基于中吉乌铁路线路走向方案的客货运量预测探析

马海超

MA Haichao

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西省铁道及地下交通工程重点实验室，陕西 西安 710043)

(Shaanxi Railway and Underground Traffic Engineering Key Laboratory (FSDI), China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, Shaanxi, China)

中国—吉尔吉斯斯坦—乌兹别克斯坦铁路(中吉乌铁路)是我国连通中亚、西亚的重要交通走廊，也是“一带一路”陆上国际通道的重要组成部分[1]。中吉乌铁路新建段落主要位于吉尔吉斯斯坦境内，该铁路自20世纪90年代提出以来，中国、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦等相关国家围绕吉尔吉斯斯坦境内线路走向、技术标准等提出不同诉求。线路方案比较涉及建设投资、经济运量、环保协调性等多因素的综合比选，其中建设投资、环保协调性等相对直观明晰，而经济运量特别是国际铁路通道经济运量影响因素众多，基础数据匮乏，难以直接得出，需要通过大量的模型计算得出。因此，在考虑建设投资、环保协调性等因素得出初始备选线路走向方案的基础上，从运量角度进行论证，进而为线路走向方案决策提供依据。

1 中吉乌铁路走向方案及影响区概况

1.1 中吉乌铁路概况

中吉乌铁路起点为中国南疆重镇喀什，穿越吉尔吉斯斯坦，至吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦边界的卡拉苏接入既有铁路，终点为乌兹别克斯坦东部城市安集延，整体呈东西走向，是中国面向中亚、西亚的重要交通走廊[2]。同时，中吉乌铁路与规划的吉尔吉斯斯坦南北铁路一起，将重新构筑吉尔吉斯斯坦国家铁路网，在中亚路网结构中对打通断头路、补强亚洲路网短板，完善国际化、现代化铁路运输网络具有重要意义。由于吉尔吉斯斯坦境内无东西向铁路贯通，中吉乌铁路走向主要取决于吉尔吉斯斯坦境内规划铁路方案。

根据吉尔吉斯斯坦主要经济据点和中吉口岸分布，并结合沿线地形、地质条件等，分别规划了吐尔尕特口岸出境杜斯特克方案、阿尔帕方案，以及由伊尔克什坦口岸出境的奥什方案3个可行的走向方案。

（1）杜斯特克方案。线路自吐尔尕特口岸进入吉尔吉斯斯坦，经杜斯特克、乌根特、卡扎尔曼，翻越费尔干纳山后，在科克扬加克与既有铁路衔接，利用既有线经卡拉苏抵达乌兹别克斯坦安集延。线路全长653 km (喀什—安集延)。

（2）阿尔帕方案。线路自吐尔尕特口岸进入吉尔吉斯斯坦境内，向西过阿尔帕盆地，穿越费尔干纳山主脉，接入既有卡拉苏车站。线路全长508 km (喀什—安集延)。

（3）奥什方案。线路自伊尔克什坦口岸进入吉尔吉斯斯坦境内，向北沿克孜尔苏河翻越阿赖山，接入既有铁路奥什车站后抵达乌兹别克斯坦安集延。线路全长555 km (喀什—安集延)。

3个方案中，从运输径路看，阿尔帕方案最为短直，分别比杜斯托克方案短145 km，比奥什方案短47 km；从吸引经济据点数量看，杜斯托克方案吸引经济据点最多。中吉乌铁路线路方案示意图如图1所示。

1.2 线路影响区人口分布及资源开发概况

吉尔吉斯斯坦2019年末总人口约640万人，由于其是典型山区国家地形，人口分布不均，全国80%的人口分布在东北部楚河比什凯克市以及南部费尔干纳盆地各州(市)。吉尔吉斯斯坦人口分布如表1所示。

吉尔吉斯斯坦国内矿产资源较为丰富，其中金属矿产、煤炭等大宗物资有较强的铁路运输需求，吉尔吉斯斯坦主要矿区及外运需求[3]如表2所示。

2 客货运量预测模型构建

铁路线路走向方案不同，其运量吸引范围也不尽相同，一般而言，沿线地区经济发达则客货运需求较大，而运输成本较低则通道吸引效果更优。因此，结合中吉乌铁路不同走向方案，以及上述线路影响区人口分布及资源开发现状，在初始备选线路走向方案的基础上，通过预测中吉乌铁路通道客、货运量，从运量角度论证各方案建设效果，进而为线路走向方案决策提供依据。

