空鐵聯運便利度評價與比較研究

崔彥博，梁曉杰，眭 凌

(交通運輸部科學研究院，北京100029)

1 背景及理論

1.1 空鐵聯運的背景與意義

空鐵聯運模式始于西歐國家，已有數十年的發展歷史。在歐洲最繁忙的5 大機場中，除地處歐洲大陸之外的倫敦希斯羅國際機場，其他4個均已建有高速鐵路(以下簡稱“高鐵”)線路，且都經歷了國內乘客的分流和國際旅客的增加，并最終由鐵路為民航帶來更多客流，促使機場擴建擴容[1]。

近年來，中國交通基礎設施建設熱度持續高漲。以快速、舒適為特征的高鐵和民航客貨運周轉量保持兩位數的增長，并形成了全球第一大高鐵網絡和第二大航空網絡[2]，鐵路和城市軌道交通的覆蓋范圍均逐步擴大。具體發展情況如圖1所示。

2012年以來，中國民航、高鐵設施數量和客運量持續快速增長，其中高鐵客運量增速更大。由于高鐵鋪設密度不斷增加，且航空空域資源較為緊張，原有中短途航線的客流逐步向高鐵分流[3]。在京廣高鐵武廣段開通時，中南地區武漢—廣州、武漢—長沙、長沙—廣州等多條航線減班乃至停飛[4]。辯證來看，高鐵與民航的良性市場競爭使民航將原本用于盈利性較差的短途航線的寶貴運力更多轉向經濟性更佳的中長途航線，高鐵自身高效密集的運輸網絡也為航空準時、快速地輸送了更多中遠程客流。

與此同時，城市軌道交通建設進入快車道，開通軌道交通的城市數量逐年增長，總里程也越來越長。2017年，完成軌道交通投資額超過百億元的城市共有18個，2011—2017年，車輛數、客運量、通車與在建里程的年均增長速度均超過15%。

高鐵的網絡化運行也為民航帶來了更大的集散客源。高鐵與民航的運輸優勢分別體現在 300～800 km 和＞800 km[5-7]。2012年以來，在高鐵、民航雙增長的背景下，鐵路平均運距逐步縮短，民航運距逐漸增加，兩者分工協同的比較優勢日益凸顯。在北京、成都等國際航空樞紐城市新建機場和重慶、武漢、鄭州等國內航空樞紐城市新建航站樓的背景下，實施基礎設施型的空鐵聯運能夠充分滿足國民日益增長的出行需求，整合內聯外通的大交通運能，極具資源優化配置的現實意義。

圖1 中國民航與高鐵、城市軌道交通發展情況Fig.1 Development statistics of civil aviation,high speed rail,and urban rail transit in China

空鐵聯運有利于充分發揮輻射范圍廣闊的機場樞紐優勢和較大范圍、大運量、快速準點的鐵路集散優勢，實現兩者優勢互補，避免無序競爭，提升乘機服務便捷程度，減少旅客換乘時間，同時減少中轉客流對城市交通的干擾，使機場成為聯通國內外、城市間的大型綜合交通樞紐。

作為航空樞紐的北京、上海、廣州三大一線城市的國際航線日漸繁忙，城市用地和空域資源緊張，原有的支線航空需求無法滿足，這也進一步促進高鐵作為支線航空替代品與干線航空共同形成中樞輻射式空鐵聯運網絡[8]。

1.2 相關理論與比較分析

空鐵聯運是指航空運輸與鐵路運輸之間協作的一種聯合運輸方式，參與者包括民航機場、航空公司、鐵路系統等。國際上空鐵聯運的主要形式分為兩類：依托基礎設施的空鐵聯運和依托運輸服務的空鐵聯運。依托基礎設施的空鐵聯運模式又稱兩極直通模式，主要是將鐵路設施與機場航站樓貫通相連，實現多種快速、準點、大運量的公共交通設施的集中布局，打通民航運輸的末端毛細血管，使航空和鐵路分別以干支線的方式互為補充，這其中以日本東京成田國際機場和羽田國際機場較為著名。而依托運輸服務的空鐵聯運模式，著重在票務、行李托運、異地值機等業務融合以及多家運輸企業間和部門間的融合，以德國法蘭克福為代表形成的“零米高度支線航空”，通過代碼共享將鐵路車次與航班架次對應，使旅客通過漢莎航空的訂票網絡預訂火車票，火車時刻表與航班的起降時間銜接，旅客可以在火車站辦理登機手續并托運行李和一站式安檢?？砧F聯運擴大了機場輻射范圍和樞紐集聚效應，提高了旅客出行便利度與社會整體經濟效益，并使城市群內部交通層次化發展脈絡更加清晰。

