基于ISM-MICMAC模型的山地旅游軌道交通單雙線組合選用條件分析

李博藝，劉 瀾，苗 沁，石義博，齊援盟

(1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.昆明鐵道職業技術學院 鐵道運輸學院，云南 昆明 650200；3.西南交通大學 綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室，四川成都 610031；4.中鐵二院工程集團有限責任公司 華東勘察設計有限公司，浙江 杭州 310009)

0 引言

近年來，山地旅游因山地生態價值本身的吸引力而愈加保持持續旺盛的生命力，事實上我國山地形態多樣，山地景觀豐富，發展山地旅游有著得天獨厚的優勢，建設軌道交通將完善山地景區路網結構，優化整合交通運輸資源和旅游資源，推動山地旅游行業發展，同時也為國家實施精準扶貧和鄉村振興戰略提供極為重要的交通工具與解決方案[1]。因此，山地旅游軌道交通作為綜合交通運輸體系的有機組成，建立健全山地旅游軌道交通規劃建設、運營服務體系，合理確定線網規模布局、建設時序、建設標準，充分考慮區域協調發展、土地增值開發、產業聯動升級，有序推動其落實、實施顯得尤為必要。

在山地旅游軌道交通建設研究方面，李艷等[2-4]圍繞山地旅游交通環境、線路、客流、經濟等特征，提出適宜山地旅游軌道交通的車輛設計；陳厚文等[5-7]借鑒國外發展山地旅游軌道交通系統經驗，對比分析適合在我國發展的幾種山地旅游軌道交通制式；沈健等[8-10]著重研究齒軌道岔、入齒裝置、工程施工等應用于山地旅游軌道交通的要點；四川、湖南等地均在發展山地旅游產業，章玉偉等[11-12]探討山地旅游軌道交通項目的關鍵技術及其與景區融合發展的模式。目前，國內山地旅游軌道交通研究起步較晚，既有研究大多圍繞山地旅游軌道交通系統制式、車輛設計、工程技術展開討論。而山地旅游軌道建設應以生態經濟和旅游經濟理論為指導，以運輸效能和服務水平的實現為核心，遵循開發與保護相結合的原則，其建設規模需要與游客規模相適應。

因此，研究從地質環境適應性、客流需求匹配性、運營經濟性3 個維度，分析山地旅游軌道交通線路規模的影響因素，并利用ISM-MICMAC 模型探索影響因素的層次關系，旨在為山地旅游軌道交通建設發展提供參考。

1 山地旅游軌道交通單雙線組合的選用條件分析

對于軌道交通而言，一般線路數量越多、覆蓋密度越大，軌道交通系統提供的運輸能力越高，但提高運輸能力不能過多關注線路規模的增大，路網規模的增大只有在結構優化下才能真正發揮路網的效益。當投入足夠的資源換取極限能力，即修建山地旅游軌道交通雙線，而部分站點沒有那么多客流需求時，將會使運輸能力虛糜、運輸效益下降。而當考慮以最低的投資運營費用修建單線，又會造成單位時間內所能夠提供的最大可能運輸產品生產量無法滿足要求的水平。鑒于軌道交通的建設往往投資金額巨大、回收周期長且資金來源有限，因而考慮在投資運營費用不超過最大允許值時，且在系統制式統一、車輛編組固定、科學合理的行車組織方法條件下，根據運量增長需求，或在區間斷面客流不均衡的線路上，或受山地地形條件限制導致站間距離短增設會讓站不利且目前能力又不足時，或因地質困難造成工程投資較大需要分階段發展時，可以考慮修建單雙線組合線路，這樣不僅可以滿足一定時期運量的需要，而且能夠改善運營條件，提高運營效益。

（1）與客流需求的匹配性分析。山地旅游軌道交通客流需求是運輸供需系統的重要主體，在時間尺度下，山地旅游景區全年客流分布季節差異性明顯，處于景區旺季時客流陡增，軌道交通運力供不應求；處于淡季時，旅游客流驟減，運力過剩。且受游客出行行為影響，山地旅游軌道交通客流在每日的時段分布上，時間波動性最為明顯，一般在早上、下午時間段分別存在一定的峰值。在空間尺度下，山地旅游軌道交通線路將根據游客的流向、流量串聯起各個旅游景點，同時兼顧服務于沿線居民經濟據點，因而往往會表現為客流需求聚集分布在一些熱點旅游景點，進而線路各個斷面的客流規模和分布規律差別也會較大。基于以上特征，山地旅游軌道交通單雙線組合的運能既要能夠充分滿足客流需求，又需要在線路中各區段的能力負荷分布合理，且線路能力能夠在一定程度上容納客流需求的波動，則認為線路的運輸能力與客流需求相互匹配。

