李安林，魏海蕊

（上海理工大學 管理學院，上海 200093）

0 引言

目前，“一帶一路”戰(zhàn)略下中國各地區(qū)尤其是內(nèi)陸地區(qū)的對外開放與國際貿(mào)易需求激增，因此國際物流網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展問題引起社會高度關注。然而，受不合理的物流運輸結(jié)構(gòu)影響，中國內(nèi)陸地區(qū)進出口物流的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益都難以發(fā)揮。首先，中國公路貨運占比達到77.81%，但從內(nèi)陸地區(qū)到沿海港口長距離的公路運輸，貨物分散，無法實現(xiàn)集聚與規(guī)模效應，運輸成本居高不下，因此經(jīng)濟效益難以發(fā)揮。其次，過高比例的公路運輸帶來港口城市與沿途城市嚴重的交通擁堵和碳排放等環(huán)境問題。據(jù)資料顯示，近年來中國交通運輸業(yè)的碳排放量不斷增加，已占社會碳排放總量的14%［1］，交通運輸業(yè)已成為影響空氣質(zhì)量的重要行業(yè)，環(huán)境效益難以發(fā)揮。最后，公路運輸容易受到道路擁堵、道路管制等突發(fā)事件影響，在過于依賴公路運輸?shù)膰H物流運輸結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡穩(wěn)定性難以保障。海鐵聯(lián)運物流模式是指貨物由鐵路運輸?shù)窖睾８劭诤笾苯佑纱斑\送出海的運輸模式，建立海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡后可用鐵路運輸代替部分公路運輸，進而解決港口交通擁堵及環(huán)境污染等問題。而且在長距離運輸過程中，鐵路運輸易產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟效益，可以有效降低成本。同時疫情期間，我國各大港口的海鐵聯(lián)運貨運量相比去年同期都有所增加，說明其對于突發(fā)的公共事件有較強抵御能力。因此，如何建立可持續(xù)的海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡成為亟需研究的問題。

1 相關研究

集裝箱海鐵聯(lián)運體系作為一種高效的貨物綜合運輸體系，一直備受學者們關注。Qi 等［2］從宏觀角度出發(fā)，針對我國目前發(fā)展海鐵聯(lián)運面臨的缺乏統(tǒng)籌管理、運輸標準不統(tǒng)一及接駁距離較遠等問題提出應對策略；Idri 等［3］提出一種并行分布式結(jié)構(gòu)中的最短路徑搜索方法，以幫助處理多式聯(lián)運中網(wǎng)絡的時間依賴性問題，可有效減少分布式結(jié)構(gòu)中最短路徑測算時間；湯銀英等［4］通過考慮不同運輸方式的運輸能力以及工作時間窗和發(fā)車班期，構(gòu)建運輸成本最小化的整數(shù)規(guī)劃模型，并通過NSGA-Ⅱ算法進行求解，得到不同發(fā)車情形下的最優(yōu)聯(lián)運方案；Xuan 等［5］建立以無水港為核心的共享式運輸體系，共享式運輸體系是指通過無水港收集貨主的貨物并進行整合后，通過鐵路發(fā)往港口的運輸體系，并且在考慮了碳排放量和運費基礎上建立函數(shù)模型以探尋該模式帶來的收益；Li 等［6］為研究深海碼頭與內(nèi)陸碼頭之間的多式聯(lián)運貨物運輸規(guī)劃問題，提出多式聯(lián)運貨運網(wǎng)絡（IFTN）模型，并將多式聯(lián)運規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)集裝箱流量控制問題，同時提出一種Receding Horizon 集裝箱流量控制方法，以此控制與重新分配集裝箱貨流，并達到優(yōu)化物流網(wǎng)絡的目的；Yu-Chung 等［7］考慮鐵路和公路兩種運輸方式的多式聯(lián)運，采用博弈論方法幫助港口、陸港、貨主優(yōu)化自身利益，指導貨主確定決策變量?？傮w上看，目前對海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡的優(yōu)化研究中，大多數(shù)學者的研究方向還是提升單個港口的運輸效率，很少有人從國家層面建立海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡。

