呼包鄂地区快速铁路建设时序研究

逯红兵

(1.轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院)； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

1 概述

呼和浩特、包头和鄂尔多斯三市位于内蒙古中西部、全国“两横三纵”城镇化战略格局包昆纵轴的北端，是国家呼包银榆经济区的重要组成部分、国家能源矿产资源富集区和自治区经济发展的核心区[1]。呼包鄂地区现状内部及对外铁路快速客运系统基础薄弱，结合相关上位规划，区域内存在建设城际铁路及高速铁路的需求，需要对呼包鄂各段新建铁路的功能定位一并予以明确。此外，为避免“新基建”形势下产生过快超前建设、过度投资、产能过剩等方面风险[2]，结合呼包鄂地区发展实际，在充分发挥已运营铁路投产效益的基础上，研究新建铁路的建设时序。

目前，国内外学者对铁路建设时序的研究正在兴起。马海龙等[3]从城市关联度、城镇化水平、客流规模、经济效益4个角度出发，利用定性与定量的方法对河南省城际铁路的建设时序进行分析。冯芬玲等[4]考虑新建线路的碳排放、投资回报率及对铁路网的作用，建立铁路线路建设时序决策模型。张起源[5]以路网主、辅骨架和节点重要度为基础，研究了内蒙古自治区规划铁路的建设时序。黄成[6]将城际铁路建设时序定义为多属性决策问题，提出了基于“灰色关联度-理想解法”的城际铁路建设时序决策模型。李广路[7]从结构适应性、经济适应性、需求适应性三方面着手，构建多目标规划模型，研究城际铁路建设时序。钟绍林等[8]指出城际铁路建设应考虑该区域的建设水平、居民出行需求及建设资金条件。王贵平等[9]采用聚类分析法，总结提出影响高速铁路建设时机的定量指标，并将其应用于长江经济带高速铁路建设时机研究。蒋中铭[10]对我国城际主通道进行实例分析，提出至2030年大部分城际主通道可利用高速铁路或既有铁路承担，但部分发达地区确有城际铁路建设需求。徐逸飞等[11]从经济社会效益视角出发，探索城际铁路的最佳建设时机。在城市轨道交通建设领域，郭延永等[12-13]运用TOPSIS模型和累计前景理论，研究城市轨道交通建设时序确定方法；Luo等[14]运用模糊数学理论，提出了基于加权灰色关联度的城市轨道交通建设时序方法；戢小辉等[15]为确定轨道交通线路的建设时序，提出一种基于TOPSIS理念的改进决策算法。

本文针对呼包鄂地区存在新建城际/高速铁路的需求，首先对呼包鄂各段的功能定位进行分析明确，在功能定位明确的基础上，分析维持既有铁路现状能力适应性，并分析了既有铁路提速改造方案的可行性，在既有铁路不能适应的前提下，从客运需求、运输能力、运输质量等方面综合考虑提出呼包鄂间各新建铁路的建设时机。

2 呼包鄂地区铁路现状及规划

2.1 区域路网现状

呼包鄂地区包鄂间既有包西线为以货为主、兼顾客运，客流密度约200万人/年，包神线为神华集团自管线路；呼包间既有京包线为以货为主、保留1对普客，京包客专承担通道及城际客运，客流密度约1 000万人/年；呼鄂间既有呼鄂线以货为主、开行少量客车，客流密度约100万人/年。区域对外向东既有呼张、京张高铁，向南向西暂无高速铁路，由既有包西、包兰铁路承担客运功能。区域路网现状示意如图1所示。总体分析，区域内货运系统发达，快速客运系统相对薄弱，主要存在铁路技术标准偏低、对外高铁通道有待进一步完善、城际铁路暂未建成等问题，无法满足旅客快速、便捷的出行需求。

2.2 区域路网相关规划

《内蒙古呼包鄂地区城际铁路规划》[16](2012-2035年)提出：呼包鄂地区规划建设包鄂城际铁路、呼包城际铁路及呼鄂城际铁路，形成区域内安全、快速、便捷、高效的城际轨道交通网络。

《中长期铁路网规划》[17](2016-2030年)提出：构筑“八纵八横”高速铁路主通道，包头—鄂尔多斯间新建铁路承担包海通道功能，呼和浩特—包头间利用既有京包客专承担京兰通道功能。

图1 呼包鄂地区现状区域路网示意

《呼包鄂榆城市群发展规划》[18](2018年)提出：提升城市群内部联通水平，优化干线铁路、城际铁路和专支线铁路网络；畅通对外陆路交通通道，有序推进京包、包银、包西等铁路建设。