（2）運營經濟性分析。山地旅游軌道交通單雙線組合運營模式帶來的經濟效益，一是由于修建運營山地旅游軌道交通單雙線組合對山地區域空間形態產生影響，進一步帶動工業、農業、文化、服務業等產業的全面聯動發展，使人才、資源、信息加速流動，促進地區經濟轉型升級，提升經濟發展水平所形成的效益。二是在一定的客流需求條件下，通過合理配置列車編組、線路規模等，可以實現系統能力與需求的匹配，既可以帶來運營收入的同時又能減少工程建設和車輛購置等費用，提升軌道交通系統的經濟效應。初步估算山地旅游軌道交通單線建設投資5 000～7 000 萬元/km，雙線投資7 000～10 000萬元/km，低于高速公路投資(15 000萬元/km)和鐵路干線投資。單線的成本較低，雙線在初期投資成本較高，因而在正線數目設置時應充分考慮投資建設成本和后期的運營維護費用，以達到最大的經濟效益。

（3）與地質環境的適應性分析。山地通常地形險峻，啞口多，山體厚，坡陡谷深，高差懸殊，地層巖性多樣，地質構造復雜，工程地質條件差，山體、河谷之間及區段內部的不同地段地質條件差別較大，不良地質有地震、滑坡、泥石流、高地應力等[13]。且立體氣候明顯，干雨季分明，雨霧雪天多，極易誘發地質災害。同時，山地內往往留存原始生態環境、自然保護區、風景名勝區等較多環境敏感點。因此，山地旅游軌道交通單雙線組合需要充分考慮山地生態系統脆弱性和敏感度，貫徹最小程度破壞的指導思想，一是將安全第一、資源節約和環境保護貫穿于規劃、設計、建設和運營全過程，積極發展綠色交通，集約利用土地、通道等資源，避讓環境敏感區和生態脆弱區，實現安全、低碳、持續發展；二是由于山地地形地貌險峻，線路坡度大、曲線多、半徑小，技術標準需要綜合考慮地形特點、設計速度、運輸需求、軌道交通制式、車型及工程投資等因素綜合確定，盡可能對沿線植被及地質環境起到有效保護作用的同時降低工程造價。

2 基于ISM-MICMAC 的山地旅游軌道交通單雙線組合影響因素分析

解釋結構模型法(ISM)通過提取問題的構成要素，利用有向圖、矩陣等工具進行處理從而得到直觀的多層次遞階結構模型，使各要素間的關系更加清晰化和條理化[14]。交叉影響矩陣相乘法(MICMAC)計算系統各要素的驅動力與依賴度，達到對要素分類歸納的效果，便于理解要素在系統中的實質作用，從技術層面上來說，MICMAC 彌補了ISM 的不足[15]。因此，運用ISM-MICMAC 模型，分析山地旅游軌道交通單雙線組合影響因素的內在關聯，從而使整個研究過程更具科學性、完整性。

2.1 提取影響因素

山地旅游軌道交通單雙線組合受多因素影響，不僅以整體發展規劃為出發點，堅持可持續發展為目標，強調線路與沿線地區的文化、生態、經濟產業形成相互促進、相互帶動，在注重線路運能與運量預測波動相適應的同時，還需要充分考慮建設運營的經濟合理。首先通過梳理既有文獻和工程實踐，總結出可能存在的影響因素，再通過對業內專家與從業人員的深入訪談，對因素進行歸納、合并、整理，最終獲得14 個影響因素，山地旅游軌道交通單雙線組合影響因素如表1所示。

表1 山地旅游軌道交通單雙線組合影響因素Tab.1 Influencing factors of single and double track combination of mountain tourism rail transit

2.2 ISM模型分析

2.2.1 ISM模型構建

（1）建立鄰接矩陣。鄰接矩陣主要描述表1 中各影響因素之間的直接聯系情況，如果變量si對變量sj有影響，則aij記為1；如果變量si對變量sj無影響，則aij記為0。在列舉分析各個影響因素的基礎上，邀請專家就14 個因素及因素間相互影響關系進行訪談，結合因素特征與專家意見，根據以上規則，在因素之間建立二元關系，構建鄰接矩陣A。

（2）計算可達矩陣。鄰接矩陣記為A，單位矩陣記為I，對A+I進行布爾運算，直到滿足(A+I)k-1≠(A+I)k=(A+I)k+1=M為止。此時，M為鄰接矩陣A的可達矩陣，該過程可利用數學軟件求得。

