城市軌道交通規劃建設時序研究

張　凱　秦斌斌　劉用滲　張方舟

(南京信息工程大學信息與控制學院　南京　210044)

?

城市軌道交通規劃建設時序研究

張凱秦斌斌劉用滲張方舟

(南京信息工程大學信息與控制學院南京210044)

城市軌道交通規劃建設時序是城市軌道交通規劃中最重要的內容之一，合理的建設時序方案不僅可以為城市的發展、城市交通的規劃提供決策依據，而且可以拉動城市經濟增長，緩解城市交通壓力。為了使城市軌道交通規劃建設時序更為合理，提出一種主觀與客觀相結合的軌道交通規劃建設時序研究方法。首先篩選出軌道交通建設時序的5個指標，并通過對指標的分析提出量化公式，采用主觀賦權法(9標度法)和客觀賦權法(熵權法)相結合的方法計算各指標的權重，從而確立軌道交通規劃建設時序；然后以南京市軌道交通為例，驗證該方法的可行性與有效性。結果表明，采用該方法計算的結果與規劃結果總體一致，在個別線路上能更好地表現出線路的問題。

城市軌道交通；規劃；建設時序；主觀與客觀

城市軌道交通是一項長期、龐大的系統工程，在經濟、人力、物力等客觀條件一定的情況下，軌道交通線路的建設時序不僅對軌道交通系統的可操作性起作用，而且直接影響到軌道交通的運行效益，甚至影響到城市交通的整體運行以及城市的發展[1- 4]，因此對城市軌道交通線路的建設時序進行深入研究是有必要的。城市軌道交通線路建設時序研究一般是在城市規劃的基礎上進行的，往往帶有交通的預測性以及城市規劃的復雜性，因而這方面的研究相對而言較為困難。現有的研究大致可以分為兩方面，一方面是通過約束條件 模 型 求 解 線 路 建 設 時 序[5]，另為了科學合理地確定軌道交通規劃建設時序，筆者提出一種主觀與客觀相結合的軌道交通規劃建設時序研究方法。首先，在綜合所有軌道交通建設時序影響因子的基礎上，通過專家問卷確定其中5項具有代表性的建設時序影響指標；其次，結合城市軌道交通規劃實例，對線路規劃程度進行預測，將各項指標進行科學合理的量化；最后，通過主觀與客觀相結合的方法，確定軌道交通理論規劃建設時序。

1　指標選取

確定城市軌道交通規劃建設時序指標的關鍵問題是確定其影響因素。由于國內外關于軌道交通建設時序問題的研究相對較少，至今沒有一套相關完整的體系規范說明。而在城市軌道交通規劃線網評價指標體系中則對此做了很好的梳理。因而，本文在選擇軌道交通規劃建設時序指標時，借鑒城市軌道交通線網評價指標體系，初步選出了影響軌道交通建設時序的8個因素[7]之后，采用專家問卷調查的方法確定城市軌道交通建設時序指標。采用分級問卷調查的方式進行指標篩選，根據公式(1)，得到篩選結果，其篩選結果如表1所示。

qi=0.4ni1+0.3ni2+0.2ni3+0.1ni4

(1)

選取優先級系數最高的5個指標作為城市軌道交通規劃建設時序研究指標，按順序分別為：線路日客運負荷強度(S1)、線路位置系數(S2)、線路布局重要程度指數(S3)、線路站點位置系數(S4)以及線路與城市發展方向吻合指數(S5)。

表1　城市軌道交通規劃建設時序指標篩選

2　指標分析

本文是基于城市軌道交通規劃的研究，因而實際上，城市現有軌道交通許多指標的基礎數據沒能達到整體規劃線網系統的程度要求；因此，為達到線網規劃的程度，文中通過設定參數法對指標進行預測分析。

2.1線路日客運負荷強度

線路日客運負荷強度，顧名思義，就是指該條線路上的客運負荷強度，即該條線路上單位長度承擔的客運量。線路日客運負荷強度在一定程度上反映了被研究線路在總體線網中的運營效率和經濟性。線路日客運負荷強度S1可以表示為

S1=m/l

(2)

式中：m為該線路日客運量，萬人次/d；l為該線路的長度，km。根據相關性，已知該線路日客運量m與該條線路的位置、線路布局重要程度以及與城市發展吻合指數成正比關系。假定1個數量級系數為a(a≠0)，而3個系數處在同等數量級上，那么該條線路的日客運量m可表示為

m=(S2+S3+S5)a

(3)

