中长距离通道客流结构及高速铁路运营策略研究

朱宇婷，毛保华*，王永亮，刘 路

（1.北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044；2.中国民航科学技术研究院，北京100028）

中长距离通道客流结构及高速铁路运营策略研究

朱宇婷1，毛保华*1，王永亮2，刘 路1

（1.北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室，北京100044；2.中国民航科学技术研究院，北京100028）

以经济性、快速性、便捷性、舒适性及安全性为衡量指标，建立乘客出行广义费用函数；结合非集计理论和方法，构建中长距离通道客流分担率模型.并以武汉—广州客运通道为例，分析不同时间价值下客流结构的变化情况，发现普通铁路更加符合旅客的出行偏好，其客运分担率高于45%.最后，以利润为指标，对高速铁路运营策略进行了分析.研究结果表明，由于普通铁路与高速铁路之间的竞争关系，高速铁路运营利润及铁路总利润难以同时达到最优；当以高速铁路运营利润最大为目标时，高速铁路票价和旅行速度分别为275元和325km/h；当以铁路总利润最大为目标时，高速铁路票价和旅行速度分别为350元和300km/h.

综合交通运输；高速铁路；客运通道；Logit模型；广义费用函数

1 引 言

高速铁路作为一种安全可靠、快捷舒适、运载量大、低碳环保的运输方式，成为解决城市间快速出行问题的重要手段.随着《中长期铁路网规划》的实施，铁路快速通道及城际快速客运系统将构成我国高速铁路的基本框架.高速铁路在带动沿线区域和城市经济发展、提高通道运输效率、改善综合交通系统服务水平的同时，对通道综合交通体系结构带来了巨大的影响.

目前，针对客运通道内客流结构的研究已经取得了不少成果.何宇强等[1]提出了高速客运专线客流分担率模型，并对北京—太原间各种运输方式的分担率进行了预测；Monzon等[2]针对长距离运输通道，提出了交通方式划分的双权值评估方法；王爽等[3]研究了铁路旅客对高速列车和高频率列车换乘方式的选择偏好；易富君等[4]建立了基于Nested-Logit模型的经济圈交通方式划分方法，并分析了长江三角经济圈内各种交通方式的分担率；高速铁路竞争力及其分担率成为了研究热点[5-7].然而，上述文献认为乘客对不同时段的出行时间感知程度相同.事实上，中长距离通道内普通旅客列车大多具有“夕发朝至”的运营特点，旅客运输过程主要发生在非工作时间段(即夜间)，与运输过程主要发生在工作时间段的民航和高速铁路不同，其对旅客日常工作的影响相对较小，也更加受到乘客的偏好.

此外，既有文献在分析通道客流结构的基础上，对高速铁路运营策略也展开了研究.叶玉玲等[8]、吴文娴[9]以分担率为切入点，分析不同运营策略对高速铁路客流分担率的影响.然而，相较于分担率而言，运营利润对运营策略的影响更为显著.虽然高速铁路分担率是决定运营利润的主要因素之一，但二者间并不是简单的线性关系.

因此，本文以中长距离客运通道为研究对象，通过引入夜间旅客时间价值折损系数，更好的描述了中长距离内不同运输方式的广义出行费用，并在此基础上，构建了通道内各运输方式的分担率模型，用以分析高速铁路对中长距离通道客流结构的影响；最后，以武汉—广州通道为例，验证了模型的有效性，探讨了不同时间价值下该通道客流结构的变化情况，并分别从高速铁路分担率及各相关部门利润的角度出发，对通道内交通资源配置及高速铁路运营策略提出相关建议.

2 客运通道交通方式竞争力模型

2.1 广义费用函数

一般来讲，运输方式的服务属性主要包含经济性、快速性、便捷性、舒适性和安全性五个方面，各指标的量化方法如下：

(1)经济性.

旅客在旅行过程中所需支付的相关费用，主要包括各种运输方式的票价和市内交通的出行费用.即

式中 Fi为客运通道内第i种运输方式的票价；表示乘客选择第i种运输方式所需支付的市内交通出行费用.

(2)快速性.