機場與鐵路的空鐵聯運包含以下鐵路類型：高速鐵路(國家高速鐵路、城際鐵路)、普通鐵路、城市軌道交通(機場快軌專線、地鐵或輕軌)。中國現有的空鐵聯運鐵路主要有高速鐵路和城市軌道交通兩種類型。

中國最早建成機場綜合交通換乘中心(Global Translator Community,GTC)的大型民航機場是上海虹橋國際機場(以下簡稱“虹橋機場”)，與其直通的虹橋高鐵站為國家高速鐵路的特等車站。此后，?？?、長春、武漢、鄭州、長沙、三亞等城市先后通過機場城際線連接高鐵車站與其他城際鐵路車站，部分還配套建設了城際+城市軌道交通雙線，成都、石家莊則直接將機場鐵路車站作為國家高速鐵路經停站。正定機場站運營以來，石家莊正定國際機場(以下簡稱“正定機場”)推出攜程空鐵一站式購票和隔夜換乘免費住宿服務，在空鐵聯運旅客中，北京旅客比例達40%，分擔了北京首都國際機場(以下簡稱“首都機場”)由于飽和而溢出的客流。

在其他旅客吞吐量較大的機場中，首都機場、上海浦東國際機場、廣州白云國際機場(以下簡稱“白云機場”)等配套或在建機場快線，但多數線路經停車站較多，最高車速80～100 km·h-1?？梢?，大運量的城市軌道交通運輸已經在中國樞紐機場的基礎設施配套建設中普遍受到重視。

與虹橋機場不同的是，其他機場的空鐵聯運由于機場所在或鄰近配套車站等級較低，車次和吞吐能力有限，均需經聯絡線與高鐵樞紐進行轉換，換乘次數、車次密度對空鐵聯運的便利度影響較大。相比城市軌道交通，高鐵或城際鐵路更能有效發揮鐵路中短距離的地面運輸接駁國際或區域樞紐機場的遠程空中運輸能力，有效地拓寬樞紐機場的輻射范圍。

2 空鐵聯運便利度指標體系構建

2.1 評價指標選取

本文以已開通機場高鐵或城際鐵路的城市為例(上海虹橋站為國鐵正線特等車站，不做比較)，對各城市基礎設施層面的空鐵聯運進行橫向對比。通過軌道交通類型、客運能力、機場吞吐、列車間隔等指標，分析成都雙流國際機場(以下簡稱“雙流機場”)、鄭州新鄭國際機場(以下簡稱“新鄭機場”)、長沙黃花國際機場(以下簡稱“黃花機場”)、武漢天河國際機場(以下簡稱“天河機場”)、?？诿捞m國際機場(以下簡稱“美蘭機場”)、三亞鳳凰國際機場(以下簡稱“鳳凰機場”)、長春龍嘉國際機場(以下簡稱“龍嘉機場”)、正定機場8 大區域性樞紐國際機場的空鐵聯運發展現狀和橫向差距。

借鑒空鐵聯運模式的分類，在設計指標體系中，按照基礎設施條件和運營服務能力兩方面建立空鐵聯運便利度水平，指標結構如表1所示。其中a11表示換乘車站的站臺規模；a12表示機場與最近的高鐵樞紐的距離；表示由機場出發列車3 h 內可達的車站數量/座。運營服務能力