2.1 运量预测思路

国际铁路运量预测影响因素较多，历史数据缺乏(或难以客观取得)，因而难以选取较为成熟的时间序列、弹性系数、灰色模型等方法，且上述理论或方法往往只能反应通道本身客货运量发展的变化，很难反应区域内其他通道条件的改变对其运量产生的影响[4]。为此，以吉尔吉斯斯坦公开的数据为依据，并辅以我国国内相似区域类比参数，运用四阶段法对客货运量进行预测分析。

图1 中吉乌铁路线路方案示意图Fig.1 Alignment of the China-Kyrgyzstan-Uzbekistan railway

表1 吉尔吉斯斯坦人口分布 万人Tab.1 Population distribution in Kyrgyzstan

表2 吉尔吉斯斯坦主要矿区外运需求 万tTab.2 Main mining areas and traffic demand in Kyrgyzstan

四阶段法是交通需求预测中经典且成熟的方法。4个阶段分别为交通生成、交通分布、交通方式划分和交通量分配[4]。其中，交通生成阶段用于解决小区吸引和发生的交通量；交通分布阶段用于将各个小区吸引和发生的交通量进行分配，形成小区之间的OD矩阵；交通方式划分是将每一OD分配交通方式；交通量分配则是将交通量分配到具体径路上。四阶段法发展至今，每一阶段都形成了多种模型和方法。在此，以改进的Logit模型预测国际运量分担概率，用双约束重力模型预测缺乏OD基础数据地区的客流分布，用公路－铁路优势吸引模型分析国内大宗物资运量，计算出相对客观的运量预测数据。

2.2 客运量预测模型

2.2.1 国际客运量出行方式选择预测模型

中国和吉尔吉斯斯坦两国旅客可以选择的交通方式包括公路、民航及规划的中吉乌铁路。旅客出行选择交通方式占比采用基于广义费用的改进Logit模型[5]。根据随机效用理论，出行者在特定的条件下，选择效用最大的方案。因此，第i种出行方式被选择的概率为

式中：Pi为旅客选择第i种出行方式的概率；Ci为第i种出行方式的广义费用；λ为修正参数(一般取3 ～ 3.5)。

广义费用主要考量经济费用和时间费用，即Ci=Ei+Fi，其中经济费用Ei包括旅客旅行过程中“门到门”的所有费用，为简便计算，取各种方案按运输里程收取的票价；时间费用Fi通过“门到门”的时间消耗价值来衡量，即

式中：Ti为不同方案的旅行时间；V(T)为旅客的时间价值。

2.2.2 吉尔吉斯斯坦国内旅客交通分布预测模型

吉尔吉斯斯坦国内旅客出行与人口分布、居民收入水平、出行成本、产业布局、交通设施布局等有关。考虑到吉尔吉斯斯坦本国铁路路网不完善，历史铁路出行OD难以获得等情况，以规划的吉尔吉斯斯坦铁路网为基础网，以各地州人口分布、经济关联度为依据，选取以出行距离为交通阻抗的双约束重力模型[6-7]进行交通分布预测。双约束重力模型的形式如下。

式中：Xij为交通小区i-j的OD量；Ai，Bj为运算参数；Ti为交通区i的发生量；Uj为交通区j的吸引量；f(tij)为交通阻抗函数，取为交通小区数目；α为模型参数；tij为交通区i→j的交通阻抗值，取两地规划铁路网距离。

2.3 货运量预测模型

2.3.1 国际货运量预测模型

运输径路选择影响因素主要包括运输价格、运输时间、运输安全可靠性等，在此采用基于广义费用改进的Logit模型[5]计算各通道通过运量所占比例。

式中：Pi为货物选择第i种出行方式的概率；分别为第i种方案的运输时间、运输费用和运输安全可靠性得分，采用百分制形势；λ为修正参数，一般取 3 ～ 3.5 ；μt，μc和μs分别为方案运输时间、运输费用和运输安全可靠性的权重。

各参数确定方式如下。

对于运输时间：若通道1的运输时间为t1，通道2的运输时间为t2，则通道1在运输时间上得分通道2在运输时间上得分

对于运输费用：若通道1的运输费用为c1，通道2的运输费用为c2，则通道1在运输费用上得分通道2在运输时间上得分

运输安全可靠性是用户对运输品质的主观评判，一般情况下，线路技术标准、运输组织效率、服务态度是决定品质的主要因素。中国境内兰新铁路、南疆铁路的标准和运输组织效率均高于国外铁路，因此，用通道在我国境内运输距离比值来表征不同运输通道的运输可靠性。若通道1在国内运输距离比例为η1，通道2在国内运输距离比例为η2，则通道1在运输安全可靠性上的得分为通道2在运输安全可靠性上的得分为