在物流網(wǎng)絡框架構(gòu)建研究方面，Hairui 等［8］建立陸港之間輻射強度的引力模型以探尋節(jié)點之間的影響關系，并基于此建立軸輻式物流網(wǎng)絡；劉荷等［9］運用引力模型對福建省內(nèi)的城市進行分析，并建立軸心城市群對福建省內(nèi)的物流交通進行規(guī)劃。不僅是引力模型，復雜網(wǎng)絡中的度中心性理論也常被學者用來研究物流網(wǎng)絡構(gòu)建問題。如施佳怡等［10］基于復雜網(wǎng)絡理論對上海市加油站分布情況進行了研究；Zhao 等［11］通過基于TOPSIS 評價模型與復雜網(wǎng)絡的中心性理論對中國各大城市進行物流重要性評級，并通過改進的k-shell 指標對網(wǎng)絡節(jié)點的中心性指標進行優(yōu)化，進而選出中國鐵路運輸?shù)暮诵某鞘?；Li 等［12］也依托于中心性網(wǎng)絡對城市進行評價，以建立糧食轉(zhuǎn)運的樞紐城市；魏海蕊等［13］構(gòu)建我國內(nèi)陸地區(qū)15 個省與21 世紀海上絲綢之路沿線港口連接的跨境貿(mào)易流通復雜網(wǎng)絡，并利用復雜網(wǎng)絡理論建立測度評價體系，對15 個省份的物流重要性與外向性進行評價；Fei 等［14］建立城市交通的復雜網(wǎng)絡模型，針對西安市公共交通設施提出一種基于中介數(shù)的數(shù)學模型，探討公共交通的可持續(xù)發(fā)展問題。在這些基于復雜網(wǎng)絡的物流研究中，一部分研究是應用于微觀層面的，例如城市內(nèi)的快遞運輸策略研究等，另一部分研究是將復雜網(wǎng)絡方法運用于國家整體物流網(wǎng)絡規(guī)劃上，通過對每個城市的中心性進行計算并以此作為物流連通性指標，以幫助建立國家整體物流網(wǎng)絡規(guī)劃。但很少有學者將復雜網(wǎng)絡理論運用于海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡建設中，也未基于復雜網(wǎng)絡理論建立可持續(xù)的海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡框架綜合方案。

因此，本文以內(nèi)陸地區(qū)可持續(xù)的海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡建設為切入點，建立重點物流城市之間以及內(nèi)陸城市與港口之間連接的復雜網(wǎng)絡。應用復雜網(wǎng)絡理論與方法建立城市物流連通性評價指標體系，并為內(nèi)陸地區(qū)城市建立海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡框架，以引導內(nèi)陸貨流優(yōu)先考慮框架指引的物流路線，實現(xiàn)內(nèi)陸地區(qū)進出口貨物物流運輸在經(jīng)濟與環(huán)境方面的綜合效益。本文作出了以下貢獻：

（1）本文從全局出發(fā)，考慮到當前中國物流行業(yè)發(fā)展所帶來的環(huán)境、交通等社會問題，建立引導內(nèi)陸貨流的海鐵聯(lián)運框架，提供了一個基于可持續(xù)發(fā)展理念的海鐵聯(lián)運布局研究的新視角。

（2）本文提出一個建立可持續(xù)海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡框架的綜合方案，其中針對城市物流連通性評價指標，本文結(jié)合現(xiàn)有復雜網(wǎng)絡中心度理論構(gòu)建基于Coreness 與Effisize的新指標，對城市的物流連通性水平進行更為全面的測度。而針對城市集群分類問題，本文利用CONCOR 的新方法對復雜網(wǎng)絡中的節(jié)點進行分類。最后還利用基于城市物流連通性指標的引力模型，建立港口與樞紐城市間的物流關系。

（3）本文通過計算海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡下的規(guī)模經(jīng)濟效益，總結(jié)出中國不同地區(qū)的海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡特點，并據(jù)此對中國不同地區(qū)的海鐵聯(lián)運發(fā)展提出建議。

2 可持續(xù)海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡內(nèi)涵及構(gòu)建方法

2.1 可持續(xù)海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡內(nèi)涵

海鐵聯(lián)運運輸方式是指在貨物抵達集裝箱碼頭后直接通過鐵路將貨物運輸至內(nèi)陸物流中心的物流運輸模式［15］，具體如圖1 所示?？沙掷m(xù)海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡是指通過建立物流網(wǎng)絡，引導內(nèi)陸地區(qū)的貨物通過鐵路運輸至港口，以解決我國交通運輸行業(yè)對環(huán)境污染嚴重、缺乏規(guī)模經(jīng)濟效應及抵御突發(fā)事件能力較差的問題，從而促進我國交通運輸行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

