提高铁路运输生产用地单位效能的研究

杨明雪，尹相勇，肖 欢

（北京交通大学 交通运输学院，北京 100044）

0 引言

铁路是国民经济发展的基础设施，铁路建设不可避免地占用相当数量的国土资源。近年来，我国铁路系统占用土地呈不断增加的趋势，因此有必要研究铁路建设和运营管理与节约用地、保护耕地的对策，提高铁路运输生产用地的效能。铁路运输生产用地效能主要体现在生产用地单位运量和生产用地每公顷运量方面。

目前，国内外对铁路运输生产用地的管理方式、节约用地的措施等方面的研究，主要以定性分析为主，对影响铁路土地的相关因素的定量化互动关系研究不够。因此，通过建立系统动力学模型，借助系统动力学进行政策仿真实验和因果反馈关系分析的优势，探讨影响铁路土地使用因素的因果关系、互动关系，以及政策仿真和定量化的趋势，在此基础上提出提高铁路运输生产用地单位效能的政策建议。

1 铁路运输生产用地指标

铁路用地分为运输生产用地、辅助生产用地、生活用地和其他用地。铁路运输生产用地占铁路系统总用地的 88%，其中线路约占 71%，车站、场站约占 25%，其他 3.5% 左右主要是站段用地。由于铁路线路、车站用地占运输生产用地的 96% 以上，因此铁路运输生产用地研究的对象主要是铁路线路、场站用地。

铁路运输生产用地指标及测算因素参照《新建铁路工程项目建设用地指标》，主要包括 2 个部分：新建客货共线铁路建设用地指标；新建客运专线铁路建设用地指标。新建客货共线铁路用地指标以 500 km 为计算单元编制，分为线路用地和场站用地。线路用地主要涉及区间线路用地；场站用地涉及中间站、区段站、编组站、客运站、货运站、货运中心的用地。新建客运专线铁路用地指标，包括客运专线铁路综合用地指标和单项用地指标。

2 铁路运输生产用地的系统动力学模型分析

系统动力学 ( System Dynamics，SD ) 是系统科学理论与计算机仿真紧密结合，用于研究反馈结构与行为的一门科学。SD 模型被誉为实际系统的“战略与决策实验室”，可以对系统进行不同情景及政策的仿真，从而提出较好的政策建议。因此，以VENSIM为建模的系统动力学仿真软件，对铁路运输生产用地管理进行建模分析，从而达到提高铁路运输生产用地单位效能的目的。

2.1 因果关系分析

根据《中长期铁路网规划 (2008年调整 )》，2020 年我国铁路里程将达到 12 万 km，随着铁路里程的增加，铁路运输生产用地也将随之增加，运输需求改变，铁路运输系统的客、货运量将发生变化，从而导致铁路运输生产单位用地运量的变化，如此构成了一个动态的反馈结构。铁路与土地利用的基本因果关系如图 1 所示。

在建立基本因果关系的基础上，分析因果关系中主要包含的反馈回路。

（1）新建铁路和既有线改造与铁路运输生产用地单位运量环。新建铁路和既有线改造与铁路运输生产用地单位运量反馈回路如图 2 所示，两回路均为正反馈回路，表明铁路运输能力短缺，要求新建铁路线路 ( 客运专线和客货共线铁路 ) 和既有线改造( 复线或电气化 )，新建铁路和既有线改造都会引起铁路线路用地增加，导致铁路运输生产用地数量增加，从而减小了铁路运输生产用地单位运量。铁路运输能力增加，使铁路运输能力与当前需求相适应，使铁路建设和既有线改造的需求量减少，反过来影响铁路对新建铁路和既有线改造的需求。

在隐喻模式的作用下，at从物理空间概念范畴投射到时间、状态、方式、方向、原因、顺序和频率方面等等，最终形成at的多义网络。如at 5 o’clock（时间），at war（状态），at high speed（方式），aim at（方向），at one’s invitation（原因），at first（顺序），at 2-minitue intervals（频率）等。

