蘭州至張掖運(yùn)輸通道客流分擔(dān)率及變化趨勢(shì)研究

鞏 亮，李引珍

（蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

隨著蘭州至張掖三四線鐵路即將進(jìn)入建設(shè)階段，蘭州至張掖運(yùn)輸通道的綜合運(yùn)輸格局將發(fā)生重大變化。科學(xué)地分析預(yù)測(cè)通道內(nèi)的客流分擔(dān)率，對(duì)于確定各種運(yùn)輸方式的合理分工和投資規(guī)模、制定客運(yùn)產(chǎn)品方案具有指導(dǎo)意義。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在客流分擔(dān)率方面的研究很多，主要集中在基于Logit模型[1-3]、基于非集計(jì)模型[4]、基于網(wǎng)絡(luò)配流[5]和基于博弈論[6]等方面，豐富了運(yùn)輸通道分擔(dān)率的研究?jī)?nèi)容，深化了學(xué)者對(duì)這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。在此，基于蘭州至張掖三四線鐵路項(xiàng)目前期研究和旅客出行意愿調(diào)查，采用Logit模型對(duì)項(xiàng)目開(kāi)通運(yùn)營(yíng)前后，蘭州至張掖間各運(yùn)輸方式的直達(dá)客流分擔(dān)率及變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，以指導(dǎo)運(yùn)輸通道的運(yùn)營(yíng)規(guī)劃。

1 客流分擔(dān)率的主要影響因素及測(cè)算模型的構(gòu)建

1.1 客流分擔(dān)率的主要影響因素

基于旅客出行調(diào)查，選取交通運(yùn)輸方式的安全性、經(jīng)濟(jì)性、快速性、方便性、舒適性、準(zhǔn)時(shí)性6個(gè)指標(biāo)作為影響運(yùn)輸通道旅客出行方式選擇的主要影響因素。其中，安全性指標(biāo)通過(guò)實(shí)際調(diào)研和專家評(píng)價(jià)綜合確定；經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)體現(xiàn)為旅客在出行過(guò)程中支付的運(yùn)費(fèi)；快速性指標(biāo)體現(xiàn)為旅客出行過(guò)程花費(fèi)的總時(shí)間，包括運(yùn)輸通道內(nèi)的旅行時(shí)間和運(yùn)輸通道兩端城市內(nèi)的交通時(shí)間；方便性指標(biāo)體現(xiàn)在旅客出行過(guò)程中的非乘車階段(進(jìn)出站時(shí)間、候車時(shí)間等)；舒適性指標(biāo)體現(xiàn)在交通工具運(yùn)行的平穩(wěn)程度、乘車環(huán)境(包括空間大小、空氣質(zhì)量等)和服務(wù)質(zhì)量(包括設(shè)備服務(wù)質(zhì)量和人員服務(wù)質(zhì)量)等方面；準(zhǔn)時(shí)性指標(biāo)根據(jù)運(yùn)輸方式的準(zhǔn)點(diǎn)率來(lái)量化。

1.2 分擔(dān)率模型的構(gòu)建

（1）建立效用函數(shù)。

式中：Uk為旅客選擇第k種運(yùn)輸方式的效用函數(shù)，k= 1，2，…，m；Wi為第i種影響因素的權(quán)重，i= 1，2，…，n；Xi(k)為在第k種運(yùn)輸方式下第i種影響因素的相對(duì)效用值。

（2）影響因素權(quán)重的確定。

式中：Wi為第i種影響因素的權(quán)重，i= 1，2，…，n；qj為第j類旅客占總旅客數(shù)的百分比，j= 1，2，…，t；wji為第j類人群對(duì)第i種運(yùn)輸方式特性(影響因素)標(biāo)定的權(quán)重值。

（3）指標(biāo)的相對(duì)效用值。根據(jù)指標(biāo)值與實(shí)際效用值之間的關(guān)系，指標(biāo)可以分為正指標(biāo)和逆指標(biāo)。如果影響因素的指標(biāo)值與實(shí)際效用值成正比關(guān)系，則為正指標(biāo)，反之為逆指標(biāo)。為方便各影響因素指標(biāo)進(jìn)行比較，對(duì)實(shí)際指標(biāo)值按以下公式進(jìn)行無(wú)量綱化，換算為相對(duì)效用值。

①對(duì)于結(jié)構(gòu)化指標(biāo)，其效用值按以下公式求解。

式中：Xi(k)為xi(k)對(duì)應(yīng)的相對(duì)效用值；xi(k)為在第k種運(yùn)輸方式下第i種影響因素的實(shí)際指標(biāo)值。