Fig.1 Schematic diagram of sea-rail combined transport mode圖1 海鐵聯(lián)運模式示意圖

2.2 節(jié)點城市與港口選擇

本文選擇備選節(jié)點城市的目的是將其作為樞紐城市的候選城市，以建立內(nèi)陸地區(qū)海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡框架。本文首先選擇《中國物流節(jié)點城市布局與規(guī)劃》文件指定的24 個國家級物流節(jié)點城市中的內(nèi)陸城市作為備選城市，并排除了拉薩市和北京市。前者是因為西藏地區(qū)物流基礎設施薄弱、人口稀少，所以無法成為物流樞紐城市；后者是由于北京市是我國的政治與文化中心，因政治功能和人口過于密集等原因不宜成為物流樞紐城市。其次，本文加入了我國鐵路干線交匯處的10 個樞紐城市，因本文研究重點是海鐵聯(lián)運框架，因此位于鐵路干線交匯處的城市也是本文重點分析的對象?；谏鲜隹紤]，本文共選擇34 個城市作為備選節(jié)點城市，具體城市選擇情況見第3 節(jié)。

在港口選擇方面，本文在主要考慮了鐵路與港口接駁以及相應配套設施建立情況等因素后，選擇大連港、天津港、青島港、連云港港區(qū)、寧波舟山港、深圳港以及北部灣港區(qū)作為本次海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡的出海港口［16］。

2.3 基于復雜網(wǎng)絡理論的樞紐城市選擇

2.3.1 基于復雜網(wǎng)絡的節(jié)點物流連通性評價

樞紐節(jié)點的選擇需要建立完整的評價體系，以評判各節(jié)點的物流連通性?；诖?，本文選取度中心度、接近中心度與中間中心度3 種中心度指標以及一種基于Coreness和Effsize 指數(shù)的節(jié)點局部重要性指標，以綜合表示城市在整體網(wǎng)絡中的物流連通性。具體指標如下：

（1）度中心度（Degree Centrality）。節(jié)點i的度中心度定義為與之相連的其他點數(shù)量，當一個節(jié)點的度中心度越高，代表其在整個網(wǎng)絡中具有較大影響力，具體如式（1）所示。其中，di代表點i的相鄰點數(shù)量，n為節(jié)點數(shù)量。

（2）接近中心度（Closeness Centrality）。節(jié)點i的接近中心度代表其到達網(wǎng)絡內(nèi)其他節(jié)點的最短距離之和，接近中心度越高，代表其到達每個節(jié)點都比較容易，如式（2）所示。其中，dij代表節(jié)點i與j之間的最短路徑，n為節(jié)點數(shù)量。

（3）中間中心度（Betweenness Centrality）。節(jié)點i的中間中心度是指其處于任意兩點間捷徑上的比例，假設存在點x和y，i點的中間中心度代表經(jīng)i點且連接x與y的捷徑數(shù)除以x與y之間的捷徑總數(shù)。中間中心度越高，代表節(jié)點i處于越多條交往網(wǎng)絡的捷徑上，如式（3）所示。其中，pjk代表i點處于j與k點之間最短路徑上的次數(shù)，gjk代表j與k點之間的最短路徑總數(shù)。

（4）節(jié)點的局部重要性。由于復雜網(wǎng)絡的中心性理論主要測算節(jié)點在整體網(wǎng)絡中的連通性，如果僅依靠傳統(tǒng)中心性指標計算各節(jié)點的物流連通性，容易忽視在局部網(wǎng)絡中具有較高連通性的節(jié)點。因此，本文引入一個概念稱為節(jié)點的局部重要性，以此完善節(jié)點物流連通性評價體系。節(jié)點的局部重要性由兩方面組成，本文設節(jié)點i的區(qū)域重要性為Xi，其中Xi=(Ei+Ci)/2，Ei為節(jié)點的Effsize 指數(shù)，代表節(jié)點的有效規(guī)模，意為節(jié)點的個體網(wǎng)絡規(guī)模減去冗余網(wǎng)絡規(guī)模。一個節(jié)點的有效規(guī)模代表其在局部網(wǎng)絡中的重要程度，有效規(guī)模越高，代表節(jié)點在此處的級別越高，可達性越強。具體計算公式如下：

式中，q代表除i點和j點外的第三點，Piq代表i投入q的關系所占比例，Mjq代表j到q關系的邊際強度，等于j到q的關系除以j到其他點關系中的最大值，對于二值網(wǎng)絡Mjq=（0，1）。

Ci為節(jié)點的Coreness 指數(shù)，代表節(jié)點的核程度，表示在子網(wǎng)絡中，i點至少可以與其子網(wǎng)絡中的Ci個點相連。Ci值越大，代表可以形成更大的子網(wǎng)絡。同樣的，一個更大的子網(wǎng)絡可包含許多小型子網(wǎng)絡，因此Ci也代表其在局部形成小集體的能力，越大的Ci代表其能形成更多子網(wǎng)絡。

