基于系统基模的南昆线扩能思考

2022-02-12魏宏涛

铁道运营技术 2022年1期

魏宏涛

（中国铁路南宁局集团有限公司科信部，高级工程师，广西南宁 530029）

1 引言

铁路通过能力是指在一定的机车车辆类型、信号设备和行车组织方法条件下，铁路区段内各种基础设施和固定设备在单位时间内（通常为一昼夜）所能通过或接发的最多列车数或列车对数，一般受线路或区段的区间、车站、机务、供电设备等基础设施和固定设备能力的影响。刘瑜［1］通过对提速、重载运输等措施进行量化分析，研究神朔与朔黄铁路扩能改造方案；伊平非［2］通过对不同运行速度目标值工程投资、经济效益进行分析，研究了集通铁路扩能改造局部线路方案；付建军［3］利用模糊评价的方式，对静态工程投资、能力适应性及内部收益率等进行量化计算，科学评价了集二线扩能改造方案。目前针对铁路扩能改造，大部分学者均采用数学模型进行量化分析研究，本文从系统动力学角度，运用系统基模从系统结构、各要素间相互作用关系及系统发展规律角度出发，对南昆线扩能问题进行研究。

2 南昆线运输现状

南昆线是沟通和连接“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的重要基础设施，是服务西部陆海新通道云南、川西南、黔西地区与北部湾等华南沿海地区的大能力运输主通道和出海通道的重要组成部分。南昆线于1997年11月30日全线开通运营，属国铁Ⅰ级干线铁路，线路全长828千米；2017年12月，南昆线南宁南至百色段增建二线工程开通运营，二线全长209千米。

南昆线南宁南至百色段现行天窗按“5+2”模式安排150分钟V型天窗；图定客车3对，货车36对（摘挂车7对）。非平图能力170.6对，使用能力153.5对，2020年日均实际开行货车34.5对，使用能力利用率22.5%。

南昆线百色至威舍段现行天窗按“5+2”模式安排垂直天窗，其中隧道病害整治安排150分钟，其他施工（维修）安排120分钟；图定客车5对（通勤车1对），货车34对（摘挂车5对）。非平图能力35.5对，使用能力30.2对。2020年日均实际开行货车30对（交口28.5列），使用能力利用率99.3%。

南昆线南宁南至百色段增建二线于2017年底开通后，区段使用能力由原来的38.2对跃升至153.5对，能力得到大幅释放，2020年使用能力利用率22.5%。但百色至威舍段单线能力已成为全线运输瓶颈，2020年使用能力利用率99.3%，受百威段通过能力影响，南百段利用率非常低，增建二线投资效益未能充分发挥。并且百威段由于线路病害整治多、既有供电能力不足，虽然通过采取更换大功率机车、货车提速、百色至永乐段货车连发等有效措施，进一步提高了威舍口交接能力，但仍无法满足昆明局集团公司方向运输需求，装车满足率一直处于较低水平，导致沿线铁路货源严重流失，严重降低铁路货运竞争力。

3 系统基模原理

麻省理工学院的彼得·圣吉教授在《第五项修炼》［4］中提出系统基模分析方法，是一个可以用于了解系统结构和分析系统行为的有效工具，可以为企业提供战略规划和决策。

系统基模原理的核心是运用一组基本的图形符号，直观地描绘影响问题各个因素间的关系，能够深入洞悉复杂系统中的一般行为模式，并且可以展现随着时间推移系统行为产生的变化情况。在一个系统当中，n个不同要素变量的闭合因果链序列为v1（t）→v2（t）→…→vn-1（t）→vn（t）→v1（t），称为系统当中的反馈环。对于该反馈环中任一变量vi（t），在给定时间区间内的任意时刻vi（t）量相对增加，且由它开始经过一个反馈后导致vi（t）量相对再增加，则称这个反馈环为在给定时间区间内的正反馈环，反之则为负反馈环。彼得·圣吉认为正反馈环、负反馈环、时间延迟是系统基模的三个基本组成部分［5］，即“增强环路”、“调节环路”和“时间延滞”，根据反馈环的不同类型、数量和关联方式，形成了不同的系统基模。其中，“成长上限”系统基模（如图1）、“舍本逐末”系统基模（如图2）等是在管理分析中经常运用到的。

图1 “成长上限”系统基模

图2 “舍本逐末”系统基模

“成长上限”基模是增强环路促进系统快速成长，在系统成长过程中会触动一个调节环路开始运作，调节环路会抑制增强环路的成长，从而导致系统成长的减缓、下滑甚至停顿。当系统遭遇“成长上限”时，不是试图推动系统继续成长，而是应该找到限制系统成长的杠杆解，并且想办法去消除它，杠杆解一般都在调节环路中，要改变系统停滞的局面，必须辨认和改变调节环路中的限制因素。

