提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位效能的研究

楊明雪，尹相勇，肖 歡

（北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044）

0 引言

鐵路是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎設施，鐵路建設不可避免地占用相當數(shù)量的國土資源。近年來，我國鐵路系統(tǒng)占用土地呈不斷增加的趨勢，因此有必要研究鐵路建設和運營管理與節(jié)約用地、保護耕地的對策，提高鐵路運輸生產(chǎn)用地的效能。鐵路運輸生產(chǎn)用地效能主要體現(xiàn)在生產(chǎn)用地單位運量和生產(chǎn)用地每公頃運量方面。

目前，國內(nèi)外對鐵路運輸生產(chǎn)用地的管理方式、節(jié)約用地的措施等方面的研究，主要以定性分析為主，對影響鐵路土地的相關因素的定量化互動關系研究不夠。因此，通過建立系統(tǒng)動力學模型，借助系統(tǒng)動力學進行政策仿真實驗和因果反饋關系分析的優(yōu)勢，探討影響鐵路土地使用因素的因果關系、互動關系，以及政策仿真和定量化的趨勢，在此基礎上提出提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位效能的政策建議。

1 鐵路運輸生產(chǎn)用地指標

鐵路用地分為運輸生產(chǎn)用地、輔助生產(chǎn)用地、生活用地和其他用地。鐵路運輸生產(chǎn)用地占鐵路系統(tǒng)總用地的 88%，其中線路約占 71%，車站、場站約占 25%，其他 3.5% 左右主要是站段用地。由于鐵路線路、車站用地占運輸生產(chǎn)用地的 96% 以上，因此鐵路運輸生產(chǎn)用地研究的對象主要是鐵路線路、場站用地。

鐵路運輸生產(chǎn)用地指標及測算因素參照《新建鐵路工程項目建設用地指標》，主要包括 2 個部分：新建客貨共線鐵路建設用地指標；新建客運專線鐵路建設用地指標。新建客貨共線鐵路用地指標以 500 km 為計算單元編制，分為線路用地和場站用地。線路用地主要涉及區(qū)間線路用地；場站用地涉及中間站、區(qū)段站、編組站、客運站、貨運站、貨運中心的用地。新建客運專線鐵路用地指標，包括客運專線鐵路綜合用地指標和單項用地指標。

2 鐵路運輸生產(chǎn)用地的系統(tǒng)動力學模型分析

系統(tǒng)動力學 ( System Dynamics，SD ) 是系統(tǒng)科學理論與計算機仿真緊密結(jié)合，用于研究反饋結(jié)構(gòu)與行為的一門科學。SD 模型被譽為實際系統(tǒng)的“戰(zhàn)略與決策實驗室”，可以對系統(tǒng)進行不同情景及政策的仿真，從而提出較好的政策建議。因此，以VENSIM為建模的系統(tǒng)動力學仿真軟件，對鐵路運輸生產(chǎn)用地管理進行建模分析，從而達到提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位效能的目的。

2.1 因果關系分析

根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃 (2008年調(diào)整 )》，2020 年我國鐵路里程將達到 12 萬 km，隨著鐵路里程的增加，鐵路運輸生產(chǎn)用地也將隨之增加，運輸需求改變，鐵路運輸系統(tǒng)的客、貨運量將發(fā)生變化，從而導致鐵路運輸生產(chǎn)單位用地運量的變化，如此構(gòu)成了一個動態(tài)的反饋結(jié)構(gòu)。鐵路與土地利用的基本因果關系如圖 1 所示。

在建立基本因果關系的基礎上，分析因果關系中主要包含的反饋回路。

（1）新建鐵路和既有線改造與鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量環(huán)。新建鐵路和既有線改造與鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量反饋回路如圖 2 所示，兩回路均為正反饋回路，表明鐵路運輸能力短缺，要求新建鐵路線路 ( 客運專線和客貨共線鐵路 ) 和既有線改造( 復線或電氣化 )，新建鐵路和既有線改造都會引起鐵路線路用地增加，導致鐵路運輸生產(chǎn)用地數(shù)量增加，從而減小了鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量。鐵路運輸能力增加，使鐵路運輸能力與當前需求相適應，使鐵路建設和既有線改造的需求量減少，反過來影響鐵路對新建鐵路和既有線改造的需求。

在隱喻模式的作用下，at從物理空間概念范疇投射到時間、狀態(tài)、方式、方向、原因、順序和頻率方面等等，最終形成at的多義網(wǎng)絡。如at 5 o’clock（時間），at war（狀態(tài)），at high speed（方式），aim at（方向），at one’s invitation（原因），at first（順序），at 2-minitue intervals（頻率）等。

