煤炭运输通道优化研究报告综述

1.国外研究现状

运输通道理论形成于20世纪60年代。它是以系统的思想，运用区域经济学、运输经济学、运输地理学及运输规划理论与方法而形成的一个新的理论[5]。其主要内容包括三个方面：一是基于运输流而形成的空间地理区域基础；二是通道运输网络及枢纽的合理布局；三是通道资源的合理配置[6]。美国是世界上交通运输极为发达的国家，国家运输部门专门设立了运输通道建设的专门机构，其任务是研究和建设运输通道。美国己编写出了《运输通道项目规划》、《波多黎各运输通道可行性研究》、《东北运输通道可行性研究》等[7]。加拿大运输研究机构也提出了《埃德蒙顿—卡尔加里运输通道研究报告》，这些研究成果极大丰富了运输通道理论[8]。世界各国在进行运输通道建设与理论研究过程中，都比较重视通道内公路的建设与发展，美国在20世纪60年代进行了《跨州多模式运输通道研究》的工作，重点研究高等级公路规划与运输通道扩X二者之间的关系及多种运输方式协调发展的问题[9]。欧洲一向是经济较发达的地区，长期的经济发展与贸易往来，形成了多条洲际运输通道，对运输通道的研究也一向侧重于运输通道的扩X 及发挥各种运输方式的优势，提高综合运输能力等方面[10]。相应研究比较多的是运输需求的分析、预测，联合运输的新技术和有效组织，港站内各种运输设备的匹配与布置[11]。发达国家对交通运输通道理论研究的一个主要结论是：要把有限资金投入客货的密集地带，因地制宜地大力开发和建设各具特色的交通运输通道，以解决国家交通运输系统中的关键问题，满足经济和社会发展的需要[12]。

而针对煤炭运输通道建设和运输方式的规划布局，各国存在的情况更有不同，针对各自不同的情况，解决途径和方式也各不相同。

多年来，美国的煤炭运输一直以铁路运输为最主要的运煤方式。目前其运量占一级铁路货运量的40%，占全部内销和出口煤炭运输总量的60%以上。1995年，美国煤炭运输总量为8.53亿吨，其中铁路运输为5.34亿吨，占62.7%[13]。从地区分布上看，西部地区煤矿多处于偏远西北各州，因此铁路运煤量增加较快，由1992年占美国全部铁路运煤量的38.5%提高到1995年的50.5%，运量达2.07亿吨。铁路运煤50%以上采用直达专列，每列由60至150个载重90吨或110吨的车皮组成。煤矿铁路运费率由煤矿与铁路公司议定，但不得低于政府规定的最低限额[14]。目前，由于水路运输煤炭成本低，故水运在国内煤炭运输中占有重要地位；70年代以前水路运煤量曾占煤炭运输总量的30%左右，80年代以后由于西部矿区产量激增，且煤炭主要依靠铁路运输，矿水运比重有所下降[15]。1995年水路运煤量为1.31亿吨，占全部运煤量的15.4%。内河煤炭水运集中在俄亥俄河、密西西比河、孟农加希拉河和田纳西河，广泛采用由15-40只载重1360吨的驳船组成的顶推船队。

占美国煤炭运量第三位的是公路运输，其利用四通八达的高速公路系统直接从煤矿装煤送给80至480公里以内的矿区选煤厂，铁路装车站和内河码头，方便快捷。1995年公路运煤量为9439.69万吨，占煤炭运输总量的11.1%，运煤卡车载重18吨或32吨。

除以上3种主要运煤方式外，对于短途用户特别是坑口电站和点的运输采用带式输送机，架空索道及水煤浆管道等运输方式。20世纪70年代以来，这些运煤方式发展较快，所占的比例由1970年的4.4%增加到1991年的13.5%；最近几年虽有所下降，但仍保持在10%以上，1995年这类运输方式的运煤量为9070.2万吨，占煤炭总运量的10.8%。

俄罗斯国土辽阔，东西最大距离达11000公里，90%的煤炭资源公布在乌拉尔以东地区，而75%的工业生产能力和人口集中在西部。因此，“东煤西运”成为前苏联国民经济发展中的一个突出问题，也是影响煤炭工业发展的一个关键因素。俄罗斯煤炭运输几乎全靠铁路，铁路运煤量占全部煤运量的96%以上。每年有1亿吨煤从西伯利亚的库兹巴斯运往西部地区，最长运距达3000公里铁路运输紧X已成为东部地区各矿区煤炭增产的主要限制因素[16]。另外，煤炭经西伯利亚大铁路长距离运输、飞扬、泄漏损失很大，加上和贮存损耗，每年损失煤炭1500万吨，造成产重的浪费。解决煤炭运输，特别是“东煤西运”问题的主要措施：