式中：rt為每日經停車次/(次·d-1)；re為每日始發終到車次/(次·d-1)；nr為鐵路列車平均載客量/(人·列-1)；nc為城市軌道交通列車平均載客量/(人·列-1)；L為當日列車運營時長/h。a24表示當前換乘站鐵路發送能力占機場日均吞吐量的比例。在鐵路、城市軌道交通日發送量的具體測算中，按照動車或地鐵、磁懸浮實際車型的額定載客量乘以該車次編組車廂數計算。由于現有的軌道交通機場站均位于起止點，因而城市軌道交通日發能力只計算始發終到車次。

2.2 指標賦權與評價方法

為綜合評價空鐵聯運便利度，采用主客觀綜合賦權的指標加權評價方法。在指標賦權上，主觀賦權中包含層次分析法(The Analytic Hierarchy Process, AHP)、德爾菲法、對比排序等，AHP應用最為廣泛?？陀^賦權中包含標準離差法、回歸分析法、熵權法等。主觀賦權側重專家經驗，客觀賦權側重指標數值。由于對空鐵聯運的各指標缺乏權威的評價，主客觀綜合賦權法有利于綜合考慮主觀經驗和客觀數據的得分差距得出評價結果，使三級指標aij的賦權結果更全面、可靠。

表1 空鐵聯運便利度指標體系Tab.1 Convenience indicators system of air-rail multimodal transportation

在使用客觀賦權法時，需先進行數據處理，將效益型指標、成本型指標以及0-1型整數變量均轉化為標準化的數據范圍[0,1]。用上下限效果測度計算成本型和效益型指標的標準化公式為

式中：zi為指標得分；maxi為指標最大值(即上限效果測度值)；mini為最小值(即下限效果測度值)；si為指標標準值。本指標體系中，a11，a13，a14，a21，a22，a24為效益型指標，其他均為成本型指標。a13中包含的軌道交通類型按照集疏運能力和載客能力取值，高鐵取0.4，城際鐵路取0.4，城市軌道交通取0.2，然后加和計算得分。采用熵權法，確定熵值

式中：m為被評價指標的數目/個，文中m=8；n為評價對象數目/個，文中n=8，并且為第j個評價對象指標i的標準值si，為使lnpij有意義，假定pij=0 時，

利用熵值計算評價指標的熵權

2.3 最小二乘法優化模型

為了兼顧主觀經驗偏好及決策的真實性和差異化，以綜合權重距離主客觀權重的差異最小為原則，引入離差函數，建立確定指標權重的加權最小二乘法優化模型[9]

式中：wj(j∈M)為組合后的權重；wkj為第k種賦權法的j指標權重；αk為第k種指標賦權法的權重系數；bij為規范化后指標i關于對象j的評價矩陣，其中，q為賦權方法的數量。構造拉格朗日函數可得

對式(10)兩邊求偏導，根據極值存在的必要條件可得模型的最優解為

式中：ukj為第k種指標賦權法的對象j的權重，由各指標的得分計算。根據最優化理論的結論，當存在全局最優解時，最優解滿足以下條件

由此計算第i種賦權結果與集結權重的貼合度計算各賦權結果的可信度，第k個賦權結果與集結權向量的貼合度越大，說明其在組合權重中的效應越明顯。其可信度權重

3 空鐵聯運便利度求解及評價

3.1 指標獲取與計算

由于鐵路、城市軌道交通的日發送能力沒有公布原始數據，本文通過查閱相關資料估算2.1 節中a21并計算對應s5和b5j。具體測算中，按照實際承運車型的額定載客量和編組車廂數，求得每日旅客發送能力；在3 h內可達的車站數量上，雖然正定機場、雙流機場均位于國鐵正線，經停車次較多，但是距離該站較遠的鄭州、太原等地旅客一般不會選擇該站進行空鐵換乘，因而僅選取鐵路優勢運距800 km 范圍內(約3 h)的車站作為空鐵換乘站的可達車站進行比較。通過用指標原始數據對比已開通高鐵中轉的機場的相關數據，分析現有的鐵路配套與自身航空發展情況的適應程度，最終結果如表2所示。

