沪昆高铁通道“空铁联运”模式的经济模拟研究

郭 旸 于秋阳 陈昊洋

（1.3.复旦大学旅游学系，上海 200433；2.上海社会科学院应用经济研究所，上海 200020）

一、引言

自从《中长期铁路网规划》首次规划了“四纵四横”的铁路客运专线网络，高速铁路发展与建设进入了发展快车道。2016年底，“沪昆高铁”全线通车，高速铁路网的空间布局全面成形。到2017年底，运营里程占到全世界高铁总量的66.3%，已成为世界上运营规模最大的高速铁路网。高铁贯通能够显著提高沿线城市的交通可达性、要素流动性，促进生产要素在沿线站点实现集聚发展，重塑区域发展格局。近年来民航客运量保持增速不断提升的发展势头，2017年我国民航业全年完成运输总周转量1083亿吨公里。2018年春运期间，民航运送旅客和执行航班同比增长11.7%和9.5%。然而面对国内群众日益增长的商务和旅游出行需求，我国民航依旧在特定时段和特定地点面临着运力不平衡的问题。

随着高铁网络的不断完善和民航航线的不断扩展，高铁和民航拥有各自不相重合的优势，具备在竞争的同时进行合作互补的条件。“空铁联运”是一种多模式交通联运的类型，即为航空与铁路的联合运输，是二者之间相互合作的表现形式。根据国内外“空铁联运”的实践，其含义一般指通过航空和铁路两种运输方式将旅客运送至目的地，通过软件和硬件设施实现航空与铁路的无缝换乘等内容。目前上海虹桥枢纽集合了航空、高铁、地铁、城市公交等交通方式，实现了航空与铁路的站内换乘。海口美兰机场、三亚凤凰机场、兰州中川机场、贵阳龙洞堡机场等已实现了与高铁的站内换乘。东方航空与上海铁路局推出长三角地区的“空铁通”产品，标志着国内对于发展“空铁联运”的初步尝试。2017年国务院公布了《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，规划重点提出了优化综合交通枢纽布局的相应措施。为了提升综合客运枢纽站场一体化的服务水平，按照零距离换乘要求，在全国重点打造150个开放式、立体化综合客运枢纽。同年《关于促进交通运输与旅游融合发展的若干意见》直接提出积极推进游客联程联运，加快推进“空铁联运”产品的开发。在此政策背景下，未来航空与高铁的换乘合作和“空铁联运”模式，将是未来旅游交通的重要发展趋势。

本文以“沪昆高铁”通道为研究对象，从合作的研究视角出发，重新审视民航和高铁的各自优势与竞争关系。之所以选择“沪昆高铁”，缘于它是《中长期铁路网规划》中“八纵八横”高速铁路主通道，也是中国东西向线路里程最长、速度等级最高、经过省份最多的高速铁路。因此选择“沪昆高铁”通道作为分析对象具有较好的代表性意义。文章尝试通过分析“空铁联运”模式下民航和高铁的合作对于可达性指标的影响，发掘“空铁联运”在我国综合交通网络中的未来价值，探讨民航和高铁进行深度合作的前景。在国家促进交通运输与旅游融合发展的大背景下，有助于依托高铁、民航加快构建便捷高效的旅游交通网络，提高旅游目的地的通达性和便捷性。

