重载线路低负荷方向运力利用率提升策略与效益评估

曾玮，贾晋中

(1.北京低碳清洁能源研究院，博士后工作站，北京 102209；2.中南大学，交通运输工程学院，交通运输工程博士后流动站，长沙 410075；3.国家能源集团，北京 100011)

0 引言

运输线路负荷是评价运输系统运用效率、运输服务水平的重要指标，反映了一定时间和空间范围内线路运输能力供给与运输需求的匹配程度。受资源分布和运输需求不均衡、运输服务吸引力存在差异等客观因素的影响，我国铁路、公路、水运等运输方式在客货运输通道中普遍存在双向负荷不平衡现象。

已有学者论证运输线路双向负荷不均衡现象的原因。程刚[1]研究铁路货运的双向运量不均衡运输问题，认为上下行方向产生空重车流不均衡的主要原因是资源分布和生产力配置，并提出采用浮动制运价来应对运量较小的方向存在大量的排空问题，最大限度的吸引货流。Kuzmicz 等[2]研究了国际海上运输双向不平衡问题，以欧亚航线贸易不平衡为对象，指出从中国发运的集装箱数量较多，而回程数量较少，导致出口主导地区空箱缺乏，而进口主导地区则需要处理堆放在铁路转运场和港口仓库的多余空箱。

针对线路双向负荷不均衡运输问题，部分学者从优化运输组织模式与资源配置的角度提出了解决思路与策略。Du 等[3]针对中铁快运东行和西行货运量存在严重不平衡问题，提出类似客运服务模式，列车可在多个车站停靠，在西部各地区路线上装卸货物后返回中国，并通过构建数学模型优化回程路线、停靠站及集装箱数量等。韩军[4]从点线能力协调利用的角度出发，提出路网节点能力协调性指标和线路能力协调性指标，构建铁路货运通道车流分配优化模型，得到在兼顾车流运输成本和路网点线能力协调情况下，路网的能力利用均衡性大大增强。

合理的定价策略是改善双向不均衡运输问题的重要抓手，部分学者研究了优化低负荷方向运输价格对运输效率及效益的影响。童瑞咏等[5]以提高重载铁路回程方向的铁路分担率、提升铁路部门收益和降低碳排放为目标，构建了重载铁路回程运输组织与定价优化双层规划模型，提出合理的运价、政府补贴、碳税方案可有效提升重载铁路回程运输收益。余木红等[6]指出物流运输过程中存在往返货运量不一致的普遍现象，针对该现象提出在预计回程利润的基础上，以往返总利润最大化为目标，构建去程运输价格计算模型。Rietveld 等[7]指出在客货运输市场中普遍存在双向负荷不均衡现象，提出通过引进价格歧视解决双向需求不均衡的问题，并以荷兰铁路为例验证了不同方向差异化定价能够增加运输企业利润。

既有研究提出通过优化运输线路低负荷方向运输价格、优化运输组织模式、加大回程货源组织力度等措施提升线路低负荷方向利用效率，但较少定量研究低负荷方向运价优惠策略下对其他运输方式的替代效果，并评估运价优惠策略为运输企业带来的经济效益。本文通过建立运输线路能力利用率与效益评估模型，测算运价优惠程度对低负荷方向线路能力利用率及运输企业效益的影响，为提升低负荷方向能力利用率提供科学理论依据，从而改善运输线路双向负荷不均衡现状。

1 运输线路能力利用率与效益评估模型

为讨论运价优惠对线路低负荷方向能力利用率及企业运输效益的影响，明确本文设置的货运通道内某一方向上线路运输能力利用效率及双向运输效益的含义，建立运输线路能力利用率与效益评估模型。

1.1 线路能力利用率测算模型

本文中，“运输线路负荷”的大小通过运输量表示，并定义“线路能力利用率”为在一定时间内，线路某一方向上实际完成的运输量(实际负荷)与线路最大运输能力的比值。在某一方向上，某种运输方式的线路能力利用率(%)为