图1 铁路与土地利用的基本因果关系图

图2 新建铁路和既有线改造与铁路运输生产用地单位运量反馈回路

（2）铁路客货运量与铁路运输生产用地单位运量环。铁路运量与铁路运输生产用地单位运量反馈回路如图 3 所示，两回路为正反馈回路，阐述了铁路客、货运量对铁路运输生产用地单位运量的贡献。铁路客、货运量的增加，增大了铁路运输生产单位用地运量，提高了铁路运输能力，使人们更愿意选择铁路运输方式，从而使铁路客、货运量增加。

图3 铁路运量与铁路运输生产用地单位运量反馈回路

2.2 系统流图分析

分析影响铁路运输生产用地单位运量各要素之间的关系，构建相应的系统动力学流图，通过流图变量的进一步量化，实现模型仿真的目的。通过设置线路里程、客运专线里程、换算运输量规模，以及中间站数量为状态变量，设置增加率、减少率为速率变量，其他为辅助变量。系统动力学流图如图 4 所示。

3 仿真结果分析

3.1 系统动力学模型仿真分析

根据获取的数据及参数估计[6]，进行系统动力学模型仿真。由系统动力学模型仿真得到 2010—2020 年铁路运输生产用地的发展趋势，如图 5 所示。在预测铁路运量发展趋势的基础上[7]，得到2010—2020 年铁路运输生产用地单位运量的发展趋势，如图 6 所示。

由图 5 可知，铁路运输生产用地呈上升趋势，仿真结果与目前国内铁路建设趋势基本相似。我国不断加大铁路运输系统线路与场站的建设，使铁路运输生产用地逐年增加。

由图 6 可知，我国铁路运输生产用地单位运量2010—2020 年呈上升趋势，在铁路用地增长的同时，铁路运量在增加，使铁路运输生产用地单位运量上升。

3.2 模型有效性分析

为了验证系统动力学模型是否对现实情况有借鉴意义，需要检验其有效性。研究选取 2004—2009年模型相关的实际数据 (如不同地形铁路单线、复 线、电气化铁路线路里程，中间站数量，区段站数量，编组站占地，客货运站数量、货运中心数量、铁路运量等 ) 作为模型的原始数据输入，测算得出 2004—2009 年铁路运输用地和铁路运输生产用地单位运量如表 1 所示，并将仿真结果与实际数据进行对比。

由表1可知，模型仿真数据与实际值误差在10%以下，模型的仿真结果与历史真实数值之间拟合较好，表明系统动力学模型的结构有效。

3.3 政策情景仿真分析

3.3.1 线路政策仿真

研究从以下 3 个方面构建不同的情景，对铁路线路政策进行仿真。

图4 铁路与土地利用关系流图

图5 铁路运输生产用地的变化趋势

图6 铁路运输生产用地单位运量变化趋势

表1 2004 — 2009 年铁路生产用地单位运量仿真检验 万t/hm2

（1）加快铁路客运专线建设速度。铁路客货分线运营是各国铁路发展的趋势。2008 年以来，我国铁路客运专线网正在逐步形成。针对客运专线的实际增长率为 15% 的情况，设客运专线建设增长率加大至 20% 进行仿真分析，得到仿真结果如图 7所示。

由图 7 可知，经过政策调整后的铁路运输生产用地单位运量 ( Current-1 曲线 ) 比原方案 ( Current曲线 ) 有所提高。

（2）提高铁路复线率。近年来，我国铁路复线里程建设不断增长。以 2020 年铁路线路复线率的基础情景将达到 50%，设 2020 年铁路线路复线率达到 60%，进行仿真分析，得到仿真结果如图 8所示。

由图 8 可知，经过政策调整后的铁路运输生产用地单位运量 ( Current -2 曲线 ) 比原方案 ( Current曲线 ) 有所提高。其原因主要是复线铁路较单线铁路建设增加用地不多，而能力提高较大 ( 根据《新建铁路工程项目建设用地指标》，每 500 km 区间线路占地面积，平原地区列车运行速度 160 km/h 及以下的综合用地指标，内燃牵引Ⅰ级双线铁路占地2 751.48 hm2，Ⅰ级单线铁路占地 2 290.96 hm2，而复线铁路较单线铁路能力提高 3 倍以上 )。因此，加快铁路复线建设和既有线复线改造，有助于提高铁路运输生产用地单位运能与运量。

