王 言，宮薇薇，丁小東

(中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081)

0 引言

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、城鎮(zhèn)化進程加快、居民消費水平提高及現(xiàn)代流通體系發(fā)展，對生鮮農(nóng)產(chǎn)品的安全和品質(zhì)提出了更高的要求。國家出臺了一系列政策以支撐冷鏈物流快速發(fā)展，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》[1]指出建設(shè)現(xiàn)代物流體系，加快發(fā)展冷鏈物流，完善骨干冷鏈物流基地設(shè)施條件；中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于抓好“三農(nóng)”領(lǐng)域重點工作確保如期實現(xiàn)全面小康的意見》[2]提出支持建設(shè)一批骨干冷鏈物流基地。為了推動鐵路冷鏈物流持續(xù)良好發(fā)展，中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)出臺多項指導(dǎo)文件，《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》(鐵發(fā)改[2020] 129號)[3]提出研發(fā)新型冷鏈專用車輛，為鐵路冷鏈物流發(fā)展提供政策支持。除了政策支持外，據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會冷鏈物流專業(yè)委員會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年我國食品冷鏈物流需求總量為2.65億t，比2019年增長3 200萬t，同比增長13.73%[4]，冷鏈物流需求呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢，冷鏈物流將成為鐵路貨運供給側(cè)改革的重要方向。

目前關(guān)于鐵路冷鏈運量預(yù)測的研究較少，主要集中在鐵路冷鏈運量總體規(guī)模、單節(jié)點運量預(yù)測等方面，李春雨等[5]通過預(yù)測全國冷鏈市場需求規(guī)模，測算鐵路冷鏈運量；李麗莉等[6]基于人口總量、GDP、社會消費品零售總額等因素，預(yù)測哈爾濱夏家冷鏈物流基地的運量；徐偉等[7]分別預(yù)測社會冷鏈市場需求量和供給量，采用流量分配算法得到鐵路OD流量，但是未基于鐵路歷史運量、自身條件等因素開展分析。研究通過系統(tǒng)闡述影響冷鏈物流運量的因素，分析鐵路冷鏈歷史運量，結(jié)合鐵路貨票數(shù)據(jù)，提出基于灰色預(yù)測法與鐵路冷鏈運輸產(chǎn)運系數(shù)的鐵路冷鏈運量預(yù)測模型，預(yù)測主要區(qū)段鐵路冷鏈運量，對科學(xué)制定鐵路冷鏈物流業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃、設(shè)計鐵路冷鏈運輸產(chǎn)品、合理配置鐵路冷鏈運輸裝備等具有借鑒意義。

1 我國鐵路冷鏈運量現(xiàn)狀及影響因素分析

1.1 鐵路冷鏈運量現(xiàn)狀

我國鐵路冷鏈物流自20世紀中葉開始發(fā)展，距今已有近67年的歷史，自1991年完成歷史運量峰值1 669萬t后[8]，直至2014年，鐵路冷鏈運量大體呈現(xiàn)持續(xù)降低趨勢。隨著近年來冷鏈物流市場需求的不斷擴大及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)集約化的政策調(diào)整，使得中長距離冷鏈物流市場需求不斷增長，同時國家“一帶一路”倡議持續(xù)深入推進，國際鐵路冷鏈班列開行和冷鏈多式聯(lián)運業(yè)務(wù)持續(xù)拓展。在此機遇和形勢下，鐵路冷鏈物流業(yè)務(wù)逐步提升服務(wù)經(jīng)營質(zhì)量，不斷拓展物流業(yè)務(wù)范圍，自2014年開始鐵路冷鏈運量呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢。2019年鐵路冷鏈運量達到217萬t，同比增長30.72%，2015—2019年平均增長率超過44%，2020年由于新冠疫情等因素影響，鐵路冷鏈運量約為160萬t，呈現(xiàn)小幅降低態(tài)勢，1980—2020年我國鐵路冷鏈運量如圖1所示。

