高速磁浮铁路项目经济评价中相关参数取值问题研究

Parameter Choice in Economic Evaluation of High Speed Magnetic Levitation Railway Projects

Abstract

The high speed magnetic levitation railway is an important direction for the development of science and technology in China, and plays an important leading role in promoting the development of the railway industry. In recent years, national and local governments have respectively launched a series of planning outlines to promote the development of high speed magnetic levitation railways. After years of research and exploration, China's high speed magnetic levitation railway technology has made great progress, forming a comprehensive research platform and a large number of research results in three standards: conventional electromagnetic, superconducting electric, and superconducting pinning. Especially, the conventional maglev technology with a speed of 600 km/h has the technical conditions for engineering testing and demonstration line operation. The approval, planning, and implementation of magnetic levitation railway construction projects require economic benefit analysis as a support for decision-making. The paper researched the methods of selecting economic evaluation parameters based on the technical characteristics of magnetic levitation railways, including input factors such as construction and operational costs, as well as output factors such as freight rates and volumes, to lay a solid foundation for the continuous in-depth study of economic evaluation of magnetic levitation railways.

Graphical abstract

关键词

高速磁浮铁路 / 经济评价 / 投入因素 / 产出因素 / 参数取值

Key words

High Speed Magnetic Levitation Railway / Economic Evaluation / Input Factors / Output Factors / Parameter Choice

0　引言

中共中央、国务院分别在2019年和2021年发布的《交通强国建设纲要》及《国家综合立体交通网规划纲要》中提出“合理统筹安排时速600公里级高速磁浮系统、低真空管(隧)道高速列车等技术储备研发”及“推进超大城市间高速磁浮通道布局和试验线路建设”的建议^[1]。国家发展和改革委员会、交通运输部、国家铁路局及部分省市都通过发布相应的规划，提出高速磁浮铁路的实施战略。发展超高速磁浮铁路是交通强国建设的重要任务，对于我国铁路技术在国际上持续处于引领地位具有重要意义。

近年来，国内超高速磁浮交通相关研究也取得了新进展，形成了常导电磁、超导电动、超导钉扎3种制式的综合研究平台和大量研究成果。尤其是常导磁浮的技术成熟度较高，掌握了高速磁浮的核心技术，具备了工程化试验及示范线运营的技术条件。磁浮铁路建设项目的经济效益预期水平是影响磁浮铁路项目建设实施的重要因素。目前，在铁路建设项目经济评价中，多采用基于运量的有关成本、无关成本标准参数分析具体线路的经济效益。由于高速磁浮铁路属于前沿技术的铁路，暂没有此类标准参数做分析支撑，因此需要基于磁浮铁路的技术特征，对比分析现有高速铁路及已有磁浮铁路的投资、运价、运营成本水平，来对磁浮铁路建设项目的收入、成本项点展开有针对性的研究，为磁浮铁路经济性评价的不断深化研究打下基础。

1 高速磁浮铁路经济影响因素研究

综合分析高速磁浮铁路经济性的主要内外部影响因素，从高速磁浮铁路区域经济发展水平、市场竞争环境出发，分析其对磁浮铁路运量、运价水平的影响，结合建设投资、运营等，探讨其对项目经济效益的影响作用^[2-5]。

1.1　投入因素

铁路建设项目的经济评价中，在其他因素不变的情况下，资金成本投入的增长往往会降低项目的效益水平。成本投入因素主要包括建设投资、移动设备采购投资、基础设施与移动设备的维修维护成本、能耗成本、人工成本。高速磁浮铁路建设项目成本投入影响因素如图1所示。

1.1.1　建设期投资

（1）基础设施投资。基础设施投资是影响高速磁浮铁路项目经济效益的关键因素。在铁路建设项目中，建设投资是处于早期的大额资金投入。高速磁浮铁路作为更新一代铁路技术，其单位里程的投资规模相比高速铁路有了进一步的提升。此外，基础设施建设的实际投资规模还受到线路具体的设计方案、材料成本、人工成本等因素的影响。

