逯紅兵

(1.軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院),西安 710043)

1 概述

呼和浩特、包頭和鄂爾多斯三市位于內(nèi)蒙古中西部、全國“兩橫三縱”城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略格局包昆縱軸的北端，是國家呼包銀榆經(jīng)濟區(qū)的重要組成部分、國家能源礦產(chǎn)資源富集區(qū)和自治區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的核心區(qū)[1]。呼包鄂地區(qū)現(xiàn)狀內(nèi)部及對外鐵路快速客運系統(tǒng)基礎(chǔ)薄弱，結(jié)合相關(guān)上位規(guī)劃，區(qū)域內(nèi)存在建設(shè)城際鐵路及高速鐵路的需求，需要對呼包鄂各段新建鐵路的功能定位一并予以明確。此外，為避免“新基建”形勢下產(chǎn)生過快超前建設(shè)、過度投資、產(chǎn)能過剩等方面風險[2]，結(jié)合呼包鄂地區(qū)發(fā)展實際，在充分發(fā)揮已運營鐵路投產(chǎn)效益的基礎(chǔ)上，研究新建鐵路的建設(shè)時序。

目前，國內(nèi)外學者對鐵路建設(shè)時序的研究正在興起。馬海龍等[3]從城市關(guān)聯(lián)度、城鎮(zhèn)化水平、客流規(guī)模、經(jīng)濟效益4個角度出發(fā)，利用定性與定量的方法對河南省城際鐵路的建設(shè)時序進行分析。馮芬玲等[4]考慮新建線路的碳排放、投資回報率及對鐵路網(wǎng)的作用，建立鐵路線路建設(shè)時序決策模型。張起源[5]以路網(wǎng)主、輔骨架和節(jié)點重要度為基礎(chǔ)，研究了內(nèi)蒙古自治區(qū)規(guī)劃鐵路的建設(shè)時序。黃成[6]將城際鐵路建設(shè)時序定義為多屬性決策問題，提出了基于“灰色關(guān)聯(lián)度-理想解法”的城際鐵路建設(shè)時序決策模型。李廣路[7]從結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、經(jīng)濟適應(yīng)性、需求適應(yīng)性三方面著手，構(gòu)建多目標規(guī)劃模型，研究城際鐵路建設(shè)時序。鐘紹林等[8]指出城際鐵路建設(shè)應(yīng)考慮該區(qū)域的建設(shè)水平、居民出行需求及建設(shè)資金條件。王貴平等[9]采用聚類分析法，總結(jié)提出影響高速鐵路建設(shè)時機的定量指標，并將其應(yīng)用于長江經(jīng)濟帶高速鐵路建設(shè)時機研究。蔣中銘[10]對我國城際主通道進行實例分析，提出至2030年大部分城際主通道可利用高速鐵路或既有鐵路承擔，但部分發(fā)達地區(qū)確有城際鐵路建設(shè)需求。徐逸飛等[11]從經(jīng)濟社會效益視角出發(fā)，探索城際鐵路的最佳建設(shè)時機。在城市軌道交通建設(shè)領(lǐng)域，郭延永等[12-13]運用TOPSIS模型和累計前景理論，研究城市軌道交通建設(shè)時序確定方法；Luo等[14]運用模糊數(shù)學理論，提出了基于加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度的城市軌道交通建設(shè)時序方法；戢小輝等[15]為確定軌道交通線路的建設(shè)時序，提出一種基于TOPSIS理念的改進決策算法。

本文針對呼包鄂地區(qū)存在新建城際/高速鐵路的需求，首先對呼包鄂各段的功能定位進行分析明確，在功能定位明確的基礎(chǔ)上，分析維持既有鐵路現(xiàn)狀能力適應(yīng)性，并分析了既有鐵路提速改造方案的可行性，在既有鐵路不能適應(yīng)的前提下，從客運需求、運輸能力、運輸質(zhì)量等方面綜合考慮提出呼包鄂間各新建鐵路的建設(shè)時機。