除龍嘉機場和正定機場，建有高鐵、城際鐵路的機場基本上都是旅客吞吐量排名前20的樞紐機場。

通過問卷調查了解各指標對乘客出行體驗的影響，得出判斷矩陣和一致性檢驗指標，由AHP 法計算出主觀權重w1=[0.07, 0.16,0.34,0.03,0.09,0.04,0.02,0.25]。

將表2 中指標得分歸一化后，計算各指標熵值及對應熵權，采用熵權法公式(7)確定客觀權重w2=[0.07, 0.10, 0.02, 0.10, 0.12,0.34,0.07,0.18]。

兩種賦權法的差異主要體現在軌道交通類型a13、3 h 內可達的車站數量a14和城市軌道交通日發能力a22指標，其方差較??；而主觀打分中城市軌道交通日發能力和3 h內可達的車站數量指標在各機場樣本得分的方差較大，熵權法中權重配比較高。

采用Matlab 求解最優解，由公式(12)和(14)計算主觀與客觀的加權系數α1，α2，并最終計算可得組合權重w=[0.07,0.13,0.20,0.06,0.10,0.18,0.04,0.22]。各機場最終得分如表3所示。

3.2 綜合賦權結果分析

由綜合賦權公式得出的結果取值區間為[0, 1]，擴大區間取值為[0, 100]，換算為百分制后可以看出，各機場空鐵聯運現狀得分均分布在(30,70)之間，說明各區域樞紐機場的空鐵換乘各具優勢，參與評價的機場尚不存在具有絕對領先優勢的空鐵聯運體系。雙流機場、天河機場、新鄭機場憑借基礎設施占優，“城際鐵路+地鐵”雙軌直達空港，且車次密、運量大，位居空鐵換乘便捷度評價的前3 位。在吞吐量排名較靠前的機場中，黃花機場采用低造價的中低速磁懸浮列車能夠完全適應現有客流需求，但是在遠期客流增長后，單線的磁懸浮聯運車次加密存在壓力，且與鐵路在售票、安檢等方面無法實現站內接駁的便捷服務，使得長沙市外的客流集疏便利度較差，影響了總得分。龍嘉機場作為客流較小的機場，憑借到發車次較多的優勢，聯運能力充足，因而得分高于平均分。

對比各項指標得分，可得出以下結論：

1）在空港鐵路日發送能力方面，新鄭機場、黃花機場、龍嘉機場日發送能力較大，平均可滿足現有機場50%以上的旅客到發出行。這主要由于三者采用的鐵路為城際專線或磁懸浮專線，往返市內高鐵樞紐與機場間的列車車次較多，且機場位于軌道交通線路的終點，從而保障軌道交通線路專線專用，更有效地服務于空港客流集疏。相比之下，正定機場、天河機場、鳳凰機場、美蘭機場的鐵路車站均位于國家干線高鐵正線上，車次?？枯^少，且每列車可分配座席數量有限，旅客發送能力受限。

2）在城市軌道交通銜接上，雙流、新鄭、天河三個區域樞紐機場均采用“城際鐵路+地鐵”的雙線運行，且機場站均位于地鐵線路的始發終到站。其中城市軌道交通載客能力以滿載計算，均能滿足現有的機場旅客吞吐量需求。但若從城市交通角度考量，不同于長沙的磁懸浮，地鐵沿線經停站較多，載客量有相當一部分應服務于市內交通，因而實際服務于機場的地鐵運力有限，且對于商旅出行需求的乘客而言，廉價、擁擠、速度較慢的地鐵比機場快線的體驗稍差。

表2 各機場評價指標對比Tab.2 Comparison of airport evaluation indicators

表3 各機場評價得分Tab.3 Airports evaluation score

3）從站臺規模上看，現有的機場車站均屬于二等或三等車站，車站級別低、規模小，除成都和石家莊位于高鐵正線車站外，其他機場城際鐵路可達車站數量較少，主要滿足旅客中轉進出，候車資源有限。

