出了基于“灰色關聯度-理想解法”的城際鐵路建設時序決策模型。李廣路[7]從結構適應性、經濟適應性、需求適應性三方面著手，構建多目標規劃模型，研究城際鐵路建設時序。鐘紹林等[8]指出城際鐵路建設應考慮該區域的建設水平、居民出行需求及建設資金條件。王貴平等[9]采用聚類分析法，總結提出影響高速鐵路建設時機的定量指標，并將其應用于長江經濟帶高速鐵路建設時機研究。蔣中銘[10]對我國城際主通道進行實例分析，提出至2030年大部分城際主通道可利用高速鐵路或既有鐵路承擔，但部分發達地區確有城際鐵路建設需求。徐逸飛等[11]從經濟社會效益視角出發，探索城際鐵路的最佳建設時機。在城市軌道交通建設領域，郭延永等[12-13]運用TOPSIS模型和累計前景理論，研究城市軌道交通建設時序確定方法；Luo等[14]運用模糊數學理論，提出了基于加權灰色關聯度的城市軌道交通建設時序方法；戢小輝等[15]為確定軌道交通線路的建設時序，提出一種基于TOPSIS理念的改進決策算法。

本文針對呼包鄂地區存在新建城際/高速鐵路的需求，首先對呼包鄂各段的功能定位進行分析明確，在功能定位明確的基礎上，分析維持既有鐵路現狀能力適應性，并分析了既有鐵路提速改造方案的可行性，在既有鐵路不能適應的前提下，從客運需求、運輸能力、運輸質量等方面綜合考慮提出呼包鄂間各新建鐵路的建設時機。

2 呼包鄂地區鐵路現狀及規劃

2.1 區域路網現狀

呼包鄂地區包鄂間既有包西線為以貨為主、兼顧客運，客流密度約200萬人/年，包神線為神華集團自管線路；呼包間既有京包線為以貨為主、保留1對普客，京包客專承擔通道及城際客運，客流密度約1 000萬人/年；呼鄂間既有呼鄂線以貨為主、開行少量客車，客流密度約100萬人/年。區域對外向東既有呼張、京張高鐵，向南向西暫無高速鐵路，由既有包西、包蘭鐵路承擔客運功能。區域路網現狀示意如圖1所示。總體分析，區域內貨運系統發達，快速客運系統相對薄弱，主要存在鐵路技術標準偏低、對外高鐵通道有待進一步完善、城際鐵路暫未建成等問題，無法滿足旅客快速、便捷的出行需求。

2.2 區域路網相關規劃

《內蒙古呼包鄂地區城際鐵路規劃》[16](2012-2035年)提出：呼包鄂地區規劃建設包鄂城際鐵路、呼包城際鐵路及呼鄂城際鐵路，形成區域內安全、快速、便捷、高效的城際軌道交通網絡。

《中長期鐵路網規劃》[17](2016-2030年)提出：構筑“八縱八橫”高速鐵路主通道，包頭—鄂爾多斯間新建鐵路承擔包海通道功能，呼和浩特—包頭間利用既有京包客專承擔京蘭通道功能。

圖1 呼包鄂地區現狀區域路網示意

《呼包鄂榆城市群發展規劃》[18](2018年)提出：提升城市群內部聯通水平，優化干線鐵路、城際鐵路和專支線鐵路網絡；暢通對外陸路交通通道，有序推進京包、包銀、包西等鐵路建設。

根據以上規劃，未來包鄂間存在新建包鄂城際鐵路/高鐵的需求，呼包間存在新建呼包城際/高鐵的需求，呼鄂間存在新建呼鄂城際鐵路的需求。新建鐵路研究年度超出相關規劃的規劃期。區域路網規劃示意如圖2所示。

圖2 呼包鄂區域路網規劃示意

3 呼包鄂各段功能定位

3.1 客流主通道分析

區域內分布呼和浩特、包頭、鄂爾多斯3個主要城市，從城市規模、經濟首位度、人口數量、客流吸引能力等分析，相關線路應首先考慮與內蒙古自治區首府呼和浩特連通，然后再考慮其他節點城市。針對呼和浩特至鄂爾多斯存在經包頭、經準格爾兩條徑路，徑路對比詳見表1，從路網規劃布局、吸引經濟據點和客流、城市群空間發展格局等方面綜合考慮，呼和浩特至鄂爾多斯客流主通道選擇為呼和浩特-包頭-鄂爾多斯，如圖3所示。

