铁路交通行业可持续发展能力评价及演化规律研究

2021-01-09闫志刚王雪丽秦伟赵玉成

铁道科学与工程学报 2020年12期

闫志刚，王雪丽，秦伟，赵玉成

闫志刚1, 2，王雪丽1，秦伟1，赵玉成3

(1.石家庄铁路职业技术学院，河北石家庄 050061；2.河北省绿色智能工程技术中心，河北石家庄 050018；3. 石家庄铁道大学，河北石家庄 050014)

提升铁路交通行业可持续发展能力是实现我国交通现代化建设的重要保障。以可持续发展理论为基础，基于行业规模、经济需求、资源制约等发展要素，设计铁路交通行业可持续发展能力综合评价指标体系。通过构建定量评价模型、均衡发展系数与障碍度演化分析模型，分析我国铁路交通行业发展状态及其演化规律，识别出制约行业发展的主要因素。研究结果表明：2005～2018年间我国铁路交通行业可持续发展能力保持着逐年稳步上升的发展态势，行业指标均衡性随着行业发展周期呈现波动变化发展态势。依托铁路客运资源与行业优质资产对接城镇化进程，探索公交导向土地开发模式，提升行业盈利能力，依托铁路货运积极服务于国家多式联运发展战略，加大标准化系统集成的研发工作，充分发挥行业主导地位，是实现铁路交通行业可持续发展的重要保障。

铁路交通；可持续发展；突变级数法；障碍度模型

铁路交通行业构成我国经济社会发展的重要支撑和强力保障，提升行业可持续发展能力对于我国交通现代化建设目标意义重大。李连成[1]结合高速铁路发展对于城镇化推动作用，分析了我国高速铁路可持续发展所面临的问题；白慧明[2]分析了我国铁路建设特征以及对国民经济发展的推动作用，探讨了铁路建设可持续发展问题；谢敏[3]基于我国经济社会发展对高铁多样化的运输需求，探讨了我国高速铁路的可持续发展机制；荣朝和[4]分析了事权在铁路事业发展中的重要作用，研究了铁路事权关系对铁路事业可持续发展的意义；杨正泽等[5]基于城镇化对高速铁路发展的需求，审视了铁路交通行业可持续发展与新型城镇化的相互关系；郑健[6]立足于京津冀区域协同发展需要，探讨了我国大型城市规划实施和轨道交通行业可持续发展之间的关系；董龙云等[7]针对交通物流基础设施建设可持续发展问题，构建了多层次灰色综合评价模型；张诚等[8]分析了我国铁路货运向现代物流转型的动力，提出了提升铁路货运可持续发展能力的举措。综上所述，国内研究主要集中于可持续发展理念对行业发展的推动作用以及城镇化等发展目标与铁路行业可持续发展能力的相互关系。随着我国资源环境约束日益加剧，综合考虑经济需求、资源制约、行业发展等因素，针对我国铁路交通行业可持续发展能力及其制约要素的相关研究较少。因此，本文基于经济需求、资源制约与铁路行业发展的协同关系，依据行业发展状况，结合行业规模、土地利用、能耗水平等要素，构建了铁路交通行业可持续发展综合评价指标体系，并设计了定量评价模型、均衡发展系数与障碍度演化分析模型，结合2005～2018年数据，分析了我国铁路交通行业发展状态及演化规律，识别了制约行业发展的要素，探讨了提升我国铁路交通行业可持续发展能力的方法路径。

1 研究方法

统筹行业发展所需相关要素，结合行业发展趋势与目标，构建了铁路交通行业可持续发展评价指标体系，依据2005～2018年行业数据，应用熵权法确定指标权重；在此基础上，依据突变级数法设计了可持续发展能力定量评价模型，实现对行业各年度总体状态的量化分析，同时通过对各年度指标数据的离散性分析，形成行业年度均衡发展系数；通过构建障碍度演化分析模型，对行业可持续发展障碍因子进行辨识，同时分析了各因子基于时间历程的演化规律，得到各因子时间演化系数。本研究基于行业发展的“年度状态”与“时间序列”2个维度实现对铁路交通行业可持续发展能力的解构分析，并结合趋势线分析等方法对研究结果进行了深入解读，研究方法客观性较好，通用性较强。

1.1 定量评价模型

1.1.1 熵权法

熵权法是基于信息熵确定指标权重的方法。信息熵是对信息有效性的度量，指标信息熵值越小，则效用值越高，在系统发展中作用越强，因此赋予较高权重。对于个样本、个指标的体系，计算步骤如下[9]：