4）從列車到發站的間隔時間來看，在列車運營期間，新鄭機場、黃花機場、美蘭機場列車到發間隔時間均在15 min以內，能夠充分滿足到發旅客需求，減少旅客等待時間，但仍有部分航班由于過早或過晚，現有列車運行時段沒有覆蓋。

5）相比城市軌道交通，空鐵聯運中城際鐵路的覆蓋地域范圍和人口規模更大，而現有的機場高鐵距離高鐵樞紐的車程一般在10 min以上，對比虹橋機場，以上幾座主要機場在市域或者市內的空鐵銜接便利度尚不成熟。

6）雙流機場、新鄭機場、天河機場、黃花機場的列車全日運營時長分別為14.5 h，17.5 h，13 h，15.5 h。運營時間主要集中在高峰客流時段，而雙流機場夏季進出港高峰為5：30—23：00，現有的列車運營時長相對較短，無法充分滿足乘客出行需要。

4 對于空鐵聯運發展的建議

4.1 積極建設樞紐機場高鐵、城際鐵路車站

在中國旅客吞吐量排名前10 的空港中，只有虹橋機場、雙流機場已建成空鐵換乘。北京大興新機場、白云機場城際鐵路配套正處于建設階段。西安、昆明、重慶、杭州、南京等區域樞紐機場客流需求旺盛，均距離主城區較遠，但尚未開展相關空鐵聯運的線路站場規劃建設，地方主管部門應在科學預測遠期客流的基礎上，加快推進空港鐵路布局建設。

參考國外機場發展歷程，在西班牙動車運營的頭兩年，馬德里至巴塞羅那的空中交通量減少了40%而且仍未觸底，但兩座城市的機場吞吐量均增加并引來了機場擴建。如今，馬德里已成為歐洲飛往拉丁美洲國家的門戶，并取代荷蘭史基輔機場成為歐洲最繁忙機場?？梢哉f，空鐵聯運有效助力了民航繁榮。

在高鐵站的建設規劃中，一方面，應預留機場改擴建以及車站擴容的發展空間，使空鐵聯運的服務供給在民航快速增長的環境下，能夠充分適應旅客吞吐需求。對于客流需求旺盛的機場，應考慮在機場附近配套高等級鐵路車站，如上海虹橋站和在建的鄭州南站，以滿足遠期機場擴容的需求，并減少機場通往都市區軌道交通的換乘次數。另一方面，高鐵站及城市軌道交通建設的技術要求高，相應成本較高，尤其是對于遠離主城區的機場，鋪設城市軌道交通線路更長，造價更高，對于當前客源基礎薄弱的城市，應考慮當地財政及民航發展前景，是否有修建的必要和收回成本的周期長短。以龍嘉機場為例，2010年即建成了最早的空港高鐵站，其機場客運量常年在國內排名30 左右，高鐵站的修建帶動了客流提升，但城際列車常年上座率較低，票價難以回收建設及運營成本，運營所依賴的補貼缺口較大。

4.2 合理規劃各類型軌道交通配套設施

機場設施建設改造周期較長，在規劃階段，應適度超前、立足長遠發展，注重鐵路線路與空港設施的配套建設。根據當地主要客源地的人口體量，以及當前機場的吞吐能力配套建設與之規模相適應的車站站房。對于樞紐空港，其鐵路車站附近應設有鐵路特等站或一等站，更多服務于城市群或都市圈內乘客出行。同時在鐵路站房與航站樓間，設置快速步道或空鐵聯絡線等設施，減少旅客步行換乘距離，方便聯程接駁。

由于高鐵列車到發次數少，時間間隔長，對于客流量較大的樞紐機場，在建設機場高鐵站的同時，應引入城市軌道交通項目，依托高頻次、多?？康能壍澜煌ň€路更多服務本地旅客出行。以近年來發展迅猛的新鄭機場為例，僅用5年時間，年客流吞吐量由1 000萬人次增長至2 000萬人次，并于2017年成為中部機場第一位。這與機場集疏軌道交通網的規劃建設關系密切。自2014年先后修通機場通往市區、開封、焦作城際鐵路，未來鄭許市域鐵路、鄭登洛城際鐵路和鄭州南站城郊鐵路的相繼建成，將進一步增強新鄭機場作為中原唯一的干線國際機場的區域輻射作用，培育機場客流增長。

