胥曉璠

(中鐵二院工程集團有限公司 土木建筑設計研究三院，四川 成都 610031)

貴州省有“西南煤海”之稱，是我國南方煤炭資源最豐富的省區(qū)，是國家“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃建設的西南能源基地的重點。貴州省位于西南和中南各缺煤省區(qū)的結(jié)合部，隨著周邊省區(qū)煤炭資源的枯竭及經(jīng)濟社會發(fā)展，未來對煤炭的需求會快速增長，為貴州省煤炭資源的發(fā)展提供了巨大空間?？椊鹂h處于貴州三大煤田之一的織納煤田區(qū)域內(nèi)，煤炭資源豐富，已探明無煙煤可開采量 107 億 t，開發(fā)潛力巨大，勘探程度較高，具備建設大、中型采煤基地的條件，是規(guī)劃待開發(fā)的大型無煙煤基地。貴州省煤炭運輸量和調(diào)出量穩(wěn)步上升，運力結(jié)構不合理等造成的“運輸難”問題，在一定程度上制約了貴州省煤炭行業(yè)的發(fā)展?？椊痂F路煤炭專用線的規(guī)劃建設，有利于突破運輸瓶頸，改善織金地區(qū)煤炭運輸條件，提高運輸效率，打通織金地區(qū)煤炭外運通道，為貴州煤炭外銷創(chuàng)造優(yōu)良條件。鐵路專用線需求除了受到自身內(nèi)部的影響，也受到外部諸多因素的影響，對于這種非線性問題，可以從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，運用系統(tǒng)工程的理論和研究方法，對以鐵路煤炭專用線運輸需求影響關鍵要素為整體的系統(tǒng)進行深入探究，理清各影響要素間的關系，為鐵路煤炭專用線建設及發(fā)展規(guī)劃提供參考依據(jù)[1-3]。

1 運輸需求影響關鍵要素系統(tǒng)結(jié)構模型

1.1 確定系統(tǒng)要素

鐵路煤炭專用線運輸需求體現(xiàn)了國民經(jīng)濟發(fā)展及煤炭資源開發(fā)利用對鐵路運輸設施能力的需求程度，運輸需求除了最直觀地體現(xiàn)在運輸量上，還反映出在國家宏觀政策及經(jīng)濟發(fā)展的大背景下，區(qū)域社會對鐵路煤炭專用線運輸需求的本質(zhì)和內(nèi)涵。鐵路煤炭運輸需求受到眾多因素影響，如社會經(jīng)濟發(fā)展水平、人口因素、國民收入、居民消費水平、人口結(jié)構、運輸服務及價格、交通運輸發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構、經(jīng)濟政策等[4-8]。選取運輸需求影響因素，構成含有n個影響要素的系統(tǒng)要素集S，記為S={si|i= 1，2，…，n}，其中si表示第i個影響要素。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構的矩陣表達

系統(tǒng)內(nèi)要素間存在一定的關系，這種關系可以是“影響”“取決于”“先于”“需要”“導致”或其他含義，用鄰接矩陣A，表示為A= (aij)n×n，來描述元素間的關系。鄰接矩陣的元素aij可以表示為

矩陣經(jīng)過運算，可以反映出系統(tǒng)的一些深層關系。通過矩陣的演算可以進一步研究各要素之間的關系，對系統(tǒng)進行定性與定量相結(jié)合的分析，從而判斷要素間的相互關系對系統(tǒng)整體的影響。記矩陣A1=A+ I 描述了各節(jié)點間經(jīng)過長度不大于 1 的通路后的可達程度，其中A為鄰接矩陣，I 為單位矩陣。記矩陣A2= (A+ I)2，即A2= (A1)2，用布爾代數(shù)運算規(guī)則進行運算后可得矩陣A2，矩陣A2描述了各節(jié)點之間經(jīng)過長度不大于 2 的通路后的可達程度。以此類推，當自乘結(jié)果不會再發(fā)生改變時，即公式 ⑵ 成立時，得到的矩陣M即為可達矩陣。

鄰接矩陣A反映的是元素間直接的二元關系，經(jīng)過傳遞某些元素或許可以建立起間接影響關系，因而通過最終的可達矩陣M可發(fā)現(xiàn)這些間接傳遞關系。

2 織金鐵路煤炭專用線運輸需求影響關鍵要素分析

2.1 系統(tǒng)要素集內(nèi)部各元素間的關系

根據(jù)織金地區(qū)煤炭產(chǎn)業(yè)概況及鐵路煤炭運輸需求等方面的研究成果[3-7]，選取 8 個因素作為系統(tǒng)要素，即系統(tǒng)要素集S={si|i= 1，2，…，8}，其中s1為國民經(jīng)濟，s2為產(chǎn)業(yè)結(jié)構，s3為生產(chǎn)力布局，s4為鐵路區(qū)域路網(wǎng)，s5為煤炭價格，s6為鐵路運輸價格，s7為相關政策，s8為環(huán)境保護。

