湘桂铁路衡阳至柳州段扩能改造方案研究

刘杰伦

（中国铁路总公司 发展和改革部，北京 100844）

湘桂铁路 (衡阳—南宁) 既是一条通往东南亚的陆路动脉，又是一条旅游专线，连接着湖南省、广西壮族自治区，始建于 20 世纪 30 年代，线路标准低、速度慢、运输能力小。随着湖南、广西等省区经济的迅速发展，以及我国与东南亚地区经济贸易的迅速扩大，湘桂铁路运输量快速增长，既有湘桂铁路能力利用率接近 100%，已经不能满足地区经济发展和旅客出行的需要。新建的湘桂铁路 (以下称“湘桂客运专线”) 桂林至柳州段按速度 250 km/h 标准建设，建成后，旅客列车行车速度达到 250 km/h，只承担旅客列车运营。既有湘桂铁路承担通道全部货运量和少量旅客列车。湘桂铁路柳州至南宁段在 2002 年已经完成了双线改造，南宁至凭祥段运量不是很大，而衡阳至柳州段作为湖南、广西的重要通道，以及防城港、北海等港口连通内陆的主要通道，运量增长迅速，已经不能满足近远期的运输需求。因此，研究既有湘桂铁路的扩能改造方案，对满足当前及长远的客货运输需求，完善湖南、广西地区铁路路网布局，促进经济社会发展具有较强的现实意义和长远意义[1-3]。

1 湘桂铁路衡阳至柳州段运量预测与能力适应性分析

1.1 湘桂铁路衡阳至柳州段运量预测

（1）基于湖南和广西两省区 GDP 的运量预测。改革开放以来，湖南和广西两省区经济发展很快，地区 GDP 总量不断增长，到 2015 年，湖南省GDP 总量已经突破 2.9 万亿元大关，广西 GDP 总量接近 1.7 万亿元。随着我国经济的发展，湘桂铁路运量近年来取得快速增长。通过对两省区 GDP 和湘桂铁路运量数据分析，两省区 GDP 与湘桂铁路货运量的相关系数达 0.954。对湘桂铁路货物总运量与两省区 GDP 进行回归分析，湘桂铁路货物运输量与湖南和广西两省区 GDP 的线性关系可以描述为

式中：P1为湘桂铁路上、下行货运总量，万 t；G1为湖南省 GDP 总量，亿元；G2为广西省 GDP 总量，亿元。

（2）考虑经济结构影响的运量预测。货物运输量不仅与经济发展总量有关，而且与国民经济结构、国家产业导向有关，从交通运输来看，国民经济结构和产业比重的变化主要体现在单位 GDP 的运输量上[4-6]。据广东省统计资料测算，2005 年广东省全省货物运输强度每万元 GDP 为 9.7 t，而经济发达的珠三角地区同期的货物运输强度每万元 GDP为 4.8 t。可见，随着经济发展，GDP 总量不断增加，但货物运输量并不同比例上升，单位 GDP 的运输量会逐步下降。这主要是由于随着技术的进步、产品附加值的提高和第三产业比重的增大，第一、第二产业在国民经济中的比重逐渐下降，轻快货物的运输量逐渐上升造成的。从全国铁路运输的情况来看，近年来单位 GDP 产生的铁路货物发送量也呈逐年下降趋势，2002 年每万元 GDP 为1.99 t，2008 年每万元 GDP 下降到 1.1 t，2015 年每万元 GDP 为 0.5 t。综合考虑 GDP 总量与单位 GDP运量的影响，采用全路平均单位 GDP 铁路运量和湖南、广西两省区 GDP 总量的乘积，对湘桂铁路货运量进行回归分析。湘桂铁路货物运输量与湖南、广西两省区 GDP 总量及单位 GDP 铁路运输量的线性关系可以描述为

式中：Q1为湘桂铁路上、下行货运总量，万 t；K为平均单位 GDP 的铁路运量，t/亿元。

1.2 湘桂铁路通过能力适应性分析

通过与铁道设计单位调查、分析的运量进行比较，由于公式 ⑴ 没有考虑到随着经济发展产业结构发生变化，因而运量预测偏大；而公式 ⑵ 既考虑了经济总量的影响，又考虑了经济结构变化的影响，对湘桂铁路货运量的预测更切合实际。因此，按公式 ⑵ 计算得出 2020 年、2030 年湘桂铁路上、下行货运总量分别为 4 548 万 t、6 241 万 t。根据运量预测，按照湘桂客运专线运行绝大部分旅客列车，既有线承担全部货运量和少量旅客列车，并维持既有牵引质量为 2 700 t 标准的情况下，湘桂铁路衡阳至柳州段各研究年度的能力均不足。