2.3.2 大宗运量运输方式划分模型

中短途货运量在沿线需求调查的基础上，主要分析其运输方式选择。铁路和公路作为2种主要陆地运输方式，在一定运输距离范围内具有很强的替代关系。铁路适合中长途运输，优势在于“量大价优”；公路适合中短途、小批量运输，优势在于“门到门”[8]。

综合运费为运输方式选择的主要因素，其市场竞争关系可以表示为

式中：Cf为货物运费；Co为货物产地价格；Ct为税收等杂费；Cm为目标市场价格。

当Co，Ct取值固定时，运费成为决定运输量的核心[9]。

铁路运输存在公路短倒弊端，以铁路为主的综合运输成本如下。

式中：w为货运量；为公路运送至铁路的距离；l铁为铁路上的运输距离；cg为单位公路运费；ct为单位铁路运费；cs为单位货物装卸费；cq为单位货物倒装费用。

以公路运输综合运输成本如下。

式中：w为货运量；cg为单位公路运费；l公为公路运输距离；cs为单位货物装卸费。

在一定的运输距离l铁和l公下，由铁路转运相较于公路直接运送的物流吸引范围l'公可由下式计算。

该距离决定了不同方案的铁路运输吸引范围，即铁路能吸引货运需求为Γk的企业货运量为

3 中吉乌铁路运量预测

3.1 客运量分析预测

3.1.1 中吉乌铁路国际客运量预测

（1）客流构成及流量流向分析。中吉乌铁路主要吸引中国和吉尔吉斯斯坦两国之间的客流。据中国驻吉尔吉斯斯坦使馆统计，目前在吉尔吉斯斯坦务工、经商的华侨约3万～ 4万人，2019年两国口岸进出境人员8.1万人次，出境旅客主要目的以务工(37%)、经商(31%)、探亲(17%)、旅游(4%)、其他(11%)为主。在“一带一路”倡议框架下，中国与周边国家旅游商贸合作将逐步加强。根据中吉经贸关系旅游发展趋势等预测，中吉国际单向客流近期(2035年)与远期(2045年)分别为19万人和30万人[3]。

（2）客流交通方式选择。两国旅客可以选择的交通方式包括公路、民航及规划的中吉乌铁路。以中国南疆重镇喀什为起点，吉尔吉斯斯坦奥什市为终点，计算铁路、民航、公路3种方式旅客广义费用及选择概率。旅客的时间价值按旅客平均小时薪酬计算，分为0 ～ 1 999元、2 000 ～ 3 999元、4 000 ～ 5 999 元、6 000 ～ 9 999 元、10 000 元 以 上5个收入等级，对应的旅客的时间价值分别为取9.36元 /h、18.72元 /h、30.6元 /h、50.7元/h、74.9元/h。依据职业分布和工作属性(劳务派遣和企业雇工)计算中国、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦进出境旅客平均时间价值为39.03元/h。根据公式 ⑴，不同交通方式旅客出行参数及选择概率如表3所示。从表3可以看出，采用铁路方式进出境游客广义费用最低，经过测算，铁路将承担的过境旅客份额约为49.0% ～ 57.6%，相应承担的近、远期旅客运量分别为：阿尔帕方案近期11万人、远期17万人，杜斯特克方案近期9万人、远期15万人，奥什方案近期10万人、远期16万人。

3.1.2 吉尔吉斯斯坦国内客运量预测

吉尔吉斯斯坦国内铁路旅客出行以各地州人口分布、经济关联度为依据，选取双约束重力模型，利用公式 ⑶ 测算其OD分布。人均铁路出行次数参考我国新疆地区与吉尔吉斯斯坦各经济片区经济发展近似数据，采用双约束重力模型计算得到近、远期铁路出行OD表如表4所示。

表3 不同交通方式旅客出行参数及选择概率表Tab.3 Probability of passengers choosing different modes of transportation

表4 铁路出行OD表 万人Tab.4 Railway traffic by OD pairs

将上述OD加载于吉尔吉斯斯坦规划铁路网中进行运量分配，不同方案下吉尔吉斯斯坦国内旅客客运量如表5所示。

表5 不同方案下吉尔吉斯斯坦国内旅客客运量 万人Tab.5 Passenger traffic volume in Kyrgyzstan under each scheme

3.1.3 客运量汇总

综合中吉乌国际通道客运需求和吉尔吉斯斯坦境内居民出行量，以按流开车为原则，旅客列车按年输送能力30万人计算，不同方案客运量及旅客列车对数如表6所示。

表6 不同方案客运量及旅客列车对数表Tab.6 Passenger traffic volume and train pairs under each scheme