二、文献综述研究进展

关于国外的文献研究成果较为丰富。首先，是聚焦于“空铁联运”可行性模型的研究。例如Allrad & Moura（2014）建立了“空铁联运”运营商和旅客的成本定量模型，发现高速铁路的竞争力随旅行花费的上升逐渐下降。Sorroco & Viecens（2013）从机场视角建立空铁联运模型，衡量具有容量限制和航司竞争弱势的两类机场的社会和环境影响。Chiambaretto& Decker（2012）以航空与铁路之间的联运协议为研究对象，提出了空铁联运协议竞争状况评估中所要考虑并衡量的各类因素。其次，是关注“空铁联运”产品运营的旅客影响的研究。例如Voltes-Dorta & Rodriguez-Deniz等（2017）分析了以旅游客流为主的机场转移离港旅客的能力。建立了不同线路间的联运协议、提升多种交通方式之间的换乘能力能够有效减少对旅客的影响，进而降低对航空公司忠诚度及目的地形象的负面影响。Roman、Martin（2014）从旅客偏好角度出发，研究空铁联运的不同换乘模式，并针对不同的服务要素分别研究了旅客对其的支付意愿。最后，是通过案例对象切入展开的铁路与航空系统关联的研究。例如Givoni & Chen（2017）以上海虹桥枢纽为研究对象，评价了虹桥枢纽空铁联运的层次和潜力。我国空铁联运发展的主要障碍来自铁路和航空两大系统的相互阻隔，以及市场的高度重合竞争。Albalate & Fageda（2016）基于面板数据分析了西班牙高速铁路对旅游产出的影响。高速铁路的开通对航空运输有一定负面影响，而航空运输和旅游产出呈密切正相关。Albalate& Bel等（2015）基于交通运输的供给视角，以德国、法国、西班牙和意大利为例，研究了高速铁路的开通对于重合线路上航空公司所提供的航班频率和座位数量的影响。

国内学者对于“空铁联运”的研究关注近年来越来越多。首先，关于“空铁”模式竞争优势的研究。例如丁金学和金凤君等（2013）建立了高铁和民航运输市场的分担模型，得出了不同运输距离下高铁和航空的运输市场占有率情况。张旭（2012）基于运输价格、运输时间、程前程后时间与费用等因素建立了民航高铁竞争模型，确定了高铁与民航各自的优势运距以及在因素变化情况下竞争情况的改变。其次，关于“空铁”模式互补效应的研究。例如王姣娥和胡浩（2013）基于GIS的研究技术，发现高铁站点和民航机场的服务范围的重合度逐步加强。杨年和朱金福（2012）通过遗传算法的验证，计算了不同的枢纽容量分配及联运高铁的长度基础上的旅客盈余量，提出了通过高铁代替或补充枢纽机场支线来缓解枢纽机场容量压力的可能性。最后，关于“空铁联运”模式的运力效果和旅游效应的研究。例如李诣（2017）选用了城市间不同交通方式下的运行时间、价格、折扣率、可提供座位数等指标，构建空铁联运城市间运力模型，选用运行时间和价格因素构建出行成本模型。徐凤和朱金福等（2016）以民航与高铁联运网络总成本最低为目标函数，构建了民航直航以及空铁联运的数学模型，并以此确定了城市之间成本最小的通行路径。汪德根（2013）从旅游空间格局、旅游流网络结构以及旅游区域发展空间差异三个方面探讨，高铁带来的集聚效应大于扩散效应，导致了区域旅游发展差异的进一步扩大。

目前关于“空铁”关系的研究关注客运分担率视角的竞争关系，也有部分研究从覆盖范围的角度分析高铁与民航系统的合作关系。这些文献研究为“空铁联运”深入研究的开展提供了坚实的理论参考。然而现有的研究成果主要集中于从交通衔接、旅客需求、交通规划等角度对空铁联运进行必要性和可行性的分析，本文试图从两种“空铁”交通网络发展条件模拟经济效果，对比“空铁联运”不同发展状态下的可达性效应和旅游市场影响。

所谓两种模拟发展条件指的是现实条件和理想条件。现实条件，是指沪昆高铁通道目前已经存在的联运条件；理想条件，是指模拟沪昆高铁通道未来可能实现的优化联运条件。在现实条件下，民航与高铁场站换乘所需的时间和费用选取当前状态下经由公共交通方式进行换乘所需花费的最短时间以及其相对应的费用。在理想条件下，意味着通道内的航空交通网络可以作为高铁网络的补充，形成二者的综合交通枢纽连接。也即假设通道内的上海、杭州、南昌、长沙、贵阳、昆明，所有的6座省会城市及直辖市作为航空与铁路交通的连接枢纽，均已实现了综合交通枢纽的建设，以及“空铁联运”无缝换乘的模拟状态。以期通过对两种条件下“空铁”交通网络的可达性分析，评价“空铁联运”的现实实施效果，展望“空铁联运”未来建设的发展方向。