式中：i为运输方式，i∈I，I为运输方式集合，I={r ail,road,water}，分别对应铁路、公路、水运；j为运输方向，j∈{1,2} 分别对应高负荷方向、低负荷方向；为运输方式i在方向j的分担率(%)，为运输通道中方向j的总运输需求(t)；为运输方式i在方向j的运输能力(t)。

已知通道运输需求由多种运输方式共同分担，在运输需求及线路最大运输能力固定的条件下，每种运输方式的线路能力利用率取决于该种运输方式在通道中的分担率，而分担率问题的本质是客户选择某种运输方式的概率。客户在选择运输方式时，往往考虑的是“综合代价”，通常由运输方式的广义费用近似表达。

基于不同运输方式的时效性、快速性、安全性、经济性特征，刻画其运输过程以构建广义费用函数。运输方式i在j方向上的广义费用为

式中：Ai为运输方式i的安全性系数；θ1,i为运输方式i的快速性系数；θ2,i为运输方式i的经济性系数；为运输式i在j方向的运输时间(h)；τi为运输方式i的单位时间价值(元·t-1·h-1)；为运输方式i在j方向的单位运价率(元·t-1·km-1)；为运输方式i在j方向的运价优惠程度(%)，∈[0,100%) ；为运输方式i在j方向的运输距离(km)。

采用Logit 模型计算运输方式i在j方向的市场分担率为

1.2 双向运输效益测算模型

运输方式i的双向运输总效益Si为双向运输收入Ii与双向运输成本Xi之差，即

运输收入Ii等于高负荷方向与低负荷方向的运输收入之和，即

运输成本Xi等于双向运输成本之和，即

2 低负荷方向能力利用率提升策略及效益分析

为研究运价优惠策略对线路低负荷方向能力利用率的影响，假设在某运输通道中有铁路和公路两种运输方式共同分担双向运输需求，以铁路运输线路能力利用率为主要研究对象，应用本文构建的运输线路能力利用率与效益评估模型，分析在运价变动的条件下，铁路低负荷方向线路能力利用率的变化情况，以及铁路运输双方向总效益的变化情况。

2.1 参数选取

在运输线路能力利用率与效益评估模型的基础上，假设高负荷运输方向单位运价率固定、双方向各环节单位成本及运输需求均不变，且同种运输方式高负荷和低负荷方向的运输距离及时间均相同。考虑到我国部分货运线路存在双向不均衡现象，例如，2019—2021 年朔黄铁路反向占正向运量比例不足5%，2018 年瓦日铁路反向占正向运量比例略高于10%，因此假设低负荷方向运量占高负荷方向原定货运总量的比例不超过m=10%时，高负荷方向运输并不影响低负荷方向运输效率，当该比例超过10%，比例每增加1%，高负荷方向实际完成运量相较于原定运量下降的比例n=0.2%。

铁路运输时间为

式中：vrail为铁路货物列车技术速度(km·h-1)，平均在50 km·h-1左右；tstop为一次货物作业时间(h)，取平均值16.6 h；tdet为货车中转停留时间(h)，本算例中不予考虑，取0。

公路运输时间为

式中：vroad为汽车平均技术速度(km · h-1)，取65 km·h-1；tload为一次货物作业时间(h)，取2.8 h。

模型中涉及的其他参数根据相关文献[9-11]取值，具体如表1所示。

表1 参数取值Table 1 List of parameters

2.2 运价优惠对低负荷方向能力利用率及效益的影响

随着运价优惠程度提高，低负荷方向线路能力利用率及铁路双向运输效益的变化情况如图1 所示。铁路线路能力利用率随着反向运价优惠程度的提高而提高，当运价优惠程度由0 增加至60%时，铁路线路能力利用率由6.06%增加至34.69%，增长28.63%，且增长幅度逐渐提升；公路线路能力利用率则随着运价优惠程度提高而不断降低，由87.69%降至59.06%。运价优惠程度由0 增加至15%时，铁路双向运输效益由83.67 万元逐步提升至84.44万元，随后呈现下降趋势。

