現代有軌電車車站選址方案研究

崔袁丁，李引珍

(蘭州交通大學 交通運輸學院，蘭州 730070)

現代有軌電車具有快速便捷、建設靈活、工程簡單、清潔環保、投資較低等特點，運營方式中充分體現公交優先的原則，已成為城市公共交通系統的重要組成部分.車站選址方案的評價決策是現代有軌電車整體方案規劃的關鍵，通過評價得出合理高質量選址方案不僅有利于后期建設，提高投資效益，還有利于提高交通運輸效率，帶動區域經濟發展.車站選址方案的評價決策是較為復雜的多屬性決策問題，選址方案受諸多因素影響，各因素具有模糊性高的特點.現代有軌電車的運營方式較地鐵等其他軌道交通方式，有諸多不同，基于此，為幫助決策者判斷候選站點方案的合理性，研究現代有軌電車站點選址方案的專有決策方法和手段很有必要.在既有國內外對于軌道交通車站選址研究中，文獻[1-3]分別運用三角模糊數與集對分析、模糊評價、AHP方法從區域發展的協調性等角度對地鐵車站選址方案進行分析.文獻[4]分別以客流量最大和綜合交通成本為目標，建立雙層模型對地鐵選址進行分析.文獻[5]以車站所在區域的土地升值空間，對地鐵選址問題進行評價.文獻[6]從認為車站的合理規劃對于城市交通一體化具有促進作用.文獻[7-8]認為線路安全與投融資問題是大城市中規劃電車項目的瓶頸.文獻[9-10]從地鐵站點的服務能力與其區域客流分布情況的匹配程度以及線路銜接，站點換乘等方面對地鐵選址進行評價.文獻[11-13]對鐵路客專車站選址問題進行評價探討.綜上，這些研究具有重要的借鑒意義，但當前對于軌道交通車站選址問題的研究大都集中于普速、高鐵鐵路車站與城市地鐵車站的選址問題，而對于現代有軌電車的車站選址問題的研究較少.由于現代有軌電車車站與其他軌道交通在規劃設計等方面理念與在選址過程中需考慮因素均存在一定的差異，故無法完全采用既有的研究理論與方法.此外，對于系統化構建現代有軌電車車站選址方案評價指標體系的研究不足，缺少適用理論依據，對于具體指標依然缺少定量化的研究.

Vague集是由模糊集的一種推廣，在處理不確定信息時具有很強的表達能力，能夠全面合理地表達決策者的偏好信息.自1993年，Vague集的概念被提出以來[14]，陸續有學者提出了一些基于Vague集的決策方法.結合選址方案評價指標設置的特點，本文認為基于Vague集理論的綜合評價方法對于評價現代有軌電車車站選址方案具有很好的理論意義與應用價值.

1 評價指標分析

1.1 選址規劃協調性

現代有軌電車作為城市公共交通的組成部分，在進行站點選址規劃時需要綜合考慮線路所涉及區域發展情況、整體公交路網規劃等情況帶來的影響，這些影響因素與站址選定位置之間的關系為選址規劃協調性(M1).

1) 與城市路網規劃協調性(M11)：城市路網規劃直接影響城市經濟建設發展與交通水平，該指標反映了選址方案與城市道路、公路、城市公交系統和其他運輸方式規劃的協調性，協調性好的選址方案，同區域各種交通方式銜接良好，能夠確保區域內客流的順暢、降低交通擁堵.指標采用進行車站每月承載乘客流量與車站服務區域范圍內每月交通發生乘客流量的比值來量化，比值越高說明車站分擔的客流量越高，路網協調性越好.

(1)

2) 與城市長遠發展規劃的協調性(M12)：車站選址作為城市規劃的一部分，應與城市整體長遠規劃相符合，滿足可持續發展的要求.可使用車站規劃面積與城市總體規劃中該位置相應性質用地重合的面積之比作為評價指標[1]，指標量值M12越大，則表示其規劃所占城市發展長遠規劃的比重越大，對城市規劃的影響越高.