（2）移动设备投资。移动设备投资是项目建设期投入的重要因素。影响移动设备投资水平的主要因素是移动设备采购数量和采购单价。其中，采购数量与通道的运量水平直接相关，需要基于运量水平、运输组织方案及设备的检修备用情况来综合确定；高速磁浮列车由于采用新的制造技术、材料及设计方案，其采购成本将高于现有的高速铁路动车组。

1.1.2　运营成本

（1）维修成本。高速磁浮铁路项目的维修成本主要包括基础设施维修和移动设备维修，其成本水平主要受到维修方案的影响。由于在磁浮铁路运营中，车辆行驶过程中与线路之间不产生摩擦，使得线路和车辆的磨耗均明显低于现有的高速铁路。从上海磁浮铁路的维修管理情况来看，磁浮铁路不需要设置计划修方案，其维修成本也明显低于高速铁路的维修成本。

（2）能耗成本。能耗成本是高速磁浮铁路运营中的重要支出，能耗成本的高低与磁浮列车的能源消耗水平和运量直接相关。在分析过程中，需要结合磁浮列车的运行能耗数据展开测算。

（3）人工成本。人工成本是高速磁浮铁路运营中的重要支出，人工成本的支出水平与磁浮铁路运营中的人员设置数量、人均工资等直接相关，同时需要考虑员工福利等支出。

1.2　产出因素

铁路建设项目经济评价中，在其他因素不变的情况下，现金流入的增长往往会提升项目的效益水平。现金流入主要为运输收入，其影响因素主要包括运价和运量，同时运价和运量又受到旅客时间价值、通道内各种运输方式的价格及各种运输方式的运达时间等因素的影响。高速磁浮铁路运输收入影响因素如图2所示。

1.2.1　旅客时间价值

根据西方经济学理论，劳动者的时间能够创造价值，可以用货币来表示劳动者的单位时间价值。对于乘坐交通工具的旅客来说，单位出行时间的价值也可以用这一方法进行货币化的表示。旅客的时间价值水平会影响到其在出行时对交通工具的选择。当旅客时间价值高时，更倾向于选择速度快、旅行时间短的交通工具，即使运输价格较高，也更易被接受；当旅客时间价值低时，更倾向于选择价格便宜的交通工具，旅客也就能接受因低价而带来旅行时间较长的交通工具。在建设项目可行性分析过程中，旅客的时间价值会影响到交通工具的定价和运量。因此，旅客时间价值的确定对于项目建设决策具有重要意义。

随着旅客时间价值的提升，因运输工具速度提升带来的价格提高，就更容易被旅客接受。经济发达区域的旅客具备较高的收入水平，时间价值随之提高，更倾向于为运输过程中的时间节约而支付较高的运费，因此，高速度高价格的运输方式更应在经济较发达通道建设。

1.2.2　通道内其他运输方式的运输价格

高速磁浮铁路的运输价格水平的确定，需要综合考虑通道内其他运输方式运价水平，使运输速度、服务水平与运价相匹配。一般来说，高速磁浮铁路的运输速度处于高速铁路与航空之间，其运输价格也需要处于这2种运输方式运价之间的水平。由于公路的速度与服务水平明显偏低，一般来说，在分析高速磁浮铁路运价时，可不对公路运价做具体的比较分析。

同时，各种运输方式运输价格的水平，也是影响各种运输方式运量的重要因素。面对其他运输方式现有的运价水平，高速磁浮铁路运价越高，市场竞争力也随之减弱，运量水平也将下降；与之相反，高速磁浮铁路运价越低，市场竞争力也随之提升，运量水平也将增加。

据统计，我国现有速度350 km/h高速铁路二等座平均运价率为0.48元/人公里；航空飞行速度一般在800~900 km/h，票价浮动范围较大，经济舱实际运价率约在0.5~1.5元/人公里之间。