式中：S2為該條線路位置系數；S3為線路布局重要程度指數；S5為與城市發展吻合指數；a是客運量級數(是不為0的常數)。

對于單條線路而言，其日客運負荷強度在數值上能說明線路建設的優先次序。即該條線路日客運負荷強度越高，則該條線路的建設次序越高。

(2)用水效率提高難度加大。隨著三江平原等區域地表水灌溉逐步替代地下水灌溉，農田灌溉水有效利用系數難以持續提高，同時，灌區節水改造任務重、投入大、時間長、見效慢也是影響灌溉水有效利用系數進一步提高的重要原因。近兩年，黑龍江省萬元GDP用水量和萬元工業增加值用水量逐年下降趨勢明顯(2016年度229 m3/萬元，2017年度206 m3/萬元；2016年度56 m3/萬元，2017年度45.6 m3/萬元)，但是遠高于國內先進地區。由于經濟增長趨緩，有的地市甚至出現負增長，加之節水投入不足，部分地市萬元GDP用水量和萬元工業增加值用水量下降難度明顯增大。

2.2線路位置系數

線路位置系數是軌道交通線路在城市所處位置定性分析的量化結果。本文將城市區域分為4個層次共10級數值指標，即主城區(10-8)、副城區(7-4)、新城區(3-2)和新市鎮(1)。若設計的規劃線路穿過幾個不同區域，則取其平均值。從原則上講，位置系數越大，線路的建設次序越高。

2.3線路布局重要程度指數

線路布局重要程度指數是通過軌道交通線網按其功能劃分后進行數值定量的標定，一般按功能將軌道交通線路分為骨架線路、輔助線路和延伸線路，用10級數值指標對線路進行標定[8]。本文根據南京市發展規劃，并結合專家評估結果對線路的布局重要程度指數進行標定。線路布局重要程度指數越大，線路的建設次序越高。

2.4線路站點位置系數

線路站點位置系數是指線路上站點所在位置的合理性，主要是通過分析站點種類來說明線路站點的合理性，這里將站點分為：交通樞紐點、城市中心點、地鐵站點、公交站場站點和學習工作點5類，站點種類的權重系數通過問卷調查的方式求得。另外，這里線路站點位置系數S4表示為該條線路上站點權重的平均取值，即

2.5線路與城市發展方向吻合指數

線路與城市發展方向吻合指數是指在城市總體規劃中城市的發展方向與該條軌道交通規劃線路走向的吻合程度。本研究將吻合程度分為10級(1～10)數值指標(且令吻合指數越大，線路的建設次序越高)，并通過專家評估的方法確定線路的吻合指數。

3　研究方法

構建城市軌道交通規劃建設時序指標決策矩陣前必須先構建初始決策矩陣[9]。若城市軌道交通規劃建設時序中有n條需要規劃排序的線路A={A1,A2,…,An}，N={1,2,…,n}，建設時序指標為S={S1,S2,…,Sm},M={1,2,…,m}，那么構建的初始化決策矩陣為

A=(aij)n×m，其中i∈N,j∈M。

由于城市軌道交通規劃建設時序指標值的數量級不同，為了消除不同量綱指標對決策的影響，需要將初始矩陣標準化，即把指標值歸一化，得到規范化標準化決策矩陣為

B=(bij)n×m,其中i∈N,j∈M。

(5)

其中k=1/lnn，則第j個指標的熵權權重w″j定義為

(6)

結合9標度法和熵權法，最終得到第j個指標的綜合權重wj為

(7)

有了軌道交通規劃建設時序指標權重，那么，軌道交通規劃線路的建設時序計算結果μi為

(8)

μi值越大，則說明規劃線路i的建設次序越高。

4　實例分析

以南京市為例對上述評價指標進行檢驗。不難發現，南京軌道交通規劃帶有強烈的主觀性，故在選取研究線路時首先進行了篩選，除去不確定建設時序的軌道交通線路以及帶有強烈主觀性的線路(如為“青奧”而建的機場線和11號線)，選取了4條南京市軌道交通規劃線路進行研究，這4條線路分別為3、4、5、7號線，具體情況見表2。

表2　南京市4條線路詳情

根據研究線路穿過的區域來確定線路位置系數S2，其結果如表3所示。

表3　研究線路穿過的區域以及S2值

根據南京市規劃客觀發展走向并結合專家的意見，確定線路布局重要程度指數S3和與城市發展吻合指數S5，結果如表4所示。那么，線路日客運量m與線路日客運負荷強度S1也如表4所示。