1) 对指标数据z标准化处理，得到指标标准值x(0≤≤，0≤≤)；

2) 求解指标熵值e

3) 求解指标效用值d

4) 确定指标权重w

5) 利用熵的可加性，对下层指标效用值d求和，得到上层指标效用值D，并求解其权重：

1.1.2 突变级数法

突变级数法是一种对评价目标进行多层次分解并实现定量评价的数学方法，理论基础是突变理论中的系统势函数=(,)。势函数=(,)是由反映系统行为的状态变量{x}和影响系统行为的控制变量{u}构成，联合求解()=0和Δ()= det()=0得到系统的分歧点集方程，当满足该方程时，系统状态发生突变[10−11]。突变级数法常用公式如表1所示。

表1 突变级数法相关公式

利用突变级数法进行评价的步骤如下：

1) 构建具有层次结构的评价指标体系，并进行指标排序。由于控制变量不超过4个，所以由上层指标分解到下层子指标的数量也不应超过4个。指标过多时，可采用统计学方法降维处理。突变级数法没有提供指标排序方法，本文利用熵权法求解指标权重w，进而实现对其排序[12]。

2) 根据子指标(即控制变量)的数量确定该系统所属突变类型，例如某一指标分解的子指标数量为4，则该系统为蝴蝶型突变。

1.2 均衡发展系数

对各年度指标数据求解变异系数，作为行业均衡发展系数。变异系数反映了数据离散程度，可用来衡量年度各项指标发展的相对均衡性，其值越大，表明指标间的离散性越强，发展均衡性越弱。

式中：C，M和M分别为均衡发展系数、数据标准差、平均值。

1.3 障碍度演化分析模型

障碍度分析是一种基于指标偏离度识别制约事物发展要素的数学方法。该方法通过对诊断目标进行多层次分析，形成诊断指标体系，并通过求解各层次指标的障碍度，识别制约事物发展的障碍因子[13]。

式中：M，P和R分别为第项指标的障碍度、贡献度、偏离度。结合熵权法，可取P=w，R=d，根据M大小排序即可确定障碍因子的主次关系[14]。针对各因子对应指标的历年数据应用变异系数分析，识别各因子基于时间历程的演化规律，可以得到障碍因子的时间演化系数，计算公式同公式(5)。

2 指标与数据

2.1 评价指标体系

实现铁路交通行业可持续发展，即是通过合理配置土地资源、有效降低能源消耗等，实现行业提升与社会进步相互协同的健康发展格局，更好服务于国家现代化进程[15]。因此，本文围绕行业发展水平、服务能力、资源需求、生态保护等，构建了铁路交通行业可持续发展综合评价指标体系，见表2。

表2 铁路交通行业可持续发展能力综合评价指标体系

*路网系数：考虑到铁路发展与人口、GDP的密切关系，设计“路网系数”作为衡量铁路交通行业发展规模与经济社会发展水平适配程度的指标，其计算公式为“营业里程/(人口•GDP)1/2”。

2.2 数据来源与处理

研究数据来源于《中国统计年鉴》《铁道统计公报》等资料，选取了2005～2018年度相关数据。为消除量纲和数量级的影响，需对原始数据进行标准化处理。根据指标特性将其分为正向、负向和固定型指标。正向指标即数值越大越有利，负向指标则相反，固定型指标是指与某一理想值*越接近越有利的指标类型，3类指标标准化公式如下：

数据标准化后，依据熵权法求解各层级指标权重，应用突变级数法，从3级指标开始，利用归一化公式逐级完成评价，并求解各年度均衡发展系数，进行对比分析；依据障碍度演化分析模型，识别制约行业可持续发展的主要障碍因子及其时间演化系数，对其演化规律形成认知。

