铁路货运与公路货运优势运距比较研究

王涵晴，张 艳，周凌云，席江月，刘艳飞，王慧婷

(1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2. 中国铁路南宁局集团有限公司 柳州车务段，广西 柳州 545007)

0 引言

我国目前处于综合交通运输结构优化及转型的关键阶段，加快推进运输结构调整，是打好污染防治攻坚战、打赢蓝天保卫战的重要举措，也是实现交通运输高质量发展、加快现代综合交通运输体系和交通强国建设的必然要求[1]。因此，确定各种运输方式的优势运距从而实现运输方式合理分工，成为亟需探索的问题。周阿敏[2]从运输价格的角度出发，测算了冷链产品、农副产品、日用电器、小汽车及工业机械的整车和零担的铁路优势运距。张戎等[3]将上饶和宁波之间公路和铁路2条集装箱运输链作为研究对象，以铁路运输链时间和费用构建效用函数，建立了多项Logit模型和混合Logit模型，在不同假设场景下对公铁分担率进行了分析。项昀等[4]从统计学角度出发，基于货运方式分担率分别构建了货运方式绝对优势运距与相对优势运距模型，依托我国大城市间货运量和运距数据，得出我国综合运输体系下公路、铁路、水运、航空运输方式的优势运距。目前从定量及定性的角度建立综合效用函数以研究铁路货运优势运距的既有研究较少，因此，从运输费用、时间、环保、安全、可靠、便捷6个维度出发构建运输方式合理分工评价指标体系，对运输方式优势运距量化分析方法进行研究，提出铁路货运优势运距范围，为综合运输合理化分工提供理论依据。

1 铁路和公路运输方式优势运距量化分析方法

1.1 运输方式合理分工评价指标体系

当托运人可选择多种运输方式托运货物时，会从不同的维度对各种运输方式进行考量，这些考量维度既包含能够直接转化为成本的客观因素(如运输费用、运输时间)，也包含反映托运人内在感受的主观因素(如运输安全性、运输可靠性、运输便捷性)。此外，为响应国家“加强大气污染防治，打赢蓝天保卫战”的战略部署，环保性也成为决定货物运输方式的重要影响因素。因此，选取费用(P)、时间(T)、环保(E)、安全(S)、可靠(R)、便捷(C) 6个影响货物运输方式选择的因素，组成运输方式合理分工评价指标体系如图1所示。

1.2 铁路和公路运输方式优势运距计算模型

2017年，铁路和公路货物运输量超过总货物运输量的85%，占据货物运输市场的主要份额。因此，将研究范围限定为铁路与公路，重点探索铁路、公路货物运输合理分工标准。为系统、量化分析区域综合运输网络下的铁路、公路货物运输合理分工标准，以运输方式合理分工评价指标体系为基础，构建与运输距离相关的铁路、公路货物运输效用函数，通过比较铁路、公路货物运输效用函数值，确定铁路、公路货运优势运距范围。

运输方式合理分工评价指标体系中运输价格Pi、运输时间Ti为成本型指标，运输环保性Ei、运输安全性Si、运输可靠性Ri、运输便捷性Ci为效益型指标，成本型指标越小、效益型指标越大，则效用函数值越大。因此，对于成本型指标，构建效用函数时使用其倒数进行计算，计算公式为

式中：Ui表示第i种运输方式的效用函数，i取rail时为铁路的相关指标，i取road时为公路的相关指标；L表示运输距离。

图1 运输方式合理分工评价指标体系Fig.1 Evaluation index system of rational division among different modes of transport

为避免各指标间数量级差异导致某些指标对效用函数的影响不显著，需对指标进行标准化处理，处理公式为

采用基于最小信息熵原理的组合权重方法，计算运输方式合理分工评价指标体系中6个指标对应的权重W = (w1，w2，w3，w4，w5，w6)，可分别得出铁路、公路货物运输效用函数。