1.2 鐵路冷鏈運量預(yù)測問題分析

從鐵路冷鏈運量變化趨勢可知，我國鐵路冷鏈運量總體表現(xiàn)出以下2個顯著特征，這極大提升了鐵路冷鏈運量預(yù)測的難度。①鐵路冷鏈運量拐點頻繁出現(xiàn)，1980—2020年我國鐵路冷鏈運量共出現(xiàn)了21次拐點，平均2年出現(xiàn)一次，導(dǎo)致指數(shù)平滑法等傳統(tǒng)預(yù)測方法失效，這就要求在鐵路冷鏈運量預(yù)測時充分結(jié)合歷史運量的變化規(guī)律，提升運量預(yù)測的精準度；②鐵路運量市場份額占比過低，2020年鐵路冷鏈運量占社會比例為不足1%，這將導(dǎo)致以鐵路歷史運量為樣本，很難預(yù)測市場需求的變化趨勢和鐵路運量變化趨勢?；谝陨显颍谘芯胯F路冷鏈運量分布結(jié)構(gòu)時，重點參考鐵路冷鏈運量歷史數(shù)據(jù)；在預(yù)測鐵路冷鏈運量增長趨勢時，重點考慮社會冷鏈市場增長規(guī)律。

1.3 鐵路冷鏈運量預(yù)測影響因素

通過分析生鮮農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到銷地的流通過程，可知農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、冷鏈流通率、鐵路冷鏈歷史運量、鐵路冷鏈裝備及服務(wù)水平等均與鐵路冷鏈運量預(yù)測關(guān)系密切，因而將鐵路冷鏈運量預(yù)測影響因素分為以下6類。

（1）生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量包括蔬菜、水果、肉類、水產(chǎn)品、牛奶及禽蛋等生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的增加將導(dǎo)致生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流需求增長，對鐵路冷鏈運量的增長有積極影響。

（2）冷鏈產(chǎn)運系數(shù)。冷鏈產(chǎn)運系數(shù)是生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈運量與產(chǎn)量的比值，在歷年生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量基本保持穩(wěn)步慢速增長的情況下，越高的冷鏈產(chǎn)運系數(shù)代表更高的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈運量，將支持鐵路冷鏈運量的增長。

圖1 1980—2020年我國鐵路冷鏈運量Fig.1 Railway cold-chain transport volume in China from 1980 to 2020

（3）冷鏈流通率。冷鏈流通率是應(yīng)使用冷鏈運輸?shù)纳r農(nóng)產(chǎn)品運量與產(chǎn)量的比值，在歷年生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量保持穩(wěn)步慢速增長的情況下，冷鏈流通率越高，說明冷鏈物流需求量越大，對鐵路冷鏈物流的需求也就更多。

（4）鐵路冷鏈歷史運量。鐵路冷鏈歷史運量是預(yù)測的基礎(chǔ)，通過對鐵路冷鏈歷史運量的分析，可以得到鐵路冷鏈運量發(fā)展規(guī)律，為運量預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

（5）鐵路冷鏈物流技術(shù)裝備。鐵路冷鏈物流技術(shù)裝備是完成鐵路冷鏈貨物運輸?shù)闹匾d體，技術(shù)裝備與市場需求的匹配程度、在線運營數(shù)量等都對鐵路冷鏈運量產(chǎn)生影響。

（6）鐵路冷鏈物流服務(wù)水平。鐵路冷鏈物流服務(wù)水平可通過信息化水平、運輸服務(wù)效率、貨損水平、客戶滿意度等多個評價指標進行評價，較高的服務(wù)水平代表鐵路冷鏈物流具備更佳的市場競爭力，對鐵路冷鏈運量的增長具有積極作用。