（3）提高铁路电气化率。以 2020 年铁路线路电气化率的基础情景将达到 60%，设 2020 年铁路线路复线率达到 70%，进行仿真分析，得到仿真结果如图 9 所示。

由图 9 可知，经过政策调整后的铁路运输生产用地单位运量 ( Current -3 曲线 ) 比原方案 ( Current曲线 ) 有所提高。其主要原因是铁路电气化改造，增加用地不多，而提高能力较大。因此，加快铁路电气化建设和既有线电气化改造，有助于提高铁路运输生产用地单位运能与运量。

近年来，我国铁路线路复线率和电气化率有所增加，但还有待于进一步加强，从而在较大程度上增加铁路运输生产用地单位运量。

3.3.2 场站政策仿真

图7 调整客运专线建设速度铁路运输生产用地单位运量发展趋势

图8 调整复线铁路建设速度铁路运输生产用地单位运量发展趋势

系统动力学模型中涉及的铁路客、货运站是等级为二等及以上的车站，这些车站在政策调整下的变动不是很明显，而中间站在整合中的数量变化则比较大。根据城市的区域经济定位、路网地理位置、路网提速改造、高速铁路与客运专线建设、铁路的服务面，以及生产力布局的均衡和效率等方面的因素对铁路运输生产用地的影响，可提出适当调整中间站集中化建设的建议。针对中间站的实际增长率为 6% 和场站集中化率为 5% 的情况，设场站集中化率加大至 10%，进行仿真分析，得到仿真结果如图 10 所示。

由图10可知，经过政策调整后铁路运输生产用地单位运量(Current-4曲线)比原方案(Current曲线)有所提高，依据相关政策适当调整场站的数量，可以使铁路运输生产用地单位运量增大。

4 有关政策建议

提高铁路运输生产用地单位运量，一方面要减少铁路运输生产占地；另一方面要增加铁路运量规模。依据铁路系统运能和运量的关系，以及系统动力学的政策仿真分析，提出提高铁路运输生产用地单位运量的政策建议如下。

（1）建设客运专线。铁路客运专线速度快、运量大，运输效能高，是当今世界铁路发展的方向。发展客运专线铁路，有助于提高铁路运输生产用地单位运能，增大运输效益。

图9 调整电气化铁路建设速度铁路运输生产用地单位运量发展趋势

图10 铁路中间站集中化铁路运输生产用地单位运量发展趋势

（2）新建与改建复线铁路。随着铁路运输需求的增加，新建或改建的复线铁路占地比单线铁路占地增加有限，但运输能力却有明显提升，提高了铁路运输生产用地单位运量。

（3）新建与改建电气化铁路。电气化铁路是铁路牵引动力现代化的发展方向，电气化铁路具有牵引力大、速度快、地形适应性强等优点，对既有铁路线进行电气化改造，可节省用地资源。

（4）调整铁路中间站布局。我国铁路“十二五”规划指出，构建和谐铁路，改善铁路场站的分散布局，整顿铁路场站，使其与运输能力和铁路现代化进程相适应。加大对铁路场站集中化政策调整的力度，减少不必要的中间站建设，缩减铁路场站占地面积，压缩成本支出，有助于提高铁路运输生产用地单位效能。

5 结束语

基于系统动力学模型，对铁路运输生产用地构建因果关系图和系统流图，使用VENSIM软件进行仿真分析，仿真结果与目前我国铁路建设趋势基本相似。分析表明，实施建设客运专线，提高新建铁路和既有线铁路的复线率、电气化率，铁路场站布局集中化等政策，可以有效地提高铁路运输生产用地单位效能。

[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] 冯 燕. 我国铁路用地管理现状研究及政策建议[D]. 北京：北京交通大学，2007.

[4] 程霄楠. 铁路建设节约用地及用地合理性评价研究[D]. 北京：北京交通大学，2007.

[5] 吴沛然. 我国新建铁路征地现状研究及对策建议[D]. 北京：北京交通大学，2008.

[6] 北京交通大学. 综合运输系统技术经济特征——用地及能耗研究[R]. 北京：北京交通大学，2012.

[7] 肖 欢. 铁路运输生产用地管理及SD模型研究[D]. 北京：北京交通大学，2012.