圖1 鐵路與土地利用的基本因果關系圖

圖2 新建鐵路和既有線改造與鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量反饋回路

（2）鐵路客貨運量與鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量環(huán)。鐵路運量與鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量反饋回路如圖 3 所示，兩回路為正反饋回路，闡述了鐵路客、貨運量對鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量的貢獻。鐵路客、貨運量的增加，增大了鐵路運輸生產(chǎn)單位用地運量，提高了鐵路運輸能力，使人們更愿意選擇鐵路運輸方式，從而使鐵路客、貨運量增加。

圖3 鐵路運量與鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量反饋回路

2.2 系統(tǒng)流圖分析

分析影響鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量各要素之間的關系，構(gòu)建相應的系統(tǒng)動力學流圖，通過流圖變量的進一步量化，實現(xiàn)模型仿真的目的。通過設置線路里程、客運專線里程、換算運輸量規(guī)模，以及中間站數(shù)量為狀態(tài)變量，設置增加率、減少率為速率變量，其他為輔助變量。系統(tǒng)動力學流圖如圖 4 所示。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 系統(tǒng)動力學模型仿真分析

根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及參數(shù)估計[6]，進行系統(tǒng)動力學模型仿真。由系統(tǒng)動力學模型仿真得到 2010—2020 年鐵路運輸生產(chǎn)用地的發(fā)展趨勢，如圖 5 所示。在預測鐵路運量發(fā)展趨勢的基礎上[7]，得到2010—2020 年鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量的發(fā)展趨勢，如圖 6 所示。

由圖 5 可知，鐵路運輸生產(chǎn)用地呈上升趨勢，仿真結(jié)果與目前國內(nèi)鐵路建設趨勢基本相似。我國不斷加大鐵路運輸系統(tǒng)線路與場站的建設，使鐵路運輸生產(chǎn)用地逐年增加。

由圖 6 可知，我國鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量2010—2020 年呈上升趨勢，在鐵路用地增長的同時，鐵路運量在增加，使鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量上升。

3.2 模型有效性分析

為了驗證系統(tǒng)動力學模型是否對現(xiàn)實情況有借鑒意義，需要檢驗其有效性。研究選取 2004—2009年模型相關的實際數(shù)據(jù) (如不同地形鐵路單線、復 線、電氣化鐵路線路里程，中間站數(shù)量，區(qū)段站數(shù)量，編組站占地，客貨運站數(shù)量、貨運中心數(shù)量、鐵路運量等 ) 作為模型的原始數(shù)據(jù)輸入，測算得出 2004—2009 年鐵路運輸用地和鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量如表 1 所示，并將仿真結(jié)果與實際數(shù)據(jù)進行對比。

由表1可知，模型仿真數(shù)據(jù)與實際值誤差在10%以下，模型的仿真結(jié)果與歷史真實數(shù)值之間擬合較好，表明系統(tǒng)動力學模型的結(jié)構(gòu)有效。

3.3 政策情景仿真分析

3.3.1 線路政策仿真

研究從以下 3 個方面構(gòu)建不同的情景，對鐵路線路政策進行仿真。

圖4 鐵路與土地利用關系流圖

圖5 鐵路運輸生產(chǎn)用地的變化趨勢

圖6 鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量變化趨勢

表1 2004 — 2009 年鐵路生產(chǎn)用地單位運量仿真檢驗 萬t/hm2

（1）加快鐵路客運專線建設速度。鐵路客貨分線運營是各國鐵路發(fā)展的趨勢。2008 年以來，我國鐵路客運專線網(wǎng)正在逐步形成。針對客運專線的實際增長率為 15% 的情況，設客運專線建設增長率加大至 20% 進行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 7所示。

由圖 7 可知，經(jīng)過政策調(diào)整后的鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量 ( Current-1 曲線 ) 比原方案 ( Current曲線 ) 有所提高。

（2）提高鐵路復線率。近年來，我國鐵路復線里程建設不斷增長。以 2020 年鐵路線路復線率的基礎情景將達到 50%，設 2020 年鐵路線路復線率達到 60%，進行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 8所示。

由圖 8 可知，經(jīng)過政策調(diào)整后的鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量 ( Current -2 曲線 ) 比原方案 ( Current曲線 ) 有所提高。其原因主要是復線鐵路較單線鐵路建設增加用地不多，而能力提高較大 ( 根據(jù)《新建鐵路工程項目建設用地指標》，每 500 km 區(qū)間線路占地面積，平原地區(qū)列車運行速度 160 km/h 及以下的綜合用地指標，內(nèi)燃牽引Ⅰ級雙線鐵路占地2 751.48 hm2，Ⅰ級單線鐵路占地 2 290.96 hm2，而復線鐵路較單線鐵路能力提高 3 倍以上 )。因此，加快鐵路復線建設和既有線復線改造，有助于提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運能與運量。

（3）提高鐵路電氣化率。以 2020 年鐵路線路電氣化率的基礎情景將達到 60%，設 2020 年鐵路線路復線率達到 70%，進行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 9 所示。