在確定系統(tǒng)要素集后，通過專家咨詢及頭腦風暴法可以得到系統(tǒng)要素集內(nèi)部各要素間的關系，如表 1所示。

表1 系統(tǒng)要素集內(nèi)部各元素間的關系表Tab.1 Influencing factors am ong the elem ents of the system

2.2 系統(tǒng)結(jié)構分析

根據(jù)表 1 所列的 8 個要素及其相互之間的直接二元關系用公式 ⑴ 進行表述，得到鄰接矩陣A為

在鄰接矩陣A的基礎上，對矩陣A+ I 經(jīng)布爾代數(shù)運算，根據(jù)公式 ⑵ 得到：M= (A+ I)6= (A+ I)5≠ (A+ I)4≠(A+ I)3≠ (A+ I)2≠ (A+ I)。可達矩陣M為

得到可達矩陣M后，可以對矩陣進行層級劃分，以便得到系統(tǒng)要素間的進一步關系。定義可達集R(si) 為在矩陣M中因素si所對應的行中，mij= 1 的列所對應的元素組成的集合，即

先行集A(si) 指在矩陣M中因素si所對應的行中，mji= 1 的行所對應的元素的集合，即

層級劃分的判斷條件為

通過公式 ⑶ 和公式 ⑷ 判斷可達矩陣M中矩陣因素si的可達集R(si) 和先行集A(si)，結(jié)果如表 2 所示。

表2 要素的可達集與先行集Tab.2 Reachability set and antecedent set of elements

根據(jù)判斷條件公式 ⑸ 可以確定要素的層級結(jié)構。根據(jù)判斷條件可知：系統(tǒng)第一層級L1的元素為s5，s6，即L1= {s5，s6}。得到第一層級后，劃掉第一層級元素所在的行和列，根據(jù)判斷條件進行第二層級劃分，得到第二層級元素為s8，即L2= {s8}。得到第二層級后，劃掉第二層級元素所在的行和列，根據(jù)判斷條件進行第三層級劃分，得到第三層級元素為s7，即L3= {s7}。得到第三層級后，劃掉第三層級元素所在的行和列，根據(jù)判斷條件進行第四層級劃分，得到第四層級元素為s2，s3，s4，即L4= {s2，s3，s4}。得到第四層級后，劃掉第四層級元素所在的行和列，得到第五層級元素為s1，即L5= {s1}。

根據(jù)層級劃分結(jié)果，可以將系統(tǒng)要素劃分為 5 個層級，得到系統(tǒng)結(jié)構圖如圖 1 所示。

2.3 影響要素系統(tǒng)分析

從圖 2 可以看到，系統(tǒng)劃分為 5 個層次,分別為直接因素層、間接因素層、過渡因素層、核心因素層及根本因素層。

（1）直接因素層。從系統(tǒng)結(jié)構層次劃分結(jié)果來看，煤炭價格和鐵路運輸價格會直接影響鐵路煤炭專用線的運輸需求，為系統(tǒng)的直接因素。價格的波動必然會引起市場的需求變化，市場對煤炭需求發(fā)生變化最直接的體現(xiàn)在其對鐵路煤炭專用線的需求程度上，通過調(diào)整煤炭及鐵路運輸價格可以調(diào)控地區(qū)對鐵路煤炭專用線的需求。煤炭價格和鐵路運輸價格為系統(tǒng)表層現(xiàn)象原因，這 2 個要素受到下面層級要素的影響。

（2）間接因素層。間接因素為環(huán)境保護。近年來隨著國家對環(huán)境保護的高度重視，無煙煤在電煤消費中所占比例逐年增加，織金地區(qū)無煙煤儲量豐富，未來我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展對無煙煤的需求將提升織金煤炭產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，進而影響織金煤炭價格走勢，有力地推動深入挖掘織金煤炭資源優(yōu)勢的力度。同時鐵路運輸具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，契合了國家節(jié)能減排、構建綠色運輸?shù)囊?。環(huán)境保護手段是影響系統(tǒng)的淺層原因。

（3）過渡因素層。經(jīng)濟政策、國家調(diào)控政策、地方政策等相關政策的發(fā)布和實施影響著煤炭的價格走勢，為系統(tǒng)過渡因素。通過宏觀調(diào)控，可以對煤炭交易市場的供給情況及價格進行調(diào)節(jié)，進而優(yōu)化煤炭從生產(chǎn)、運輸?shù)戒N售的整個產(chǎn)業(yè)鏈的長遠發(fā)展，過渡因素起到了十分重要的調(diào)控及系統(tǒng)優(yōu)化作用。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構圖Fig.1 System construction draw ing