在得到各節(jié)點城市的中心性指標后，本文將采用熵權(quán)法對各項指標進行加權(quán)，以得到各節(jié)點的物流連通性指數(shù)。熵是系統(tǒng)狀態(tài)不確定性的一種度量，應用熵可度量評價指標體系中指標數(shù)據(jù)所蘊含的信息量，并依次確定各指標權(quán)重［17］。由于熵權(quán)法評價過程不受主觀因素影響，因此非常適用于那些不包含主觀判斷指標的加權(quán)過程。本文也將借助熵權(quán)法確定權(quán)重，并得到每個節(jié)點城市的物流連通性得分。

2.3.2 基于CONCOR 方法的內(nèi)陸城市之間子群劃分

在得到各節(jié)點城市的物流連通性指標后，本文將借助CONCOR 算法將全部節(jié)點城市劃分為不同子群，并選出每個子群中物流連通性指標得分最高的城市作為樞紐城市。

CONCOR（Convergent Correlation）算法是一種對數(shù)據(jù)進行分類的方法，其最早是由Mc Quitty 提出的一種相關系數(shù)矩陣迭代計算方法，后來由Booraman 與Arabie 命名為CONCOR 算法，并用于分類計算［18］。該算法以各節(jié)點城市之間的連接關系作為初始矩陣A，如式（5）所示。

通過計算矩陣A各行數(shù)據(jù)之間的相關關系系數(shù)，形成新的相關系數(shù)矩陣C1，如式（6）所示。其中，cij為矩陣A第i行與第j行之間的相關系數(shù)。

在得到系數(shù)矩陣C1后，將其作為輸入矩陣，計算C1矩陣中各行之間的相關關系，并將得到的矩陣記為C2。依此迭代計算直至相關系數(shù)矩陣中只存在-1 與1 兩個值時，認為迭代完成，將最后得到的相關系數(shù)矩陣重新進行排列，根據(jù)密度表即可得到各節(jié)點分類情況［19］。由于CONCOR算法非常適合處理各節(jié)點相關關系的數(shù)據(jù)，所以在復雜網(wǎng)絡領域，常被用來對節(jié)點進行分類。因此，本文利用CON?COR 算法對所有貨源節(jié)點城市建立的復雜網(wǎng)絡進行分類，將各貨源節(jié)點城市劃分為不同子群，而且基于該劃分結(jié)果，在每一個子群中選取具有最高物流連通性指數(shù)的貨源節(jié)點城市作為該子群內(nèi)部的核心，并將其定義為樞紐城市。

2.4 基于物流引力的港口與樞紐城市之間關系建立

在得到各子群的樞紐城市之后，本文引入引力模型對各城市與港口間的物流引力進行測算，以此建立各節(jié)點城市與港口的物流聯(lián)系，從而建立海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡。

引力模型是賴利根據(jù)牛頓萬有引力公式提出的，該模型被提出后得到了廣泛應用，主要用于研究區(qū)域間的經(jīng)濟影響及空間格局［20］。引力模型認為兩個區(qū)域間的相互作用與區(qū)域規(guī)模成正比，而與區(qū)域之間距離成反比。在物流網(wǎng)絡建設中，節(jié)點城市的物流連通性指標代表節(jié)點在該網(wǎng)絡中的節(jié)點規(guī)模，物流連通性越高的城市在該網(wǎng)絡下具有更高的樞紐價值，樞紐價值的高低將直接影響節(jié)點城市的貨運量數(shù)額，而擁有充足的貨運量則是支撐港口發(fā)展海鐵聯(lián)運的關鍵因素［21］。引力模型公式如下：

式中，Iij代表研究對象i與j之間的引力關系；G代表引力系數(shù)；Mi與Mj代表區(qū)域規(guī)模，本文以節(jié)點的物流連通性得分來表示；d代表兩點之間的鐵路距離，但由于反映物流運輸效率的重要指標為運輸時間，所以本文將d修正為兩點間的最短通行時間，以代表兩節(jié)點之間距離。

在得到各港口與各樞紐城市之間的物流引力數(shù)值后，本文將根據(jù)引力數(shù)值大小建立港口與樞紐城市的一一對應關系。本文首先從港口的視角，選擇與港口引力關系值最大的樞紐城市建立物流聯(lián)系；當一個樞紐城市被多個港口城市選擇為最優(yōu)引力城市時，再以該城市為視角，反向選擇與該城市物流引力最大的港口并與之建立聯(lián)系；之后便排除這對“港口—樞紐”城市對，并重復第一步，直到全部樞紐城市與港口形成一一對應關系。