(2)

3) 與區域環境規劃的協調性(M13)：車站選址位置會造成周圍環境景觀的改變.與區域環境規劃的協調性高的選址方案，可以很好與周圍環境景觀融合，不顯突兀，且可以做到對區域環境的提升.該指標的相關評價數據可通過發放調查表的方式并結合獲取專家意見進行確定.

1.2 站點設置便捷性

車站站點的設置的便捷性(M2)應充分考慮以下因素：

1) 道路交通組織合理性(M21)：現代有軌電車的線路多為地面線路，其站點也以地面車站為主，路權屬于相對獨立路權，這與鐵路、地鐵獨立路權不同，為了保證其高效運行，通常在交叉路口采用信號優先的方式，這種方式使其交通組織上與其他交通方式相互影響.因此，在選址上應對站點附近道路情況與會對其產生影響的其它道路交通組織方式進行考慮，包括占用既有道路資源對同向車流的影響、交叉口信號優先通行對橫向交通流的干擾等.其指標值可以采用站點道路高峰時段通行能力進行計算，如式(3)所示：

(3)

其中：M21為站點道路高峰時段通行能力；td為車站區域有軌電車停靠時間；n為一天中高峰小時的數量；I為發車間隔時間；β為綠信比，β=g/C.

2) 運能合理程度(M22)：以預測車站輸送的客流量在車站所在區域的公共交通總客流量的客流占比進行評價，占比越高說明車站運能發揮越好，在區域公共交通中的地位越重要.

(4)

3) 車站面積規劃合理程度(M23)：城市交通系統中的客流變化具有動態特性，有軌電車的運營時間按客流分布可以劃分為高峰和平峰時間，運能在滿足高峰小時的前提下，既可滿足全天任何運營時間，因此以高峰小時客流量作為地鐵站點設置的基本依據，以車站擁擠程度進行評價，以反映是否在規劃面積是否合理，如式(5)所示，面積過小，則擁擠度過高，反之會造成面積浪費.

(5)

4) 車站換乘效率(M24)：該指標反映車站位置與出租車、公交汽車等其他交通方式的換乘效率，換乘效率的高低直接影響乘客的滿意度，可高效換乘的車站，對客流的吸引力強.考慮不同換乘方式之間的乘客數量差異，該指標可使用平均換乘距離進行量化如式(6)所示：

(6)

其中：M24為平均換乘距離；lj,i為車站j距換乘點i的距離；qj,i為車站j換乘客流量.

5) 乘客出行便捷度(M25)：乘客出行便捷度，可以用乘客出行時間進行衡量.出行時間通常指到離站時間、候車、乘車時間之和，其中候車時間、乘車時間與車站站點選址無關，故可以考慮乘客平均到離站時間作為評價指標.

6)乘客對站點間距的滿意度(M26)：當站間距較小時，受起停附加時間影響，電車的運行速度只能處于較低的水平，這時就會造成乘客的出行時間增加，使乘客滿意度下降；如果站間距過大，站點就會相應的減少，會導致乘客可選擇的車站數量減少.因此，為提高乘客滿意度，站間距需設置為合理長度.該指標可通過調查問卷得到乘客滿意度最高的站間距，并依據車站間距在滿意度區間內的分布進行量化，如式(7)所示：

(7)

7) 運營養護便捷性(M27)：車站的運營設備通常包括售檢票機、屏蔽門、照明、顯示屏、廣播、站內軌道、信號設備等，以上設備均需要運營管理企業定期檢查與維護.站址應便于定期檢修或故障搶修，考慮運維人員與設備到達車站的便捷性，由專家進行打分評價.

8) 后期改擴建能力(M28)：在工程建設方面，現代有軌電車相較地鐵等城市軌道交通方式具有工程建設簡單，后期改擴建空間大的特點，選址應考慮站點建成后，具備的改擴建的便捷程度，該指標可依據專家打分確定.