（4）核心因素層。產(chǎn)業(yè)結(jié)構、生產(chǎn)力布局、鐵路區(qū)域路網(wǎng)構成核心因素層。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構來看，煤炭是我國基礎型能源，在未來很長一段時間內(nèi)，煤炭仍是我國經(jīng)濟發(fā)展所依賴的主要能源，無論是政策導向還是運輸配置，都將保持煤炭價格相對穩(wěn)定、鐵路運輸能力相對充足的發(fā)展趨勢。從生產(chǎn)力布局來看，我國普遍存在煤炭生產(chǎn)和消費地分離的狀況，而鐵路承擔了煤炭運輸主力軍的重任。因此，織金鐵路煤炭專用線的建設，可以較好地適應織金地區(qū)煤炭產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展對鐵路運輸?shù)男枨?，降低煤炭運輸費用，提高運輸效率，增強企業(yè)競爭力。根據(jù)織金地區(qū)總圖規(guī)劃，地區(qū)南北通道為隆黃鐵路 (隆昌—黃桶) 黃桶至織金段、織金至畢節(jié)段；林織鐵路 (林歹—織金)、織納鐵路 (織金—納雍) 構成地區(qū)東西通道，最終形成銜接 4 個行車方向、客貨分站作業(yè)的“十字形”鐵路地區(qū)格局?？椊痂F路煤炭專用線是畢節(jié)地區(qū)，乃至貴州省路網(wǎng)的支線網(wǎng)絡重要組成部分，其建設具有良好的外部運輸通道條件?？椊鸬貐^(qū)鐵路路網(wǎng)的不斷完善和通達，有利于進一步發(fā)揮鐵路運輸?shù)牡蛢r格、高效性、便捷性、全天候等優(yōu)勢，提高織金煤炭產(chǎn)業(yè)的競爭力。這些核心要素是影響系統(tǒng)的深層原因，將對鐵路專用線的需求產(chǎn)生廣泛影響。

（5）根本因素層。國民經(jīng)濟增長，會帶動煤炭消費增長，拉動煤炭運輸需求，為根本因素?？椊痂F路煤炭專用線的運行將改變接軌站——織金北站無貨運作業(yè)的現(xiàn)狀，兼具運輸生產(chǎn)生活物資的功能，開拓織金北站貨運市場的新局面。與織金鐵路煤炭專用線同期建設的還有煤炭交易中心，建成后可以完成煤炭從集散、儲備、配煤、洗煤、檢化驗、交易、結(jié)算、監(jiān)督等一條龍的功能及服務。經(jīng)濟發(fā)展與煤炭交易中心的發(fā)展將起到相互促進、相互帶動的作用。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，將帶動區(qū)域貨運需求增長，伴隨交通基礎設施的不斷完善，貨物流通速度快速提高，將誘發(fā)潛在的運輸需求，鐵路專用線需求也將節(jié)節(jié)攀升，鐵路專用線的建設對地區(qū)經(jīng)濟的帶動作用更會日益顯著。國民經(jīng)濟會影響煤炭價格、鐵路運輸價格、煤炭需求、鐵路運輸需求等，國民經(jīng)濟歸根結(jié)底才是影響鐵路專用線需求的最根本決定要素。

從系統(tǒng)結(jié)構中不難看出，系統(tǒng)最容易受到煤炭價格及鐵路運輸價格影響，這是最直接的原因，最容易引起系統(tǒng)的變化。而國民經(jīng)濟是系統(tǒng)的終極影響要素，這說明經(jīng)濟發(fā)展與鐵路專用線需求變化緊密關聯(lián)，經(jīng)濟發(fā)展能夠推動鐵路建設發(fā)展、提高地區(qū)貨運效率，對鐵路需求產(chǎn)生深遠的促進作用。從系統(tǒng)結(jié)構中還可以看到，根本因素傳遞到核心因素后會產(chǎn)生不同的傳遞路徑，并與過渡因素、間接因素及直接因素構成完整的傳遞鏈，并最終對鐵路專用線需求產(chǎn)生影響。對這些影響關鍵要素進行分析，可以在專用線建設規(guī)劃時更準確地把控影響因素，推進鐵路建設發(fā)展。

3 結(jié)束語

采用系統(tǒng)工程方法分析影響鐵路煤炭專用線需求的關鍵要素，通過構建系統(tǒng)結(jié)構層級模型，獲得影響鐵路煤炭專用線需求各層面的因素。通過對關鍵要素的研究，分析鐵路煤炭專用線的建設必要性、經(jīng)濟效益及發(fā)展前景，有利于整合煤炭專用線自身市場，吸引民間資本的注入，緩解路網(wǎng)建設資金短缺的問題[9-13]。在國家放開鐵路貨運市場、鐵路貨運改革的契機下，對專用線進行需求分析、整體規(guī)劃，還有利于優(yōu)化煤炭運輸資源配置，穩(wěn)定鐵路在煤炭運輸行業(yè)中作為主力軍的位置，加強煤炭鐵路運輸通道建設，積極發(fā)展多式聯(lián)運，提升鐵路煤炭運輸競爭力，改善煤炭運輸軟、硬件條件，與此同時還應整合資源，探索鐵路煤炭運輸發(fā)展新趨勢，促進關聯(lián)產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展[14-15]。

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