（1）铁路运煤

俄罗斯目前铁路总长度为15.81万公里。30年代以来新建的铁路，有40%主要是为运煤而建的，26条铁路干线，运煤的有20条。解决铁路运煤的主要途径是建设煤专线和发展直达专列运输。在运量大的区段，大都修建了复线或运煤专线。

（2）用输电代替运煤

为解决东煤西运，减少煤炭运输中的损失，大力发展煤电联营，建大型烧煤电站，将电输往西部地区，为此必须采用特高电压输电。东电西送的线路主要是400千伏和500千伏。已运行的1200 千伏特高压交流输电线路，长约1900公里，输送容量5000兆瓦。该线路运行电压1150千伏，目前有两段运行电压为500千伏。正在建设的坎斯克—阿钦斯克燃料动力综合体，计划建一批大型电站，形成一个巨大的电力中心，采用特高压输电线路将电送信西部工业中心。

（3）发展远程管道运煤

前苏联从60年代开始对管道运煤的技术经济问题进行了大量研究工作。1980年提出库兹巴斯到乌拉尔管线的可行性研究报告。该管线长2500公里，年运煤量2500万吨。1985年，建成一条工业性试验管线，从库兹巴斯的任斯卡亚

矿到新西伯利亚市的一个电站，长250公里，年运煤4300万吨。

（4）扩大海运

俄罗斯海港(圣彼得堡、维堡、加里宁格勒、图阿普谢、东方、纳霍德卡、波西耶特等)的煤炭年装船能力为1600万吨。这些海港，除东方港外，贮煤能力有限，停泊线短，深度浅，装、卸设施落后。因缺少能装载5万吨以上货船的现代化煤的问题。所以阻碍了向黑海和地中海国家大量出口煤炭。

目前俄罗斯正着手解决在黑海建年生产能力为600万吨煤码头，依靠新建的灯码头，俄罗斯吨煤可节省运费6美元，每年节省3600万美元。预计该码头建好后，还将再建四座装煤能力相同的煤码头，以保证每年出口动力煤3000万吨[17]。

而针对运输通道的技术解决方案也随着时代变迁而不断发展，相关空间布局理论也不断更新和完备。

R.L. Batterham T.G. Mikosza和A.P. Ockwell对新南威尔士当时的煤炭运输运输系统进行混合整数线性规划的建模[18]。对当时的运输系统，包括使用的运输煤炭路线和用以替代的路线加上将筹建的道路，铁路，传送带，泥浆管或装煤设施模型化，解决了煤炭运输联运最低成本路线问题[19]。

2002年，普林斯顿大学的研究人员开发了一个专为解决交通网络问题的高分辨率计算机图形系统。该系统结合了当时最先进的硬件和软件[20]。该系统通过网络分析和系统仿真算法、描述数据结构、计算程序、硬件配置和数据来源，提出了针对美国和加拿大的铁路、公路、水路和城市交通的网络问题[21]。系统包括相关的商品运输（煤），铁路和汽车业务的管理交通和市场分析、合并分析、流动模型分析，而这种图形和交互技术正广泛应用于地理区域交通网络问题[22]。

朗利等人认为：地理信息系统（GIS）提供了包括建模和分析工具的一个精确解决方法，也实现了之前通过数学建模等途径无法实现的可视化等很多方面

[23]。米勒等认为与传统的地理参照数据相比，GIS可以分析空间结构及其动力学

[24]。在涉及交通和运输网络分析方面，地理信息系统也是一个常用工具。

罗德里格认为：人，商品和信息的流动一直是人类社会的基本组成部分，因此运输系统已毫无疑问地影响了在整个人类历史[25]。维克曼等认为：交通土地利用系统在促进经济增长空间结构的角色，一直是学者、规划者、投资者和政治家，更是为运输体受益者所关注[26]。然而，目前尚没有对影响经济的一致论调，特别是对于不同空间尺度的研究。关于交通布局的研究，他们主要加强了运输系统，在处理交通挤塞的大城市带，明确了关于空间结构动力学运输相关的研究[27]。