1.3 建設可行性

現代有軌電車項目要實施落地，建設的可行性(M3)對于整體規劃方案的合理性，是非常重要的評價指標，具體評價指標如下：

1) 技術方案可行性(M31)：車站選址時需要考慮車站周邊區域的地質條件、線路線性坡度、曲線半徑等因素對選址的影響，還應考慮相關工程施工技術的可行性.在規劃選址過程中，應根據勘測情況，確定選址的工程范圍，對工程施工的地點及所涉及技術難點與工程量規模，進行科學的計算核準.該指標還體現了所涉及的工程技術難點與建設企業所承擔的工程風險，依據專家經驗進行打分確定.

2) 與相關政策法規、標準和與行業標準的相符性(M32)：車站的選址過程中需要嚴格遵守國家相關政策法規、標準和地方法規標準與行業標準.選址方案須完全滿足強制標準，盡可能滿足非強制標準，可采用專家咨詢法對指標評價.

3) 投融資可行性(M33)：在規劃階段，投融資的可行性關系到方案能否按計劃實施.除了以政府為主導的投融資模式外，BT、BOT、PPP等多種市場化投融資模式也逐漸成為投融資重要模式.可行性越高說明投資方對選址方案的認同度越高，越有利于吸引投資，可采用專家咨詢法，將各方因素綜合考慮.

4) 環境影響可行性(M34)：該指標反映工程實施過程中對周圍環境的破壞以及施工后期的恢復能力.在車站施工過程中，會對環境產生可恢復與不可恢復的破壞，選址方案中預測的破壞程度與范圍越小，后期越易恢復則認為指標越優.使用破壞后無法恢復環境面積在破壞環境總面積的占比作為指標量化方法，環境影響越大，會導致建設成本越高，從而可行性越低.

(8)

1.4 站點設置經濟性

站點設置需要考慮設置后的經濟性(M4)，即應對選址方案的成本投資、經濟效益預測加以評價，具體如下：

1) 工程總投資(M41)：在車站選址方案中，工程總投資應該為建設投資、流動資金與建設期利息之和，包括預計站臺建設費用、增設過街設施的費用、人機費用、以及其他直間接費用等等.指標值以估算的工程總投資的實際數值為準.

2) 征地拆遷難度(M42)：車站在土建過程中需進行一定的征地拆遷、管線遷改等施工作業，所以合理規劃有軌電車車站的位置和數量，有利于減少拆遷量與建設成本.指標可使用拆遷成本來體現，成本越高說明難度越大.

(9)

3) 投資回收期時間(M43)：投資回收期通常指累計的經濟效益等于最初的投資費用所需的時間.在車站的選址過程中，應考慮選址方案對投資回收期的影響，指標以預測回收期時間進行衡量.

4) 預期車站收入(M44)：該指標優良關系到車站建成后預期經濟效益與運營企業后續運營盈利情況，選址方案越合理，對客流吸引力越大，車站收入也就越高.車站收入除了票務收入外還應包括站內廣告投放收入以及附屬地下通道中的商鋪出租的收入.此外，根據我國現代有軌電車具備公益性經營屬性，車站收入還應考慮政府補貼分攤.以預計車站投入運營后5年內的收入作為指標量化值.

5) 對區域經濟發展的推動效果(M45)：有軌電車車站的修建，會提升周圍區域的人流量，從而刺激車站附近區域的經濟活躍程度.站址的選定對近期甚至遠期的地鐵沿線土地價值具有拉動提升效用.具體表現為促進沿線片區土地的開發利用，土地增值，商圈形成以及房地產增值效益.

2 評價指標體系構建

依據上述評價指標的分析，可以分為三層(頂層、準則層、基層)構建的現代有軌電車選址方案評價指標體系如圖1所示.

圖1 評價指標體系

3 基于Vague集理論的評價方法

3.1 Vague集的基本概念

Vague集是直覺模糊集的一種推廣，其相關理論逐漸被應用于模糊推斷、模糊識別、可靠性評價等方面[14]，其基本理論基礎如下：

基于Vague集理論的綜合評價方法來解決多層次指標評價問題，得到不同方案總體評價結果，并依據結果對各方案進行排序，從而找出綜合指標評價最好的方案.文獻[14]提出的基于Vague集理論的評價方法，本文將其與經典AHP方法進行結合用于綜合評價.