表1 呼和浩特至鄂爾多斯徑路選擇對比

圖3 呼包鄂地區客流主通道

3.2 貨流主通道分析

區域內鐵路貨運格局相對明確，京包線及張集線構成東西向貨物交流主要通道，包西線主要承擔鄂爾多斯、榆林以及延安和渭北地區的煤炭外運任務，呼鄂鐵路主要承擔沿線及部分東烏鐵路、南部鐵路、沿河鐵路的煤炭集運任務。

3.3 各新建線功能定位及與既有線分工

包鄂段：包鄂段為包海通道北端起點，通道功能較城際功能更為緊迫和顯著，應新建高鐵滿足通道快速客運需求。新建包鄂高鐵承擔包海通道功能，兼顧呼包鄂榆城市群城際鐵路功能。包鄂高鐵建成后，既有包西鐵路主要承擔貨運，兼顧少量普速客車。

呼包段：呼包段既有京包客專速度目標值200 km/h，未來京蘭、包海通道形成后，該段將成為瓶頸段落，宜適時建設呼包高鐵，置換出京包客專的高鐵通道功能。故考慮新建呼包高鐵作為京蘭通道重要補強工程，主要承擔京蘭通道及呼和浩特經包頭南下通道客流，兼顧沿線城際鐵路功能。呼包高鐵建成后，京包客專主要承擔呼包鄂榆城市群城際鐵路功能，兼顧少量輕快貨運。京包線主要承擔通道內貨運。

呼鄂段：呼鄂段既有呼鄂鐵路為以貨為主的客貨共線鐵路，為方便呼鄂沿線城際客流出行，提高城際客運質量，宜適時新建呼鄂城際鐵路。新建呼鄂城際鐵路主要承擔呼和浩特至鄂爾多斯的城際鐵路功能，兼顧少量中長途跨線列車。呼鄂城際鐵路建成后，既有呼鄂鐵路主要承擔貨運功能，兼顧部分客運。

4 建設時序分析

4.1 既有鐵路能力適應性分析

首先對研究年度呼包鄂城市群既有鐵路維持現狀標準及規模，分析其研究年度能力適應性，詳見表2。

表2 研究年度各線運輸能力適應性分析 對/d

由表2可知，若維持既有標準及規模，包鄂間包西線初期能力不足；呼包間四線滿足初期能力要求，近、遠期能力不足；呼鄂間雙線規模滿足能力要求，但遠期能力飽和。

4.2 既有鐵路提速改造適應性分析

(1)包頭至鄂爾多斯段

既有包西鐵路包鄂段設計速度為160 km/h預留200 km/h，考慮將包西鐵路提速改造至200 km/h，開行動車組列車，形成快速客運通道，并兼顧普速客車及貨物列車運行。該方案包西鐵路運行動車組、普客、煤炭萬噸及其他貨物列車，列車種類多、客貨速差大，線路能力初期即不足；客貨列車運營干擾大、運輸組織復雜，且萬噸煤炭列車對軌道磨耗大[19]、動車組列車對線路平順性要求高[20]，線路養護維修費用高[21]，不能滿足通道內350 km/h動車組開行；運輸質量較現狀提高有限，且為保障動車組列車開行，會降低普客及貨車運輸質量。因此，包鄂段利用既有包西線提速改造不可行，應新建雙線承擔高鐵通道功能。

(2)呼和浩特至包頭段

呼包段既有京包客專和京包線兩條鐵路，京包客專最高運行速度200 km/h，既有京包線承擔通道全部貨運。考慮京包線有一定的能力富余，呼包段銜接的包銀、呼張高鐵速度目標值均為250 km/h，對京包客專提速改造至250 km/h，與相關高鐵速度標準一致，通過縮短追蹤間隔，也可提高京包客專能力。經研究，京包客專提速250 km/h后，初、近期能力滿足需求，遠期呼包段能力飽和，詳見表3。該方案與區域規劃和功能定位不符，改造工程量大、對既有鐵路運營干擾大，且運輸質量提高有限、僅節省8 min，包海通道貫通后350 km/h動車至呼和浩特需降速運行，且遠期以后仍需擴能。因此，利用既有京包客專提速250 km/h予以舍棄。

