楊明雪，尹相勇，肖 歡

（北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044）

0 引言

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，鐵路建設(shè)不可避免地占用相當(dāng)數(shù)量的國(guó)土資源。近年來，我國(guó)鐵路系統(tǒng)占用土地呈不斷增加的趨勢(shì)，因此有必要研究鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理與節(jié)約用地、保護(hù)耕地的對(duì)策，提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地的效能。鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地效能主要體現(xiàn)在生產(chǎn)用地單位運(yùn)量和生產(chǎn)用地每公頃運(yùn)量方面。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地的管理方式、節(jié)約用地的措施等方面的研究，主要以定性分析為主，對(duì)影響鐵路土地的相關(guān)因素的定量化互動(dòng)關(guān)系研究不夠。因此，通過建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，借助系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行政策仿真實(shí)驗(yàn)和因果反饋關(guān)系分析的優(yōu)勢(shì)，探討影響鐵路土地使用因素的因果關(guān)系、互動(dòng)關(guān)系，以及政策仿真和定量化的趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上提出提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位效能的政策建議。

1 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地指標(biāo)

鐵路用地分為運(yùn)輸生產(chǎn)用地、輔助生產(chǎn)用地、生活用地和其他用地。鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地占鐵路系統(tǒng)總用地的 88%，其中線路約占 71%，車站、場(chǎng)站約占 25%，其他 3.5% 左右主要是站段用地。由于鐵路線路、車站用地占運(yùn)輸生產(chǎn)用地的 96% 以上，因此鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地研究的對(duì)象主要是鐵路線路、場(chǎng)站用地。

鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地指標(biāo)及測(cè)算因素參照《新建鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》，主要包括 2 個(gè)部分：新建客貨共線鐵路建設(shè)用地指標(biāo)；新建客運(yùn)專線鐵路建設(shè)用地指標(biāo)。新建客貨共線鐵路用地指標(biāo)以 500 km 為計(jì)算單元編制，分為線路用地和場(chǎng)站用地。線路用地主要涉及區(qū)間線路用地；場(chǎng)站用地涉及中間站、區(qū)段站、編組站、客運(yùn)站、貨運(yùn)站、貨運(yùn)中心的用地。新建客運(yùn)專線鐵路用地指標(biāo)，包括客運(yùn)專線鐵路綜合用地指標(biāo)和單項(xiàng)用地指標(biāo)。

2 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) ( System Dynamics，SD ) 是系統(tǒng)科學(xué)理論與計(jì)算機(jī)仿真緊密結(jié)合，用于研究反饋結(jié)構(gòu)與行為的一門科學(xué)。SD 模型被譽(yù)為實(shí)際系統(tǒng)的“戰(zhàn)略與決策實(shí)驗(yàn)室”，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不同情景及政策的仿真，從而提出較好的政策建議。因此，以VENSIM為建模的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件，對(duì)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地管理進(jìn)行建模分析，從而達(dá)到提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位效能的目的。

2.1 因果關(guān)系分析

根據(jù)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃 (2008年調(diào)整 )》，2020 年我國(guó)鐵路里程將達(dá)到 12 萬 km，隨著鐵路里程的增加，鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地也將隨之增加，運(yùn)輸需求改變，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的客、貨運(yùn)量將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)單位用地運(yùn)量的變化，如此構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的反饋結(jié)構(gòu)。鐵路與土地利用的基本因果關(guān)系如圖 1 所示。

在建立基本因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，分析因果關(guān)系中主要包含的反饋回路。

（1）新建鐵路和既有線改造與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量環(huán)。新建鐵路和既有線改造與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量反饋回路如圖 2 所示，兩回路均為正反饋回路，表明鐵路運(yùn)輸能力短缺，要求新建鐵路線路 ( 客運(yùn)專線和客貨共線鐵路 ) 和既有線改造( 復(fù)線或電氣化 )，新建鐵路和既有線改造都會(huì)引起鐵路線路用地增加，導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地?cái)?shù)量增加，從而減小了鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量。鐵路運(yùn)輸能力增加，使鐵路運(yùn)輸能力與當(dāng)前需求相適應(yīng)，使鐵路建設(shè)和既有線改造的需求量減少，反過來影響鐵路對(duì)新建鐵路和既有線改造的需求。

在隱喻模式的作用下，at從物理空間概念范疇投射到時(shí)間、狀態(tài)、方式、方向、原因、順序和頻率方面等等，最終形成at的多義網(wǎng)絡(luò)。如at 5 o’clock（時(shí)間），at war（狀態(tài)），at high speed（方式），aim at（方向），at one’s invitation（原因），at first（順序），at 2-minitue intervals（頻率）等。