1.2.3　通道内各种运输方式的旅行时间

旅行时间是影响运输工具运价和运量的关键因素。旅行时间既包括乘坐交通工具的时间，也包括旅客到站、离站时间和进站出站时间。因此，交通工具的运输速度虽然在很大程度上会影响旅客的出行时间，但是交通工具的乘坐地点是否可以方便快捷地到达以及进站出站的便捷程度，也会对旅客出行时间带来直接影响。

从国内大部分城市现有情况来看，飞机虽然是速度最高的运输方式，但是由于机场一般设置在远郊区，且市内交通接驳的便捷性较差，进出站及等候时间较长，使得飞机一般在长距离运输中才能体现出时间优势。高速铁路车站普遍设置在城市边缘，距离市中心有一定距离，但在到达及进出站的便捷性方面，相比飞机仍有明显优势，使得高速铁路在中短途运输中相比飞机具有较好的时间优势。

高速磁浮铁路的速度定位在高速铁路和飞机之间，车站位置的设置将参照高速铁路的做法，即车站位置设置在与城市居民区较近的地段，并且考虑与现有的地铁站快速接驳。此外，在条件允许的情况下，将与既有高速铁路车站快速接驳。因此，高速磁浮铁路在旅行时间上将优于高速铁路。同时，从车站设置带来的到站和进出站便捷性可以初步判断，高速磁浮铁路在中长距离的旅客运输中也将有较好的市场竞争力。

2　高速磁浮铁路建设项目投入因素取值方法研究

2.1　建设期投资

（1）基础设施投资。高速磁浮铁路在我国尚未建设，其建设投资估算难以采用常规的方法。在估算时，可通过分析国外高速磁浮铁路建设造价和国内既有其他磁浮铁路造价情况，在与高速铁路建设项目的工程内容、工程量及技术特征方面进行对比后，综合考虑施工方案、施工周期、劳动生产率和技术进步等因素，以国家铁路局发布的现行造价标准为依据，来分析高速磁浮铁路工程的综合造价指标。一般来说，在桥隧比高的区段，工程造价指标相对较高。

正在建设的日本中央新干线磁浮铁路(东京—大阪)，全长438 km，86%为山岭隧道区间，最高设计速度为505 km/h，总投资9.03万亿日元，约折合人民币9.9亿元/km。根据日本山梨磁浮试验线的测算经验，相似路况下，高速磁浮铁路建设费用约为高速铁路的1.5倍。上海磁浮列车示范运营线(以下简称“上海磁浮示范线”)全长30 km，最高设计速度为430 km/h，工程投资经济指标约为3亿元/km；由于里程较短，却也需要配备全套的车辆基地、供电系统等，且使用较多的进口设备，使其单位里程的投资成本较高。

经过对具体线路的估算，在相似路况下，按照相同的物价水平和线路方案，在采用自主研发磁浮设备的情况下，高速磁浮铁路综合造价(静态指标)约为高速铁路的2~2.5倍^[6-9]。

（2）移动装备投资。移动装备投资在高速磁浮铁路项目中指磁浮列车，投资水平与磁浮列车的需求数量和装备采购价格有关，并且随着运营期内运量的增长，需要分批采购移动装备。

I_{\mathrm{l}\mathrm{c}}=q_{\mathrm{l}\mathrm{c}}\times P_{\mathrm{l}\mathrm{c}}⑴

式中：I_lc表示磁浮列车投资；q_lc表示磁浮列车数量；P_lc表示磁浮列车采购价格。

基于运营期内运量水平，通过初步铺化列车运行图，可估算得到各年度所需采购的磁浮列车数量。在采购价格方面，目前已研制出的600 km/h常导磁浮列车(3.7 m车宽标准，8辆编组)，初步估算造价为4.8亿元/列。考虑到实际运营后的批量化生产因素，磁浮列车的造价应有一定的下浮空间。