2 呼包鄂地區(qū)鐵路現(xiàn)狀及規(guī)劃

2.1 區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀

呼包鄂地區(qū)包鄂間既有包西線為以貨為主、兼顧客運，客流密度約200萬人/年，包神線為神華集團自管線路；呼包間既有京包線為以貨為主、保留1對普客，京包客專承擔通道及城際客運，客流密度約1 000萬人/年；呼鄂間既有呼鄂線以貨為主、開行少量客車，客流密度約100萬人/年。區(qū)域?qū)ν庀驏|既有呼張、京張高鐵，向南向西暫無高速鐵路，由既有包西、包蘭鐵路承擔客運功能。區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀示意如圖1所示?？傮w分析，區(qū)域內(nèi)貨運系統(tǒng)發(fā)達，快速客運系統(tǒng)相對薄弱，主要存在鐵路技術(shù)標準偏低、對外高鐵通道有待進一步完善、城際鐵路暫未建成等問題，無法滿足旅客快速、便捷的出行需求。

2.2 區(qū)域路網(wǎng)相關(guān)規(guī)劃

《內(nèi)蒙古呼包鄂地區(qū)城際鐵路規(guī)劃》[16](2012-2035年)提出：呼包鄂地區(qū)規(guī)劃建設(shè)包鄂城際鐵路、呼包城際鐵路及呼鄂城際鐵路，形成區(qū)域內(nèi)安全、快速、便捷、高效的城際軌道交通網(wǎng)絡(luò)。

《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》[17](2016-2030年)提出：構(gòu)筑“八縱八橫”高速鐵路主通道，包頭—鄂爾多斯間新建鐵路承擔包海通道功能，呼和浩特—包頭間利用既有京包客專承擔京蘭通道功能。

圖1 呼包鄂地區(qū)現(xiàn)狀區(qū)域路網(wǎng)示意

《呼包鄂榆城市群發(fā)展規(guī)劃》[18](2018年)提出：提升城市群內(nèi)部聯(lián)通水平，優(yōu)化干線鐵路、城際鐵路和專支線鐵路網(wǎng)絡(luò)；暢通對外陸路交通通道，有序推進京包、包銀、包西等鐵路建設(shè)。

根據(jù)以上規(guī)劃，未來包鄂間存在新建包鄂城際鐵路/高鐵的需求，呼包間存在新建呼包城際/高鐵的需求，呼鄂間存在新建呼鄂城際鐵路的需求。新建鐵路研究年度超出相關(guān)規(guī)劃的規(guī)劃期。區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃示意如圖2所示。

圖2 呼包鄂區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃示意

3 呼包鄂各段功能定位

3.1 客流主通道分析

區(qū)域內(nèi)分布呼和浩特、包頭、鄂爾多斯3個主要城市，從城市規(guī)模、經(jīng)濟首位度、人口數(shù)量、客流吸引能力等分析，相關(guān)線路應(yīng)首先考慮與內(nèi)蒙古自治區(qū)首府呼和浩特連通，然后再考慮其他節(jié)點城市。針對呼和浩特至鄂爾多斯存在經(jīng)包頭、經(jīng)準格爾兩條徑路，徑路對比詳見表1，從路網(wǎng)規(guī)劃布局、吸引經(jīng)濟據(jù)點和客流、城市群空間發(fā)展格局等方面綜合考慮，呼和浩特至鄂爾多斯客流主通道選擇為呼和浩特-包頭-鄂爾多斯，如圖3所示。

表1 呼和浩特至鄂爾多斯徑路選擇對比

圖3 呼包鄂地區(qū)客流主通道

3.2 貨流主通道分析

區(qū)域內(nèi)鐵路貨運格局相對明確，京包線及張集線構(gòu)成東西向貨物交流主要通道，包西線主要承擔鄂爾多斯、榆林以及延安和渭北地區(qū)的煤炭外運任務(wù)，呼鄂鐵路主要承擔沿線及部分東烏鐵路、南部鐵路、沿河鐵路的煤炭集運任務(wù)。

3.3 各新建線功能定位及與既有線分工

包鄂段：包鄂段為包海通道北端起點，通道功能較城際功能更為緊迫和顯著，應(yīng)新建高鐵滿足通道快速客運需求。新建包鄂高鐵承擔包海通道功能，兼顧呼包鄂榆城市群城際鐵路功能。包鄂高鐵建成后，既有包西鐵路主要承擔貨運，兼顧少量普速客車。