克利亚斯和E.吉尔介绍了用于评估全系统的能量流动经济效率的建模方法，从煤炭和天然气供应商的电力负荷中心，运用不同方法，从物理、经济等不同特

点的网络环境方面，通过制定运输网络模型有效地解决了包括燃料供应、资源配置、相应供需价格和电力需求的节点连接问题[28]。

地理信息系统（GIS）在交通运输分析上的应用是计算机技术在交通运输上的发展，从70年代开始，计算机越来越多的用于维护和分析其他的交通运输数据，特别在近几年与运用综合交通运输模型不同的是美国把更多的注意力集中于交通数据库和数据库分析工具的发展上[29]。

交通运输活动离不开特定的地理环境，地理信息系统（GIS）提供将地理环境信息可视化的功能，这极大地推动了公路交通运输活动，完善了其后勤保障能力。同时将地理信息系统中的空间分析功能恰当地应用到公路交通运输活动的各个环节，为实现信息化条件下公路交通运输的精确保障提供了重要的定量基础[30]。

空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志[31]。

在地理信息系统平台上构建的空间数据库可以针对交通网及其交通专题数据进行统计分析；为资源寻找通过网络的最佳路径，全面考虑影响因素，求解最佳路径，为达到快速、高效的保障目的而选择一条最佳行进路线；资源分配分析，模拟资源如何在中心和他周围的网络元素之间流动，可用来进行交通枢纽中心、保障基地中心的吸引X围分析[32]，以寻找交通物流资源X围，并进行合理配置；选址分析，确定机构设施的最佳地理位置。考虑需求与供给的相互作用力，据此选择二者的合理位置，获得最大经济效益；公路网通行分析，对于交通线路的通行能力进行各种指标的分析综合评价。

由于交通需求分析所需要的数据在取得上比较困难，使交通分析模型的应用受到一定的制约，最近发展的城市交通地理信息系统（GIS-T）成为解决这个问题的有效途径之一。城市交通地理信息系统是把地理信息系统直接或间接地应用于交通运输分析的子系统。地理信息系统的应用，特别是在数据存储方法的发展和提供合适的分析能力方面将有效地引导交通运输部门来使用GIS-T[33]。

2 国内研究现状

大部分发达国家，其运输系统的发展往往是超前于社会经济发展水平，在交通建设高潮中形成了许多重要的交通干线，并经过竞争与淘汰，保留下来一些重要干线，成为区际运输大通道[34]。并据此认识到运输通道的存在。因此，虽然运输通道日趋完善，但其理论研究仍然处于探索阶段。20世纪70年代，运输通道理论引入我国，80年代开始进行实际的规划与建设工作。当时研究的主要侧重点是通道内运输结构合理化问题，主要是公铁分流的理论研究与实践[35]。由于该

阶段国民经济的发展逐渐加快，交通运输与国民经济的发展矛盾日益突出，尤其是铁路全面吃紧，而其它运输方式紧X程度相对较低，于是以公铁分流为主题的综合运输由理论研究阶段开始进入到实践阶段[36]。目前我国运输通道的规划研究己从单一干线运输方式转向综合运输通道的研究[37]，并且开始在运输通道的规模、线路走向、布局等方面进行深入研究。

近年来，对于综合交通运输布局的研究是热点问题，王庆云针对现阶段我国经济社会发展及交通运输中存在的问题，就中国交通发展战略、规划和相关政策进行研究，包括中国交通发展战略研究、综合交通网发展规划研究，以及围绕战略和规划研究而开展的中国交通运输形势与近期发展思路研究、交通运输与经济发展的适应性研究、交通规划的综合框架与方法、区域综合交通网络布局理论及其应用、中国综合交通运输政策理论框架与政策设计、综合交通运输系统可持续发展评价等专题进行了全面深入的分析[38]。X国伍以系统分析的思想、原理和方法描述交通运输体系，完整地论述了交通运输系统分析的基本理论和基本方法，对交通运输布局与规划、交通运输需求与供给分析、交通运输通道系统分析等各方面进行了深入研究[39]。X文尝系统地阐述了运输通道的定义、类型与构成要素[40]，黄承锋对通道结构、特征及发展进行了研究，给出了运输通道的各种类型和结构，而且从空间方位结构、空间能力结构和时间结构三个方面分别给出了定性描述[41]，并将X文尝提出的空间联系的生成规律、增长规律、分布规律和交流规律与三个结构建立起相关联系。