三、理论模型与数据选择

（一）可达性理论与模型方法

本文选择可达性指标量化空铁联运视角下的民航与高铁的竞合关系。可达性的概念由两部分组成，一方面侧重于物理意义上的可达性，采用体现交通距离、时间成本、费用成本的空间阻隔模型衡量；另一方面侧重于经济意义上的可达性，通过体现区域内节点规模的空间相互作用模型进行衡量。时间可达性的公式为：

潜力是指研究区域内某城市受到的其他所有城市的合力，衡量的是某城市与其他城市在经济和旅游层面进行交流的容易程度，与该城市的自身规模无关。经济交流潜力代表区域内某城市与其他城市间的经济可接近性，代表能够获得的经济资源和发展机遇；旅游潜力代表区域内某城市与其他城市间的旅游可接近性，代表城市居民能够获得的旅游资源和出游选择。一般公式如下：

基于沪昆高速铁路网、沿线城市高铁车站节点、机场节点及民航航线数据，构建“现实条件下”的空铁交通网络和“理想条件下”的空铁联运交通网络，运用GIS空间分析方法，将航线网络，高速铁路网络及两种空铁交通网络抽象成为几何网络并构建网络数据集，采取ArcGIS 10.2软件的网络分析技术，建立O-D成本矩阵，基于时间成本最小原则，对城市节点的可达性进行求解。

（二）研究区域的数据选取

“沪昆高铁”通道作为我国高速铁路网中的重要组成部分，其横跨了上海、浙江、江西、湖南、贵州、云南六个省市，联通了中国东部、中部和西部地区，是我国重要的东西交通大动脉。本文的研究范围包括：沪昆高速铁路、其经过的5个省份中的21个地级市及1个直辖市（上海），以及高铁沿线城市的机场。其中，上海虹桥机场与浦东机场前往研究区域内城市的航线重合度高，因此合并为一座机场进行考察。金华市、衢州市、上饶市的三座机场不具备与研究区域内其他机场通航的条件，邵阳市的机场通航时间较晚，缺少研究数据，不在此次研究范围之内。本研究中所采用的交通数据由高铁、民航、中转三部分组成。不考虑出发地和目的地城市内部的交通通勤时间，以及不同车次和班次间衔接所需要花费的额外时间。

高铁城际旅行时间由两部分组成，分别为必要候车时间与高速铁路运行时间。必要候车时间选择车站开始检票的时间。民航城际旅行时间由三部分组成，分别为必要候机时间，平均延误时间以及航线运行时间。上海的民航高铁中转时间取自上海虹桥火车站到达层到虹桥机场出发层办票大厅的步行时间实测值；其余城市的民航高铁中转时间选取经由公共交通往来机场与高铁站的最短时间。高铁城际旅行费用来源于铁路网站车票价格。由于国内机票是浮动票价，民航旅行费用选取自中国民航局发布的“全国民航航班运行效率报告”，以平均客运收入水平结合运行里程数计算得来。研究中选取的社会经济数据为城市生产总值、城市年末常住总人口；旅游业数据为城市旅游总收入、城市旅游者接待总数。数据均来源于各城市统计局发布的国民经济和社会发展统计公报。

四、空铁联运效果经济模拟分析

（一）现实条件下空铁交通网络的可达性

通过计算现实条件下的空铁交通网络的平均旅行时间，可以分析出空铁交通网络对时间成本角度的可达性影响。计算结果发现，各城市平均旅行时间介于171分钟至345.2分钟，总平均旅行时间为224.8分钟。而在单一高铁网络下，各城市平均旅行时间介于181.5分钟至432.1分钟之间，总平均旅行时间为250.2分钟。从空间上看，空铁交通网络下的各城市的时间可达性呈现东西部地区可达性低、中部地区可达性高的特征。现实条件下空铁联运对于东西部地区的改善程度要好于中部地区。