（3）建设期利息。对于大型工程项目，建设期较长，如果需要贷款来进行项目建设，则在建设期内产生的利息也应计入项目投资中。

2.2　运营成本

（1）基础设施维修成本。根据调研情况，磁浮铁路相比高速铁路来说，基础设施的维护成本较低。高速铁路一般需要开展日常维修和定期的大修。而磁浮铁路由于不存在车轮与轨道之间的摩擦，维修量较小，且不需要进行大修，所以维修的成本较低。对于高速磁浮铁路的基础设施维修成本取值，可以参考上海磁浮铁路的基础设施维修成本水平，同时考虑上海磁浮示范线因里程较短使得单位里程维修成本有所偏高的因素，并结合技术差异来进行估算。

（2）移动设备维修成本。根据对国内外磁浮铁路的调研，磁浮列车的维修模式与国内高速动车组的维修模式有所不同。我国动车组维修一般采用日常维修和定期分级维修的方式来管理，使得动车组的维修成本呈现周期波动的规律。磁浮列车配备了车载安全监控装置，能够随时监测车辆安全状态，可以采用状态修和故障修的方式来管理，在这一维修模式下，维修成本可以得到有效控制。从上海磁浮示范线运营20年的经验来看，磁浮列车年均维修成本比较稳定。

C_{\mathrm{l}\mathrm{c}\mathrm{w}\mathrm{x}}=Q_{\mathrm{l}\mathrm{c}}\times P_{\mathrm{w}\mathrm{x}}⑵

式中：C_lcwx表示当年磁浮列车维修成本；Q_lc表示当年运行的磁浮列车数量；P_wx表示平均每组磁浮列车的年度维修成本。

当年运行的磁浮列车数量一般是前期采购列车数量的总和，平均每组磁浮列车的年度维修成本在缺乏实际运营数据支撑的情况下，可结合已有磁浮列车的维修成本及磁浮列车的技术差异来估算。

（3）能耗。高速磁浮铁路主要采用的能源为电能，包括列车运行中的牵引能耗、悬浮能耗和运营管理中的生产用电。一般来说，列车运行速度越高，完成相同运量的情况下，所需消耗的电量越高。

C_{\mathrm{n}\mathrm{h}}=C_{\mathrm{y}\mathrm{x}}+C_{\mathrm{s}\mathrm{c}}⑶

C_{\mathrm{y}\mathrm{x}}=Q_{\mathrm{z}\mathrm{z}\mathrm{y}}\times q_{\mathrm{h}\mathrm{d}\mathrm{l}}\times P_{\mathrm{d}\mathrm{j}}⑷

式中：C_nh表示能耗成本；C_yx表示运行能耗成本(包括牵引能耗和悬浮能耗)；C_sc表示生产能耗成本；Q_zzy表示线路的年度旅客周转量；q_hdl表示单位旅客周转量所需消耗的电能；P_dj表示工业电价。

在计算时，旅客周转量可通过运量预测得到，单位旅客周转量所消耗的电能可基于磁浮列车的功率水平进行估算或通过磁浮列车运行中的试验数据获取，生产用电可参照既有运营高速铁路的生产能耗成本进行估计。

（4）人工成本。人工成本主要包括直接从事生产人员、管理人员的工资、奖金及各项福利支出。

C_{\mathrm{r}\mathrm{g}}=C_{\mathrm{c}\mathrm{z}\mathrm{r}\mathrm{y}}+C_{\mathrm{g}\mathrm{l}\mathrm{r}\mathrm{y}}+C_{\mathrm{l}\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{y}}⑸

C_{\mathrm{l}\mathrm{c}\mathrm{r}\mathrm{y}}=Q_{\mathrm{l}\mathrm{c}\mathrm{d}\mathrm{s}}\times \mathrm{2}\times t\times d_{\mathrm{q}\mathrm{n}}\times q_{\mathrm{z}\mathrm{z}}/t_{\mathrm{r}\mathrm{j}}\times w⑹

