基于TOPSIS的铁路比较优势分析

摘要:交通运输是人们出行、货物交流交换活动的所依托的载体,是城市发展的重要基础,需要占用大量的土地和空间资源,消耗大量能源。文章结合相关数据,通过对铁路、公路、民航三种运输方式在土地占用、能源消耗、环境及安全性方面的比较分析,并运用TOPSIS模型对三种运输方式的外部成本进行比较,得出铁路在土地占用、能源消耗、保护环境及安全性上具有比较优势。

关键词:铁路运输;比较优势;外部成本;TOPSIS模型

一、文献综述

对于运输业属性的认识,早期马克思在《资本论》中指出它既有物质生产的共性,又具有区别于一般物质生产的特性。其特征表现为运输需求的多重属性、运输产品的非实体性,资本结构只由垫付在劳动资料和劳动力上的资本构成。19世纪30年代,杜能创立了农业区位理论,重视运输业对农、工业和商品经济的重要影响,这实际上是对运输业正外部性的一种早期认识。20世纪70年代,詹姆斯・布坎南提出的俱乐部经济理论中把运输来当做俱乐部物品来看待,拥挤成本会带来负的外部效应。1993年,OECD/ECM研讨论把运输的社会效益分为包括质量改进、运输成本减少等对使用者而言的内部效益和对市场体系而言的外部效益。多数西方学者认为,运输业的正外部性从长远看来是有限的。

近几年,国内对运输业的外部性的研究则主要集中在各种运输方式的综合效率评价。张力,李群仁(2000)将交通事故、环境污染成本通过定量化比较,得出高速铁路较高速公路及民航的外部成本小。国建华(2003)在对交通运输的可持续发展研究中指出铁路在土地占用、保护环境方面具有比较优势。李连成、吴文化(2008)通过分析1995-2005年各种运输方式的能耗,得出铁路运输较公路运输、飞机耗能少。

资源与环境是我国工业化和城镇化发展面临的最大问题和挑战。在大力发展铁路基础设施建设的同时,通过对比各种运输方式在土地占用、资源消耗等方面的对比,有利于在一体化交通的建设过程中发挥铁路的比较优势,实现集约化发展。国内的研究,多是将土地占用、外部成本分别研究。本文则从土地占用、资源消耗等方面结合起来,运用TOPSIS模型对铁路、公路、民航进行比较,分析铁路在综合交通中的比较优势。

二、影响因素分析

(一)土地占用

交通运输是人们出行、货物交流交换活动的所依托的载体,是城市发展的重要基础,需要占用大量的土地和空间资源。随着交通运输需求的增长,一方面因人口和产业分布更广,要求增加交通基础设施规模,提高交通网络的通行和负荷能力;另一方面,土地资源的供给的刚性和我国目前交通用地的粗放式发展,使交通运输发展过程中对资源的需求和供给问题日益突出。

铁路是以线、车站进行运输的,除了线路以外,还需要建造车站、机务段等,线路也不仅仅是路轨,还有路肩、边坡、护路等。在现代社会生产活动与生活方式中,铁路沿线也还需要再建公路来提供短途运输和区间服务,铁路本身建造及运营也需要沿线公路的支持。因而不能仅以公路和铁路各自的单位运输周转量用地面积来比较。通过测算,国家I级双线铁路与四车道和六车道的高速公路的工程总体占地比约为1∶1.24-1.37,单位货运能力占地比约为1∶1.87-2.8。从新建铁路与公路的项目书中,可以得到,铁路项目建设用地和公路建设项目用地中,一级复线铁路与四车道高速公路的用地比约为1∶2(见表1)。

民航运输的占地主要是机场用地,包括飞行区用地、航站综合区用地等。由于缺乏对民航占用土地的统计,本文根据上海浦东机场的硬件设施和民用航空运输机场工程项目建设用地指标对其占地面积进行估算,并根据上海浦东机场2007年的客货运周转量得到其单位通行能力0.6045亿吨/公里。

(二)能源消耗

在能源上,从总量看我国能源资源丰富,但是由于我国人口众多,人均能量资源占有量仅为世界平均水平的1/2 。在2007年能源消费结构中,以煤炭为主,占69.5%,石油占19.7%,水电占7.3%,天然所占3.5%。据有关数据统计,我国国交通运输能源消费量占能源消费总量的7.6%,其中,石油消费量约占全国石油消费总量的25%。在能源资源日益紧缺的今天,提高交通运输业的能源利用效率,根据不同地区的能源结构,发挥资源优势发展相适宜的交通运输方式,有利于推动绿色交通的发展。

通过表2对不同运输方式能耗指标的比较可以看出,铁路的优势一方面表现为能耗小,另一方面能充分利用电力,加快电气化铁路的建设,也符合我国能源结构调整,改变能源的利用方式。

(三)环境保护

交通运输产生的废气和噪声已成为大中城市环境污染的主要来源。我国大气污染造成的损失已经占GDP的3%-7%,噪声、酸雨等污染程度还在逐年加重。造成大气环境污染的各种因素中,交通运输排放的二氧化碳和氮氧化物等废物所占比例最大。