通过计算现实条件的空铁交通网络的平均旅行费用，可以分析空铁联运对费用成本角度的可达性影响。结果发现，空铁交通网络的平均旅行费用介于250.5元至679.5元，与单一高铁网络相比，并不具有费用可达性的优势。从空间上看，东部和西部城市的费用可达性分别降低20.3%和22.1%，中部城市降低6.3%。三个地区城市的费用可达性降低程度均高于时间可达性的提升程度。

综合来看，现有空铁交通网的时间费用组合成本高于高铁网络的城市有20座，仅有2座城市在总体可达性相对于高铁具有优势。由此可见，现实条件下的空铁交通网络和高铁网络相比，在费用成本和组合成本两方面并没有太大的经济竞争力。仅适合对时间敏感而对价格不敏感的旅客出行。

（二）理想条件下空铁联运交通网络的可达性

研究结果发现，理想条件的空铁联运网络下的各城市平均旅行时间介于152.5至284.2分钟之间。整体有了较为明显的可达性提升，平均提升率为17.6%；可达性最高和最低的城市分别为长沙和曲靖。从空间分布上看，理想条件的空铁联运网络下的最长和最短平均旅行时间的差值，东西部地区与中部地区的差距已经明显缩小。总体看，理想条件下空铁联运对于沪昆高铁通道两端的城市在旅行时间成本方面的意义要大于通道中段的城市，对东部地区的上海、嘉兴、杭州以及西部地区的贵阳、安顺、曲靖、昆明作用最为明显。理想条件的空铁联运网络下的平均旅行费用介于265.6至686.9元之间。费用可达性和高铁网络相比大大下降。从空间分布上看，整体呈现东部和西部城市费用可达性下降率高，中部城市可达性下降率低的特征。

结合时间可达性进行分析，发现在组合成本下，空铁联运组合成本好于高铁的城市有17座，占城市总数的77.3%，但组合成本的减少程度基本集中在15%以内。因此，对于时间敏感的旅客，空铁联运能够有效满足对于缩小时间成本的需求，对于综合考虑时间和费用成本的旅客，空铁联运提供了另一种选择。

图1 时间可达性提升程度对比

理想条件下22座城市中，15座城市的经济交流潜力增长率低于平均值，显示空铁联运交通网络对经济交流潜力总体贡献不明显。从经济交流潜力变化率的空间分布看，西部地区城市的增长率则要高于中部和西部地区。其中，昆明和贵阳分别取得了超过10%的增长率。空铁联运对于特定地区的城市间的交流具有显著的积极意义。

表1 经济交流潜力对比

同时，在理想条件下，区域内总的旅游潜力值相较于高铁网络的提升率为2%。从空间上看，西部地区相对更显著，4座城市的旅游潜力提升均高于平均水平。空铁联运有效地减少了东西部城市之间的交流成本，提升了东西部城市之间居民长距离出游的能力。

综上所述，通过实施空铁联运，区域内时间可达性的提升最为显著，经济潜力和旅游潜力总体有所提升。在沪昆高铁通道区域内实施空铁联运，对节约城市间旅行的时间成本作用显著；从经济交流和旅游潜力的角度看，空铁联运的实施对西部地区城市的意义大于东部和中部城市。