式中：C_rg表示年度人工成本；C_czry表示年度车站人员成本；C_glry表示管理人员成本；C_lcry表示列车运行人员成本；Q_lcds表示平均每天磁浮列车运行对数；t表示平均每趟磁浮列车的运行时间；d_qn表示全年实际天数；q_zz表示每趟磁浮列车所需工作人员数量；t_rj表示平均每人每年工作小时；w表示人均年成本。

因高速磁浮铁路与现有高速铁路的人工成本差异不大，在分析高速磁浮铁路的人工成本时，管理人员及车站工作人员的单位人工成本可参照并行通道所在区域的高速铁路人工成本取值；管理人员及车站工作人员数量可结合高速磁浮铁路设站大小、设站数量，参考铁路劳动定员标准来估算；磁浮列车上人工成本需结合磁浮列车开行对数、车上人工配置及单位人工成本来测算。

3　高速磁浮铁路建设项目产出因素取值方法研究

3.1　运价取值方法

国家已经放开了除普通旅客列车产品价格外的其他铁路旅客运输产品价格的定价权限，铁路运输企业可以根据市场的实际情况，采取灵活的价格，发挥市场配置资源的作用。高速磁浮铁路的定价，可以通过综合分析运输通道内旅客时间价值、各种运输方式的运价及各种运输方式的旅行时间，来估算磁浮铁路的运价水平。这里以京沪杭通道(北京—上海—杭州通道)为例展开分析。

3.1.1　通道各种运输方式的旅行时间

旅行时间是旅客选择运输方式的重要因素。运输工具的速度虽然直接影响了运输时间，但是不同运输工具站点所处的城市位置及进出站便捷程度也对全程旅行时间影响很大。例如，机场一般远离市中心，旅客从出发地到达机场以及从机场到达目的地的两段时间也会较长；对于一线城市来说，机场航站楼面积大，进出站时间也较长。这些因素使得航空虽然在目前的综合运输条件下速度最快，但是在一定距离范围内，全程旅行时间也不具备明显优势。从北京—上海及北京—杭州的约1 300 km的运输距离来看，高速铁路与航空在全程旅行时间上接近。经分析，速度600 km/h的高速磁浮铁路北京—杭州的运输时间相比高速铁路明显降低，接近于航空的运输时间，同时从初步规划来看，高速磁浮铁路的站点设置将与高速铁路站点设置接近，因此，对于京沪杭通道来说，高速磁浮铁路的全程旅行时间将对旅客具有明显的吸引力优势。京沪杭通道各种运输方式的全程旅行时间如表1所示。

3.1.2　各种运输方式的运输价格

运价也是旅客选择交通工具的重要因素。高速磁浮铁路运价应在考虑所研究通道内主要运输方式运价水平的基础上来进行决策，使磁浮铁路具有较好的竞争优势^[10]。目前京沪杭通道内长途运输主要是航空、高速铁路、普速铁路3种运输方式，考虑到高速磁浮铁路的市场定位主要为高端客流，与普速铁路不形成明显竞争关系，因此重点分析航空和高速铁路的运价情况。同时，上海磁浮示范线的运价也作为参考。高速铁路北京—上海一等座运价率为0.853元/人公里，二等座运价率为0.516元/人公里；北京—杭州一等座运价率为0.795元/人公里，二等座运价率为0.485元/人公里。航空运价率(含燃油附加费、机场建设费)在0.52~2.19元/人公里之间，北京—上海日常运价率为0.85元/人公里，北京—杭州日常运价率为0.81元/人公里。高速铁路票价水平如表2所示，航空票价水平如表3所示，上海磁浮示范线的票价水平如表4所示。