②對(duì)于半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化指標(biāo)，其相對(duì)效用值的求解結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，采用德?tīng)柗品ù_定。

（4）分擔(dān)率模型。

式中：Pk為第k種交通運(yùn)輸方式的分擔(dān)率，k= 1，表示某運(yùn)輸通道內(nèi)所有交通運(yùn)輸方式效用函數(shù)值的指數(shù)函數(shù)值之和。

2 蘭州至張掖運(yùn)輸通道客流分擔(dān)率計(jì)算

2.1 蘭州至張掖運(yùn)輸通道分析

蘭州至張掖運(yùn)輸通道是甘肅省河西走廊地區(qū)的重要運(yùn)輸通道，目前在運(yùn)輸通道內(nèi)形成了以公路和鐵路運(yùn)輸為主、以民航運(yùn)輸為輔的綜合運(yùn)輸格局。其中，公路主要有高速公路G30、國(guó)道G312，鐵路主要有蘭新既有鐵路(蘭州—阿拉山口)、蘭新第二雙線(蘭州西—烏魯木齊)，航空主要有蘭州中川機(jī)場(chǎng)、金昌機(jī)場(chǎng)和張掖機(jī)場(chǎng)。另外，擬建蘭州至張掖三四線鐵路從蘭州西站引出，引入蘭新第二雙線張掖西客運(yùn)站，全線運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度493 km[7]。

各鐵路線路分工定位為：蘭新線目前是以貨運(yùn)為主、兼顧少量普速旅客列車的區(qū)域路網(wǎng)貨運(yùn)主干線；蘭新第二雙線為客運(yùn)專線，目前是“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的鐵路客運(yùn)主通道；擬建的蘭州至張掖三四線鐵路為客運(yùn)專線，建成后將成為蘭州至河西走廊地區(qū)的鐵路客運(yùn)主通道。

由于蘭州至張掖運(yùn)輸通道的客運(yùn)任務(wù)主要由鐵路和公路承擔(dān)，航空承擔(dān)的客運(yùn)量極少，因而主要對(duì)鐵路和公路的客流分擔(dān)率進(jìn)行研究，對(duì)航空不做分析。另外，只對(duì)蘭州至張掖城際直達(dá)客流進(jìn)行研究，對(duì)通道內(nèi)其他城市之間的交換客流不做分析。

2.2 運(yùn)輸通道的客流分擔(dān)率分析

2.2.1 客流分擔(dān)率影響因素的相對(duì)效用值計(jì)算

在蘭州、張掖兩地發(fā)放《旅客出行意愿調(diào)查表》1 000份，得到有效問(wèn)卷962份。經(jīng)整理得到運(yùn)輸通道內(nèi)各交通工具的旅客選擇比率。其中，選擇高速鐵路(蘭新第二雙線)、普速鐵路(蘭新既有線)、大巴、自駕車出行的旅客比例分別為34.5%，18.6%，35.7%和11.2%。因此，旅客選擇高速鐵路、普速鐵路出行的人數(shù)占選擇鐵路出行人數(shù)的比例分別為65%和35%，旅客選擇大巴、自駕車出行的人數(shù)占選擇公路出行人數(shù)的比例分別為76%和24%。

（1）安全性。在對(duì)旅客出行調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，采用德?tīng)柗品▽⒃撏ǖ纼?nèi)鐵路與公路的安全性相對(duì)效用值分別確定為1和0.98。

（2）經(jīng)濟(jì)性。蘭州到張掖的動(dòng)車組列車一等座票價(jià)為179.5元，二等座票價(jià)為149.5元，考慮大部分旅客選擇二等座，選取二等座票價(jià)作為高速鐵路的經(jīng)濟(jì)性量度。蘭州到張掖的普速列車硬座票價(jià)為75.0元，硬臥票價(jià)為142.0元，軟臥票價(jià)為232.0元，調(diào)研發(fā)現(xiàn)大部分旅客選擇硬座，因而選取硬座票價(jià)作為普速鐵路的經(jīng)濟(jì)性量度?？傻描F路出行費(fèi)用約為123.4元(149.5×65% + 75.0×35% =123.4元)。高速大巴平均票價(jià)為130元，自駕出行平均費(fèi)用約為450元，可得公路出行費(fèi)用約為206.8元 (130×76% + 450×24% = 206.8元 )。