呼包段：呼包段既有京包客專速度目標值200 km/h，未來京蘭、包海通道形成后，該段將成為瓶頸段落，宜適時建設(shè)呼包高鐵，置換出京包客專的高鐵通道功能。故考慮新建呼包高鐵作為京蘭通道重要補強工程，主要承擔京蘭通道及呼和浩特經(jīng)包頭南下通道客流，兼顧沿線城際鐵路功能。呼包高鐵建成后，京包客專主要承擔呼包鄂榆城市群城際鐵路功能，兼顧少量輕快貨運。京包線主要承擔通道內(nèi)貨運。

呼鄂段：呼鄂段既有呼鄂鐵路為以貨為主的客貨共線鐵路，為方便呼鄂沿線城際客流出行，提高城際客運質(zhì)量，宜適時新建呼鄂城際鐵路。新建呼鄂城際鐵路主要承擔呼和浩特至鄂爾多斯的城際鐵路功能，兼顧少量中長途跨線列車。呼鄂城際鐵路建成后，既有呼鄂鐵路主要承擔貨運功能，兼顧部分客運。

4 建設(shè)時序分析

4.1 既有鐵路能力適應(yīng)性分析

首先對研究年度呼包鄂城市群既有鐵路維持現(xiàn)狀標準及規(guī)模，分析其研究年度能力適應(yīng)性，詳見表2。

表2 研究年度各線運輸能力適應(yīng)性分析 對/d

由表2可知，若維持既有標準及規(guī)模，包鄂間包西線初期能力不足；呼包間四線滿足初期能力要求，近、遠期能力不足；呼鄂間雙線規(guī)模滿足能力要求，但遠期能力飽和。

4.2 既有鐵路提速改造適應(yīng)性分析

(1)包頭至鄂爾多斯段

既有包西鐵路包鄂段設(shè)計速度為160 km/h預(yù)留200 km/h，考慮將包西鐵路提速改造至200 km/h，開行動車組列車，形成快速客運通道，并兼顧普速客車及貨物列車運行。該方案包西鐵路運行動車組、普客、煤炭萬噸及其他貨物列車，列車種類多、客貨速差大，線路能力初期即不足；客貨列車運營干擾大、運輸組織復雜，且萬噸煤炭列車對軌道磨耗大[19]、動車組列車對線路平順性要求高[20]，線路養(yǎng)護維修費用高[21]，不能滿足通道內(nèi)350 km/h動車組開行；運輸質(zhì)量較現(xiàn)狀提高有限，且為保障動車組列車開行，會降低普客及貨車運輸質(zhì)量。因此，包鄂段利用既有包西線提速改造不可行，應(yīng)新建雙線承擔高鐵通道功能。

(2)呼和浩特至包頭段

呼包段既有京包客專和京包線兩條鐵路，京包客專最高運行速度200 km/h，既有京包線承擔通道全部貨運?？紤]京包線有一定的能力富余，呼包段銜接的包銀、呼張高鐵速度目標值均為250 km/h，對京包客專提速改造至250 km/h，與相關(guān)高鐵速度標準一致，通過縮短追蹤間隔，也可提高京包客專能力。經(jīng)研究，京包客專提速250 km/h后，初、近期能力滿足需求，遠期呼包段能力飽和，詳見表3。該方案與區(qū)域規(guī)劃和功能定位不符，改造工程量大、對既有鐵路運營干擾大，且運輸質(zhì)量提高有限、僅節(jié)省8 min，包海通道貫通后350 km/h動車至呼和浩特需降速運行，且遠期以后仍需擴能。因此，利用既有京包客專提速250 km/h予以舍棄。

表3 研究年度呼包段運輸能力適應(yīng)性分析 對/d

(3)呼和浩特至鄂爾多斯段

呼鄂段既有呼鄂鐵路，設(shè)計速度160 km/h，現(xiàn)狀以承擔貨運為主、開行萬噸煤炭列車，兼顧沿線客運?？紤]呼鄂鐵路同時承擔客貨運、開行萬噸貨物列車，若對其提速改造至200 km/h，運行時分仍需約2 h，節(jié)時有限。由于客貨列車速差進一步增大，將加劇遠期運輸能力緊張局面，提速改造適應(yīng)期短，未從本質(zhì)上解決呼鄂沿線的城際客流出行問題。隨著呼包鄂榆城市群發(fā)展，沿線地區(qū)城際客流需求日益旺盛，對呼鄂間城際運輸質(zhì)量存在更高要求，因此，利用既有呼鄂線提速改造方案暫不考慮。

