鐵路貨運與公路貨運優勢運距比較研究

王涵晴，張 艷，周凌云，席江月，劉艷飛，王慧婷

(1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所，北京 100081；2. 中國鐵路南寧局集團有限公司 柳州車務段，廣西 柳州 545007)

0 引言

我國目前處于綜合交通運輸結構優化及轉型的關鍵階段，加快推進運輸結構調整，是打好污染防治攻堅戰、打贏藍天保衛戰的重要舉措，也是實現交通運輸高質量發展、加快現代綜合交通運輸體系和交通強國建設的必然要求[1]。因此，確定各種運輸方式的優勢運距從而實現運輸方式合理分工，成為亟需探索的問題。周阿敏[2]從運輸價格的角度出發，測算了冷鏈產品、農副產品、日用電器、小汽車及工業機械的整車和零擔的鐵路優勢運距。張戎等[3]將上饒和寧波之間公路和鐵路2條集裝箱運輸鏈作為研究對象，以鐵路運輸鏈時間和費用構建效用函數，建立了多項Logit模型和混合Logit模型，在不同假設場景下對公鐵分擔率進行了分析。項昀等[4]從統計學角度出發，基于貨運方式分擔率分別構建了貨運方式絕對優勢運距與相對優勢運距模型，依托我國大城市間貨運量和運距數據，得出我國綜合運輸體系下公路、鐵路、水運、航空運輸方式的優勢運距。目前從定量及定性的角度建立綜合效用函數以研究鐵路貨運優勢運距的既有研究較少，因此，從運輸費用、時間、環保、安全、可靠、便捷6個維度出發構建運輸方式合理分工評價指標體系，對運輸方式優勢運距量化分析方法進行研究，提出鐵路貨運優勢運距范圍，為綜合運輸合理化分工提供理論依據。

1 鐵路和公路運輸方式優勢運距量化分析方法

1.1 運輸方式合理分工評價指標體系

當托運人可選擇多種運輸方式托運貨物時，會從不同的維度對各種運輸方式進行考量，這些考量維度既包含能夠直接轉化為成本的客觀因素(如運輸費用、運輸時間)，也包含反映托運人內在感受的主觀因素(如運輸安全性、運輸可靠性、運輸便捷性)。此外，為響應國家“加強大氣污染防治，打贏藍天保衛戰”的戰略部署，環保性也成為決定貨物運輸方式的重要影響因素。因此，選取費用(P)、時間(T)、環保(E)、安全(S)、可靠(R)、便捷(C) 6個影響貨物運輸方式選擇的因素，組成運輸方式合理分工評價指標體系如圖1所示。

1.2 鐵路和公路運輸方式優勢運距計算模型

2017年，鐵路和公路貨物運輸量超過總貨物運輸量的85%，占據貨物運輸市場的主要份額。因此，將研究范圍限定為鐵路與公路，重點探索鐵路、公路貨物運輸合理分工標準。為系統、量化分析區域綜合運輸網絡下的鐵路、公路貨物運輸合理分工標準，以運輸方式合理分工評價指標體系為基礎，構建與運輸距離相關的鐵路、公路貨物運輸效用函數，通過比較鐵路、公路貨物運輸效用函數值，確定鐵路、公路貨運優勢運距范圍。

運輸方式合理分工評價指標體系中運輸價格Pi、運輸時間Ti為成本型指標，運輸環保性Ei、運輸安全性Si、運輸可靠性Ri、運輸便捷性Ci為效益型指標，成本型指標越小、效益型指標越大，則效用函數值越大。因此，對于成本型指標，構建效用函數時使用其倒數進行計算，計算公式為

式中：Ui表示第i種運輸方式的效用函數，i取rail時為鐵路的相關指標，i取road時為公路的相關指標；L表示運輸距離。

圖1 運輸方式合理分工評價指標體系Fig.1 Evaluation index system of rational division among different modes of transport