（3）快速性。調(diào)研結(jié)果顯示，當(dāng)前各運(yùn)輸方式在通道兩端城市內(nèi)交通耗時(shí)約為1 h；高速鐵路的運(yùn)行時(shí)間為3.2 h，普速鐵路的運(yùn)行時(shí)間平均為6 h，可得鐵路出行乘車時(shí)間約為4.18 h (3.2×65% +6×35% = 4.18 h)；大巴運(yùn)行時(shí)間約為6 h，自駕車時(shí)間約為5.5 h，可得公路出行乘車時(shí)間約為5.88 h(6×76% + 5.5×24% = 5.88 h)；則鐵路和公路總耗時(shí)分別為5.18 h和6.88 h。

（4）方便性。當(dāng)運(yùn)輸工具采用高密度、小間隔模式運(yùn)行時(shí)，旅客平均候車時(shí)間為發(fā)車間隔時(shí)間的1/2[8]。旅客選擇蘭新第二雙線出行時(shí)，發(fā)車時(shí)間間隔為0.9 h，平均候車時(shí)間為0.45 h；選擇蘭新既有線出行時(shí)，發(fā)車時(shí)間間隔為0.6 h，平均候車時(shí)間為0.3 h，可得旅客選擇鐵路出行的候車時(shí)間約為0.4 h (0.45×65% + 0.3×35% = 0.4 h)。旅客選擇大巴出行時(shí)，發(fā)車時(shí)間間隔為1 h，平均候車時(shí)間為0.5 h，選擇自駕車出行的候車時(shí)間為0，可得旅客選擇公路出行候車時(shí)間約為0.38 h(0.5×76% + 0×24% = 0.38 h)。旅客選擇蘭新第二雙線和蘭新既有線出行時(shí)，進(jìn)出站時(shí)間分別為0.4 h和0.3 h，計(jì)算可得旅客選擇鐵路出行的進(jìn)出站時(shí)間約為0.36 h；旅客選擇大巴和自駕車出行時(shí)，進(jìn)出站時(shí)間分別為0.15 h和0，計(jì)算可得旅客選擇公路出行的進(jìn)出站時(shí)間約為0.1 h。鐵路和公路的非在乘總耗時(shí)分別為0.76 h和0.48 h。

（5）舒適性。舒適性主要以載運(yùn)工具的人均占有空間和運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)加速度指標(biāo)定量衡量[9]，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)度處理后可得舒適度指標(biāo)Ck。

式中：為第k種交通工具人均占有空間大小經(jīng)標(biāo)度處理后的值；為第k種交通工具運(yùn)行過(guò)程中席位的平均振動(dòng)加速度經(jīng)標(biāo)度處理后的值。

根據(jù)既有研究[9]，動(dòng)車組列車和汽車的舒適度指標(biāo)Ck分別取值為4.2和1.8。由于同種運(yùn)輸方式下不同標(biāo)準(zhǔn)載運(yùn)工具的票價(jià)在一定程度上反映了該載運(yùn)工具的舒適度，因而以票價(jià)的5%來(lái)標(biāo)定舒適性換算費(fèi)用。高速鐵路的舒適性換算費(fèi)用為7.5元，普速鐵路的舒適性換算費(fèi)用為3.75元，則普速鐵路的舒適性指標(biāo)Ck推定為2.1 (4.2×3.75/7.5 =2.1)，可得鐵路的舒適性指標(biāo)Ck為3.46 (4.2×65% +2.1×35% = 3.46)，公路的舒適性指標(biāo)Ck為1.8。

（6）準(zhǔn)時(shí)性。根據(jù)中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司和蘭州客運(yùn)中心提供的數(shù)據(jù)，該運(yùn)輸通道內(nèi)鐵路和公路的準(zhǔn)點(diǎn)率分別為99.2%和82.3%。

根據(jù)公式 ⑶ 計(jì)算出該通道內(nèi)鐵路和公路各影響因素的相對(duì)效用值如表1所示。

表1 各影響因素的相對(duì)效用值Tab.1 Relative utility value of each in fl uence factor

2.2.2 影響因素權(quán)重系數(shù)的確定

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2017》[10]收入等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)旅客群體進(jìn)行分類，通過(guò)對(duì)《旅客出行意愿調(diào)查表》有效問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)分析，得到不同收入旅客對(duì)影響因素的權(quán)重系數(shù)如表2所示。

表2 不同收入旅客對(duì)影響因素的權(quán)重系數(shù)Tab.2 Weight coef fi cient of different income class on various in fl uence factors