圖1 鐵路與土地利用的基本因果關(guān)系圖

圖2 新建鐵路和既有線改造與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量反饋回路

（2）鐵路客貨運(yùn)量與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量環(huán)。鐵路運(yùn)量與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量反饋回路如圖 3 所示，兩回路為正反饋回路，闡述了鐵路客、貨運(yùn)量對(duì)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量的貢獻(xiàn)。鐵路客、貨運(yùn)量的增加，增大了鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)單位用地運(yùn)量，提高了鐵路運(yùn)輸能力，使人們更愿意選擇鐵路運(yùn)輸方式，從而使鐵路客、貨運(yùn)量增加。

圖3 鐵路運(yùn)量與鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量反饋回路

2.2 系統(tǒng)流圖分析

分析影響鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量各要素之間的關(guān)系，構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖，通過流圖變量的進(jìn)一步量化，實(shí)現(xiàn)模型仿真的目的。通過設(shè)置線路里程、客運(yùn)專線里程、換算運(yùn)輸量規(guī)模，以及中間站數(shù)量為狀態(tài)變量，設(shè)置增加率、減少率為速率變量，其他為輔助變量。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖如圖 4 所示。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型仿真分析

根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及參數(shù)估計(jì)[6]，進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型仿真。由系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型仿真得到 2010—2020 年鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地的發(fā)展趨勢(shì)，如圖 5 所示。在預(yù)測(cè)鐵路運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上[7]，得到2010—2020 年鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量的發(fā)展趨勢(shì)，如圖 6 所示。

由圖 5 可知，鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地呈上升趨勢(shì)，仿真結(jié)果與目前國(guó)內(nèi)鐵路建設(shè)趨勢(shì)基本相似。我國(guó)不斷加大鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)線路與場(chǎng)站的建設(shè)，使鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地逐年增加。

由圖 6 可知，我國(guó)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量2010—2020 年呈上升趨勢(shì)，在鐵路用地增長(zhǎng)的同時(shí)，鐵路運(yùn)量在增加，使鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量上升。

3.2 模型有效性分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是否對(duì)現(xiàn)實(shí)情況有借鑒意義，需要檢驗(yàn)其有效性。研究選取 2004—2009年模型相關(guān)的實(shí)際數(shù)據(jù) (如不同地形鐵路單線、復(fù) 線、電氣化鐵路線路里程，中間站數(shù)量，區(qū)段站數(shù)量，編組站占地，客貨運(yùn)站數(shù)量、貨運(yùn)中心數(shù)量、鐵路運(yùn)量等 ) 作為模型的原始數(shù)據(jù)輸入，測(cè)算得出 2004—2009 年鐵路運(yùn)輸用地和鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量如表 1 所示，并將仿真結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

由表1可知，模型仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際值誤差在10%以下，模型的仿真結(jié)果與歷史真實(shí)數(shù)值之間擬合較好，表明系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)有效。

3.3 政策情景仿真分析

3.3.1 線路政策仿真

研究從以下 3 個(gè)方面構(gòu)建不同的情景，對(duì)鐵路線路政策進(jìn)行仿真。

圖4 鐵路與土地利用關(guān)系流圖

圖5 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地的變化趨勢(shì)

圖6 鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量變化趨勢(shì)

表1 2004 — 2009 年鐵路生產(chǎn)用地單位運(yùn)量仿真檢驗(yàn) 萬t/hm2

（1）加快鐵路客運(yùn)專線建設(shè)速度。鐵路客貨分線運(yùn)營(yíng)是各國(guó)鐵路發(fā)展的趨勢(shì)。2008 年以來，我國(guó)鐵路客運(yùn)專線網(wǎng)正在逐步形成。針對(duì)客運(yùn)專線的實(shí)際增長(zhǎng)率為 15% 的情況，設(shè)客運(yùn)專線建設(shè)增長(zhǎng)率加大至 20% 進(jìn)行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 7所示。

由圖 7 可知，經(jīng)過政策調(diào)整后的鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量 ( Current-1 曲線 ) 比原方案 ( Current曲線 ) 有所提高。

（2）提高鐵路復(fù)線率。近年來，我國(guó)鐵路復(fù)線里程建設(shè)不斷增長(zhǎng)。以 2020 年鐵路線路復(fù)線率的基礎(chǔ)情景將達(dá)到 50%，設(shè) 2020 年鐵路線路復(fù)線率達(dá)到 60%，進(jìn)行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 8所示。

由圖 8 可知，經(jīng)過政策調(diào)整后的鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量 ( Current -2 曲線 ) 比原方案 ( Current曲線 ) 有所提高。其原因主要是復(fù)線鐵路較單線鐵路建設(shè)增加用地不多，而能力提高較大 ( 根據(jù)《新建鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》，每 500 km 區(qū)間線路占地面積，平原地區(qū)列車運(yùn)行速度 160 km/h 及以下的綜合用地指標(biāo)，內(nèi)燃牽引Ⅰ級(jí)雙線鐵路占地2 751.48 hm2，Ⅰ級(jí)單線鐵路占地 2 290.96 hm2，而復(fù)線鐵路較單線鐵路能力提高 3 倍以上 )。因此，加快鐵路復(fù)線建設(shè)和既有線復(fù)線改造，有助于提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)能與運(yùn)量。