体现运输服务质量的基本指标，采用旅行时间进行衡量.即

(3)便捷性.

指旅客出行的方便程度，采用城市交通衔接时间及候车时间衡量.即

(4)舒适性.

旅客运输服务的重要特性，既有研究表明[9]，可以采用疲劳恢复时间Gi进行衡量，即

式中 参数Tmax为极限恢复疲劳时间；βi为第i种交通方式的疲劳参数；δi为单位出行时间的疲劳恢复时间强度系数.具体取值参见文献[4,10].

(5)安全性.

旅客出行的最根本需求，在选择出行方式时，旅客会把以往出行的经验及来自交通安全方面的信息，作为判断可选运输方式的一个基本条件.既有研究表明[11]，可以采用各种运输方式的事故伤亡人数比例对安全性进行标定.

则乘客采用第i种运输方式出行所产生的广义出行费用为：

式中 α表示旅客时间价值；μ表示夜间旅客时间价值折损系数.

2.2 分担率模型

旅客的出行方式选择是在综合考虑多种属性的基础上，选择其感知广义费用最小的运输方式.离散选择模型中的Logit模型为描述上述选择行为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，即随着某种运输方式广义费用的增加，分担率的计算结果呈指数级增长，这与实际情况不符.因此，本文采用了改进的Logit模型以弥补上述不足，模型中通道内第i种运输方式的分担率的计算公式为

式中 θ为模型修正系数.

3 案例分析

3.1 武汉—广州通道分担率

以武汉—广州通道为例，根据课题组的调研结果及相关文献资料，得到该通道内各种运输方式的基本参数如表1所示.根据武汉市及广州市2012年的GDP总值，得到人均时间价值为41元/h，夜间旅客时间价值折损系数μ=0.5.

表1 武汉—广州间客运通道各运输方式基本参数Table 1 Basic parameters of different transportations in Wuhan-Guangzhou corridor

表1中，机票取全价票的9折，同时考虑机场建设费和燃油费；高速铁路及普通铁路票价参考文献[9]取值；市内交通时间及费用以市中心到车站/机场的打车时间和费用进行取值；白天与夜间旅行时间根据时刻表取均值得到；武广高速铁路为公交化运营，候车时间取平均发车间隔的一半；普通铁路及民航候车时间参考文献[1]取值；安全系数参考文献[8]取值.

根据上述参数对式(6)中的θ进行标定，当修正系数θ=38时，计算结果与实际调研结果基本一致，结果如表2所示.

表2 分担率预测结果Table 2 Predicted value of market share

基于上述标定结果，预测通道客流结构随旅客时间价值的变化，如图1所示.可以发现，当时间价值由20元/h增至60元/h时，普通铁路分担率由99.0%降至45.8%，高速铁路及民航分担率分别由0.8%和0.1%上升为37.1%和17.1%.这说明，随旅客时间价值的增加，普通铁路客流逐步向高速铁路和民航转移.决策部门可根据社会发展水平，适当增加高速铁路开行对数，以适应经济快速增长下乘客的出行需求.

值得注意的是，虽然随着旅客时间价值的增加，普通铁路分担率呈下降趋势，但其仍是武汉—广州通道内最主要的运输方式(分担率大于45%).也就是说，普通铁路列车更加符合中长距离客运通道内旅客的出行需求.然而，为保障高速铁路上座率，与高速铁路平行的普通铁路列车车次被削减的现象普遍存在，如武广高铁开通后，长沙—广州段普通铁路列车仅保留了3对.诚然，高速铁路不仅为高端客户带来了便利，也快速提升了铁路企业的运行效率.但作为一种准公共服务产品，铁路客运应以保障大部分旅客的出行效益为主要任务.而现有国情下，绝大部分消费者更加偏好于票价相对低廉的普通列车.因此，若保持现有开行策略不变，决策部门应根据需求适度恢复普通铁路列车的开行对数，满足旅客的出行需求.