2 基于灰色預(yù)測法-產(chǎn)運系數(shù)的鐵路冷鏈運量預(yù)測模型構(gòu)建

2.1 預(yù)測思路

鐵路冷鏈運量預(yù)測總體可分為“社會冷鏈市場產(chǎn)量預(yù)測—社會冷鏈運量測算—鐵路冷鏈運量測算—鐵路冷鏈OD運量分配”4個部分，鐵路冷鏈運量預(yù)測思路如圖2所示，其中主要使用到灰色預(yù)測法和產(chǎn)運系數(shù)，因而研究構(gòu)建基于灰色預(yù)測法-產(chǎn)運系數(shù)的鐵路冷鏈運量預(yù)測模型，主要預(yù)測過程如下。

步驟1：以歷年社會冷鏈市場產(chǎn)量為樣本，使用灰色預(yù)測法預(yù)測社會冷鏈市場產(chǎn)量。

步驟2：基于步驟1社會冷鏈市場產(chǎn)量預(yù)測值，結(jié)合社會冷鏈歷史運量，通過測算冷鏈物流市場產(chǎn)運系數(shù)，獲取社會冷鏈運量。

步驟3：基于步驟2社會冷鏈運量預(yù)測值，結(jié)合鐵路冷鏈運量占社會冷鏈運量比例和鐵路歷史運量，測算鐵路冷鏈運量。

圖2 鐵路冷鏈運量預(yù)測思路Fig.2 Prediction diagram for railway cold-chain transport volume

步驟4：基于步驟3鐵路冷鏈運量預(yù)測值，結(jié)合現(xiàn)有鐵路冷鏈貨票數(shù)據(jù)及系數(shù)影響因素，測算主要OD間鐵路冷鏈運量。

2.2 社會冷鏈市場產(chǎn)量預(yù)測

灰色系統(tǒng)理論是對既含有已知信息又含有未知或者非確定信息的系統(tǒng)進行預(yù)測，對取得的原始數(shù)據(jù)進行生成處理形成具有較強規(guī)律的數(shù)據(jù)序列，然后建立相應(yīng)的微分方程模型，從而預(yù)測事物未來發(fā)展趨勢的狀況，其中最常見的灰色預(yù)測模型是 GM (1，1)模型。社會冷鏈市場的主要來源為生鮮農(nóng)產(chǎn)品，而主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量受到已知的種植或養(yǎng)殖面積、生產(chǎn)從業(yè)人數(shù)、國家政策及未知的自然災(zāi)害等因素影響，與灰色預(yù)測法的預(yù)測理論比較契合，因而研究利用GM (1，1)模型對社會冷鏈市場產(chǎn)量進行預(yù)測。

GM (1，1)模型的主要步驟如下。

步驟1：將樣本數(shù)據(jù)記為x0= (x0(1)，x0(2)，…，x0(n))，其中x0(n)為第n年生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)，并對序列進行一次累加，生成一次累加序列x1=(x1(1)，x1(2)，…，x1(n))，其中，k=1，2，…，n。

步驟2：生成緊鄰均值序列z1= (z1(2)，z1(3)，…，z1(n))，其中z1(1) =x1(1)，z1(k) = 1 / 2 (x1(k) +x1(k- 1))，k= 2，3，…，n。

2.3 社會冷鏈市場運量測算

產(chǎn)運系數(shù)是指某一品類貨物的運量與該類產(chǎn)品的總產(chǎn)量之比，常用于大宗類物資如煤炭等，產(chǎn)運系數(shù)比較穩(wěn)定、變化較有規(guī)律，只要有規(guī)劃年度的產(chǎn)品產(chǎn)量，利用產(chǎn)運系數(shù)就可預(yù)測某品類貨物的運量。近年來國內(nèi)主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈運量中90%由公路完成，呈現(xiàn)穩(wěn)步增速發(fā)展態(tài)勢，可借鑒大宗類貨物的產(chǎn)運系數(shù)測算方法，對社會冷鏈市場運量進行預(yù)測，因而提出冷鏈運輸產(chǎn)運系數(shù)計算公式為