4.3 新建鐵路建設(shè)時序分析

(1)包頭至鄂爾多斯段

包鄂段若利用包西鐵路承擔快速客運功能，初期能力即不足。從與相關(guān)線路構(gòu)筑高標準、高質(zhì)量包海通道，提高通道運輸質(zhì)量角度，建議包鄂段初期新建包鄂高鐵，承擔通道內(nèi)所有動車組列車。

(2)呼和浩特至包頭段

呼包段若維持鐵路現(xiàn)狀規(guī)模和標準，近期能力不足。從充分發(fā)揮已建成鐵路投產(chǎn)效益考慮，初期推薦利用呼包間既有線?？紤]到呼和浩特至包頭間客運需求大，為緩解通道能力緊張局面、方便包海通道和京蘭通道旅客列車開行，并考慮包海高鐵與京蘭高鐵工程銜接的合理性，建議呼包段近期新建呼包高鐵，主要承擔京蘭通道內(nèi)長途客流及呼和浩特南下至西安及以遠客流。

(3)呼和浩特至鄂爾多斯段

呼鄂間一定時期內(nèi)可利用既有呼鄂線能力富余開行動車組列車，滿足城際客流的出行。隨著呼包鄂榆城市群的發(fā)展，呼鄂沿線地區(qū)城際客流需求日益旺盛，煤炭貨運需求也將進一步增長，從滿足呼鄂間城際客運需求、充分發(fā)揮呼鄂鐵路貨運能力角度，建議呼鄂段遠期新建呼鄂城際鐵路。考慮到呼和浩特市盛樂機場已由國家發(fā)改委批復可研，具有較強的客流吸引能力，為滿足呼和浩特市區(qū)至新機場客運需求，建議初期修建呼和浩特東至盛樂機場段。

綜合分析，從滿足運輸能力、便于運輸組織、提高運輸質(zhì)量等角度分析，呼包鄂地區(qū)新建包鄂高鐵、呼包高鐵及呼鄂城際鐵路的建設(shè)時序為：包鄂高鐵應(yīng)在初期2030年之前建成，呼包高鐵應(yīng)在近期2035年之前建成，呼鄂城際鐵路應(yīng)在遠期2045年之前建成，其中呼和浩特東至盛樂機場段暫按初期實施。各新建線建設(shè)時序如圖4所示。

圖4 呼包鄂地區(qū)新建鐵路建設(shè)時序

5 結(jié)論

針對呼包鄂地區(qū)存在新建鐵路承擔城際及通道功能的需求，首先對區(qū)域內(nèi)客貨流主通道進行分析，明確各新建鐵路的功能定位；為充分發(fā)揮既有線效益、避免超前建設(shè)，分析了維持既有線現(xiàn)狀、既有線提速改造的適應(yīng)性；在既有線不能適應(yīng)的前提下，提出新建鐵路的建設(shè)時序。主要研究結(jié)論如下。

(1)研究年度包頭—鄂爾多斯間應(yīng)新建包鄂高鐵，兼顧城際功能；呼和浩特—包頭間應(yīng)新建呼包高鐵，置換出既有京包客專的通道功能；呼和浩特—鄂爾多斯間應(yīng)新建呼鄂城際鐵路，滿足沿線城際客運需求。

(2)包鄂間利用既有包西線初期即不滿足需求；呼包間利用既有京包線、京包客專，初期可適應(yīng)客貨需求，近、遠期與規(guī)劃定位不符；呼鄂間利用呼鄂線可適應(yīng)至近期，遠期不滿足客貨需求。

(3)從運輸能力、運輸質(zhì)量、運輸組織等方面分析，新建線推薦的建設(shè)時序為初期(2030年)前包鄂高鐵及呼鄂城際鐵路呼東至盛樂機場段建成，近期(2035年)前呼包高鐵建成，遠期(2045年)前呼鄂城際鐵路建成。