3.2 模糊(fuzzy)指標優屬度的確定

比選指標通常可分為成本型指標、效益型指標、區間型指標等幾類，這些指標均屬于fuzzy指標[14]，需確定其相對優屬度，具體方法如下所示：

1) 效益型指標，對于效益型指標，其相對優屬度可由式(10)計算：

uij=[(fij-fimin)/(fimax-fimin)]pi.

(10)

2) 成本型指標，對于成本型指標，其相對優屬度可由式(11)來計算：

uij=[(fimax-fij)/(fimax-fimin)]pi.

(11)

3) 固定型指標，對于固定型指標，其相對優屬度可由式(12)計算：

(12)

4) 區間型目標，對于區間型目標，其相對優屬度可由式(13)計算：

(13)

5) 定性指標語言評價值對應的優屬度如表1所列.

表1 七級語言評價值相對優屬度

設專家組存在s個不同等級(s≤3)，權值從1開始逐級加權0.5，例如存在專家由三個等級A、B、C，其權值分別為2、1.5、1.對于定性指標優屬度的確定，首先通過調查問卷統計專家選擇，在結合專家組成員權值，以加權值最高的選擇作為其優屬度.

3.3 基于Vague-AHP的多目標綜合評價方法

根據上述方法，可以將Fuzzy指標轉化為優屬度矩陣，并通過指標權重來構造Vague值的方法，對方案的支持、反對、中立指標集進行計算，最后根據Vague集的排序方法對方案進行排序，具體步驟如下：

Step1：將定量指標和體現決策者(專家)意見的定性指標所組成的評價矩陣轉化為評價指標優屬度矩陣.

Step2：采用AHP法確定評價指標權重.首先構造成對判斷矩陣，首先以上層元素為準則，下層元素為指標構造評價指標重要程度專家打分表，如表2所列，其中專家打分采用1-9標度法.分值cij表示指標i與指標j相對于目標的重要值.

表2 評價指標重要相對度表

根據成對判斷表格構造成對判斷矩陣C=[cij]n×n，該矩陣為典型正反矩陣.矩陣元素xij表示i與j兩指標相對重要程度，采用1-9標度法進行量化，如式(14)所示[15]：

(14)

(15)

再將矩陣C′各行元素求行和，并進行歸一化處理，得各指標權重如式(16)所示，由此可知各評價指標權重構成的權重向量ω=[wj]1×n.

(16)

Step3：設定支持和反對的上下界，求出各方案的支持目標集、反對目標集.

Step4：確定基層指標的Vague值，通過指標函數計算以獲得Vague值，相關定義與計算方法如下：對于下層指標而言，設Y(Mj)=[y(M1),y(M2),…,y(Mm)]為上層指標Mj的m個指標的指標函數，評價空間由有限個決策方案指標組成，即F={F1,F2,…,Fn}.文獻[14]提出：對于優屬度值uij，若uij≥λ″，則稱i指標對應的指標函數相對于方案j是滿意的，或稱方案j支持i指標對應的指標函數；若uij<λ′，則稱i指標對應的指標函數相對于方案j是不滿意的，或稱方案j對i指標反對對應的指標函數；若λ′

(17)

同理f(Mkj)等于方案的反對目標集中的目標函數對應的權重之和，如式(18)所示：

(18)

其中：Mkj為方案j的k指標，且k指標為i指標的上層指標.

Step5：設計Vague值計分函數，根據Vague值的計分函數S(Mkj)，計算得到上層指標k的評價值S(Mkj)，其值越大，說明真隸屬越高于假隸屬度，計分函數S(Mkj)如式(19)所示：

S(Mkj)=t(Mkj)-f(Mkj).

(19)

Step6：對計分函數值進行逐層加權計算，計算方法如式(20)所示：

(20)

其中：評價指標Ed為評價指標d的評價值，且指標d為k指標的上層指標.