五、空铁综合交通枢纽的选择与优化

通过运用ArcGIS软件对现实条件的空铁网络以及理想条件的空铁联运交通网络可达性的计算，可以获得区域内22座城市之间共462条O-D城市对，对这462条城市对进行分析后发现和高铁网络相比，在空铁网络的现实条件下有34条城市对的可达性得到改善，而在空铁联运交通网络的理想条件下有108条城市对的可达性得到了改善，未来空铁联运的实施能够有效提升更多城市对间的交流能力。通过建立最短路径矩阵，分别分析这现实条件下34条和理想条件下108条可达性提升的城市对的途径点和途径线情况，可以考察两种条件下可达性提升时各综合交通枢纽和民航航线的利用状况，从而能为区域内空铁综合交通枢纽和民航航线的优化提供参考。

通过最短路径矩阵分析O-D城市对遍历的途径点情况，可以得到现实条件下的空铁网络和理想条件下的空铁联运交通网络中的6座交通枢纽机场的O-D城市对遍历频次，如下表所示。

表2 枢纽机场O-D城市对遍历频次

在现实条件的空铁交通网络下，各枢纽机场的城市对通行遍历频次有比较大的差距，其中上海虹桥的空铁出行利用率最高，为26组；南昌昌北的空铁出行利用率最低，为0。这主要是由于在现实条件下，各枢纽机场与高铁进行换乘的能力有较大差距；同时，位于运输通道末端的城市，空中交通运输的优势要高于位于运输通道中段的城市。上海虹桥机场的换乘条件最好，能够吸引到本地及嘉兴的客流进行空铁出行；长沙黄花机场尽管能够吸引周边4座城市的客流进行空铁出行，但由于其位于运输通道中段，较高铁相比具有优势的航线较少，航空出行目的地选择受限，因此城市对的遍历频次并不高。而其余机场在空铁换乘能力较差的情形下，只能吸引本地客流选择空铁出行，因此在整个区域内利用率较低。

当构建了理想条件下的空铁联运交通网络后，各枢纽机场的空铁换乘能力都在这一条件下有所提升，甚至达到了与上海虹桥枢纽相同的水准。在这样的情况下，各枢纽机场的O-D城市对的遍历频次有了比较明显的变化。区域内遍历频次最高的机场变为杭州萧山机场，在空铁联运交通网络下，有43组城市对之间的交通通行经过该机场，而虹桥机场的遍历频次有所降低。原因主要在于，当空铁联运各换乘交通枢纽的条件相同时，临近的杭州萧山机场对于嘉兴市的空铁出行的辐射能力更强，选择杭州萧山机场进行空铁联运出行的组合成本更低，造成嘉兴的客流经过的枢纽机场出现了转移。其余4座机场，城市对间通行的遍历次数介于34至41次，均有显著提高，同时各机场的遍历频次较为接近，其在区域内的利用率相较于现实条件趋于平衡。

因此，在理想条件下的空铁联运网络中，区域内的6座机场均应作为空铁综合交通枢纽，以提高区域的交通可达性。该研究结果也进一步验证了《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中沪昆高铁通道区域内综合交通枢纽的选取和定位的合理性。

图2 空铁联运交通网络O-D城市对路径示意图

同时，基于最短路径矩阵可以得到两种条件下各枢纽城市间共24条航线的遍历频次，由此分析当可达性提升时，各航线在现实条件的空铁交通网络和理想条件下的空铁联运交通网络中的利用状况。

现实条件下，24条航线仅有杭州至昆明往返等10条航线得到了利用，10条航线中，除上海至长沙往返外，其余8条航线均为航程超过1500km的长距离运输航线。说明在当前的条件下，区域内的大多数航线很难与高速铁路进行竞争。而在理想条件的空铁联运交通网络下，24条航线中仅5条航线未被充分利用，分别为上海至南昌、长沙至贵阳往返、贵阳至昆明往返，皆为区域内航程小于700km的中短途航线。其余航线伴随着各枢纽机场的遍历频次的提升迎来利用率的上升。