田山岗，尚冠雄，唐辛等人提出：中国煤炭资源具有天然的区域分异性，我国经济发展亦存在着地域上的不平衡。西煤东运、北煤南运，便是煤炭资源区域分异现象与经济区域分异性相悖之体现。两横两纵四条界线构成一个“井”字形，将国土分划为九个区域，此分布格局清晰地显示了各区域内煤炭资源之优劣，鲜明地表征了各区之经济、水资源、气侯、地质灾害、生态环境等强势及弱势特征[42]。且“井”字之中心，又恰是中国煤炭资源分布和开发建设之重心。中国煤炭资源的“井”字型分布格局，是对煤炭资源地质、地理、社会经济的区域分异现象，进行综合考量后所得出之新认识。

丁以中在基于当前国内对物流通道的构建理论进行定量分析研究较少的情况下，阐述了物流通道构建中节点和边的选择方法,建立了基于整数规划的选址模型和基于网络规划的路径选择模型[43]。提供了一种包括物流节点选择技术和配送系统优化技术,以及确定运输路线的物流通道构建的定量方法。

王元庆等人对中国运输通道内各种交通运输方式现状规划与实施方法进行了分析,归纳了当前运输通道在规划建设理念、对象、功能、衔接等方面存在的不足之处[44],立足于运输通道经济与运输特性,采用系统分析方法建立了多方式协

调发展的运输通道布局规划的理论体系、规划研究内容及实现方法。将区位理论、功能分析、方式优势分析等环节纳入通道布局研究,可包容当前各方式规划的有效环节,并可弥补不足,增强运输通道线位确定、功能规划、衔接规划、技术评价方法的协调性,将多种运输方式在规划布局阶段协调起来。

赵文竹针对我国煤炭运输格局提出：我国铁路运能严重不足，制约了煤炭产运需平衡；运煤通道混合运输现象严重；公路煤运成本激增；港口煤运系统有待完善；煤炭一体化运输水平较低；煤运发展的可持续性需要加强；加强煤炭产、运、需平衡需要大幅度提高铁路运输能力；大力加强煤炭运输通道建设；重视强化煤炭一体化运输；多渠道融资建设运煤铁路[45]。

赵媛,于鹏等人认为：我国煤炭资源生产与消费在空间上的错位性分布，使其流动成为一种广域性、大规模的空间现象，煤炭运输通道成为煤炭供需平衡的关键所在[46]。将我国30个煤炭资源流动省(市、区)划分为三大系统：输出源地系统、输入汇地系统和后备资源储备系统,在分析我国铁路、公路、水路和管道流输通道现状和问题的基础上，提出应在进一步完善煤炭铁路和公路流输通道的同时,大力提高水路煤炭运输能力，并从长远考虑，重视发展管道运输系统。

赵航，何世伟，宋瑞等人运用离散优化方法，研究区域内各组团间运输通道网络优化设计问题，设定了运输通道供给能力以及通道在区域之间的运输时间约束，构造出综合运输通道投资建设总费用的优化模型，通过考虑各种运输通道的单位投资建设费用和建设长度的最优化，利用综合运输通道的特点和区域组团网络结构进行算法设计[47]，得出最优解的多方案求解步骤；针对大规模节点采用遗传算法进行求解，提高了求解效率。

X宇在ArcGIS平台上建立危险品在城市内路网运输的线路选择模型，提出了辅助运管部门和运输企业的决策者合理选择运输线路的解决方案，并以中国石油公司XX某油库使用罐车向加油站运送油产品为实例，在XX市市区公路网上分析最佳运输线路，进行了大量前期调研和数据采集处理工作，对XX市的市区路网进行数字化[48]。在ArcGIS中完成了空间分析和属性数据的处理，建立起整个市区运输网络的GIS平台；针对模型的输入条件，对城市路网内危险品运输选线的影响因素进行了分析，由交通安全、油气储运安全的专家和运输公司的技术人员组成专家组，并合理配比专家组人员的数量，对风险因素进行评价，这样就使评价结果与输入条件更好地吻合。利用ArcGIS的空间分析技术求解出最优的运输线路，并从多个方面对计算出的最优线路进行分析和评价，总结出模型相对于以往计算路径方法所具有的优势。

莫辉辉，王姣娥，金凤君等人通过分析复杂网络理论在航空、轨道交通（地铁和铁路）、城市交通（公交和道路）中的应用，指出系统复杂性是交通运输网