3 實例分析

3.1 海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡建立

步驟1：選擇備選節(jié)點城市。本文基于《中國物流節(jié)點城市布局與規(guī)劃》文件進行貨源節(jié)點城市選擇，其中包含33 個國家級物流節(jié)點城市。在排除掉拉薩市、北京市及沿海城市后剩下22 個城市，將這22 個城市作為備選城市，同時加入我國鐵路干線上的10 個主要樞紐城市，一共構(gòu)成32個備選節(jié)點城市，具體如表1 所示。

Table 1 Alternative node city表1 備選節(jié)點城市

步驟2：選取樞紐城市?；趶碗s網(wǎng)絡理論，本文計算各備選節(jié)點城市的度中心度、中間中心度、接近中心度和節(jié)點局部重要性指標，同時計算各指標的熵權(quán)值以獲取各項指標權(quán)重。其中W1-4分別對應度中心度、接近中心度、中間中心度和局部重要性4 項指標，具體權(quán)重如表2 所示。在得到各項指標權(quán)重之后，對各項指標得分進行加權(quán)處理，得到每個備選城市節(jié)點的物流連通性指數(shù)，具體得分如表3 所示。

Table 2 Weight of each indicator表2 各項指標所占權(quán)重

Table 3 Logistics importance score of each node city表3 各節(jié)點城市物流連通性得分

為選擇出每個區(qū)域中物流連通性最高的城市作為樞紐城市，本文通過CONCOR 方法對所有內(nèi)陸地區(qū)的貨源節(jié)點城市進行分區(qū)。具體分區(qū)情況如圖2 所示。

Fig.2 Zoning situation of inland source node cities圖2 內(nèi)陸貨源節(jié)點城市分區(qū)情況

本文根據(jù)現(xiàn)實情況對CONCOR 分區(qū)結(jié)果進行調(diào)整，因為復雜網(wǎng)絡理論中只考慮節(jié)點間的連接關系，而忽略了節(jié)點間的空間距離，這也導致地處中南地區(qū)的武漢市與鄭州市、洛陽市、濟南市等北方城市分至一組，不符合地理區(qū)位因素，而且武漢市地處湖北省，與相鄰的湖南省在經(jīng)濟、文化上的交流更緊密。因此，本文對分區(qū)作出調(diào)整，將武漢市歸入分區(qū)一中。同時，本文在每個子群中選擇出物流連通性得分最高的城市，使其成為該子群中的樞紐城市，分別為武漢市、南寧市、西安市、鄭州市、南昌市、太原市和沈陽市。

步驟3：建立港口與內(nèi)陸子群的物流聯(lián)系。本文通過計算各港口與各內(nèi)陸城市間的物流引力，在得到各備選城市節(jié)點的物流連通性指標后，通過引力模型計算各港口與備選節(jié)點城市間的引力關系。其中，備選城市與港口之間的距離D 利用城市間鐵路通勤最短時間來表示，并利用式（7）計算各內(nèi)陸備選城市與港口城市之間的引力關系，結(jié)果如表4 所示?；谝陨嫌嬎憬Y(jié)果，本文將各港口與每個城市子群建立連接關系后，形成一個我國內(nèi)陸地區(qū)的海鐵聯(lián)運物流框架。各分區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如表5 所示。

3.2 結(jié)果分析與討論

由于公路貨運的運輸方式相對獨立，因此其在少貨量、短距離的運輸中相比鐵路運輸具有成本上的優(yōu)勢，而只有貨運量和距離增加到一定程度時，鐵路運輸?shù)囊?guī)模效益才能得到發(fā)揮。因此，本文對不同運輸場景下的鐵路運輸成本進行分析，并基于此對本文構(gòu)建的海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡進行優(yōu)化，此外還將探討構(gòu)建海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡后的碳排放情況。

Table 4 Gravitational relationship between inland node cities and ports表4 內(nèi)陸節(jié)點城市與港口間的引力關系