為避免各指標間數量級差異導致某些指標對效用函數的影響不顯著，需對指標進行標準化處理，處理公式為

采用基于最小信息熵原理的組合權重方法，計算運輸方式合理分工評價指標體系中6個指標對應的權重W = (w1，w2，w3，w4，w5，w6)，可分別得出鐵路、公路貨物運輸效用函數。

鐵路貨物運輸效用函數Urail的計算公式為

公路貨物運輸效用函數Uroad的計算公式為

以上2個效用函數均與運輸距離相關，因此滿足鐵路運輸效用函數值大于公路運輸效用函數值的運輸距離范圍即為鐵路優勢運距，反之則為公路優勢運距。

1.3 貨物運輸綜合效用函數構建

運輸方式優勢運距量化分析方法的關鍵在于建立貨物運輸綜合效用函數[5]，以20 ft通用集裝箱為例，分析構建鐵路、公路貨物運輸效用函數的指標。

1.3.1 鐵路貨物運輸效用函數指標分析

（1）運輸價格。鐵路集裝箱運輸費用主要由鐵路貨物基本運價、雜費、鐵路建設基金、電氣化附加費構成。以托運人使用鐵路托運1個20 ft通用集裝箱為例，設運價里程L中所有區段均為電氣化區段，兩端接取送達里程分別小于10 km，則鐵路門到門(上門裝車、上門卸車)運輸費用總和的計算公式為式中：Prail為20 ft通用集裝箱鐵路“門到門”運輸費用，元為鐵路集裝箱基本運價，元為集裝箱使用費，元；為集裝箱裝卸費，元；為集裝箱清掃費，元；為集裝箱接取送達費，元；為鐵路集裝箱建設基金，元；為鐵路集裝箱電氣化附加費，元。

（2）運輸時間。將鐵路集裝箱運輸全過程作業流程中一些非關鍵的作業環節合并，可將鐵路集裝箱運輸時間分為3大部分，分別為前期時間、后期時間和鐵路內部運輸時間[6]。

前期時間指托運人提出運輸申請，經過一系列作業環節后，重箱運至指定站點的時間，包括訂單處理時間、空箱配送時間t、貨物裝箱時間重箱運回時間和重箱進站辦理手續時間tp。后期時間包括等待卡車配送時間、重箱配送時間和貨物掏箱時間th2，由于托運人不關心空箱運回鐵路站點的時間，因而從托運角度出發的全過程時間不包括空箱運回時間。

我國鐵路集裝箱運輸網絡由集裝箱中心站、集裝箱專辦站和集裝箱辦理站3級站點構成，鐵路內部集裝箱運輸過程如圖2所示。由于鐵路集裝箱運輸組織模式多樣，不同等級間的站點開行不同類型的集裝箱貨運列車，因此鐵路內部運輸時間計算方法較為復雜。

當集裝箱由公路運送至鐵路站點后，需等待集裝箱列車在站點集結，之后由集裝箱列車運送至目的站點，鐵路內部運輸過程可能由多種集裝箱列車共同完成。因此，集裝箱鐵路內部運輸時間T主要由2部分構成，分別為集裝箱列車集結時間和集裝箱列車運輸時間，計算公式為

（3）運輸環保性。文獻[7]中提出，鐵路單位碳排放量為0.222 0 t / (萬t · km)。以1個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]，鐵路運輸環保性指標Erail的計算公式為

?圖2?鐵路內部集裝箱運輸過程Fig.2 Process of container transport in railway

式中：Lrail為鐵路運輸里程，km。

（4）其他定性指標。定性指標必須經過量化才能夠與定量指標一起比較，因此將定性指標分為1—9級，分別對應1—9分。結合鐵路集裝箱運輸特點，鐵路集裝箱運輸定性指標數值如表1所示。