表4　S3，S5，m和S1值

根據站點種類分類問卷調查結果，計算出站點權重，對4條研究線路站點進行統計，結果如圖1所示。

圖1　4條研究建設時序線路的站點權重

根據統計結果，得出4條研究建設時序線路站點位置系數S4分別為0.425，0.413，0.394，0.337。

綜上所述，構造的初始化決策矩陣為

整理得

那么，標準化決策矩陣為

表和wj值

根據公式(6)，得到最終的軌道交通規劃線路的建設時序計算結果μi分別為：0.813，0.226，0.632和0.562。那么，其規劃建設時序按先后應該為：3、5、7和4號線。

5　結論

根據前面分析的結果，對南京市軌道交通4條規劃線路進行建設時序確定，得到的理論建設時序結果為3、5、7和4號線，而實際線路建設時序為3、4、5和7號線。可以看出，基于主觀與客觀相結合的南京軌道交通規劃線路建設時序研究結果大致順序上是準確的，而在個別線路上出現問題(例如4號線)。從南京市軌道交通規劃中不難看出，4號線珍珠泉起始站至中保站的功能被3號線代替，在市區另一段的功能又被已有的2號線路代替，因此南京市在修建4號線時需要謹慎考慮。同時，因南京城市軌道交通發展還處在初期，針對現有軌道交通規劃建設時，在考慮線路運行功能不被替代的情況下，盡可能實現南京市居民出行的基本要求，同時軌道交通系統還要兼顧整體的運營效能。

另外，雖然本研究針對的是城市規劃，從本質上講，研究帶有預測性質，但是，本文提出的城市軌道交通規劃建設時序研究方法是從城市的實際出發，具有較強的客觀性，又通過大量的問卷調查，具有豐富的主觀性，兩者結合，使得該方法在這一類問題中具有較好的科學性，可以為研究軌道交通規劃建設時序提供一定的理論指導。

[2] LIU P，CHEN H， LU J，et al .How arrangement of lanes on freeway mainlines and ramps affects of freeways with closely spaced entrance and exit ramps? [J].ASCE Journal of Transportation Engineering，2010,136(7):614-622.[3]XUC，LIUP，WANGW，etal.Evaluationoftheimpactsoftrafficstatesoncrashrisksonfreeways[J].AccidentAnalysisandPrevention，2012(47)：162-171.

[4] 程斌.軌道交通與城市交通可持續發展[J].中國鐵道科學，2001，22(1):108-112.

[5] 成華，賀方會，李俊芳.城市軌道交通近期建設時序的確定方法[J].城市交通，2010，8 (3):13-16.

[6] 陳元朵，徐建閩，郭京波.基于“重要度—交通區位”的軌

道交通建設項目時序確定方法研究[J].交通信息與安全，2010，28(3):60-62.

[7] 郭延永，劉攀，吳瑤.城市軌道交通建設時序確定方法[J].武漢理工大學學報，2013(6):75-80.

[8] 汪波，韓寶明，牛豐，等.城市軌道交通網絡運力優化配置研究[J].鐵道學報，2011，33(12)：9-14.

[9] 張凱，秦斌斌，劉用滲，等.城市軌道交通線網評價研究[J].鐵道工程學報，2014(3)：97-101.

(編輯：曹雪明)

Research on Construction Sequence for Urban Rail Transit Planning

Zhang KaiQin BinbinLiu YongshenZhang Fangzhou

(College of Information and Control, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044)

Urban rail transit planning construction sequence is one of the most important contents of urban rail transit planning. Reasonable construction sequence scheme can not only serve as the decision-making basis for the development of city construction and city traffic planning, but also help promote urban economic growth and alleviate the urban traffic pressure. In order to make the construction sequence more reasonable, we put forward the research method which combines the subjective and objective consideration. First of all, five construction sequence indexes are screened, and the quantitative formula are presented by the analysis of these indexes. Then, we use the method which includes both the subjective weight method (9 scaling method) and the objective weight method (entropy weight method) to calculate the weight of each index in order to get the rail transit planning construction sequence. Finally, we take Nanjing rail transit as an example to verify the feasibility and effectiveness of the method. The calculation results by the method are consistent with the overall planning results, and the method can show the route problem more clearly on individual lines.

urban rail transit; planning; construction sequence; subjective and objective

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.01.002

2015-01-29

2015-03-09

張凱，男，博士，教授，從事交通研究工作，zkark@163.com

國家自然科學基金(71341029)；江蘇省研究生科研創新計劃項目(KYLX-0852)一方面是根據節點重要程度確定線路、建設路線[6]。雖然這些研究成果對確定城市軌道交通建設時序起到了一定的作用，但因主觀因素太強、定量參數太少、考慮因素不全，使得這些方法的合理性以及科學性不強。

U231.1

A

1672-6073(2016)01-0004-04