Table 5 Logistics network establishment situation表5 物流網(wǎng)絡建立情況

3.2.1 海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡規(guī)模經(jīng)濟效益分析

首先對海鐵聯(lián)運模式下形成的規(guī)模經(jīng)濟進行分析，規(guī)模經(jīng)濟是指擴大生產(chǎn)規(guī)模后經(jīng)濟效益得到提升的現(xiàn)象，在鐵路運輸行業(yè)則體現(xiàn)為隨著貨運量增加，其單位運輸成本下降的現(xiàn)象［22］。因此，為探索規(guī)模經(jīng)濟帶來的效益，本文選取沈陽—大連、鄭州—青島、武漢—深圳3 條由樞紐城市通往港口的鐵路線作為對象進行研究，其中3 條線路的運輸距離分別為397km、831km 和1 182km。本文引用學者Milan［23］的研究結(jié)果，其在考慮了運輸費用、時間成本、環(huán)境成本、交通堵塞成本等多方面因素后，得到鐵路運輸在多式聯(lián)運模式下的運費模型，并計算出不同運輸距離下的貨物運輸成本。具體結(jié)果如圖3 所示。

Fig.3 Unit cost of railway transportation under different transportation distances and scales圖3 不同運輸距離及規(guī)模下的鐵路運輸單位成本

由圖3 可知，在3 種不同運輸距離下都存在規(guī)模效益，單位運輸成本在貨物規(guī)模增長的情況下有所下降。因此，將貨物由公路運輸向鐵路運輸方向轉(zhuǎn)移，增加鐵路運輸貨運量即可在一定程度上降低鐵路貨運成本，進而獲得規(guī)模經(jīng)濟效益。但當貨物運輸量從1 000t 增長到5 000t 時，單位運輸成本僅降低了0.12 元/km×t，鐵路貨運量的提升帶來的規(guī)模效益并不太明顯，相比之下，運輸距離的增加可更直接地提升規(guī)模效益。本文重新計算了不同運輸距離下的規(guī)模經(jīng)濟效益，結(jié)果如圖4 所示。

Fig.4 Comparison of railway and highway transportation costs under different transportation distances圖4 不同運輸距離下鐵路與公路運輸成本比較

圖4 中運輸規(guī)模A、B、C 分別代表貨運量為837t、1 673t和3 346t 時鐵路貨物運輸成本情況。由于公路運輸工具為較為獨立的卡車，貨物分散，無法實現(xiàn)集聚與規(guī)模效應，因此隨著貨運量的增加，公路運輸?shù)囊?guī)模效益增長較慢。同時本文考慮到公路運輸成本容易受到諸如季節(jié)、去回程、不同省份收費情況等多種因素影響，導致難以測算出成本函數(shù)，因此本文選取了《我國公路貨運價格的波動及鐵路貨運定價研究》文獻中不同運輸距離下中國主要城市間的平均公路貨運成本代表中國整體公路貨運成本［24］。由圖4得知，相較于鐵路運輸，當運輸距離在600km 以內(nèi)時，公路運輸成本更低。

在考慮到大多數(shù)城市的貨運情況后，本文對已建立好的物流運輸網(wǎng)絡進行修正。當運輸距離在600km 以內(nèi)時將通過公路運輸，當運輸距離超過600km 時則通過鐵路運輸，以實現(xiàn)海鐵聯(lián)運模式下的效益最大化。各區(qū)域海鐵聯(lián)運規(guī)劃如圖5 所示。

通過研究發(fā)現(xiàn)，中國東北地區(qū)與河南、山東地區(qū)的鐵路運輸發(fā)展受到運輸距離阻礙。東北地區(qū)的城市群整體距離較近，沈陽至大連港的距離只有397km，而哈爾濱至沈陽也只有547km。在不足600km 的距離下，鐵路運輸很難獲得超過公路運輸?shù)慕?jīng)濟效益，因此在東北地區(qū)需要通過提高貨物運輸規(guī)模來彌補運輸距離上的劣勢。東北地區(qū)的物流網(wǎng)絡相對獨立，與其他各分區(qū)的物流聯(lián)系較為松散，因此很難通過吸收外部地區(qū)的貨源來提升貨運量規(guī)模，這對于東北地區(qū)的海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡建設是一個挑戰(zhàn)。而東北地區(qū)的優(yōu)勢在于鐵路基礎設施建設較為完善，特別是大連港是中國為數(shù)不多的已實現(xiàn)鐵路與港口無縫銜接的港口。東北地區(qū)擁有良好的基礎設施與優(yōu)質(zhì)的港口，但同時也因地理位置等因素限制了海鐵聯(lián)運的發(fā)展，因此東北地區(qū)必須提升自身的物流水平與經(jīng)濟實力，提供更多貨源給大連港，通過提升貨物運輸規(guī)模以提升鐵路運輸?shù)囊?guī)模效益。山東與河南地區(qū)的鐵路發(fā)展同樣受制于運輸距離，需要通過提升貨物運輸規(guī)模以降低鐵路運輸成本。不過相較于東北地區(qū)，鄭州市地處我國交通中心，且擁有全國最大的鐵路貨物中轉(zhuǎn)站——鄭州東站，因此可吸引較多貨源，從而形成較大的運輸規(guī)模以彌補運輸距離上的劣勢。