综合分析可以得知，空铁联运的实施不仅较大程度上提升了研究区域内的时间可达性，同时由于组合成本的降低，也能够吸引沿线更多城市的旅客选择航空与铁路结合的方式进行旅行，为各个枢纽机场带来客流，提升各条航线的利用率。未来，随着我国综合交通枢纽建设的不断推进，航空与铁路相关企业和部门也应结合实际情况，基于现实中的客流变化，及时调整民航航线和列车班次结构，以更好满足研究区域内沿线城市的出行需求。空铁联运对于提升区域内综合交通枢纽以及民航航线的利用率有着显著的作用，有助于民航和高铁两种交通运输方式的平衡发展，民航和高铁可以通过发挥各自的优势达到合作共赢。

六、结论与建议

从沪昆高铁通道内民航和高铁的竞争态势看，民航与高铁在区域内部分城市之间的运输区间有重合的情形，但两者在交通运输中的侧重点不同，各自满足不同需求的旅客。民航侧重于在区域内提供具有时间可达性优势的运输服务；高铁侧重于提供具有费用优势的运输服务，能够为区域内的城市提供更好的交通覆盖率、经济交流潜力和旅游潜力。

从沪昆高铁通道内民航和高铁的合作看，现实条件下，既有空铁交通网络相比于高铁网络在时间可达性、经济交流潜力及旅游潜力没有显著优势，费用可达性相比之下有所下降。理想条件下，空铁联运交通网络对时间可达性、经济交流潜力及旅游潜力均有进一步提高，其中对时间可达性的提升最显著，费用可达性有所下降。沪昆高铁通道区域内的空铁联运有助于缩小地区间时间可达性差异，对西部地区城市的经济交流潜力和旅游潜力的积极意义较显著。

目前我国并不缺少空铁联运的硬件设施。上海虹桥、海口美兰、郑州新郑、兰州中川等机场都能够实现与高速铁路的无缝换乘，未来北京新机场、杭州机场4号航站楼都将引入高铁线路，空铁联运交通枢纽的发展前景明朗。但同时，软硬件设施与服务支持还有欠缺，影响空铁联运网络的发展。结合国外的发展经验，国内空铁联运枢纽可以从中转系统、行李系统、票务系统等方面进行优化。

从中转系统的优化层面，国内的空铁联运枢纽可以在机场和高铁站的换乘通道中设置空铁联运服务中心，负责联运乘客的客运手续办理的指引工作，增加购票设施以满足旅客即时出行的需求；设立能够整合旅游资源和交通资源的旅游服务窗口，为中转游客直接提供丰富多样的旅游产品；改进空铁换乘通道，增设空铁联运专用安检通道，使高铁站可以通过空铁换乘通道与候机区域直接连通，节省旅客所需花费的换乘时间。

从行李系统的优化层面，可以参考德国法兰克福机场的经验，通过对机场行李传输设施的升级改造，将其延伸至空铁联运换乘设施中，旅客可以在换乘的路途中直接完成行李托运和提取。

从票务系统的优化层面，目前铁路票务和航空票务还处于相互独立的系统中，能将二者联系在一起的只有票务代理机构，但目前的票务系统并不能够满足空铁联运的发展需要。未来有必要建立综合交通运输票务体系，提供客票覆盖全程的票务服务。在网络化信息化时代，推进客票无纸化。在此基础上，根据交通运行大数据，分析空铁联运的重点区域和主要客流走向，在特定区域和特定线路上对高铁车次和民航航班进行协同匹配，最大限度地减少换乘的时间成本。

对于交通规划部门而言，航空与高铁的合作并不仅仅意味着客流的增长和受益的提升。建设快捷高效的综合交通运输网，对经济社会的发展有着重要意义。通过对沪昆高铁通道内的民航高铁合作研究结果可知，空铁联运的实施能够在一定程度上减小地区的交通可达性不平衡，促进西部地区与东部地区的经济交流潜力和旅游潜力。因此，在空铁联运交通网络的规划中，应着重考虑交通运输条件变化对经济交流条件的改变，在联运网络的规划中重点向经济社会发展弱势区域倾斜，以最大化地发挥交通对于缩小地区间差异的作用。