图1 武汉—广州通道客流结构随旅客时间价值的变化情况Fig.1 Traffic structure in Wuhan-Guangzhou corridor with different values of time of passengers

3.2 高速铁路运营策略

为分析高速铁路在中长距离通道内的运营策略，本文研究了不同运营策略下，中长距离通道内高速铁路分担率及运营利润的变化情况.由于各项基础设施(线路、列车型号等)确定后，列车旅行速度和票价是影响高速铁路运营收入及服务水平的重要因素，也是乘客比较关心且容易感知的因素.因此，主要对高速铁路旅行速度和票价进行分析.

(1)高速铁路旅行速度和票价对分担率的影响.

高速铁路的重要意义在于释放普通铁路运输能力.然而，根据表2可以发现，高速铁路对中长距离乘客的吸引力较低，乘客选择概率仅11.3%，普通铁路依然是最符合旅客出行偏好的客运产品.也就说，在现有运营策略下，高速铁路对普通铁路的分流作用不明显.因此，如何制定高速铁路运营策略，保证高速铁路的分流效果是运营决策部门需要重视的问题.

图2给出了高速铁路分担率随高速铁路旅行速度v及票价F的变化情况.可以发现，随高速铁路服务水平的提高(即票价的降低、旅行速度的提高)，高速铁路分担率呈上升趋势；当票价由650元降至150元、旅行速度由100 km/h上升至400 km/h时，高速铁路分担率由0.1%上升至92.7%.这说明，制定合理的开行策略是吸引客流向高速铁路转移、释放普通铁路运输能力的重要手段.因此，铁路部门应根据分流需求，合理的控制高速铁路旅行速度和票价的取值范围.例如，当需要高速铁路承担通道内50%以上的客流时，高速铁路票价不宜高于375元，旅行速度不宜低于125 km/h.

图2 高速铁路分担率与票价及旅行速度的关系Fig.2 Relationships between market share and changes of running speed and price of high-speed railway

(2)高速铁路旅行速度和票价对利润的影响.

一般而言，经济效益（即利润）是影响运营者进行决策的最主要因素，也是制定运营策略的重要依据.通过分析分担率与利润的关系，可以得到利润的计算公式为

式中 PF表示运营利润，其为旅客乘车费用收入IC与运营成本CO之差；Q为通道内的旅客出行需求；P为分担率水平；F为票价.

根据既有文献及相关调研结果，估算得到武汉—广州通道相关参数如下：2010年武汉、广州间客运总需求约为2.65千万人次；普通铁路运输总成本约为15.37亿元；高速铁路运输总成本约为39.75亿元.则高速铁路运营部门利润和铁路部门总利润随高速铁路旅行速度 v及票价F的变化情况如图3所示.

图3 利润与高速铁路旅行速度和票价的关系Fig.3 Relationships between profits and changes of running speed and price of high-speed railway

对比图2和图3(a)可以发现，当服务水平较低时，高速铁路利润与分担率变化趋势相同，即随服务水平的提高，高速铁路运营部门逐步摆脱负盈利状态，向正盈利状态转变，且运营利润持续增长；但当服务水平提高到一定水平后，高速铁路利润与分担率呈负相关关系，即随服务水平的提高，分担率依旧保持上升趋势，但高速铁路利润呈现下降趋势.主要原因在于，当服务水平较低时，分担率的快速提高能够有效地提升高速铁路运营收入，增加运营部门利润；但当服务水平增加到某一极点时，由于分担率提高而新增的运营收入不足以弥补因提高分担率而损失的运营收入及成本，最终使得运营利润呈现下降的趋势.

图3(b)为铁路部门总利润的变化情况，可以发现，其变化趋势与图3(a)基本一致，即随着高速铁路服务水平的提高，均呈现先缓慢上升后下降的变化趋势.不同的是，两个曲面的变化速率及利润最高点对应的高速铁路服务水平不同；当高速铁路票价为275元，旅行速度为325 km/h时，高速铁路运营部门利润最大，达5.25亿元，铁路部门总利润仅6.86亿元；当高速铁路票价为350元，旅行速度为300 km/h时，铁路部门总利润最大，达10.55亿元，高速铁路运营部门利润2.91亿元.主要原因在于，铁路部门总利润不仅包含了高速铁路的运营利润，还包含了普通铁路带来的运营利润.在中长距离通道内，普通铁路是高速铁路最主要的竞争对手，两者利润存在着此消彼长的竞争关系，从而使得铁路部门总利润与高速铁路运营部门利润难以同时达到最优.