Fig.5 Regional sea-rail combined transport planning圖5 各區(qū)域海鐵聯(lián)運規(guī)劃

中國中南部地區(qū)、長江中下游地區(qū)和華北平原地區(qū)雖然具有運輸距離上的優(yōu)勢，但由于港口與樞紐城市的位置關系以及鐵路線的延伸情況削弱了海鐵聯(lián)運模式產(chǎn)生的規(guī)模效益。武漢作為中南部地區(qū)的物流樞紐，可以吸引湖北省、湖南省各地級市的貨源，但受到地理位置影響，武漢無法直接通過鐵路連接港口。雖然可通過京廣線過長沙、株洲后到達深圳，但是因為這樣的地理布局，導致武漢市無法吸收長沙市、株洲市等武漢市以南的京廣線沿線城市貨源，進而損失一部分規(guī)模效益。華北地區(qū)和長江中下游地區(qū)與之相同，都是受到鐵路線路空間布局的影響，使得樞紐城市無法最大化地吸收周圍節(jié)點城市的貨源，導致貨物運輸?shù)囊?guī)模經(jīng)濟效益大打折扣。在尚沒有新鐵路建設規(guī)劃的前提下，只能在每個城市群中尋找到最適合的樞紐城市，以減少規(guī)模經(jīng)濟效益的損失。

另外，研究發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)與西南地區(qū)在發(fā)展海鐵聯(lián)運方面具有較大優(yōu)勢。西北地區(qū)的城市群內(nèi)部聯(lián)系較為緊密，樞紐城市西安可很好地匯集各西北城市的貨源。同時由于西北地區(qū)的城市距海岸較遠，而在長距離運輸上鐵路的單位運輸成本更低，可從運輸距離上獲得規(guī)模經(jīng)濟效益，節(jié)省一部分運輸成本。由于隴海鐵路的存在，使得西安市雖身居內(nèi)陸地區(qū)，但擁有較為順暢的出海通道，可以很方便地將貨物運送至連云港后出海，因此西北地區(qū)是最適合海鐵聯(lián)運模式的地區(qū)之一。同樣的，西南地區(qū)除南寧市與北部灣港區(qū)距離過近之外，其余城市到港口的距離都較遠，鐵路的單位運輸成本低于公路運輸，可從運輸距離上有效發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟效益。

3.2.2 海鐵聯(lián)運模式下碳排放量分析

本文針對海鐵聯(lián)運模式下減少碳排放的能力進行評估，根據(jù)《交通運輸業(yè)碳排放比較研究》文獻中的數(shù)據(jù)，鐵路運輸單位周轉(zhuǎn)貨物的碳排放量為0.007 7kg/t ?km，柴油貨車單位周轉(zhuǎn)貨物的碳排放量為0.155 3kg/t ?km。本文以鄭州—青島鐵路運輸線路為例，計算得到不同鐵路運輸占比情況下的運輸成本與碳排放量變化如圖6 所示。

Fig.6 Changes in transportation costs and carbon emissions under different railway transportation proportions圖6 不同鐵路運輸占比情況下運輸成本與碳排放量變化

由圖6 可知，在貨物運輸總量不變的前提下，增加鐵路運輸比例可在一定程度上減少碳排放，達到保護環(huán)境的目的。本文結(jié)合減少的碳排放量和規(guī)模經(jīng)濟下的成本節(jié)約收益后得出結(jié)論，在總貨運量不變的前提下，當鐵路貨運量占比達到50%之后，僅在鐵路運費方面即可節(jié)省5.94 萬元，同時可減少碳排放308 000kg。

接下來對建立海鐵聯(lián)運體系前后整個網(wǎng)絡的碳排放情況進行對比，本文將2018 年全年各節(jié)點城市鐵路貨運量與公路貨運量作為基礎數(shù)值進行計算。假設每年各節(jié)點城市有10%的貨物會通過本文設計的海鐵聯(lián)運通道運往港口，根據(jù)常規(guī)情況下與使用海鐵聯(lián)運通道情況下不同的碳排放總量對比（見表6），表明海鐵聯(lián)運模式可以有效降低碳排放量。