3 结果与讨论

3.1 铁路交通行业可持续发展综合评价分析

2005～2018年我国铁路交通行业可持续发展综合评价值及各年度均衡发展系数见表3。

对历年评价值进行趋势线分析，如图1所示。

综合评价值作为行业年度可持续发展能力的量化，其拟合趋势线是对这一量值在时间序列发展状态的刻画，我国铁路交通行业可持续发展能力基本上保持着逐年稳步上升的发展态势，并且进入了平稳发展期。均衡发展系数反映了行业年度各项指标发展的相对均衡性，铁路交通行业发展均衡性基本上以2008年与2014年为界，呈现出“弱化−加强−弱化”的波动发展态势。2003年原铁道部跨越式发展路线的提出以及2004年《中长期铁路网规划》的颁布，行业从技术到规模均进入快速发展期，并保持了较好的持续性；2008年我国高铁技术取得重要成果，形成了时速350 km高速铁路技术标准体系，并成功运用于客运专线建设，高铁技术和产品逐渐输入到全球市场中，2014年我国颁布了《高速铁路设计规范》等55项铁路技术标准，主持了10项国际铁路联盟、9项国际电工委员会铁路国际标准的制定工作，成为国际高铁行业标准制定的重要参与者[16]；2015年我国形成以高铁为核心的快速客运网，“四纵四横”高铁网络主骨架基本竣工，进入普铁、高铁和城际铁路相互结合的布局，同时随着经济进入新常态，在技术水准大幅提高、产业规模不断扩大、市场环境日趋复杂等因素影响下，行业进入相对复杂的发展期，形成行业发展能力与行业指标的不均衡性同步上升的态势。由此可见，行业的快速发展或新技术的规模化应用在一定程度上会影响到行业发展指标的均衡同步提升，随着产业结构的优化以及新技术潜力的释放，行业发展指标间的不均衡会趋于改善。因此，行业发展均衡性变化周期也是行业“技术更新应用到技术改进吸收、建设规模快速提升到运营布局优化完善”的发展周期。

3.2 铁路交通行业可持续发展障碍因子诊断

通过障碍度分析模型求解3级指标障碍度及时间演化系数，并依据障碍度大小进行排序，见图2。

表3 我国铁路交通行业可持续发展能力综合评价值与均衡发展系数

图1 我国铁路交通行业可持续发展能力年度综合评测

图2 我国铁路交通行业可持续发展障碍因子及时间演化系数分析

由指标障碍度分布状态可知，对于行业发展，大多数指标障碍度较低，不构成主要障碍因素。指标体系的障碍度与时间演化系数基本上保持着同向变化，趋势线均为指数分布，表明指标体系整体呈现稳定的持续发展态势，制约行业发展的主要指标呈现出明显的高障碍度值，同时也具有较高的变化率，表明我国铁路交通行业现代化建设事业总体上呈现出合理的发展态势，但也存在主要的发展制约要素。基于以上分析，选取了障碍度值居于前6位的因子作为制约行业发展的主要因素，见表4。

表4 铁路交通行业可持续发展主要制约因素

主要制约因素的障碍度值合计为0.640，解释度较好，建设资金、货运、电气化率构成当前铁路交通行业可持续发展亟需关注的方面，也是体现了行业发展的深层次矛盾。铁路行业主要包括铁路建设和铁路运营两方面。从铁路建设来看，我国铁路建设资金由权益性资金(占比35%)与债务性资金(占比65%)组成，近年来我国铁路建设投资持续高位运行，2014年以来连续5年固定资产投资超过8 000亿，其中高铁建设投资占比70%左右，以负债为主的融资模式形成了较高的债务规模，同时，高铁线路整体盈利能力较弱，尚未形成稳定投资回报，铁路发展承担着巨大压力[17−18]；从铁路运营来看，近年来我国铁路货运占比明显下降，全社会的货运量和货物周转量中铁路占比仅在8%与14%左右，远低于发达国家(占比14%)及2003年水平(占比32%)，铁路货运比较优势没有有效发挥。由此可见，铁路客运与铁路货运在资金投入、服务能力、市场规模等方面的发展不均衡构成影响行业可持续发展的主要因素。

3.3 讨论

近年来，我国铁路交通行业发展取得显著成就，但也存在行业发展不均衡以及可持续发展能力不足的问题。一方面，我国城镇化进程的快速发展以及高铁技术的规模化应用，有力带动了铁路客运市场规模的提升，同时也带来了投资压力大、高负债率等问题，影响了行业平稳发展；另一方面，铁路货运滞后于经济发展要求，其比较优势没有充分发挥，成为影响交通行业整体水平提升的制约要素。目前，我国高速铁路与重载铁路等技术均达到世界领先水平，铁路行业已具备一定规模，实现技术优势与产业规模有效融合以解决行业发展不均衡问题，并根据客运与货运所面对的不同市场主体，积极拓展铁路相关多元业务，增强盈利能力与拓宽融资渠道，综合提升行业可持续发展能力。