4 研究结论

本文以经济性、快速性、便捷性、舒适性及安全性为指标，确定了乘客出行广义费用函数，进而构建了中长距离通道内客流分担率模型.以武汉—广州客运通道为例，从高速铁路分担率、铁路部门总利润和高速铁路运营利润等角度出发，对高速铁路运营策略进行了研究.结果表明：

(1)普通铁路的“夕发朝至”列车更加符合现阶段社会经济发展水平下旅客的出行需求，其分担率达85.2%.为满足现阶段的旅客出行需求，应保证普通铁路列车的开行对数.同时，为进一步提升铁路运输能力，应通过制定相关政策，提升高速铁路服务水平，引导客流向高速铁路转移，从而营造出铁路运输能力提升和居民出行满意的“双赢局面”.

(2)随着国民经济的快速增长，乘客时间价值逐步增加，使得其对普通铁路的偏好逐步下降，并向高速铁路和民航转移.相关决策部门应根据实际需求，分阶段调整各类交通方式的供给水平，合理分配运输资源.

(3)普通铁路是高速铁路最主要的竞争对手，两者利润存在着此消彼长的竞争关系，从而使得铁路总利润与高速铁路运营利润难以同时达到最优.因此，决策部门应根据实际需求，综合考虑不同利益主体，对高速铁路运营策略进行优化.

[1]何宇强,毛保华,陈团生,等.高速客运专线客流分担率模型及其应用研究[J].铁道学报,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.]

[2]Monzon A,Rodrguez-Dapena A.Choice of mode of transport for long-distance trips:solving the problem of sparse data[J].Transportation Research Part A:Policy and Practice,2006,40(7):587-601.

[3]王爽,赵鹏.基于Logit模型的客运专线旅客选择行为分析[J].铁道学报,2009(3):6-10.[WANG S,ZHAO P.Analysis of passengers'choice behavior for dedicated passenger railway lines based on Logit model[J].Journal of the China Railway Society,2009(3):6-10.]

[4]易富君,邓卫,周竹萍.基于 Nested-Logit模型的经济圈交通方式划分方法研究[J].交通运输系统工程与信息,2009,9(4):110-115.[YI F J,DENG W,ZHOU Z P.Traffic modal splitting method for economic circle based on nested-Logit model[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2009,9(4):110-115.]

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[7]Behrens C,Pels E.Intermodal competition in the London–Paris passenger market:high-speed rail and air transport[J].Journal of Urban Economics,2012,71(3): 278-288.

[8]叶玉玲,王艺诗.沪杭运输通道内旅客出行方式选择行为研究[J].铁道学报,2010,32(4):13-17.[YE Y L, WANG Y S.Research on travel mode choice behavior in Shanghai-Hangzhou transport corridor[J].Journal of the China Railway Society,2010,32(4):13-17.]

[9]吴文娴.铁路通道内客流分担率及客运组织策略研究[J].中国铁道科学,2011,32(2):126-130.[WU W X.Research on the share rate of passenger flow and transportation organization strategy in railway transportation corridor[J].China Railway Science,2011, 32(2):126-130.]

[10]史峰,邓连波,黎新华,等.客运专线相关旅客列车开行方案研究[J].铁道学报,2004,26(2):16-20.[SHI F, DENG L B,LI X H,et al.Research on passenger train plans for dedicated passenger traffic lines[J].Journal of the China Railway Society,2004,26(2):16-20.]

[11]李群仁,曾会欣.京沪走廊各种运输方式的社会成本[J].中国铁路,1999(6):6-9.[LI Q R,ZENG H X.Social cost of transportation modes in Jinghu corridor[J].Chinese Railways,1999(6):6-9.]

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录用日期：2014-12-08

国家基础研究计划项目(2012CB725406)；国家自然科学基金(71131001)；国家自然科学青年基金项目(71201006).

朱宇婷（1989-），女，江西南昌人，博士生. ＊

：bhmao@bjtu.edu.cn