（3）提高鐵路電氣化率。以 2020 年鐵路線路電氣化率的基礎(chǔ)情景將達(dá)到 60%，設(shè) 2020 年鐵路線路復(fù)線率達(dá)到 70%，進(jìn)行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 9 所示。

由圖 9 可知，經(jīng)過政策調(diào)整后的鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量 ( Current -3 曲線 ) 比原方案 ( Current曲線 ) 有所提高。其主要原因是鐵路電氣化改造，增加用地不多，而提高能力較大。因此，加快鐵路電氣化建設(shè)和既有線電氣化改造，有助于提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)能與運(yùn)量。

近年來，我國(guó)鐵路線路復(fù)線率和電氣化率有所增加，但還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)，從而在較大程度上增加鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量。

3.3.2 場(chǎng)站政策仿真

圖7 調(diào)整客運(yùn)專線建設(shè)速度鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)

圖8 調(diào)整復(fù)線鐵路建設(shè)速度鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中涉及的鐵路客、貨運(yùn)站是等級(jí)為二等及以上的車站，這些車站在政策調(diào)整下的變動(dòng)不是很明顯，而中間站在整合中的數(shù)量變化則比較大。根據(jù)城市的區(qū)域經(jīng)濟(jì)定位、路網(wǎng)地理位置、路網(wǎng)提速改造、高速鐵路與客運(yùn)專線建設(shè)、鐵路的服務(wù)面，以及生產(chǎn)力布局的均衡和效率等方面的因素對(duì)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地的影響，可提出適當(dāng)調(diào)整中間站集中化建設(shè)的建議。針對(duì)中間站的實(shí)際增長(zhǎng)率為 6% 和場(chǎng)站集中化率為 5% 的情況，設(shè)場(chǎng)站集中化率加大至 10%，進(jìn)行仿真分析，得到仿真結(jié)果如圖 10 所示。

由圖10可知，經(jīng)過政策調(diào)整后鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量(Current-4曲線)比原方案(Current曲線)有所提高，依據(jù)相關(guān)政策適當(dāng)調(diào)整場(chǎng)站的數(shù)量，可以使鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量增大。

4 有關(guān)政策建議

提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量，一方面要減少鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)占地；另一方面要增加鐵路運(yùn)量規(guī)模。依據(jù)鐵路系統(tǒng)運(yùn)能和運(yùn)量的關(guān)系，以及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的政策仿真分析，提出提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量的政策建議如下。

（1）建設(shè)客運(yùn)專線。鐵路客運(yùn)專線速度快、運(yùn)量大，運(yùn)輸效能高，是當(dāng)今世界鐵路發(fā)展的方向。發(fā)展客運(yùn)專線鐵路，有助于提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)能，增大運(yùn)輸效益。

圖9 調(diào)整電氣化鐵路建設(shè)速度鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)

圖10 鐵路中間站集中化鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)

（2）新建與改建復(fù)線鐵路。隨著鐵路運(yùn)輸需求的增加，新建或改建的復(fù)線鐵路占地比單線鐵路占地增加有限，但運(yùn)輸能力卻有明顯提升，提高了鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位運(yùn)量。

（3）新建與改建電氣化鐵路。電氣化鐵路是鐵路牽引動(dòng)力現(xiàn)代化的發(fā)展方向，電氣化鐵路具有牽引力大、速度快、地形適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)既有鐵路線進(jìn)行電氣化改造，可節(jié)省用地資源。

（4）調(diào)整鐵路中間站布局。我國(guó)鐵路“十二五”規(guī)劃指出，構(gòu)建和諧鐵路，改善鐵路場(chǎng)站的分散布局，整頓鐵路場(chǎng)站，使其與運(yùn)輸能力和鐵路現(xiàn)代化進(jìn)程相適應(yīng)。加大對(duì)鐵路場(chǎng)站集中化政策調(diào)整的力度，減少不必要的中間站建設(shè)，縮減鐵路場(chǎng)站占地面積，壓縮成本支出，有助于提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位效能。

5 結(jié)束語

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地構(gòu)建因果關(guān)系圖和系統(tǒng)流圖，使用VENSIM軟件進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果與目前我國(guó)鐵路建設(shè)趨勢(shì)基本相似。分析表明，實(shí)施建設(shè)客運(yùn)專線，提高新建鐵路和既有線鐵路的復(fù)線率、電氣化率，鐵路場(chǎng)站布局集中化等政策，可以有效地提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)用地單位效能。

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