铁路货物运输效用函数Urail的计算公式为

公路货物运输效用函数Uroad的计算公式为

以上2个效用函数均与运输距离相关，因此满足铁路运输效用函数值大于公路运输效用函数值的运输距离范围即为铁路优势运距，反之则为公路优势运距。

1.3 货物运输综合效用函数构建

运输方式优势运距量化分析方法的关键在于建立货物运输综合效用函数[5]，以20 ft通用集装箱为例，分析构建铁路、公路货物运输效用函数的指标。

1.3.1 铁路货物运输效用函数指标分析

（1）运输价格。铁路集装箱运输费用主要由铁路货物基本运价、杂费、铁路建设基金、电气化附加费构成。以托运人使用铁路托运1个20 ft通用集装箱为例，设运价里程L中所有区段均为电气化区段，两端接取送达里程分别小于10 km，则铁路门到门(上门装车、上门卸车)运输费用总和的计算公式为式中：Prail为20 ft通用集装箱铁路“门到门”运输费用，元为铁路集装箱基本运价，元为集装箱使用费，元；为集装箱装卸费，元；为集装箱清扫费，元；为集装箱接取送达费，元；为铁路集装箱建设基金，元；为铁路集装箱电气化附加费，元。

（2）运输时间。将铁路集装箱运输全过程作业流程中一些非关键的作业环节合并，可将铁路集装箱运输时间分为3大部分，分别为前期时间、后期时间和铁路内部运输时间[6]。

前期时间指托运人提出运输申请，经过一系列作业环节后，重箱运至指定站点的时间，包括订单处理时间、空箱配送时间t、货物装箱时间重箱运回时间和重箱进站办理手续时间tp。后期时间包括等待卡车配送时间、重箱配送时间和货物掏箱时间th2，由于托运人不关心空箱运回铁路站点的时间，因而从托运角度出发的全过程时间不包括空箱运回时间。

我国铁路集装箱运输网络由集装箱中心站、集装箱专办站和集装箱办理站3级站点构成，铁路内部集装箱运输过程如图2所示。由于铁路集装箱运输组织模式多样，不同等级间的站点开行不同类型的集装箱货运列车，因此铁路内部运输时间计算方法较为复杂。

当集装箱由公路运送至铁路站点后，需等待集装箱列车在站点集结，之后由集装箱列车运送至目的站点，铁路内部运输过程可能由多种集装箱列车共同完成。因此，集装箱铁路内部运输时间T主要由2部分构成，分别为集装箱列车集结时间和集装箱列车运输时间，计算公式为

（3）运输环保性。文献[7]中提出，铁路单位碳排放量为0.222 0 t / (万t · km)。以1个20 ft集装箱为例，其净载重约为26 t，铁路单位碳排放量为0.577 2 kg / (箱公里)[8]，铁路运输环保性指标Erail的计算公式为

 图2 铁路内部集装箱运输过程Fig.2 Process of container transport in railway

式中：Lrail为铁路运输里程，km。

（4）其他定性指标。定性指标必须经过量化才能够与定量指标一起比较，因此将定性指标分为1—9级，分别对应1—9分。结合铁路集装箱运输特点，铁路集装箱运输定性指标数值如表1所示。

表1 铁路集装箱运输定性指标数值Tab.1 Qualitative index values of railway container transport

1.3.2 公路货物运输效用函数指标分析

（1）运输价格。公路集装箱运输费用主要由基本运价、装卸费用和其他费用(过路费等)构成。托运人使用公路托运1个20 ft通用集装箱，设两端接取送达里程分别为10 km，则公路“门到门”(上门装车、上门卸车)运输费用总和的计算公式为

（2）运输时间。与铁路集装箱运输全过程时间类似，公路集装箱运输全过程时间包括订单处理时间、空箱配送时间、货物装箱时间、发送端市区运输时间、到达端市区运输时间、集装箱掏箱时间。各部分时间与铁路集装箱运输中对应时间的定义类似，公路集装箱运输全过程时间Troad的计算公式为

（3）运输环保性。以1个20 ft集装箱为例，其净载重约为26 t，公路单位碳排放量为3.829 8 kg/(箱公里)，则公路运输环保性指标Eroad的计算公式为