（3）影響因素層級劃分。可達矩陣M第si行中所有元素為1的列對應的因素組成的集合叫做可達集，用R(si)表示；第si列中所有元素為1的行對應的因素組成的集合叫做先行集，用P(si)表示。計算各影響因素的可達集、先行集和交集如表2 所示。如果P(si)∩R(si)=R(si)，則R(si)為最高因素集。找出最高層因素集合后，將其所在矩陣的行和列元素刪除，依次迭代，直到所有因素都被分解，即可得到層級劃分結果L1={S8}，L2={S7}，L3={S1，S2，S3，S4}，L4={S6}，L5={S5，S13}，L6={S9，S10，S11，S12，S14}。

（4）生成ISM模型。根據以上層級劃分結果及提取骨架矩陣后，便可以得到6 個層級的遞階有向圖，并將有向圖轉化成更加直觀和易于理解的解釋結構模型，山地旅游軌道交通單雙線組合影響因素解釋結構模型如圖1 所示。通過圖1 可以明確各影響因素的主次關系，辨別問題的本質。

2.2.2 ISM模型結果分析

處于頂層的影響因素為S8，是直接影響因素，也是系統的終極目標，S8的解決依賴于底層和中間層因素的解決。山地旅游軌道交通單雙線組合系統在充分考慮客流需求S1至S4、運營經濟性S5至S7、地形地質環境S9至S14的前提下能夠特色突出、結構合理，承接要素流動，協調區域發展，是推動旅游資源轉化為旅游經濟的內驅動力，促進山地區域脫貧致富，帶動區域經濟社會繁榮。

第2 層至第5 層的影響因素為S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S13，為中間層影響因素。這些因素與其他層級因素之間關系密切，互相影響，可以通過底層因素的解決傳遞給頂層。其中，S5投資建設費用和S13主要工程數量，互相牽制，在受到第6 層影響的同時又作用于其他各層，是影響山地旅游軌道交通單雙線組合較深層次的因素；S6運營維護費用位于該模型的中心節點，是影響山地旅游軌道交通單雙線組合的關鍵一環。究其根本是運營經濟維度從下向上支撐，關聯到軌道交通系統的建設、服務、管理等方面。線路規模越大，投資建設費用、運營維護費用越高，后期對線路站場、車輛、供電、通信等設備運營維護的好壞也將影響到軌道系統的運輸能力、服務水平，從而決定了乘客對軌道交通系統的滿意程度。

第6層影響因素有S9，S10，S11，S12，S14，為根源性影響因素。該類因素不再受其他因素影響，是起決定性質的因素。與城市軌道交通建設環境不同，山地地形地質復雜、生態環境脆弱，環境承載力總體較低，容易受到不當開發活動影響而產生負面效應，因而是該系統需要首要關注的因素，對其高度重視有利于實現山地旅游軌道交通建設與生態協調發展。

2.3 MICMAC模型分析

2.3.1 MICMAC方法

計算可達矩陣M各行和各列之和，記為驅動力Q和依賴度Y。如果某因素的驅動力較大，代表此因素對系統中其他因素的影響較強；如果某因素的依賴度較大，則代表系統中其他因素對該因素影響較大。各影響因素的驅動力和依賴度數值如表3 所示。以表3 中的數據為基礎，以依賴度和驅動力作為橫縱坐標軸建立坐標系，對各因素所屬象限進行劃分。影響因素MICMAC 分類如圖2 所示。其各象限所代表的含義分別為I 自治簇、II 依賴簇、III關聯簇和IV獨立簇。

圖2 影響因素MICMAC分類Fig.2 MICMAC classification of influencing factors

表3 各影響因素的驅動力和依賴度數值Tab.3 Driving force and dependence values of influencing factors

2.3.2 MICMAC結果分析

第I 象限自治簇具有較低的驅動力和較低的依賴性。屬于該區域的影響因素在一定程度上獨立于系統之外，研究結果顯示沒有位于自治簇的影響因素，表明所選取的14 個影響因素與系統關聯度較大。

第II象限依賴簇具有較低的驅動力與較高的依賴性。屬于此象限的影響因素有S1，S2，S3，S4，S6，S7，S8。這些影響因素處于ISM 模型較高層，較易受其他因素影響，一般是其他因素作用的結果。其中，S7運營收入和S8對區域經濟的影響位于ISM模型的最高處，也是依賴度最強、驅動力最弱的影響因素。因此，對于這一象限的影響因素可以通過把控能對其產生影響的環節，來使得這一象限的因素處于良性的狀態。如通過改善運輸結構，打造功能服務完善、規模布局合理的山地旅游軌道交通單雙線組合系統，在資源節約的同時提升客座率，降低軌道交通單位運營成本，使得企業的盈利能力更強，并帶動沿線產業開發，有效促進山地區域經濟的發展。