式中：γi為第i年的冷鏈運輸產(chǎn)運系數(shù)；Qi為第i年社會冷鏈市場運量，萬t；Mi為第i年的主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量，萬t，i= 1，2，…，11。

根據(jù)利用灰色預(yù)測法得到的主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測值，以及冷鏈運輸產(chǎn)運系數(shù)預(yù)測值，得出社會冷鏈市場運量預(yù)測值計算公式為

2.4 鐵路冷鏈運量測算

根據(jù)社會冷鏈市場運量預(yù)測值，以及鐵路冷鏈運量占社會冷鏈市場運量比例，得到鐵路冷鏈運量預(yù)測值，計算公式為

式中：Ai為未來第i年鐵路冷鏈運量，萬t；?為鐵路冷鏈運量占社會冷鏈市場運量比例。

2.5 鐵路冷鏈OD運量測算

參照現(xiàn)有鐵路冷鏈貨票數(shù)據(jù)，測算得到鐵路冷鏈OD系數(shù)，再結(jié)合鐵路冷鏈運量預(yù)測值，測算得到各鐵路局集團公司之間的鐵路冷鏈OD量，計算公式為

式中：θij為既有相同年份第i個鐵路局集團公司到第j個鐵路局集團公司的鐵路冷鏈OD系數(shù)；Bij為既有相同年份第i個鐵路局集團公司到第j個鐵路局集團公司的鐵路冷鏈運量，萬t；T已知為既有年份鐵路冷鏈運量，萬t；Cij為2030年第i個鐵路局集團公司到第j個鐵路局集團公司的鐵路冷鏈運量，萬t；T2030為2030年鐵路冷鏈運量，萬t；εij為2030年第i個鐵路局集團公司到第j個鐵路局集團公司的系數(shù)影響因素，i，j= 1，2，…，18。

3 算例分析

3.1 算例提出

隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整和經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，我國主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量呈現(xiàn)穩(wěn)定增長態(tài)勢。考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，選取2010—2020年我國蔬菜、水果、肉類、水產(chǎn)品、牛奶及禽蛋的產(chǎn)量作為原始數(shù)據(jù)。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2010—2020年我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量逐年增長，年均增長率超過3%，2020年主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量為12.47億t，2010—2020年我國主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及增長率如圖3所示。據(jù)鐵路統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012—2020年我國鐵路冷鏈運量年均增長率為20.44%，2012—2020年鐵路冷鏈物流運量如表1所示。

表1 2012—2020年鐵路冷鏈物流運量Tab.1 Transport volume of railway cold-chain logistics from 2012 to 2020

圖3 2010—2020年我國主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及增長率Fig.3 Output and growth rates of main fresh agricultural products in China from 2010 to 2020

3.2 主要參數(shù)計算及預(yù)測

3.2.1 主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測

運用灰色預(yù)測法，利用圖3數(shù)據(jù)，對主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量進行預(yù)測求解及精度檢驗，2021—2030年全國主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測值如表2所示。

表2 2021—2030年全國主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量預(yù)測值 億tTab.2 Output forecast of main fresh agricultural products in China from 2021 to 2030

主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)列的相對誤差及級比偏差均小于0.2，平均相對誤差為0.53%，表示模型預(yù)測精度達到較高要求。GM (1，1)模型檢驗表如表3 所示。

表3 GM (1，1)模型檢驗表Tab.3 GM ( 1，1) model test

3.2.2 冷鏈運輸市場運量預(yù)測

運用產(chǎn)運系數(shù)公式 ⑴ 和社會冷鏈市場運量公式 ⑵，結(jié)合中國物流與采購聯(lián)合會冷鏈物流專業(yè)委員會數(shù)據(jù)，2019年社會冷鏈市場運量為2.33億t，以及表2中主要生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)，預(yù)測得到未來10年的社會冷鏈市場運量。2021—2030年社會冷鏈市場運量預(yù)測值如表4所示。

