中長距離通道客流結構及高速鐵路運營策略研究

朱宇婷，毛保華*，王永亮，劉 路

（1.北京交通大學城市交通復雜系統(tǒng)理論與技術教育部重點實驗室，北京100044；2.中國民航科學技術研究院，北京100028）

中長距離通道客流結構及高速鐵路運營策略研究

朱宇婷1，毛保華*1，王永亮2，劉 路1

（1.北京交通大學城市交通復雜系統(tǒng)理論與技術教育部重點實驗室，北京100044；2.中國民航科學技術研究院，北京100028）

以經濟性、快速性、便捷性、舒適性及安全性為衡量指標，建立乘客出行廣義費用函數；結合非集計理論和方法，構建中長距離通道客流分擔率模型.并以武漢—廣州客運通道為例，分析不同時間價值下客流結構的變化情況，發(fā)現普通鐵路更加符合旅客的出行偏好，其客運分擔率高于45%.最后，以利潤為指標，對高速鐵路運營策略進行了分析.研究結果表明，由于普通鐵路與高速鐵路之間的競爭關系，高速鐵路運營利潤及鐵路總利潤難以同時達到最優(yōu)；當以高速鐵路運營利潤最大為目標時，高速鐵路票價和旅行速度分別為275元和325km/h；當以鐵路總利潤最大為目標時，高速鐵路票價和旅行速度分別為350元和300km/h.

綜合交通運輸；高速鐵路；客運通道；Logit模型；廣義費用函數

1 引 言

高速鐵路作為一種安全可靠、快捷舒適、運載量大、低碳環(huán)保的運輸方式，成為解決城市間快速出行問題的重要手段.隨著《中長期鐵路網規(guī)劃》的實施，鐵路快速通道及城際快速客運系統(tǒng)將構成我國高速鐵路的基本框架.高速鐵路在帶動沿線區(qū)域和城市經濟發(fā)展、提高通道運輸效率、改善綜合交通系統(tǒng)服務水平的同時，對通道綜合交通體系結構帶來了巨大的影響.

目前，針對客運通道內客流結構的研究已經取得了不少成果.何宇強等[1]提出了高速客運專線客流分擔率模型，并對北京—太原間各種運輸方式的分擔率進行了預測；Monzon等[2]針對長距離運輸通道，提出了交通方式劃分的雙權值評估方法；王爽等[3]研究了鐵路旅客對高速列車和高頻率列車換乘方式的選擇偏好；易富君等[4]建立了基于Nested-Logit模型的經濟圈交通方式劃分方法，并分析了長江三角經濟圈內各種交通方式的分擔率；高速鐵路競爭力及其分擔率成為了研究熱點[5-7].然而，上述文獻認為乘客對不同時段的出行時間感知程度相同.事實上，中長距離通道內普通旅客列車大多具有“夕發(fā)朝至”的運營特點，旅客運輸過程主要發(fā)生在非工作時間段(即夜間)，與運輸過程主要發(fā)生在工作時間段的民航和高速鐵路不同，其對旅客日常工作的影響相對較小，也更加受到乘客的偏好.

此外，既有文獻在分析通道客流結構的基礎上，對高速鐵路運營策略也展開了研究.葉玉玲等[8]、吳文嫻[9]以分擔率為切入點，分析不同運營策略對高速鐵路客流分擔率的影響.然而，相較于分擔率而言，運營利潤對運營策略的影響更為顯著.雖然高速鐵路分擔率是決定運營利潤的主要因素之一，但二者間并不是簡單的線性關系.

因此，本文以中長距離客運通道為研究對象，通過引入夜間旅客時間價值折損系數，更好的描述了中長距離內不同運輸方式的廣義出行費用，并在此基礎上，構建了通道內各運輸方式的分擔率模型，用以分析高速鐵路對中長距離通道客流結構的影響；最后，以武漢—廣州通道為例，驗證了模型的有效性，探討了不同時間價值下該通道客流結構的變化情況，并分別從高速鐵路分擔率及各相關部門利潤的角度出發(fā)，對通道內交通資源配置及高速鐵路運營策略提出相關建議.

2 客運通道交通方式競爭力模型

2.1 廣義費用函數

一般來講，運輸方式的服務屬性主要包含經濟性、快速性、便捷性、舒適性和安全性五個方面，各指標的量化方法如下：

(1)經濟性.