第III 象限關聯簇具有較高的驅動力與較高的依賴性。事實上該區域的影響因素屬性活躍，各因素間有強烈的作用與反作用關系。研究結果顯示沒有位于關聯簇的影響因素，表明所選取的影響因素在系統中較為穩定。

第IV 象限獨立簇具有較高的驅動力與較低的依賴性。屬于此象限的影響因素有S5，S9，S10，S11，S12，S13，S14。這些影響因素在ISM 模型中位于下層，是深層次和根源性的影響因素，如果該象限的因素能夠得到較好解決，將對其他因素的解決產生積極作用，因而應給予足夠的重視。其中，S9，S10，S11，S12，S14為驅動力最強的影響因素，表明其在山地旅游軌道交通單雙線組合系統中具有最核心的推動力。

3 研究結論與建議

為加快實現“快進慢游”的旅游交通網絡建設，提出山地旅游軌道交通單雙線組合方案，在綜合考慮山地旅游客流、地形地質、運營經濟等因素后是一種較為理想的選擇，為山地旅游軌道交通發展提供全新途徑。但是，確定山地旅游軌道交通的線路規模，涉及面廣，制約因素眾多，是一項復雜的系統工程。研究提取14 個山地旅游軌道交通單雙線組合的影響因素，通過ISM模型探討各影響因素的關聯機制，找出影響山地旅游軌道交通單雙線選用的直接、間接和根源性影響因素，并結合MICMAC 方法，分析各影響因素的驅動力和依賴度，將14 個影響因素大致分為依賴簇和獨立簇兩類，說明所選因素均無法單獨作用于目標系統，而是通過各因素間較強較穩定的關聯關系合力作用從而影響目標。從研究結果分析得出以下建議。

（1）因地制宜，推動可持續發展。對根源性影響因素應高度重視，究其原因是其在系統中的推動力最強。這是由于在傳統的線路設計理念指導下，往往以最大限度降低工程成本和造價為目標來考慮路線方案，但山地旅游生態環境敏感而脆弱，容易受到人為影響，線路敷設不能只局限于滿足交通運輸功能和地區經濟發展要求，應貫徹環保選線理念，綜合分析利弊，實現軌道交通建設發展和生態保護共贏。因此，不妨在山地工程地質條件差，技術和施工難度高，并且當山地旅游軌道交通經過一些生態保護區時考慮該區間修建單線，從而減少對土地的占用和對環境的切割。結合工程實際應用，擬采取單雙線組合的線路中，單線線路長度或雙線線路長度各自的占比可以達到整條線路的1/4 時，可以考慮施行單雙線組合的方案。

（2）供需均衡，提升服務水平。S1運輸能力、S2客流特征、S3服務水平為中間層影響因素，其關系復雜，相互影響和作用，具有較高的依賴度，是山地旅游軌道交通單雙線組合的重點和難點。山地旅游軌道交通客流存在時空不均衡性，當單向斷面客流不均衡系數超過1.5 時，可以考慮采用單雙線組合運營的模式，此時需要根據客流量確定單雙線數目，在此基礎上，可實施一線多交路運輸組織方式，對客流集中的區間修建雙線實行小交路、高密度運輸組織方式，客流分散稀少的區間修建單線實行大交路、低密度的運輸組織方式。這樣采用大小交路套跑、高低密度混行的方式，發車間隔時間將縮短，車廂滿載率較為均衡，可以有效避免客運結構性短缺與局部能力過剩，有助于均衡配置各種運力資源，實現供給總量和供給結構同時適應游客需求特性，提高山地旅游軌道交通服務質量。

（3）控制成本，優化投入產出。S5投資費用、S6運營維護費用、S7運營收入分別處于獨立簇和依賴簇2 個象限，投資費用位于較低層，驅動力較大，連帶作用較強，是影響山地旅游軌道交通單雙線組合較深層次的因素；運營維護費用處于層次結構的中心節點，是影響山地旅游軌道交通單雙線組合的關鍵一環；運營收入處于較高層，依賴度較高。三者通過層級遞進關系進而影響系統目標，需要重點把控。軌道交通建設如果投入過多會造成生產過剩，生產的各個方面難以得到協調，軌道交通運營效率降低，邊際效益逐漸下降；如果投入不足，線路運輸能力不能滿足客流需求，無法實現最佳規模經濟，此時需要增加投入。如果單雙線組合的方式比全線修建雙線的成本節省超過10%，建議采用單雙線組合運營的模式。此時，在一定程度上擴大了生產經營規模，使得長期平均總成本下降，從而提高利潤水平，以實現最優的投入產出組合。