表1?鐵路集裝箱運輸定性指標數值Tab.1 Qualitative index values of railway container transport

1.3.2 公路貨物運輸效用函數指標分析

（1）運輸價格。公路集裝箱運輸費用主要由基本運價、裝卸費用和其他費用(過路費等)構成。托運人使用公路托運1個20 ft通用集裝箱，設兩端接取送達里程分別為10 km，則公路“門到門”(上門裝車、上門卸車)運輸費用總和的計算公式為

（2）運輸時間。與鐵路集裝箱運輸全過程時間類似，公路集裝箱運輸全過程時間包括訂單處理時間、空箱配送時間、貨物裝箱時間、發送端市區運輸時間、到達端市區運輸時間、集裝箱掏箱時間。各部分時間與鐵路集裝箱運輸中對應時間的定義類似，公路集裝箱運輸全過程時間Troad的計算公式為

（3）運輸環保性。以1個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)，則公路運輸環保性指標Eroad的計算公式為

式中：Lroad為公路全程運輸里程，km。

（4）其他定性指標。結合公路集裝箱運輸特點，公路集裝箱運輸定性指標數值如表2所示。

表2?公路集裝箱運輸定性指標數值Tab.2 Qualitative index values of highway container transport

2 鐵路運輸方式優勢運距實證分析

2.1 運輸方式合理分工評價指標權重

為提高權重計算的準確性，從定量、定性相結合的角度計算指標權重，得出基于最小信息熵原理的組合權重法指標權重結果如表3所示。

表3?基于最小信息熵原理的組合權重法指標權重結果Tab.3 Index weight derived from combined weights method based on minimum entropy

2.2 鐵路貨運優勢運距范圍

基于上述貨物運輸綜合效用函數的構建方法，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種情況下鐵路貨運的優勢運距范圍。

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

基于以上假設，鐵路集裝箱運輸效用函數的計算公式為

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

圖3?鐵路、公路集裝箱運輸效用函數圖(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，當干線運輸距離超過545 km后，鐵路運輸效用函數值超過公路運輸效用函數值。因此，對于20 ft通用集裝箱，若干線運輸小于545 km，適合采用公路運輸，若干線運輸距離超過545 km，適合采用鐵路運輸。

（2）集裝箱專辦站至集裝箱中心站。若使用鐵路運輸，設托運人選擇將集裝箱由公路運輸至集裝箱專辦站，再由集裝箱小運轉列車將集裝箱集結至集裝箱中心站，通過集裝箱班列運至目的集裝箱中心站，再由公路運輸至收貨人處，且兩端接取送達里程分別為10 km。若使用公路運輸，設集裝箱在兩端城市內運輸距離分別為10 km，其余路程均為公路干線運輸。

與集裝箱中心站至集裝箱中心站不同，由于鐵路運輸過程中加入小運轉列車，鐵路內部運輸時間發生變化，此時鐵路集裝箱運輸效用函數的計算公式為

公路集裝箱運輸效用函數的計算公式為

式中：lr1ail為小運轉列車運行距離，km；lr2ail為集裝箱班列運行距離，km。

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

圖4?鐵路、公路集裝箱運輸效用函數圖(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，在集裝箱小運轉列車運輸距離為20 km、40 km、60 km、80 km的情況下，集裝箱班列運輸距離分別超過647 km、631 km、616 km、598 km后，鐵路運輸效用函數值超過公路運輸效用函數值，適合采用鐵路進行集裝箱運輸。

3 結束語

綜合運輸結構優化是我國當前綜合運輸理論與實踐中的一項重要環節，是構建可持續發展的綜合運輸體系的關鍵。同時，基于鐵路低排放的特性，提升鐵路貨運比例將顯著降低物流過程中的碳排放量，為國家打贏藍天保衛戰提供有力保障。通過創新性地從定量化的角度提出鐵路優勢運距范圍，為貨物運輸“公轉鐵”提供理論依據，對運輸通道中貨物合理運輸方式選擇具有重大意義，有助于發揮鐵路在中長距離運輸中的骨干作用，也將進一步提升我國綜合運輸效率、降低社會物流成本，對提升我國實體經濟競爭力至關重要。