旅客在旅行過程中所需支付的相關費用，主要包括各種運輸方式的票價和市內交通的出行費用.即

式中 Fi為客運通道內第i種運輸方式的票價；表示乘客選擇第i種運輸方式所需支付的市內交通出行費用.

(2)快速性.

體現運輸服務質量的基本指標，采用旅行時間進行衡量.即

(3)便捷性.

指旅客出行的方便程度，采用城市交通銜接時間及候車時間衡量.即

(4)舒適性.

旅客運輸服務的重要特性，既有研究表明[9]，可以采用疲勞恢復時間Gi進行衡量，即

式中 參數Tmax為極限恢復疲勞時間；βi為第i種交通方式的疲勞參數；δi為單位出行時間的疲勞恢復時間強度系數.具體取值參見文獻[4,10].

(5)安全性.

旅客出行的最根本需求，在選擇出行方式時，旅客會把以往出行的經驗及來自交通安全方面的信息，作為判斷可選運輸方式的一個基本條件.既有研究表明[11]，可以采用各種運輸方式的事故傷亡人數比例對安全性進行標定.

則乘客采用第i種運輸方式出行所產生的廣義出行費用為：

式中 α表示旅客時間價值；μ表示夜間旅客時間價值折損系數.

2.2 分擔率模型

旅客的出行方式選擇是在綜合考慮多種屬性的基礎上，選擇其感知廣義費用最小的運輸方式.離散選擇模型中的Logit模型為描述上述選擇行為提供了有效的建模工具.但是，Logit模型的一般形式存在一定缺陷，即隨著某種運輸方式廣義費用的增加，分擔率的計算結果呈指數級增長，這與實際情況不符.因此，本文采用了改進的Logit模型以彌補上述不足，模型中通道內第i種運輸方式的分擔率的計算公式為

式中 θ為模型修正系數.

3 案例分析

3.1 武漢—廣州通道分擔率

以武漢—廣州通道為例，根據課題組的調研結果及相關文獻資料，得到該通道內各種運輸方式的基本參數如表1所示.根據武漢市及廣州市2012年的GDP總值，得到人均時間價值為41元/h，夜間旅客時間價值折損系數μ=0.5.

表1 武漢—廣州間客運通道各運輸方式基本參數Table 1 Basic parameters of different transportations in Wuhan-Guangzhou corridor

表1中，機票取全價票的9折，同時考慮機場建設費和燃油費；高速鐵路及普通鐵路票價參考文獻[9]取值；市內交通時間及費用以市中心到車站/機場的打車時間和費用進行取值；白天與夜間旅行時間根據時刻表取均值得到；武廣高速鐵路為公交化運營，候車時間取平均發(fā)車間隔的一半；普通鐵路及民航候車時間參考文獻[1]取值；安全系數參考文獻[8]取值.

根據上述參數對式(6)中的θ進行標定，當修正系數θ=38時，計算結果與實際調研結果基本一致，結果如表2所示.

表2 分擔率預測結果Table 2 Predicted value of market share

基于上述標定結果，預測通道客流結構隨旅客時間價值的變化，如圖1所示.可以發(fā)現，當時間價值由20元/h增至60元/h時，普通鐵路分擔率由99.0%降至45.8%，高速鐵路及民航分擔率分別由0.8%和0.1%上升為37.1%和17.1%.這說明，隨旅客時間價值的增加，普通鐵路客流逐步向高速鐵路和民航轉移.決策部門可根據社會發(fā)展水平，適當增加高速鐵路開行對數，以適應經濟快速增長下乘客的出行需求.

值得注意的是，雖然隨著旅客時間價值的增加，普通鐵路分擔率呈下降趨勢，但其仍是武漢—廣州通道內最主要的運輸方式(分擔率大于45%).也就是說，普通鐵路列車更加符合中長距離客運通道內旅客的出行需求.然而，為保障高速鐵路上座率，與高速鐵路平行的普通鐵路列車車次被削減的現象普遍存在，如武廣高鐵開通后，長沙—廣州段普通鐵路列車僅保留了3對.誠然，高速鐵路不僅為高端客戶帶來了便利，也快速提升了鐵路企業(yè)的運行效率.但作為一種準公共服務產品，鐵路客運應以保障大部分旅客的出行效益為主要任務.而現有國情下，絕大部分消費者更加偏好于票價相對低廉的普通列車.因此，若保持現有開行策略不變，決策部門應根據需求適度恢復普通鐵路列車的開行對數，滿足旅客的出行需求.

