基于DEA的城市中運量捷運系統制式選擇研究

郁強，張陳楠，張金，許泰彥，劉魏巍，何祎豪

（1.中車城市交通有限公司，上海，200082；2.上海理工大學，上海，200093；3.浙江大學城鄉規劃設計研究院，浙江 杭州，310030）

當前我國各城市的公共交通系統主要是以低運量的地面交通以及大運量的軌道交通相結合的單一模式，缺少中運量捷運系統對大運量軌道交通無法聯絡的地區進行補充。國內外諸多知名學者對中運量捷運系統進行了研究和評價。其中，張金輝[1]運用層次分析法和迷糊綜合評價法對車輛制式選擇進行綜合評價。孔令洋[2]提出了“軌道交通模式-系統制式-車輛制式”三級選型理論體系。許瑩[3]運用層次分析—灰色關聯度分析方法建立了中低運量城市軌道交通系統制式決策模型。而關于城市中運量捷運系統制式的選擇主要采用效率評價理論，建立公交線路綜合評價模型。此概念由Farrell 在1957年第一次提出[4]，構成了DEA 理論的基本思想。Lovell, F?re R[5,6]等人對Farrell 提出的企業效率評價進行了詳細的討論分析。

本文在各種中運量捷運制式的研究分析的基礎上，通過DEA 數據包絡分析的方法，建立綜合決策模型。以四川省宜賓市為案例，對快速公交、智能軌道快運系統以及有軌電車三種系統制式的適應性進行了評價排序，研究中運量捷運系統的制式選擇和對宜賓市的適應性。

1 城市中運量捷運系統分析

城市在選擇中運量捷運系統制式時將會從運能、技術、經濟、環保等多個維度進行綜合考慮，擇優而行。對BRT、現代有軌電車和智軌從技術特性、經濟性、環保性以及美觀和舒適性四個維度進行分析。就未來的選型和發展來看，智軌將會是一種極具競爭力的公共交通出行方式。2 中運量捷運系統制式選擇評價方法

2.1 評價指標的選擇

基于對中運量捷運系統線路服務水平評價指標內容的理解和認識，本文研究構建了一套比較常規的公交線路服務水平評價的指標體系，如圖1 所示。

2.2 中運量捷運線路綜合評價模型

假設城市內有大于n 個被輸入評價的評估公交線路，每條輸入評價評估公交線路都應該有一個大于m種的改進輸入輸出評價評估指標以及一個s 種的改進輸出輸入評價評估指標，表示第j 條輸入評價評估公交線路的第q 個輸出輸入評價指標，表示第j 條輸入評價評估公交線路的第r 個改進輸出輸入評價評估指標（q=1,2,,n;r=1,2,,s)，則第j 個輸入評價評估公交線路的每個輸入輸出評價的目標指數，由下列評價公交線路經過數學綜合規劃最優評價值的指標個數進行決定：

式中：vq為輸入指標q 的權重系數；ur為輸出指標r 的權重系數。通過C2的對偶變換，可得min=VD

式中：S-為松弛變量，S+為剩余變量

在實際情況下，大部分的決策單元都能取到最大的效率值1，所以僅僅通過VD不能區分決策單元的優劣。因此，為解決決策單元取值問題，將對決策單元的優劣進行排序，此處采用對抗型交叉效率模型。

交叉效率評價矩陣為：

矩陣中的代表第i 個決策單元對于第j 個決策單元的評價值，即交叉效率評價值，當i=j 時，等于模型的評價結果，用第j 列的平均值表示決策單元DM 的綜合評價結果。

3 四川宜賓中運量捷運系統制式實例研究

3.1 宜賓概況

宜賓，四川省轄地級市，有“萬里長江第一城、中國酒都、中國竹都”之稱。轄區面積13283 平方千米，轄3 區、7 縣。隨著宜賓市本地經濟的發展，給城市的交通帶來了日漸增加的壓力，因此對宜賓的骨干型城市交通系統建設提出了一個新的發展要求：宜賓需要研究構建一個多層次的骨干型公共交通系統結構，彌補現有公共交通服務系統結構性的缺失，提升公共交通服務水平。

3.2 中運量捷運系統制式選擇方案

考慮宜賓市的城市人口與其國內生產總值規模，根據2003年關于申報發展中低速輕軌的基本條件，結合宜賓市的實際情況，確定可供選擇的中運量捷運系統制式方案主要有3 個，分別為BRT 快速公交、ART 智能城市軌道快運交通系統（以下簡稱智軌）以及有軌電車。因此將通過選定評價指標對這3 種制式的適應性做出評價。

3.3 確定評價指標

輸入指標主要是指公交運營服務企業和提供者的輸入，即公交運營企業在公交服務運營中需要投入的人力和資源，輸出是指客運量，車票銷售，以及服務的滿意度，乘坐的舒適度等各種質量性地產出。由于本文中的DEA 評價指標模型特別要求每項評價指標的數量最好不超過公交服務決策中每個單元的評價指標數量，過綜合分析考慮后選定的輸入和輸出指標為權重較大的6項：線路長度U11、站點個數U12、發車間隔U13、工程概算U14、運送速度U21、高峰滿載率U22。

3.4 DEA 模型的計算結果

模型指標輸入后并不斷進行調整，利用對抗型交叉效率評價模型計算各個公交線路的相對效率，通過計算矩陣中各列的平均值可得到各公交線路的平均效率值并對其進行優劣排序，計算結果及排序情況如圖2 所示。

結果顯示，將智軌1 線的發車間隔調小之后，它的效率值排名有了明顯的上升。由此可以得出發車間隔對效率的影響是較大的。在城市公共交通規劃設計時將對發車間隔進行調整優化，減小延誤，使車輛更加準時，保證服務效率。

4 結論

（1）以快速公交、智能軌道快運系統和現代有軌電車等為代表的城市中運量捷運系統能夠作為二線城市的軌道交通的骨干線，以及現在多方面的組團線，滿足區域間的接駁，成為城市發展的大勢所趨。

（2）城市軌道交通系統制式選擇是一項復雜的系統工程，影響因素很多，結合線路具體特點，選出合適的系統制式不僅需要很淵博的專業知識，還需要豐富的工程經驗。對城市軌道交通制式選擇的分析，仍需進一步的研究優化已經建立的評價指標體系；中低運量的城市軌道交通仍在發展階段，缺少作為依據的基礎數據，在今后的研究分析中，要不斷收集累計數據，進行對比分析，加強基礎研究，為優化評價指標體系提供依據。