3.3.1 与城镇化发展进程相结合，保障铁路客运能力稳步发展的同时，提升行业盈利能力

改革之初，铁路客运在我国居于主导地位，客运量与旅客周转量分别占据市场份额的1/3与60%，上世纪90年代以后市场份额持续下降，2008年达到历史最低值7.0%。2008年随着我国进入高铁时代，铁路客运发生质的飞跃，2018年高铁里程达到2.9万km以上，客运量与旅客周转量也提高到18.8%和41.3%。高铁有力提升了铁路客运在经济社会中的重要地位，极大提高了资源配置的效率，深刻影响了社会生产生活方式，推动了我国交通现代化进程[1]。我国铁路交通事业发展的直接效用是满足人民出行需要，最终目的则在于通过改变时空关系促进区域经济与社会发展，推动沿线城镇建设，因此，铁路交通行业发展并不应局限于满足旅客与货物的空间位移功能诉求，而是有着更为丰富的内涵，应与我国城镇化进程紧密结合，以铁路交通行业优质资产对接新型城镇化的要求。目前我国快速城镇化进程与土地资源不足的矛盾突出，而铁路交通行业在面临发展资金紧缺的同时，又有大量用地仅局限于铁路运输生产，造成资源的浪费与闲置，应借鉴国外成熟的公交导向土地开发模式(TOD模式)，探索我国铁路土地综合利用相关工作，对于化解债务压力、实现行业持续发展具有重要意义。同时，我国当前快速城镇化阶段也是TOD开发模式发挥作用的最佳时机，高效开发利用车站及线路的用地资源，可实现提升行业盈利能力与促进国家新型城镇化发展的双赢局面[19−21]。

3.3.2 以多式联运为契机，加强先进技术应用，提升货物服务能力与水平

与铁路客运快速发展形成对比的是，铁路货运市场占比持续低迷，公路货运居于绝对强势地位[22]，导致了我国运输市场呈现结构性失衡。我国铁路货运改革滞后于经济发展要求，其在大宗物资、中长途距离运输上的优势未能有效发挥。多式联运作为一种高效集约的运输方式，是我国推进运输结构调整、实现交通强国战略的重要支撑，同时也为铁路货运发展提供了重要历史机遇期。我国多式联运尚处于起步阶段，货运量仅占社会货运总量3%左右，发挥铁路货运的技术优势以加强多式联运的经济支撑能力，还有许多问题有待解决。首先，多式联运发展标准体系还不完善，需通过顶层设计，制定符合我国国情标准和规范体系，以系统性创新引导运输机制的深层次变革；同时，多式联运相关装备研发及基础设施建设等还不充分，各运输方式间连通性有待改善。铁路参与多式联运的成熟度决定着联运发展的实际水平[23−24]。对于我国铁路货运，应以多式联运发展战略为契机，发挥行业主导作用，加大标准化系统集成的研发工作，设计适用于多式联运的装备体系、信息技术、运输组织与调度系统等，实现不同运输方式在多式联运业务中的高效联结，促进我国物流组织和运输结构在更高层级上的优化与变革。

4 结论

1) 提升行业可持续发展能力是是实现我国铁路交通现代化建设的重要保障。研究发现，2005～2018年间我国铁路交通行业可持续发展能力总体上保持着逐年稳步上升的发展趋势，并且进入了平稳发展期，行业指标均衡性随着行业发展周期呈现“弱化−加强−弱化”的波动发展态势；制约行业发展的主要指标因素呈现出明显的高障碍度值，同时也具有较高的变化率，建设资金、货运、电气化率构成了影响我国当前铁路交通行业可持续发展的主要障碍因子。

2) 我国铁路交通行业发展不均衡性主要表现为客运与货运发展的不平衡。依托铁路客运市场，充分把握城镇化发展契机，保障运输能力稳步提升的同时，以市场需求为导向，激活铁路优质资产，提高综合服务能力，提升行业盈利能力；加大铁路货运市场化改革力度，积极服务于多式联运发展战略，充分发挥行业主导地位，加大标准化系统集成的研发工作，提升货运效率与服务能力。

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Evaluation and evolution law of sustainable railway transport development

YAN Zhigang1, 2, WANG Xueli1, QIN Wei1, ZHAO Yucheng3

(1. Shijiazhuang Institute of Railway Technology, Shijiazhuang 050061, China;2. Hebei Green Intelligent Engineering Technology Center, Shijiazhuang 050018, China;3. Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050014, China)

For China’s transportation modernization, the sustainable development ability of railway transportation is very important. Based on industry scale, economic demand, resource constraints and other development factors, the comprehensive evaluation index system of sustainable railway transportation development capacity is designed. On this basis, quantitative evaluation model, balanced development coefficient and obstacle degree evolution analysis model were constructed. Based on the data from 2005 to 2018, the development status, evolution rules and constraints of China’s railway transportation industry were analyzed. It was found that the sustainable development capacity of China’s railway transportation has maintained a steady growth from 2005 to 2018. The equilibrium of industry indicators fluctuates with the development cycle of the industry. The improvement of profitability can be achieved through the development of TOD mode relying on railway passenger transport. And with the help of national intermodal transport development strategy, railway freight capacity can be improved. With the balanced development, the sustainable development capacity of railway transportation can be improved.

railway transportation; sustainable development; catastrophe progression method; obstacle degree model