2 湘桂铁路衡阳至柳州段扩能改造方案研究

2.1 扩能改造方案

根据湘桂铁路衡阳至柳州段线路状况和运量增长情况，以及铁路常用的扩能改造措施，湘桂铁路衡阳至柳州段扩能改造研究以下 5 种不同的改造方案[7]。

（1）单线自动闭塞改造 (方案Ⅰ)。湘桂铁路将现有的单线半自动闭塞和计轴自动闭塞一并改造为单线四显示区间自动闭塞，维持既有牵引质量2 700 t。工程静态总投资约为 6.5 亿元。

（2）单线自动闭塞加提高牵引质量到 3 000 t(方案Ⅱ)。将现有的单线半自动闭塞和计轴自动闭塞改造为单线四显示区间自动闭塞，考虑既有线到发线为 650 m，最大纵坡 16.2‰，通过更换较大功率的内燃机车 (如 DF8B) 提高牵引质量到 3 000 t。工程静态总投资约为 12 亿元。

（3）单线自动闭塞加电气化改造提高牵引质量到 4 000 t (方案Ⅲ)。既有线电气化、延长到发线到850 m，并适当软化部分坡度到 13‰ 以下，通过更换大功率电力机车提高牵引质量到 4 000 t，并结合电气化及坡度软化对既有线条件较好路段进行提速改造。工程静态总投资约为 48.6 亿元。

（4）单线自动闭塞加电气化改造提高牵引质量到 5 000 t (方案Ⅳ)。既有线电气化改造，延长到发线到 1 050 m，并适当软化部分坡度到 13‰ 以下，通过更换大功率电力机车提高牵引质量到 5 000 t，并结合电气化及坡度软化对既有线条件较好路段进行提速改造。工程静态总投资约为 54 亿元。

（5）增建第二线同步电气化改造并提高牵引质量到 4 000 t (方案Ⅴ)。增建第二线，同步进行电气化改造，延长到发线到 850 m，并适当软化部分坡度到 13‰ 以下，通过更换大功率电力机车提高牵引质量到 4 000 t，对既有线条件较好路段进行提速改造。工程静态总投资约为 165 亿元[8]。

2.2 方案分析比选

湘桂铁路衡阳至柳州段扩能改造方案应满足湘桂铁路近远期各研究年度内的运输需求，改造措施应符合铁路技术发展方向和铁路网发展规划，同时遵循经济效益最大化原则。

2.2.1 方案经济评价

（1）前提假设。根据国家和铁路行业规定，方案经济评价一般采用有无对比法。为便于上述方案经济评价，需要确定以下基本前提：①运输收入增量。由于是 5 个方案的比较，因而只考虑增加的运输收入。增加的运输收入按周转量计算，铁路平均收入率为 682 元/(万 t · km)。根据有关统计资料，内燃机车、电力机车牵引线路平均单位运输量能耗支出分别为 173.7 元/(万 t · km) 和 81.3 元/(万 t · km)，内燃机车和电力机车单位运输量能耗支出差异 92.4 元/(万 t · km)。②内燃机车与电力机车经济性差异。内燃机车与电力机车除了在能耗上的差异外，在日常修理费上也存在较大差异，按统计资料，内燃、电力机车每机车公里平均修理费的差异在 0.9～1.6 元不等，内燃、电力机车修理费的差额按 2004 年的1.32 元/机车公里计算。货物列车 2020 年前按 30 对/d计算，2021 年至 2030 年按 40 对/d 计算，年修理费用的差异分别是 1 555 万元和 2 072 万元，为便于处理，修理费用差异在电力牵引中按增加收入计算。③客运收入。考虑在近期不增加旅客列车，旅客列车基本上全部由新建的湘桂客运专线担当，客运收入增长不予考虑。④运输组织优化。由于当前湘桂铁路运输能力已经没有空间，假定以后年度增加的货运量全部由新建工程引起，不考虑运输组织优化等因素。⑤内部收益率。考虑铁路属公共基础设施，而且是在各方案之间进行比较，收益率高低不影响对各方案的经济评价，因而内部收益率按 I =6% 计。