图1 运价优惠程度对能力利用率及效益的影响Fig.1 Impact of degree of freight discount on capacity utilization and efficiency

对比运价优惠程度为0 对应的铁路效益基准线与铁路运输总效益变化曲线，当运价优惠程度提升至30%，双向运输效益下降幅度逐渐提高。由此可得，运价优惠政策对于提升线路低负荷方向的能力利用率效果显著，运输企业可通过制定适当的运价优惠政策，提高低负荷方向的市场分担率。但也不能一味降低运价，在算例条件下，将运价优惠程度控制在(0,30%]范围，有望实现在保障运输效益的同时，铁路占据更大市场份额，从而提高线路低负荷方向的能力利用率。

2.3 长距离通道运价优惠对低负荷方向能力利用率及效益的影响

为验证运价优惠策略在不同距离运输过程中的适用性，选取另一长距离运输通道，研究运价优惠程度变化对低负荷方向能力利用率及效益的影响。随着运输距离增加，线路最大运输能力有所增加，运输企业通过下浮运价以吸引长距离货物[12]，因此考虑重置部分参数取值，如表2 所示，其他参数与2.1节取值相同。

表2 长距离通道参数取值Table 2 List of long distance corridor parameter values

图2 给出了铁路运输距离达到1500 km 左右时，随着运价优惠程度不断提高，低负荷方向能力利用率与双向运输效益的变化情况。

图2 长距离通道运价优惠程度对能力利用率及效益的影响Fig.2 Impact of degree of discount on long-distance corridor freight rates on capacity utilization and efficiency

由图2 可以看出，当铁路运输距离达到1560 km时，随着低负荷方向运价不断降低，铁路运价优惠程度由0 增加至60%，线路能力利用率由3.93%增加至67.69%，增长63.76%，且增长速度逐渐加快；公路线路能力利用效率下降幅度逐渐增加。结合效益基准线与铁路运输总效益变化曲线，当运价优惠程度由0增至20%时，双向运输效益不断增至最大值88.67 万元，随后略有下降；当运价优惠程度达到35%时，双向运输效益下降速度逐渐加快。

综合来看，在大于1500 km的长距离运输市场中，运输企业采取运价优惠策略，对于线路低负荷方向能力利用率的提升效果较600 km左右的中短距离运输更加显著；运输企业可考虑通过扩大运价优惠程度范围至(0,35%]，以占据更高的市场份额，从而提升低负荷方向能力利用率，且不影响双向运输总效益。

3 结论

运输线路双向负荷不均衡现象在铁路、公路、航运等不同运输方式中普遍存在。本文以某一公铁货运通道为研究对象，着重分析铁路运价优惠程度对低负荷方向线路能力利用率和双向运输效益的影响，得出以下结论：

(1)在本文设计的中短运距算例中，铁路运价优惠程度由0增加至60%，铁路线路能力利用率由6.06%增加至34.69%，增长28.63%，且增长幅度逐渐提升。铁路运价优惠程度由0增加至15%时，铁路双向运输效益提升0.92%，随后呈现轻微下降趋势；运价优惠程度超过30%，双向运输效益下降速度逐渐加快。

(2)长距离运输通道中，运输距离达到1500 km左右时，铁路运价优惠程度由0 增加至60%，线路能力利用率由3.93%增加至67.69%，增长63.76%；铁路运价优惠程度由0增至20%时，铁路双向运输效益提升4.52%；铁路运价优惠程度由20%增长至60%时，双向运输效益持续下降，且当运价优惠程度超过35%时，双向运输效益下降速度逐渐加快。与运输距离为600 km 左右通道相比，长距离运输通道线路能力利用率增幅提升约1倍，受运价优惠程度的影响更为显著。

设置优惠运价是提升线路低负荷方向的能力利用率的有效途径之一。运输企业可通过制定合理的运价优惠政策，提升自身在通道上竞争力的同时，促进企业经济效益增长。运价优惠力度应结合线路条件、设施设备情况、竞争方式的运价水平等多因素综合考量。运价优惠力度过大时，虽可扩大市场份额，但可能造成企业经济效益下滑。