4.3 優化車輛編組策略

不同機場的城際鐵路發送能力的差距主要在于采用的列車車廂編組數量以及到發車次。新鄭機場的城際旅客發送能力最強，主要因為該機場車站日到發車次較多，發車間隔較短，但也存在部分時段的車次空跑、半載等問題。對比新鄭機場、龍嘉機場的現有日吞吐量，城際鐵路運力已出現富余，經濟性較差。

合理的編組和調度應以車輛一定程度上的滿載為約束條件，盡可能提高旅客的運送能力。隨著中國鐵路線網調圖頻次和幅度不斷增加，各城市所在鐵路部門應結合自身實際及時調整車次運行圖，另外，也應充分考慮各車站對民航客源的吸納能力，根據民航主要客流構成合理選擇疏港列車經停車站與城市。

4.4 促進空鐵部門融合，打造合作產品

除基礎設施外，國外空鐵聯運的便利度更多體現在運輸服務產品的深度融合。東京成田機場、倫敦希斯羅機場、法國戴高樂機場等較成功案例均是依托市場化運作的航空與鐵路公司的深度合作，包括空鐵住宿打包出售、聯程票務優惠、行李一單制托運的聯運服務產品，使空港鐵路充分滿足航班延誤、行李托運提取等需要，在進出港和乘機(車)環境上給予優化，在交通換乘、機位配比、步行距離、行李到達、信息共享平臺等指標上提供人本化的全鏈條服務。

在民航和鐵路建設與運營情況快速增長的背景下，航空公司的經營模式日益靈活，運營效益和盈利能力逐步提升，而鐵路部門也加速企業化改制，賦予了更多的經營效益訴求。民航和鐵路兩個大進大出型高效大運量的運輸體系，要想進一步加強合作，必須由相關部門聯合協同，統籌規劃，形成國家層面自上而下的戰略規劃布局?？上驳氖?，2018年5月，中國民用航空局與中國國家鐵路集團有限公司簽署推進空鐵聯運戰略合作協議，雙方將在完善空鐵聯運基礎設施、創新空鐵聯運產品、提升空鐵聯運服務、擴大空鐵聯運信息共享、推動空鐵聯運示范工程5個方面展開合作。

通過聯合民航機場、航空公司、鐵路系統打造票務、乘降服務等空鐵聯運產品，打破行業壁壘，化各自為政為通力合作，能有效提升空港運輸系統效率，降低出行換乘成本?？砧F業務融合能改善需求結構和供給水平，拓展高附加值、高盈利、高開放度的新興產業業態，更有力地反哺冷鏈和快件物流、高端制造、跨境電子商務以及會展、旅游等現代服務業，加強航空經濟對于城市和區域經濟的產業帶動和貿易繁榮效應。

5 結語

本文從基礎設施和運營服務能力兩方面，梳理空鐵聯運便利度的評價指標，建立評價指標體系，對二三線城市的空鐵聯運水平進行量化對比。針對不同城市的發展特點，總結了軌道交通類別、車次數量、高鐵樞紐距離及通達度等對于空鐵聯運便利度的影響水平，提出服務改進建議。

截至2018年底，中國民用航空局已聯合多省市先后編制了烏魯木齊、昆明、鄭州、哈爾濱等城市建設國際樞紐機場戰略規劃。相比歐美發達國家，中國民航客流強度仍有持續增長的巨大潛力，在高鐵與民航設施投資快速發展階段，航空+鐵路、航空+城際汽車班線融合協同將更加深入，臨港高鐵站、以機場為中心的城市軌道交通網、異地航站樓等將共同構成樞紐機場暢通聯運的中轉換乘系統，實現高效集疏。

空鐵聯運便利度對于換乘旅客流量的培育至關重要，規劃建設部門應在設施投入和運營能力方面進行科學決策，使航空服務供給能力充分適應居民出行和社會經濟發展的需要。