（2）各方案经济比较结果。从累计净现值 NPV和投资回收期 2 个方面对方案Ⅰ～方案Ⅴ进行经济比较，各累计净现值 NPV 和投资回收期如表 1 所示。从表 1 得以看出，方案Ⅰ～方案Ⅳ均为经济可行方案，方案Ⅴ在经济上不可行。

表 1 各方案累计净现值 NPV 和投资回收期Tab.1 The cumulative npvs and payback periods of the plans

2.2.2 风险分析

方案Ⅰ至方案Ⅴ采用的都是国内成熟技术，因而方案上不存在技术风险问题，项目主要存在的风险是运量预测偏差风险和投资增长风险。方案Ⅴ在经济上不可行，不再进行风险分析。对方案Ⅰ～方案Ⅳ在实际运量下降 10% 和实际投资增长 10% 的情况下进行风险分析，方案Ⅰ～方案Ⅳ风险分析结果如表 2 所示。

从表 2 可以看出，如果各年度实际运量较预测量下降 10%，方案Ⅰ和方案Ⅱ对运量预测敏感性不大，项目对运量变化的抗风险能力较强，方案Ⅲ和方案Ⅳ对运量变化敏感，项目对运量变化的抗风险能力弱。如果项目实际投资增长 10%，方案Ⅰ对投资上涨的敏感性不大，项目抗风险能力强，方案Ⅱ对投资上涨的敏感性一般，项目对投资上涨的抗风险能力较强，方案Ⅲ和方案Ⅳ对投资上涨的敏感性大，项目对投资上涨的抗风险能力弱。

2.2.3 方案合规性分析

铁路电气化改造可以减轻环境污染、节约能源、提高列车牵引质量，是铁路的重点发展方向。按照《中长期铁路网规划》，到 2020 年铁路电气化率要达到 65%。另外，根据铁路重载发展规划研究，京广线(北京—广州)以东要实现重载网络，车站到发线长 1 050 m，其中京广线株洲以南车站的到发线长度维持 850 m。因此，湘桂铁路的牵引质量与到发线长度宜与京广线南段相匹配，以减少列车编组工作量。

2.2.4 方案输送能力适应性分析

结合各研究年度的运输需求：方案Ⅰ的能力适应年限为 2018 年，2018 年之后不能满足要求。方案Ⅱ的能力适应年限桂林—柳州段为 2019 年，衡阳—桂林段为 2020 年。方案Ⅲ的能力适应年限衡阳—永州、桂林—柳州段为 2029 年，永州—桂林段为 2030 年。方案Ⅳ各研究年度的能力均可满足要求。方案Ⅴ在研究年度内均能满足运输需求。

2.3 方案建议

通过上述比较分析，可以看出，方案Ⅲ累计净现值最高，如果建设资金充裕，从节能减排、减少环境污染、铁路技术发展方向及综合考虑社会效益来看，方案Ⅲ是较好的选择，但方案Ⅲ对运量和投资的敏感性强，抗风险能力不强。如果目前资金紧张，而且需要避免运量预测偏差带来的风险，综合以上各方面的分析意见，从满足近、远期能力需要和铁路网发展要求、铁路建设的经济社会效益出发，可以按以下方案对湘桂铁路进行扩能改造，即先进行自动闭塞改造，牵引方式及牵引质量维持现状，再根据运输需求增长情况适时对湘桂铁路进行电气化改造，并延长车站到发线至 850 m，牵引质量提高至 4 000 t。这样项目方案既充分发挥了自动闭塞改造工期短、见效快的优点，满足近期运量增长需要，较好地防范运量变化等因素带来的投资风险，又通过电气化改造，满足了远期运量需求，并且符合铁路技术和铁路网发展规划。

3 结束语

铁路建设项目决策是一个十分复杂的过程，运量的有效预测和方案的精确比较是项目决策的基本前提。由于铁路运量受多种因素的干扰，改造方案的投资估算没有考虑未来通货膨胀等因素的影响，需要在实际实施时进一步确定。同时，方案实施时机也受各种因素影响，经济评价仅是一种较直接、客观的评价方法，进一步还应结合经济社会发展需求，收集、完善各种前期资料，为项目科学决策夯实基础。

表 2 方案Ⅰ～方案Ⅳ风险分析结果Tab.2 Risk analysis results of plan Ⅰ～Ⅳ

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