式中：Lroad为公路全程运输里程，km。

（4）其他定性指标。结合公路集装箱运输特点，公路集装箱运输定性指标数值如表2所示。

表2 公路集装箱运输定性指标数值Tab.2 Qualitative index values of highway container transport

2 铁路运输方式优势运距实证分析

2.1 运输方式合理分工评价指标权重

为提高权重计算的准确性，从定量、定性相结合的角度计算指标权重，得出基于最小信息熵原理的组合权重法指标权重结果如表3所示。

表3 基于最小信息熵原理的组合权重法指标权重结果Tab.3 Index weight derived from combined weights method based on minimum entropy

2.2 铁路货运优势运距范围

基于上述货物运输综合效用函数的构建方法，分别分析集装箱中心站至集装箱中心站、集装箱专办站至集装箱中心站2种情况下铁路货运的优势运距范围。

（1）集装箱中心站至集装箱中心站。若使用铁路运输，设托运人选择将集装箱由公路运输至集装箱中心站，通过集装箱班列运至目的集装箱中心站，再由公路运输至收货人处，且两端接取送达里程分别为10 km。若使用公路运输，设集装箱在两端城市内运输距离分别为10 km，其余路程均为公路干线运输。

基于以上假设，铁路集装箱运输效用函数的计算公式为

以运输距离(铁路集装箱班列运输距离、公路干线运输距离)为横坐标，以效用函数值为纵坐标，分别绘制铁路、公路集装箱运输效用函数图(中心站至中心站)，如图3所示。

图3 铁路、公路集装箱运输效用函数图(中心站至中心站)Fig.3 Utility function image of railway container transport and highway container transport (central station to central station)

从图3可以看出，当干线运输距离超过545 km后，铁路运输效用函数值超过公路运输效用函数值。因此，对于20 ft通用集装箱，若干线运输小于545 km，适合采用公路运输，若干线运输距离超过545 km，适合采用铁路运输。

（2）集装箱专办站至集装箱中心站。若使用铁路运输，设托运人选择将集装箱由公路运输至集装箱专办站，再由集装箱小运转列车将集装箱集结至集装箱中心站，通过集装箱班列运至目的集装箱中心站，再由公路运输至收货人处，且两端接取送达里程分别为10 km。若使用公路运输，设集装箱在两端城市内运输距离分别为10 km，其余路程均为公路干线运输。

与集装箱中心站至集装箱中心站不同，由于铁路运输过程中加入小运转列车，铁路内部运输时间发生变化，此时铁路集装箱运输效用函数的计算公式为

公路集装箱运输效用函数的计算公式为

式中：lr1ail为小运转列车运行距离，km；lr2ail为集装箱班列运行距离，km。

以运输距离(铁路集装箱班列运输距离、公路干线运输距离)为横坐标，以效用函数值为纵坐标，分别绘制集装箱小运转列车运输距离为20 km、40 km、60 km、80 km的情况下铁路、公路集装箱运输效用函数图(专办站至中心站)如图4所示。

图4 铁路、公路集装箱运输效用函数图(专办站至中心站)Fig.4 Utility function image of railway container transport and highway container transport (railway container handling station to central station)

从图4可以看出，在集装箱小运转列车运输距离为20 km、40 km、60 km、80 km的情况下，集装箱班列运输距离分别超过647 km、631 km、616 km、598 km后，铁路运输效用函数值超过公路运输效用函数值，适合采用铁路进行集装箱运输。

3 结束语

综合运输结构优化是我国当前综合运输理论与实践中的一项重要环节，是构建可持续发展的综合运输体系的关键。同时，基于铁路低排放的特性，提升铁路货运比例将显著降低物流过程中的碳排放量，为国家打赢蓝天保卫战提供有力保障。通过创新性地从定量化的角度提出铁路优势运距范围，为货物运输“公转铁”提供理论依据，对运输通道中货物合理运输方式选择具有重大意义，有助于发挥铁路在中长距离运输中的骨干作用，也将进一步提升我国综合运输效率、降低社会物流成本，对提升我国实体经济竞争力至关重要。