在货物运输中,卡车与常规铁路相比,一氧化碳排放量为3.5倍 ,二氧化碳排放量为4.6倍,碳氢化合物排放量为46倍。在旅客运输中,常规铁路与轿车、飞机的一氧化碳排放量之比为1∶130∶158,二氧化碳排放量为1∶2.6∶4.3 ,氮氧化合物为1∶11.4∶4.9,碳氢化合物排放量为1∶56∶66。此外,有关资料表明,高速铁路的排放量比常规铁路均低70%左右。由此可见,在我国,铁路对环境的污染有下降的空间,使铁路在环境保护方面的优势得到进一步的体现。

(四)安全方面

旅客和货物的安全程度是衡量客货运输质量的最生要指标之一。2007年,全国共发生道路交通事故327209起,铁路运输发生的行车事故及交通运输事故共7224件。民航2007年没有发生航空运输飞行事故,发生飞行事故征候116起。通过对1995年到2007年各种运输方式发生的交通事故统计对比可得,铁路和道路事故次数之比为1∶246 ,交通事故损失金额之比为1∶44。

另外,气候和地理等条件对交通工具的安全也产生不同的影响。铁路适应性强,除地震、洪水等重大自然,可全天候运营。而汽车受气候和地理条件影响较大,遇到雾、雪时,运营安全系数大为下降。

三、外部成本估算

对交通运输的“社会成本”进行评估,可以为各国制定可持续发展的交通运输发展政策提供依据。瑞士和德国的两家研究所曾经联合对17个国家1年的运输外部成本进行评估,结论是,交通事故和环境污染的外部成本高达5300亿欧元,其中公路92%,民航占6%,铁路仅占2%。由于运输业的外部成本通常是与环境及人类生命价值相关的成本,没有与之相联系的市场价格,国内学者李群仁(2004)参照国际上有关规定及我国各种运输方式的污染物排放水平,对污染物排放的外部成本进行相应调整,计算出我国公路和铁路的单位外部成本(见表3)。就客运面言,火车、公共汽车、飞机、小汽车的单位客运周转量的外部成本比为1∶1.9∶2.4∶4。就货运而言,铁路完成的单位客运周转量的外部成本远低于任何一种方式。铁路、公路、民航完成的单位周转量的外部成本之比为1∶4.5∶10.8。

四、运用TOPSIS比较分析

(一)TOPSIS模型介绍

Topsis法是有限方案多目标决策分析的一种常用方法,其基本思想是:基于归一化后的原始数据矩阵,采用余弦法找出有限方案中的最优方案和最劣方案(分别用最优向量和最劣向量表示),然后分别计算各评价对象与最优方案和最劣方案间的距离,获得各评价对象与最优方案的相对接近程度,以此作为评价优劣的依据。同时,对数据也没有特别的要求,应用较为广泛。

(二) 基于TOPSIS的比较分析

首先,确定最初的评价指标和指标值。初步的评价指标体系如表4所示:

其中,能源项采用的指标是能源效率,单位为千卡/公里;环境和安全项均为货币化的外部成本,单位为亿元;土地项目的指标为单位通行能力的用地面积,单位为亿吨/公里。需要注意的是,由于民航总占地面积难以统计,这里的单位通行能力用地面积是根据浦东机场2007年的数据计算出来的,以此作为代表,在一定程度上反映了民航的用地效率。

在标准化的数据中,选出每一项指标选出最优值(最小值)作为最优向量w1,最劣值(最大值)组成最劣向量w2。其中,w2=(0.963494,0.993186,0.993846, 0.999202)。

在此基础上,求出每种运输方式各项指标与最优向量距离D+和最劣向量距离D-(见表6)。

五、结论

通过对铁路、公路和民航在土地占用、能源消耗及外部成本的具体比较,并结合TOPSIS模型进行了定量分析,得出铁路在节约土地和其他资源、保护环境、运输安全等方面,有很明显的比较优势。而我国目前正在大力建设可持续综合交通运输体系,受资源、环境等条件的限制,要充分发挥各种交通运输方式的比较优势,注重各种交通运输方式的相互衔接、补充,才能形成高效的综合交通运输体系。铁路的比较优势突出了铁路在综合交通运输体系中的重要地位,目前铁路的快速发展,符合科学发展观的基本要求,也是综合交通运输体系可持续化的必由之路。

参考文献:

1、荣朝和.西方运输经济学(第二版)[M].经济科学出版社,2008.

2、罗仁坚.论铁路在综合运输体系中的地位与作用[J].综合运输,2004(7).

3、吴文化.中国交通运输行业能源消费与排放状况及其与典型国家之比较[J].中国能源,2007.(10).

4、王娅飞,李群仁.我国交通运输业的外部成本研究[J].铁道运输与经济,2006(10).

5、李群仁.铁路运输的社会成本及对国民经济的贡献[J].世界轨道经济,2004(8).

(作者单位:连莲,北京交通大学经济管理学院;杨鹏浩,北京交通大学理学院)