圖1 武漢—廣州通道客流結構隨旅客時間價值的變化情況Fig.1 Traffic structure in Wuhan-Guangzhou corridor with different values of time of passengers

3.2 高速鐵路運營策略

為分析高速鐵路在中長距離通道內的運營策略，本文研究了不同運營策略下，中長距離通道內高速鐵路分擔率及運營利潤的變化情況.由于各項基礎設施(線路、列車型號等)確定后，列車旅行速度和票價是影響高速鐵路運營收入及服務水平的重要因素，也是乘客比較關心且容易感知的因素.因此，主要對高速鐵路旅行速度和票價進行分析.

(1)高速鐵路旅行速度和票價對分擔率的影響.

高速鐵路的重要意義在于釋放普通鐵路運輸能力.然而，根據表2可以發(fā)現，高速鐵路對中長距離乘客的吸引力較低，乘客選擇概率僅11.3%，普通鐵路依然是最符合旅客出行偏好的客運產品.也就說，在現有運營策略下，高速鐵路對普通鐵路的分流作用不明顯.因此，如何制定高速鐵路運營策略，保證高速鐵路的分流效果是運營決策部門需要重視的問題.

圖2給出了高速鐵路分擔率隨高速鐵路旅行速度v及票價F的變化情況.可以發(fā)現，隨高速鐵路服務水平的提高(即票價的降低、旅行速度的提高)，高速鐵路分擔率呈上升趨勢；當票價由650元降至150元、旅行速度由100 km/h上升至400 km/h時，高速鐵路分擔率由0.1%上升至92.7%.這說明，制定合理的開行策略是吸引客流向高速鐵路轉移、釋放普通鐵路運輸能力的重要手段.因此，鐵路部門應根據分流需求，合理的控制高速鐵路旅行速度和票價的取值范圍.例如，當需要高速鐵路承擔通道內50%以上的客流時，高速鐵路票價不宜高于375元，旅行速度不宜低于125 km/h.

圖2 高速鐵路分擔率與票價及旅行速度的關系Fig.2 Relationships between market share and changes of running speed and price of high-speed railway

(2)高速鐵路旅行速度和票價對利潤的影響.

一般而言，經濟效益（即利潤）是影響運營者進行決策的最主要因素，也是制定運營策略的重要依據.通過分析分擔率與利潤的關系，可以得到利潤的計算公式為

式中 PF表示運營利潤，其為旅客乘車費用收入IC與運營成本CO之差；Q為通道內的旅客出行需求；P為分擔率水平；F為票價.

根據既有文獻及相關調研結果，估算得到武漢—廣州通道相關參數如下：2010年武漢、廣州間客運總需求約為2.65千萬人次；普通鐵路運輸總成本約為15.37億元；高速鐵路運輸總成本約為39.75億元.則高速鐵路運營部門利潤和鐵路部門總利潤隨高速鐵路旅行速度 v及票價F的變化情況如圖3所示.

圖3 利潤與高速鐵路旅行速度和票價的關系Fig.3 Relationships between profits and changes of running speed and price of high-speed railway

對比圖2和圖3(a)可以發(fā)現，當服務水平較低時，高速鐵路利潤與分擔率變化趨勢相同，即隨服務水平的提高，高速鐵路運營部門逐步擺脫負盈利狀態(tài)，向正盈利狀態(tài)轉變，且運營利潤持續(xù)增長；但當服務水平提高到一定水平后，高速鐵路利潤與分擔率呈負相關關系，即隨服務水平的提高，分擔率依舊保持上升趨勢，但高速鐵路利潤呈現下降趨勢.主要原因在于，當服務水平較低時，分擔率的快速提高能夠有效地提升高速鐵路運營收入，增加運營部門利潤；但當服務水平增加到某一極點時，由于分擔率提高而新增的運營收入不足以彌補因提高分擔率而損失的運營收入及成本，最終使得運營利潤呈現下降的趨勢.