Step7：計算方案j的頂層指標評價值，即方案j的總體評價值，如式(21)所示：

(21)

其中：Ej為方案j的總體評價值；ωd為頂層指標下層指標d的權重.

Step8：對所有方案排序，選擇出最優方案.

4 算例分析

以某地現代有軌電車某線路為例，線路連接城市老新城區，車站位于新城區，土地以商業用地、和居住用地為主，存在少量工業用地，規劃階段有三個備選方案，分別位于某城市主干道路與次干道路交叉十字路口的南側、西北側與北側即選址方案F1、F2、F3.專家組安全評價專家組由包括有1個總體專業，5個施工專業的15位專家組成，專家等級2級，其中教授級高級工程師6人，高級工程師9人.首先收集匯總定量指標的原始數據，統計專家評價的定性指標的優屬度，可以得到各評價指標初始量化數據表，如表3所列.

表3 評價指標初始量化數據

評價指標分類如下：效益型指標為M11、M12、M22、M44；成本型指標為M24、M25、M34、M41、M42、M43；固定型指標與區間型指標分別為M26與M23、M21；定性指標為M13、M27、M28、M31、M32、M33、M45.

由Step1，將表3所示初始數據按指標類型由式(10)～(13)所示的指標函數將其轉化為優屬度矩陣(保留4位小數)，其表格形式如表4所列.

表4 各指標優屬度表

由Step2計算各層指標權重，以準則層指標M3為例，其包含基層評價指標M31、M32、M33、M34，采用1-9標度法得到成對判斷矩陣如下：

可計算得到，M31、M32、M33、M34的權重分別為0.523 7、0.225 3、0.190 4、0.060 7.同理可得到其它評價指標權重如表5所列.

表5 各評價指標權重值

由Step3、4，設λ′與λ″分別設為0.6與0.8，對于準則層指標，3個選址方案的支持集、反對集如表6所列.

表6 準則層指標支持集、反對集分布

由式(19)～(20)準則層各指標Vague值，如表7～8所列.

表7 準則層指標Vague值

根據Step6分別計算3個方案指標的加權計分函數值，即SM1F1=-0.143 1，SM1F2=0.066 6，SM1F3=0.076 5，同理可得本層指標計分函數值如表9所列.

表9 準則層評價指標加權Vague計分值

在得到上述準則層加權Vague計分值后，求和計算可得3個選址方案的總評價值分別為：EF1=0.228 4，EF2=0.168 5，EF3=-0.374 6.將3者進行排序可知EF1>EF2>EF3，故三個選址方案排序依次為F1、F2、F3，選址方案F1為最優方案，即站址位于交叉口的南側為最優.對評價結果的分析可知F1方案的與城市長遠發展的協調性高，具有更好的前瞻性，其選址位置交通組織合理.選址位置可以節約乘客平均出行時間，換乘較其他方案更加便捷，對乘客出行行為更具有吸引力.經濟指標優良，利于車站建成后管理方經營，也有利于促進所在區域經濟發展.

表8 準則層指標Vague計分值

5 結論

本文針對現代有軌電車選址問題理論研究不足的現狀，根據現代有軌電車選址影響因素特點，選取選址方案評價指標，通過確定優屬度的方法解決評價指標定性、定量化的問題，進而建立現代有軌電車選址方案質量評價體系.通過算例驗證評價方法的適用性，得出如下結論：本文提出通過評價優選現代有軌電車站址的方法對現代有軌電車整體方案規劃具有一定的指導作用.通過該方法可以得到高質量選址方案，具備良好的目的性、完備性、協調性和適應性.選擇出符合有軌電車特點的對評價指標確定與量化分析，使評價過程更加清晰、明確.本文從規劃協調性等4個方面建立的評價指標體系與提出的基于Vague-AHP的綜合評價方法對現代有軌電車選址方案質量的評價是可行的且有效的，其得出的評價結果可以作為對現代有軌電車車站選址方案決策的指導.