3.2 货运量预测

3.2.1 中吉乌通道运量

中吉乌铁路国际通道运量主要为中国内地与中亚国家长途货物交流量，运距在3 000 km以上，是铁路优势运距范围。中国至中亚及西亚主要有2条铁路运输通道，一条是由北疆霍尔果斯口岸出境经哈萨克斯坦至乌兹别克斯坦，即中哈乌通道；另一条是由南疆吐尔尕特出境经中吉乌铁路，即中吉乌通道。

采用公式 ⑻ 并建立多场景计算不同方案的国际运量分担率。对于公式 ⑼ 中，μt，μc和μs参数，本次邀请中欧班列货代公司10名具有丰富经验的专家打分评判，采用灰色关联度法综合确定运输价格、运输时间和运输安全可靠性的权重，各因素权重如表7所示。依据中吉乌通道货流构成，选择中国兰新铁路吐鲁番为起点，境外选择乌兹别克斯坦塔什干为终点，各方案运输指标得分如表8所示。各方案通道运量：根据上述Logit模型公式 ⑻，计算得出各方案承担比例，同时，结合中吉乌预可研报告[3]，中国与中亚货物交流总需求近、远期分别为东行550万t、750万t，西行480万t、600万t。根据各方案承担运量比例，计算得出中哈乌(霍尔果斯)与中吉乌通道运量分担表如表9所示。

3.2.2 吉尔吉斯斯坦地方运量预测

根据调查吉尔吉斯斯坦国内公路运费0.48元/(t·km)，铁路采用0.2元/(t·km)，装卸费25元 /t，倒装费30元/t，根据公式(13)计算得到公路运输相对运距优势为154 km，结合上文提及的矿产分布及物资流向，不同方案地方运量如表10所示。

3.2.3 不同方案对货运量影响分析

通过叠加吉尔吉斯斯坦地方运量和国际通道运量，中吉乌铁路不同走向方案货运量汇总如表11所示。从表中可以看出，阿尔帕方案货运量近、远期为1 021万t、1 359万t，杜斯特克方案近、远期为935万t、1 262万t，较杜斯托克方案减少7.1% ～ 8.9%。奥什方案仅为阿尔帕方案的85%左右。

表7 各因素权重Tab.7 Weight of each factor

3.3 研究结论

运用四阶段法对不同走向方案的中吉乌铁路客、货运量进行汇总，得到不同走向方案客、货运输量如表12所示。

综合分析各方案运量，客运方面，杜斯特克方案客运量最大，近、远期分别达到27万人和37万人，是阿尔帕方案的1.5倍和奥什方案的2.1倍。货运方面，阿尔帕方案国际通道运距最短，货运量最大，是杜斯特克方案和奥什方案的1.09倍和1.17倍。阿尔帕方案国际通过运量占比72%，杜斯特克方案国际通过运量东行占比60%。奥什方案国际通过运量占比71%。从运量比较来看，阿尔帕方案在三大走向方案比选中运量吸引效果最佳，杜斯特克方案次之，奥什方案较差。因此，从运量吸引和客货流构成的角度，阿尔帕方案运量大、客货流培育期短，对项目的运量支撑充分，有利于运输供给能力与服务效能的高效发挥；而杜斯特克方案沿线经过经济据点最多，运输需求发展潜力较大，可以作为第二备选方案。

表8 各方案运输指标得分Tab.8 Transport indicators score for each scheme

表9 中哈乌(霍尔果斯)与中吉乌通道运量分担表Tab.9 Sharing of freight volume between the two channels of China- Kazakhstan- Uzbekistan (Horgos) and China-Kyrgyzstan-Uzbekistan

表10 不同方案地方运量 万tTab.10 Local volume of the three schemes

表11 不同走向方案货运量汇总表 万tTab.11 Freight traffic summary of the three schemes

表12 不同走向方案客、货运输量Tab.12 Passenger and freight volume of the three schemes

4 结束语

中吉乌铁路作为服务国际战略合作的重要基础设施，铁路建成后的服务范围及其承担的客货运量是评价其建设效果的重要依据。由于不同的线路走向方案所服务的范围、客货流吸引强度不同，因此，科学合理地预测运量可以为线路走向方案的选择提供重要决策依据。因此，结合中吉乌铁路的特点，在建设投资、环境保护等要素具有一定弹性的情况下，对不同方案下的客货运量进行分析预测，为线路走向方案选择提供支撑。但是，国际铁路通道运量预测相对复杂，涉及因素较多，在运用四阶段法进行预测过程中，对改进型Logit模型、双约束重力模型等参数的选取及实例验证等方面，还应根据实际情况进一步深化研究。