Table 6 Comparison of total carbon emissions表6 碳排放總量對比

3.2.3 海鐵聯(lián)運模式下抵御突發(fā)事件影響能力分析

由于公路運輸容易受到道路擁堵、道路管制等突發(fā)事件影響，從而造成一定程度上的經(jīng)濟損失，而海鐵聯(lián)運模式相比公路運輸模式具有較強的抵御突發(fā)事件的能力。如疫情期間，柳州市通過鐵路將由于公路管制而無法運輸?shù)臋C械設備運往哈薩克斯坦。同樣的，連云港港口鐵路完成運輸量349.9 萬t，同比增加了61.1 萬t，增幅為21.2%；浙江海鐵聯(lián)運通道累計發(fā)送貨物13.906 萬標箱，達到116.7萬t，同比增長8.9%。而反觀公路運輸則受到了疫情較大沖擊，如2020 年春節(jié)期間，全國貨車在線率為20%左右，僅為2019 年同期的三分之一，其中進入湖北省的貨車數(shù)量占全國貨車數(shù)量的比率從2019 年的0.5%左右下降至不到0.1%，這對于我國公路運輸業(yè)造成了極大影響。因此，本文建立的可持續(xù)海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡可有效提升我國交通運輸業(yè)抵御突發(fā)事件的能力。

4 結(jié)語

本文以建立內(nèi)陸地區(qū)海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡框架為例，采用復雜網(wǎng)絡中心度理論對節(jié)點城市的物流連通性作出評價，通過CONCOR 分析法對全部內(nèi)陸節(jié)點城市進行區(qū)域劃分，選擇出每個區(qū)域連通性得分最高的節(jié)點城市作為樞紐城市。最后利用引力模型建立內(nèi)陸地區(qū)子群與港口之間的關系，從而建立起以西安市、武漢市、南寧市、南昌市、鄭州市、太原市和沈陽市為樞紐的海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡框架，以引導內(nèi)陸貨流優(yōu)先考慮框架指引的物流路線，實現(xiàn)內(nèi)陸地區(qū)進出口貨物物流運輸在經(jīng)濟與環(huán)境方面的綜合效益。

通過研究得出以下結(jié)論：

（1）發(fā)展海鐵聯(lián)運可有效促進我國鐵路運輸業(yè)形成規(guī)模經(jīng)濟效應。鐵路運輸業(yè)在運輸規(guī)模和運輸距離上都存在規(guī)模經(jīng)濟效應，即當運輸距離越遠、貨運量越大時，其單位運輸成本越低。因此，對于距離較近的城市而言，提升貨物規(guī)模是發(fā)展海鐵聯(lián)運的唯一手段。例如東北地區(qū)、山東和河南地區(qū)由于受到運輸距離的限制，必須通過提升貨物規(guī)模以獲得超過公路運輸?shù)慕?jīng)濟效益；長江中下游地區(qū)、華北地區(qū)和中南部地區(qū)的城市群盡管存在距離上的優(yōu)勢，但由于鐵路線路建設以及港口與樞紐城市間的位置關系等因素，無法將規(guī)模經(jīng)濟效益最大化，因此只能通過選擇最有價值的樞紐城市來減少規(guī)模效益的損耗；西北地區(qū)和西南地區(qū)非常適合發(fā)展海鐵聯(lián)運項目，只要國家給予一定的政策支持，即可形成規(guī)模經(jīng)濟效應，從而推動海鐵聯(lián)運的發(fā)展。

（2）發(fā)展海鐵聯(lián)運可有效降低交通運輸業(yè)的碳排放量。通過實例分析發(fā)現(xiàn)，在總貨運量不變的前提下，增加鐵路貨運量占比可有效降低碳排放量，而且利用本文構(gòu)建的海鐵聯(lián)運網(wǎng)絡進行運輸，一年可減少7 800 000kg 的碳排放量。因此，建立海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡可達到保護環(huán)境、推動我國交通運輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。

（3）通過觀察，在疫情期間多地海鐵聯(lián)運的貨運量都有所增加，而公路運輸受到較大沖擊，導致運輸能力下降，因此海鐵聯(lián)運模式具有較強的抵御突發(fā)事件干擾的能力。

最后本文在城市的分區(qū)中采用基于復雜網(wǎng)絡的CON?COR 算法，但基于復雜網(wǎng)絡理論的分區(qū)只考慮了節(jié)點間的連接關系，而未考慮節(jié)點間的距離，因此會出現(xiàn)將在空間地理位置上相距很遠的城市分到同一類的情況出現(xiàn)，這也是本文的局限所在。在未來的研究中，可在復雜網(wǎng)絡理論基礎上加入節(jié)點間距離產(chǎn)生的影響，以完善對海鐵聯(lián)運物流網(wǎng)絡的研究。