由圖 9 可知，經(jīng)過政策調(diào)整后的鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量 ( Current -3 曲線 ) 比原方案 ( Current曲線 ) 有所提高。其主要原因是鐵路電氣化改造，增加用地不多，而提高能力較大。因此，加快鐵路電氣化建設和既有線電氣化改造，有助于提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運能與運量。

近年來，我國鐵路線路復線率和電氣化率有所增加，但還有待于進一步加強，從而在較大程度上增加鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量。

3.3.2 場站政策仿真

圖7 調(diào)整客運專線建設速度鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量發(fā)展趨勢

圖8 調(diào)整復線鐵路建設速度鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量發(fā)展趨勢

系統(tǒng)動力學模型中涉及的鐵路客、貨運站是等級為二等及以上的車站，這些車站在政策調(diào)整下的變動不是很明顯，而中間站在整合中的數(shù)量變化則比較大。根據(jù)城市的區(qū)域經(jīng)濟定位、路網(wǎng)地理位置、路網(wǎng)提速改造、高速鐵路與客運專線建設、鐵路的服務面，以及生產(chǎn)力布局的均衡和效率等方面的因素對鐵路運輸生產(chǎn)用地的影響，可提出適當調(diào)整中間站集中化建設的建議。針對中間站的實際增長率為 6% 和場站集中化率為 5% 的情況，設場站集中化率加大至 10%，進行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 10 所示。

由圖10可知，經(jīng)過政策調(diào)整后鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量(Current-4曲線)比原方案(Current曲線)有所提高，依據(jù)相關政策適當調(diào)整場站的數(shù)量，可以使鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量增大。

4 有關政策建議

提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量，一方面要減少鐵路運輸生產(chǎn)占地；另一方面要增加鐵路運量規(guī)模。依據(jù)鐵路系統(tǒng)運能和運量的關系，以及系統(tǒng)動力學的政策仿真分析，提出提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量的政策建議如下。

（1）建設客運專線。鐵路客運專線速度快、運量大，運輸效能高，是當今世界鐵路發(fā)展的方向。發(fā)展客運專線鐵路，有助于提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運能，增大運輸效益。

圖9 調(diào)整電氣化鐵路建設速度鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量發(fā)展趨勢

圖10 鐵路中間站集中化鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量發(fā)展趨勢

（2）新建與改建復線鐵路。隨著鐵路運輸需求的增加，新建或改建的復線鐵路占地比單線鐵路占地增加有限，但運輸能力卻有明顯提升，提高了鐵路運輸生產(chǎn)用地單位運量。

（3）新建與改建電氣化鐵路。電氣化鐵路是鐵路牽引動力現(xiàn)代化的發(fā)展方向，電氣化鐵路具有牽引力大、速度快、地形適應性強等優(yōu)點，對既有鐵路線進行電氣化改造，可節(jié)省用地資源。

（4）調(diào)整鐵路中間站布局。我國鐵路“十二五”規(guī)劃指出，構(gòu)建和諧鐵路，改善鐵路場站的分散布局，整頓鐵路場站，使其與運輸能力和鐵路現(xiàn)代化進程相適應。加大對鐵路場站集中化政策調(diào)整的力度，減少不必要的中間站建設，縮減鐵路場站占地面積，壓縮成本支出，有助于提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位效能。

5 結(jié)束語

基于系統(tǒng)動力學模型，對鐵路運輸生產(chǎn)用地構(gòu)建因果關系圖和系統(tǒng)流圖，使用VENSIM軟件進行仿真分析，仿真結(jié)果與目前我國鐵路建設趨勢基本相似。分析表明，實施建設客運專線，提高新建鐵路和既有線鐵路的復線率、電氣化率，鐵路場站布局集中化等政策，可以有效地提高鐵路運輸生產(chǎn)用地單位效能。

[1] Levinson. Density and Dispersion：the Co-development of Land Use and Rail in London[J]. Journal of Economic Geography，2008，(1)：55–77.

[2] Seoul Development Research Institute. Developing Transit-Supportive Neighborhood Model in Seoul[D]. Seoul：Seoul Development Research Institute，2007.

[3] 馮 燕. 我國鐵路用地管理現(xiàn)狀研究及政策建議[D]. 北京：北京交通大學，2007.

[4] 程霄楠. 鐵路建設節(jié)約用地及用地合理性評價研究[D]. 北京：北京交通大學，2007.

[5] 吳沛然. 我國新建鐵路征地現(xiàn)狀研究及對策建議[D]. 北京：北京交通大學，2008.

[6] 北京交通大學. 綜合運輸系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟特征——用地及能耗研究[R]. 北京：北京交通大學，2012.

[7] 肖 歡. 鐵路運輸生產(chǎn)用地管理及SD模型研究[D]. 北京：北京交通大學，2012.