表4 2021—2030年社會冷鏈市場運量預(yù)測值 億tTab.4 Forecast values of transport volume in the social coldchain market from 2021 to 2030

3.2.3 鐵路冷鏈運量預(yù)測

運用鐵路冷鏈運量預(yù)測公式 ⑶，利用表4數(shù)據(jù)，基于冷鏈運輸市場運量預(yù)測值與鐵路冷鏈運量市場份額，得到未來鐵路冷鏈運量預(yù)測值，2021—2030年鐵路冷鏈運量預(yù)測值如表5所示。

表5 2021—2030年鐵路冷鏈運量預(yù)測值 萬tTab.5 Forecast values of railway cold-chain transport volume from 2021 to 2030

3.2.4 鐵路冷鏈OD量分配

運用鐵路冷鏈OD量分配公式⑷至公式 ⑹，利用表5數(shù)據(jù)，基于2030年鐵路冷鏈運量預(yù)測值及鐵路冷鏈OD運量系數(shù)，得到各鐵路局集團公司間排名前35的鐵路冷鏈OD量。2030年各鐵路局集團公司間排名前35鐵路冷鏈OD量示意圖如圖4所示。

圖4 2030年各鐵路局集團公司間排名前35鐵路冷鏈OD量示意圖Fig.4 Schematic diagram of OD volume of top 35 railway cold chains among railway groups in 2030

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)基于灰色預(yù)測法的鐵路冷鏈運量預(yù)測模型，研究得出2021—2030年鐵路冷鏈運量預(yù)測值。從預(yù)測結(jié)果可以看出，2021—2030年鐵路冷鏈運量將由177萬t增長至448萬t，年均增長率為10.89%，運量呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢。同時根據(jù)各鐵路局集團公司間排名前35鐵路冷鏈OD量，成都局集團公司與其他局集團公司之間OD量排名較為靠前，占總量23%左右。在國內(nèi)冷鏈物流需求持續(xù)增長，運輸結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，以及國鐵集團推動鐵路貨運發(fā)展建設(shè)，著力推動鐵路冷藏集裝箱研發(fā)及上線運營，加快鐵路冷鏈物流基地布局及設(shè)施設(shè)備建設(shè)等良好機遇下，為了實現(xiàn)鐵路冷鏈物流穩(wěn)步發(fā)展、運量穩(wěn)中有增，需要鐵路冷鏈物流緊扣市場需求導(dǎo)向，著手鐵路冷鏈裝備技術(shù)研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高鐵路冷鏈物流運輸組織效率，在冷鏈物流市場環(huán)境中增強自身市場競爭力，為鐵路冷鏈運量提供基礎(chǔ)支撐及技術(shù)支持，以實現(xiàn)鐵路冷鏈運量持續(xù)增長的長遠發(fā)展 目標。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)居民消費水平的不斷提高，對于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，冷鏈物流需求快速增長，具備中長運距、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，也順應(yīng)國家運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整要求的鐵路冷鏈物流符合快速增長的冷鏈物流發(fā)展需求。研究綜合應(yīng)用社會冷鏈市場產(chǎn)量與鐵路歷史運量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建灰色系數(shù)法與產(chǎn)運系數(shù)相結(jié)合的鐵路冷鏈運量預(yù)測模型，模型求解結(jié)果反映了鐵路冷鏈運量以及變化趨勢，可為鐵路冷鏈物流業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃、設(shè)計鐵路冷鏈運輸產(chǎn)品、優(yōu)化鐵路冷鏈運輸裝備運輸組織、合理配置鐵路冷鏈運輸裝備、研究鐵路冷鏈物流開行方案等提供基礎(chǔ)理論依據(jù)，具有一定理論指導(dǎo)意義。基于已取得的研究成果，如何更全面地分析鐵路冷鏈運量影響因素，進一步優(yōu)化鐵路冷鏈運量預(yù)測方法，是后續(xù)研究的重要 方向。