根据以上规划，未来包鄂间存在新建包鄂城际铁路/高铁的需求，呼包间存在新建呼包城际/高铁的需求，呼鄂间存在新建呼鄂城际铁路的需求。新建铁路研究年度超出相关规划的规划期。区域路网规划示意如图2所示。

图2 呼包鄂区域路网规划示意

3 呼包鄂各段功能定位

3.1 客流主通道分析

区域内分布呼和浩特、包头、鄂尔多斯3个主要城市，从城市规模、经济首位度、人口数量、客流吸引能力等分析，相关线路应首先考虑与内蒙古自治区首府呼和浩特连通，然后再考虑其他节点城市。针对呼和浩特至鄂尔多斯存在经包头、经准格尔两条径路，径路对比详见表1，从路网规划布局、吸引经济据点和客流、城市群空间发展格局等方面综合考虑，呼和浩特至鄂尔多斯客流主通道选择为呼和浩特-包头-鄂尔多斯，如图3所示。

表1 呼和浩特至鄂尔多斯径路选择对比

图3 呼包鄂地区客流主通道

3.2 货流主通道分析

区域内铁路货运格局相对明确，京包线及张集线构成东西向货物交流主要通道，包西线主要承担鄂尔多斯、榆林以及延安和渭北地区的煤炭外运任务，呼鄂铁路主要承担沿线及部分东乌铁路、南部铁路、沿河铁路的煤炭集运任务。

3.3 各新建线功能定位及与既有线分工

包鄂段：包鄂段为包海通道北端起点，通道功能较城际功能更为紧迫和显著，应新建高铁满足通道快速客运需求。新建包鄂高铁承担包海通道功能，兼顾呼包鄂榆城市群城际铁路功能。包鄂高铁建成后，既有包西铁路主要承担货运，兼顾少量普速客车。

呼包段：呼包段既有京包客专速度目标值200 km/h，未来京兰、包海通道形成后，该段将成为瓶颈段落，宜适时建设呼包高铁，置换出京包客专的高铁通道功能。故考虑新建呼包高铁作为京兰通道重要补强工程，主要承担京兰通道及呼和浩特经包头南下通道客流，兼顾沿线城际铁路功能。呼包高铁建成后，京包客专主要承担呼包鄂榆城市群城际铁路功能，兼顾少量轻快货运。京包线主要承担通道内货运。

呼鄂段：呼鄂段既有呼鄂铁路为以货为主的客货共线铁路，为方便呼鄂沿线城际客流出行，提高城际客运质量，宜适时新建呼鄂城际铁路。新建呼鄂城际铁路主要承担呼和浩特至鄂尔多斯的城际铁路功能，兼顾少量中长途跨线列车。呼鄂城际铁路建成后，既有呼鄂铁路主要承担货运功能，兼顾部分客运。

4 建设时序分析

4.1 既有铁路能力适应性分析

首先对研究年度呼包鄂城市群既有铁路维持现状标准及规模，分析其研究年度能力适应性，详见表2。

表2 研究年度各线运输能力适应性分析 对/d

由表2可知，若维持既有标准及规模，包鄂间包西线初期能力不足；呼包间四线满足初期能力要求，近、远期能力不足；呼鄂间双线规模满足能力要求，但远期能力饱和。

4.2 既有铁路提速改造适应性分析

(1)包头至鄂尔多斯段

既有包西铁路包鄂段设计速度为160 km/h预留200 km/h，考虑将包西铁路提速改造至200 km/h，开行动车组列车，形成快速客运通道，并兼顾普速客车及货物列车运行。该方案包西铁路运行动车组、普客、煤炭万吨及其他货物列车，列车种类多、客货速差大，线路能力初期即不足；客货列车运营干扰大、运输组织复杂，且万吨煤炭列车对轨道磨耗大[19]、动车组列车对线路平顺性要求高[20]，线路养护维修费用高[21]，不能满足通道内350 km/h动车组开行；运输质量较现状提高有限，且为保障动车组列车开行，会降低普客及货车运输质量。因此，包鄂段利用既有包西线提速改造不可行，应新建双线承担高铁通道功能。