3.1.3　通道旅客时间价值

旅客时间价值一般基于通道内主要城市的人均GDP计算。

V_{\mathrm{l}\mathrm{k}}=G_{\mathrm{r}\mathrm{j}}/t_{\mathrm{r}\mathrm{j}}⑺

G_{\mathrm{r}\mathrm{j}}=\sum G_i/\sum N_i⑻

式中：V_lk表示旅客时间价值；G_rj表示人均GDP；t_rj表示平均每人每年工作小时；G_i表示通道内主要城市的GDP；N_i表示通道内主要城市的人口；i表示通道内各主要城市。

京沪杭通道主要城市经济发展情况如表5所示。

3.1.4　高速磁浮铁路运价取值方法

高速磁浮铁路的运价可基于高速铁路的票价，结合运输时间缩短给旅客带来的时间价值进行测算，并将测算结果与现有磁浮铁路及航空运价对比后进行取值。

P_{\mathrm{c}\mathrm{f}}=P_{\mathrm{g}\mathrm{t}}+(t_{\mathrm{g}\mathrm{t}}-t_{\mathrm{c}\mathrm{f}})\times V_{\mathrm{l}\mathrm{k}}⑼

式中：P_cf表示高速磁浮铁路的运价；P_gt表示高速铁路运价；t_gt表示高速铁路运输时间；t_cf表示高速磁浮铁路的运输时间。

由于高速磁浮铁路所吸引的客流与高速铁路一等座客流比较接近，在测算时选取高速铁路一等座运价。目前北京—杭州高速铁路不途经上海；而京沪杭磁浮铁路中，北京—杭州途经上海，2对OD在运输路径和里程上存在差异。因此，高速铁路运价取值可分别选取北京—上海、上海—杭州的一等座票价进行测算。初步测算，高速磁浮铁路运价率在1.0~1.1元/人公里之间，运价率水平略高于航空的日常运价率，与上海磁浮示范线最低运价率相当，取值范围比较合理。

3.2　运量测算方法

高速磁浮铁路运量水平是影响其经济效益的核心因素，运量既是测算项目收入的重要参数，也影响到列车采购数量、列车开行对数、人工数量等。运量预测的方法，在铁路新线可行性分析中，一般采用基于重力模型和Logit模型的预测方法，这一套方法对基础数据量的要求较高，主要在铁路行业内部广泛应用。具体做法是：基于通道的经济因素、旅客出行特征、交通工具的综合服务属性，采用重力模型测算通道内各城市之间总的客运量，然后根据磁浮铁路、高速铁路、航空这3种运输方式之间速度、运价等指标的差异，采用Logit模型进行运量分配预测，得到高速磁浮铁路在各城市之间的运量水平^[11-15]。

4　结束语

为支撑高速磁浮铁路经济评价的工作，展开高速磁浮铁路建设运营中投入产出参数取值方法的研究。通过对高速磁浮铁路技术特征的分析，提出高速磁浮铁路建设期投资、运营期维修、能耗、人工等投入因素的参数取值方法；通过对高速磁浮铁路通道所经过地区的社会经济、市场竞争、运输服务特征等分析，构建项目运输价格与运量的测算方法。随着高速磁浮铁路技术的不断成熟和发展，相关的建设、运营方案进一步明确，投资、运营成本等参数取值有望更加细致和精确。

通过研究可以看出，高速磁浮铁路的建设投资将明显高于现有的高速铁路，在运量相当的情况下，采用较高的票价才有可能满足高速磁浮铁路建设经济性的要求。因此，项目宜在经济发达、旅客时间价值高的城市间论证选址。在工程化应用方面，需要综合考虑通道所经过城市的经济水平、线路长度、车站间距、既有运输通道的能力紧张程度等因素，从试验线、示范线到长大干线逐步推动实施。

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基金资助

中国工程院战略研究与咨询项目(2022-XBZD-20)

中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2022YJ005)

国家重点研发计划项目(2023YFB4302501)