表3 研究年度呼包段運輸能力適應性分析 對/d

(3)呼和浩特至鄂爾多斯段

呼鄂段既有呼鄂鐵路，設計速度160 km/h，現狀以承擔貨運為主、開行萬噸煤炭列車，兼顧沿線客運。考慮呼鄂鐵路同時承擔客貨運、開行萬噸貨物列車，若對其提速改造至200 km/h，運行時分仍需約2 h，節時有限。由于客貨列車速差進一步增大，將加劇遠期運輸能力緊張局面，提速改造適應期短，未從本質上解決呼鄂沿線的城際客流出行問題。隨著呼包鄂榆城市群發展，沿線地區城際客流需求日益旺盛，對呼鄂間城際運輸質量存在更高要求，因此，利用既有呼鄂線提速改造方案暫不考慮。

4.3 新建鐵路建設時序分析

(1)包頭至鄂爾多斯段

包鄂段若利用包西鐵路承擔快速客運功能，初期能力即不足。從與相關線路構筑高標準、高質量包海通道，提高通道運輸質量角度，建議包鄂段初期新建包鄂高鐵，承擔通道內所有動車組列車。

(2)呼和浩特至包頭段

呼包段若維持鐵路現狀規模和標準，近期能力不足。從充分發揮已建成鐵路投產效益考慮，初期推薦利用呼包間既有線。考慮到呼和浩特至包頭間客運需求大，為緩解通道能力緊張局面、方便包海通道和京蘭通道旅客列車開行，并考慮包海高鐵與京蘭高鐵工程銜接的合理性，建議呼包段近期新建呼包高鐵，主要承擔京蘭通道內長途客流及呼和浩特南下至西安及以遠客流。

(3)呼和浩特至鄂爾多斯段

呼鄂間一定時期內可利用既有呼鄂線能力富余開行動車組列車，滿足城際客流的出行。隨著呼包鄂榆城市群的發展，呼鄂沿線地區城際客流需求日益旺盛，煤炭貨運需求也將進一步增長，從滿足呼鄂間城際客運需求、充分發揮呼鄂鐵路貨運能力角度，建議呼鄂段遠期新建呼鄂城際鐵路。考慮到呼和浩特市盛樂機場已由國家發改委批復可研，具有較強的客流吸引能力，為滿足呼和浩特市區至新機場客運需求，建議初期修建呼和浩特東至盛樂機場段。

綜合分析，從滿足運輸能力、便于運輸組織、提高運輸質量等角度分析，呼包鄂地區新建包鄂高鐵、呼包高鐵及呼鄂城際鐵路的建設時序為：包鄂高鐵應在初期2030年之前建成，呼包高鐵應在近期2035年之前建成，呼鄂城際鐵路應在遠期2045年之前建成，其中呼和浩特東至盛樂機場段暫按初期實施。各新建線建設時序如圖4所示。

圖4 呼包鄂地區新建鐵路建設時序

5 結論

針對呼包鄂地區存在新建鐵路承擔城際及通道功能的需求，首先對區域內客貨流主通道進行分析，明確各新建鐵路的功能定位；為充分發揮既有線效益、避免超前建設，分析了維持既有線現狀、既有線提速改造的適應性；在既有線不能適應的前提下，提出新建鐵路的建設時序。主要研究結論如下。

(1)研究年度包頭—鄂爾多斯間應新建包鄂高鐵，兼顧城際功能；呼和浩特—包頭間應新建呼包高鐵，置換出既有京包客專的通道功能；呼和浩特—鄂爾多斯間應新建呼鄂城際鐵路，滿足沿線城際客運需求。

(2)包鄂間利用既有包西線初期即不滿足需求；呼包間利用既有京包線、京包客專，初期可適應客貨需求，近、遠期與規劃定位不符；呼鄂間利用呼鄂線可適應至近期，遠期不滿足客貨需求。

(3)從運輸能力、運輸質量、運輸組織等方面分析，新建線推薦的建設時序為初期(2030年)前包鄂高鐵及呼鄂城際鐵路呼東至盛樂機場段建成，近期(2035年)前呼包高鐵建成，遠期(2045年)前呼鄂城際鐵路建成。