(2)呼和浩特至包头段

呼包段既有京包客专和京包线两条铁路，京包客专最高运行速度200 km/h，既有京包线承担通道全部货运。考虑京包线有一定的能力富余，呼包段衔接的包银、呼张高铁速度目标值均为250 km/h，对京包客专提速改造至250 km/h，与相关高铁速度标准一致，通过缩短追踪间隔，也可提高京包客专能力。经研究，京包客专提速250 km/h后，初、近期能力满足需求，远期呼包段能力饱和，详见表3。该方案与区域规划和功能定位不符，改造工程量大、对既有铁路运营干扰大，且运输质量提高有限、仅节省8 min，包海通道贯通后350 km/h动车至呼和浩特需降速运行，且远期以后仍需扩能。因此，利用既有京包客专提速250 km/h予以舍弃。

表3 研究年度呼包段运输能力适应性分析 对/d

(3)呼和浩特至鄂尔多斯段

呼鄂段既有呼鄂铁路，设计速度160 km/h，现状以承担货运为主、开行万吨煤炭列车，兼顾沿线客运。考虑呼鄂铁路同时承担客货运、开行万吨货物列车，若对其提速改造至200 km/h，运行时分仍需约2 h，节时有限。由于客货列车速差进一步增大，将加剧远期运输能力紧张局面，提速改造适应期短，未从本质上解决呼鄂沿线的城际客流出行问题。随着呼包鄂榆城市群发展，沿线地区城际客流需求日益旺盛，对呼鄂间城际运输质量存在更高要求，因此，利用既有呼鄂线提速改造方案暂不考虑。

4.3 新建铁路建设时序分析

(1)包头至鄂尔多斯段

包鄂段若利用包西铁路承担快速客运功能，初期能力即不足。从与相关线路构筑高标准、高质量包海通道，提高通道运输质量角度，建议包鄂段初期新建包鄂高铁，承担通道内所有动车组列车。

(2)呼和浩特至包头段

呼包段若维持铁路现状规模和标准，近期能力不足。从充分发挥已建成铁路投产效益考虑，初期推荐利用呼包间既有线。考虑到呼和浩特至包头间客运需求大，为缓解通道能力紧张局面、方便包海通道和京兰通道旅客列车开行，并考虑包海高铁与京兰高铁工程衔接的合理性，建议呼包段近期新建呼包高铁，主要承担京兰通道内长途客流及呼和浩特南下至西安及以远客流。

(3)呼和浩特至鄂尔多斯段

呼鄂间一定时期内可利用既有呼鄂线能力富余开行动车组列车，满足城际客流的出行。随着呼包鄂榆城市群的发展，呼鄂沿线地区城际客流需求日益旺盛，煤炭货运需求也将进一步增长，从满足呼鄂间城际客运需求、充分发挥呼鄂铁路货运能力角度，建议呼鄂段远期新建呼鄂城际铁路。考虑到呼和浩特市盛乐机场已由国家发改委批复可研，具有较强的客流吸引能力，为满足呼和浩特市区至新机场客运需求，建议初期修建呼和浩特东至盛乐机场段。

综合分析，从满足运输能力、便于运输组织、提高运输质量等角度分析，呼包鄂地区新建包鄂高铁、呼包高铁及呼鄂城际铁路的建设时序为：包鄂高铁应在初期2030年之前建成，呼包高铁应在近期2035年之前建成，呼鄂城际铁路应在远期2045年之前建成，其中呼和浩特东至盛乐机场段暂按初期实施。各新建线建设时序如图4所示。

图4 呼包鄂地区新建铁路建设时序

5 结论

针对呼包鄂地区存在新建铁路承担城际及通道功能的需求，首先对区域内客货流主通道进行分析，明确各新建铁路的功能定位；为充分发挥既有线效益、避免超前建设，分析了维持既有线现状、既有线提速改造的适应性；在既有线不能适应的前提下，提出新建铁路的建设时序。主要研究结论如下。

(1)研究年度包头—鄂尔多斯间应新建包鄂高铁，兼顾城际功能；呼和浩特—包头间应新建呼包高铁，置换出既有京包客专的通道功能；呼和浩特—鄂尔多斯间应新建呼鄂城际铁路，满足沿线城际客运需求。

(2)包鄂间利用既有包西线初期即不满足需求；呼包间利用既有京包线、京包客专，初期可适应客货需求，近、远期与规划定位不符；呼鄂间利用呼鄂线可适应至近期，远期不满足客货需求。

(3)从运输能力、运输质量、运输组织等方面分析，新建线推荐的建设时序为初期(2030年)前包鄂高铁及呼鄂城际铁路呼东至盛乐机场段建成，近期(2035年)前呼包高铁建成，远期(2045年)前呼鄂城际铁路建成。