圖3(b)為鐵路部門總利潤的變化情況，可以發(fā)現，其變化趨勢與圖3(a)基本一致，即隨著高速鐵路服務水平的提高，均呈現先緩慢上升后下降的變化趨勢.不同的是，兩個曲面的變化速率及利潤最高點對應的高速鐵路服務水平不同；當高速鐵路票價為275元，旅行速度為325 km/h時，高速鐵路運營部門利潤最大，達5.25億元，鐵路部門總利潤僅6.86億元；當高速鐵路票價為350元，旅行速度為300 km/h時，鐵路部門總利潤最大，達10.55億元，高速鐵路運營部門利潤2.91億元.主要原因在于，鐵路部門總利潤不僅包含了高速鐵路的運營利潤，還包含了普通鐵路帶來的運營利潤.在中長距離通道內，普通鐵路是高速鐵路最主要的競爭對手，兩者利潤存在著此消彼長的競爭關系，從而使得鐵路部門總利潤與高速鐵路運營部門利潤難以同時達到最優(yōu).

4 研究結論

本文以經濟性、快速性、便捷性、舒適性及安全性為指標，確定了乘客出行廣義費用函數，進而構建了中長距離通道內客流分擔率模型.以武漢—廣州客運通道為例，從高速鐵路分擔率、鐵路部門總利潤和高速鐵路運營利潤等角度出發(fā)，對高速鐵路運營策略進行了研究.結果表明：

(1)普通鐵路的“夕發(fā)朝至”列車更加符合現階段社會經濟發(fā)展水平下旅客的出行需求，其分擔率達85.2%.為滿足現階段的旅客出行需求，應保證普通鐵路列車的開行對數.同時，為進一步提升鐵路運輸能力，應通過制定相關政策，提升高速鐵路服務水平，引導客流向高速鐵路轉移，從而營造出鐵路運輸能力提升和居民出行滿意的“雙贏局面”.

(2)隨著國民經濟的快速增長，乘客時間價值逐步增加，使得其對普通鐵路的偏好逐步下降，并向高速鐵路和民航轉移.相關決策部門應根據實際需求，分階段調整各類交通方式的供給水平，合理分配運輸資源.

(3)普通鐵路是高速鐵路最主要的競爭對手，兩者利潤存在著此消彼長的競爭關系，從而使得鐵路總利潤與高速鐵路運營利潤難以同時達到最優(yōu).因此，決策部門應根據實際需求，綜合考慮不同利益主體，對高速鐵路運營策略進行優(yōu)化.

[1]何宇強,毛保華,陳團生,等.高速客運專線客流分擔率模型及其應用研究[J].鐵道學報,2006,28(3):18-21.[HE Y Q,MAO B H,CHEN T S,et al.The mode share model of the high-speed passenger railway line and its application[J].Journal of the China Railway Society,2006,28(3):18-21.]

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Traffic Structure in Middle-and-long Corridor and Transportation Strategy of High-speed Railway

ZHU Yu-ting1，MAO Bao-hua1，WANG Yong-liang2，LIU Lu1
（1.MOE Key Laboratory for Urban Transportation Complex Systems Theory&Technology,Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China;2.ChinaAcademy of CivilAviation Science and Technology,Beijing 100028,China）

A generalized cost function of passenger is built with measurement indexes,including economy, speediness,convenience,comfort and security.Then a mode split model is proposed by using the disaggregate theories.In order to analyze the changes of the passenger traffic structure in middle-and-long passenger corridor,Wuhan-Guangzhou corridor is selected as an example.And the market shares of transportation modes are forecasted with different values of time.The results show that the market shares of ordinary railway are more than 45%,which means that ordinary railway is more suitable for passengers. Finally,operation strategy of high-speed railway is analyzed based on profit.Results show that,due to the competition between high-speed railway and ordinary railway,it is difficult to achieve the maximum profit for high-speed railway operator and railway department at the same time.The high-speed railway operator has the highest profit when the price and running speed of high-speed railway are 275 yuan and 325km/h respectively;and the highest profit of railway department can be obtained only when the price and running speed of high-speed railway change to 350 yuan and 300km/h respectively.

integrated transportation;high-speed railway;passenger corridor;Logit model;utility function

1009-6744（2015）01-0017-06

：U293

：A

2014-08-18

：2014-11-24錄用日期：2014-12-08

國家基礎研究計劃項目(2012CB725406)；國家自然科學基金(71131001)；國家自然科學青年基金項目(71201006).

朱宇婷（1989-），女，江西南昌人，博士生. ＊

：bhmao@bjtu.edu.cn