利用公式 ⑵ 計(jì)算得到效用函數(shù)中安全性、經(jīng)濟(jì)性、快速性、方便性、舒適性、準(zhǔn)時(shí)性權(quán)重系數(shù)分別為 0.157 3，0.212 0， 0.246 6，0.145 4，0.130 0和0.108 7。

2.2.3 分擔(dān)率計(jì)算

利用公式 ⑴ 計(jì)算得到通道內(nèi)鐵路、公路的效用函數(shù)值分別為0.946 2，0.767 3。根據(jù)公式 ⑷ 計(jì)算得到通道內(nèi)鐵路、公路的的客流分擔(dān)率分別為54.5%和45.5%。

根據(jù)相關(guān)單位前期調(diào)研數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)修正數(shù)據(jù)，當(dāng)前蘭州至張掖運(yùn)輸通道內(nèi)鐵路的客流分擔(dān)率在[0.52，0.60]區(qū)間內(nèi)，公路的客流分擔(dān)率在[0.38，0.47]區(qū)間內(nèi)，航空的客流分擔(dān)率在[0.01，0.02]區(qū)間內(nèi)?；贚ogit模型計(jì)算得到的鐵路、公路的客流分擔(dān)率符合當(dāng)前實(shí)際，在一定程度上驗(yàn)證了模型的有效性和參量的科學(xué)性。

2.3 蘭州至張掖三四線客流分擔(dān)率計(jì)算

蘭州至張掖三四線鐵路建成后，該通道內(nèi)將形成3條雙線鐵路，分別為蘭新既有線、蘭新第二雙線和蘭州至張掖三四線；鐵路旅行時(shí)間將有3種選擇，分別為通過(guò)蘭新既有線時(shí)間5.2 ～ 7.7 h、通過(guò)蘭新第二雙線時(shí)間3.2 h、通過(guò)蘭州至張掖三四線的設(shè)計(jì)時(shí)間目標(biāo)值不大于2.5 h (速度目標(biāo)值大于250 km/h并預(yù)留提速條件)。

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司《關(guān)于深化鐵路建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工作的通知》相關(guān)規(guī)定，初、近期運(yùn)行250 km/h動(dòng)車組列車的運(yùn)價(jià)率為0.29元/人公里，遠(yuǎn)期運(yùn)行350 km/h動(dòng)車組列車的運(yùn)價(jià)率為0.52元/人公里。以近期運(yùn)行250 km/h動(dòng)車組列車的運(yùn)價(jià)率為標(biāo)準(zhǔn)，蘭州至張掖三四線鐵路建成通車后，在此線開(kāi)行的動(dòng)車組列車的二等座票價(jià)計(jì)算為143元，而當(dāng)前蘭新第二雙線開(kāi)行的蘭州至張掖動(dòng)車組列車二等座票價(jià)為149.5元。蘭州至張掖間開(kāi)行的動(dòng)車組列車，在蘭新第二雙線、蘭州至張掖三四線上的運(yùn)營(yíng)里程分別為485 km、493 km。可見(jiàn)，蘭州至張掖三四線鐵路建成通車后，2條客運(yùn)專線的運(yùn)營(yíng)里程及票價(jià)相差不大，旅客出行方式的經(jīng)濟(jì)性影響因素不會(huì)有太大變化。同理，除了快速性影響因素外，該通道內(nèi)旅客出行方式的其他影響因素也不會(huì)有太大變化。

假設(shè)蘭州至張掖三四線鐵路建成通車后， 該通道內(nèi)公路客運(yùn)的各項(xiàng)基礎(chǔ)性指標(biāo)不發(fā)生變化。蘭州至張掖三四線鐵路旅行時(shí)間設(shè)計(jì)為目標(biāo)值不大于2.5 h，普速鐵路的平均運(yùn)行時(shí)間仍為6 h，則鐵路乘車時(shí)間約為3.725 h，各運(yùn)輸方式在通道兩端城市內(nèi)交通耗時(shí)仍約為1 h，則鐵路總耗時(shí)為4.725 h，公路總耗時(shí)仍為6.88 h。根據(jù)公式 ⑶ 計(jì)算出該運(yùn)輸通道內(nèi)鐵路和公路的快速性影響因素的相對(duì)效用值分別變?yōu)?和0.69。利用公式 ⑴，計(jì)算得到鐵路、公路的效用函數(shù)值分別為0.946 2和0.752 5。根據(jù)公式 ⑷，計(jì)算得到蘭州至張掖三四線建成通車后，通道內(nèi)鐵路、公路的的客流分擔(dān)率分別為54.8%和45.2%。