“舍本逐末”基模由两个调节环路构成，很多系统面对的问题根源是隐晦的，或者从根本上解决问题需要付出巨大的代价，往往会采取一些立即见效的解决办法，这些办法只能在短期内改善现状，并不能从根源上解决问题；同时由于对短期症状解的依赖性增强，会逐渐丧失解决问题根本解的思考。在寻找根本解的过程中短时间内运用症状解有一定的必要性，但不能因为压力减缓后满足于现状就停止寻找根本解。

4 南昆线扩能的系统基模分析

4.1 南昆线运量增长“成长上限”系统基模分析

南昆线运量增长“成长上限”系统基模如图3所示。

图3 南昆线运量增长的“成长上限”系统基模

随着南昆线运量的增加，铁路运输收益也随之增加，促进了南昆线货车开行规模的增大，货车开行增多又有利于运量的进一步提升，如此循环发展构成了南昆线运量发展的“正反馈环”。但是南昆线运量增长的趋势无法延续下去，因为随着运量的增加，对南昆线通过能力的要求也不断增加，最终会成为制约南昆线运量增长的限制因素。从图3中右边的“负反馈环”中可以看到，在铁路线路、车站、供电设备等基础设备设施能力等因素的制约下，南昆线通过能力对运量增长的满足程度将会降低。

为了解决这个矛盾，通过系统基模分析我们需要寻找杠杆解，不能无限制地推动“增强环路”，应该要削弱限制因素的影响，即提升南昆线通过能力。

南昆线自1997年建成后，线路、隧道病害多，每年需安排大量时间进行换砟、换枕、换岔、病害整治等大修施工，由于病害造成线路长期限速，运输能力得不到有效保障；南昆线百威段为单线电气化铁路，随着用电量增加、设备老化，牵引供电系统不堪重荷，设备跳闸次数增多，影响运输生产正常秩序。南宁局集团公司通过采取更换HXD型大功率机车提升牵引定数、货车提速90km/h压缩列车旅时、百色至永乐段货车连发压缩追踪间隔等措施，不断提升南昆线通过能力，但仍无法满足南昆线运量快速增长的需求，需要对南昆线百威段进行线路扩能改造，从根本上提升线路通过能力。

4.2 南昆线扩能的“舍本逐末”系统基模分析

利用既有线分流的南昆线扩能“舍本逐末”系统基模如图4所示，两个环路均为调整南昆线运能不足问题的“调节环路”。针对南昆线通过能力不足局面，对于南宁以远与昆明以远、红果以远间交流的部分货运量可采取利用既有湘桂、黔桂、沪昆线绕行分流的措施解决，一定程度上能够缓解南昆线能力无法满足运量增长需求的紧张局面。作为症状解，这种阶段性分流措施可能会取得立竿见影的效果，但是却没有解决南昆线通过能力不足的根本局面，长此以往，对于分流措施的依赖还会进一步增强，对彻底解决南昆线通过能力不足问题的思考能力进一步弱化，甚至丧失，就会出现恶性循环。同时，过度利用既有线进行分流，对湘桂、黔桂线的通过能力将会产生影响，导致湘桂、黔桂线无法满足本线运量的增长需求。

图4 利用既有线分流的南昆线扩能“舍本逐末”系统基模

新建线路分流的南昆线扩能“舍本逐末”系统基模如图5所示。针对南昆线通过能力不足局面，通过新建路网规划的云桂沿边铁路，承担云南中北部、四川攀西地区与广西百色以远、广东、海南及福建等地之间交流的通过货运量；新建黄桶至百色铁路，承担贵州六盘水地区与广西百色以远、广东、海南及福建等地之间交流的通过货运量，也能够缓解南昆线能力紧张的局面，但是仍然没有解决南昆线通过能力不足的根本问题。同时，受制于云桂沿边、黄百铁路的单线设计规模，能够承担的分流运量有限，如果过分依赖新建铁路分流，待云桂沿边、黄百铁路能力饱和后，既有南昆线通过能力不足的局面将进一步恶化。

图5 新建线路分流的南昆线扩能“舍本逐末”系统基模

从系统和动态的角度分析，南昆线增建二线是解决问题的长期有效的方法，利用既有线分流、新建线路分流作为“症状解”很有诱惑力，改善能力紧张局面的效果也很明显，但是问题症状的缓解会削弱我们寻找根本解决方法的动力，对根本解产生副作用，不利于铁路运输的长远发展。为了有效应对“舍本逐末”模式，只有从整体和系统的角度出发，摒弃“症状解”、寻求“根本解”，将南昆线百威段按增建二线进行扩能改造，才能切实提升铁路运输的市场竞争力。