通道內(nèi)鐵路的客流分擔(dān)率由54.5%增長(zhǎng)為54.8%，公路的客流分擔(dān)率由45.5%減少為45.2%，分擔(dān)率的變化很小，說(shuō)明蘭新第二雙線能夠很好地承擔(dān)蘭州至張掖間的城際直達(dá)客運(yùn)任務(wù)。而蘭州至張掖三四線的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與蘭新第二雙線相近，因此，其建成后所在的通道內(nèi)影響旅客選擇鐵路出行方式的影響因素相對(duì)效用值并沒(méi)有發(fā)生大的改變，鐵路和公路的客流分擔(dān)率不會(huì)發(fā)生大的變化。可見(jiàn)，蘭州至張掖三四線的主要作用體現(xiàn)在承擔(dān)蘭州至傳統(tǒng)河西走廊地區(qū)的中短途旅客運(yùn)輸任務(wù)，打造“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”黃金段快速客運(yùn)通道，解決傳統(tǒng)河西走廊金昌、武威等地缺少對(duì)外快速鐵路客運(yùn)通道的問(wèn)題，而對(duì)蘭州至張掖間的直達(dá)客流影響不大，僅僅是多了一種出行線路選擇。

2.4 通道內(nèi)各交通方式客流變化趨勢(shì)

（1）鐵路方面。蘭州至張掖三四線鐵路建成后，傳統(tǒng)河西走廊地區(qū)鐵路運(yùn)輸能力和服務(wù)水平將有較大提升，將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)趨勢(shì)客流增長(zhǎng)；將分流蘭新第二雙線中其承擔(dān)相同功能的部分客流，對(duì)蘭新第二雙線的客流量會(huì)產(chǎn)生一定影響；將降低沿線地區(qū)廣義出行費(fèi)用，廊道內(nèi)受既有交通供給能力制約的旅客出行需求會(huì)逐步釋放，形成較大的中短途城際誘增客流，對(duì)武威、金昌等地的公務(wù)、商務(wù)、旅游出行客流的影響將尤為顯著。

（2）公路方面。蘭新既有線為客貨共線鐵路，限速地段多，運(yùn)輸質(zhì)量差，與公路運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不足，無(wú)法滿足傳統(tǒng)河西走廊地區(qū)沿線居民出行的需求，但蘭州至張掖三四線是一條高標(biāo)準(zhǔn)的高速客運(yùn)專線，全線運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度493 km，旅行時(shí)間目標(biāo)值不大于2.5 h，處于鐵路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)范圍內(nèi)，建成后必將分流傳統(tǒng)河西走廊地區(qū)內(nèi)的公路客流，“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”黃金段快速客運(yùn)通道內(nèi)的公鐵競(jìng)爭(zhēng)格局必將發(fā)生重大變化。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于蘭州至張掖三四線鐵路項(xiàng)目前期研究和旅客出行意愿調(diào)查，通過(guò)采用相對(duì)效用值代替特征函數(shù)值的方法對(duì)傳統(tǒng)Logit模型進(jìn)行改進(jìn)，能較好地描述、體現(xiàn)以旅客自身需求為導(dǎo)向的出行方式選擇對(duì)客流分擔(dān)率的影響關(guān)系，客流分擔(dān)率的計(jì)算也更加簡(jiǎn)便，可以為運(yùn)輸部門確定該通道內(nèi)不同運(yùn)輸方式的合理分工與投資規(guī)模提供理論支持?；贚ogit模型的蘭州至張掖城際運(yùn)輸通道客流分擔(dān)率計(jì)算結(jié)果與當(dāng)前實(shí)際相符，在一定程度上驗(yàn)證了模型的可行性與適用性、參量的科學(xué)性與有效性，并據(jù)此預(yù)測(cè)了蘭州至張掖三四線鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后通道內(nèi)客流分擔(dān)率的變化情況。結(jié)果表明，對(duì)于蘭州至張掖城際直達(dá)客流而言，未來(lái)蘭州至張掖三四線的通車運(yùn)營(yíng)并不會(huì)對(duì)通道內(nèi)既有的客流分擔(dān)率產(chǎn)生較大影響。進(jìn)一步將對(duì)通道內(nèi)傳統(tǒng)河西走廊地區(qū)金昌、武威等地之間的城際客流、沿線地區(qū)至中西部及新疆地區(qū)的長(zhǎng)途跨線客流，以及趨勢(shì)客流、轉(zhuǎn)移客流、誘增客流做深入研究。