張　凱　秦斌斌　劉用滲　張方舟

(南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院　南京　210044)

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城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序研究

張凱秦斌斌劉用滲張方舟

(南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院南京210044)

城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序是城市軌道交通規(guī)劃中最重要的內(nèi)容之一，合理的建設(shè)時(shí)序方案不僅可以為城市的發(fā)展、城市交通的規(guī)劃提供決策依據(jù)，而且可以拉動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，緩解城市交通壓力。為了使城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序更為合理，提出一種主觀與客觀相結(jié)合的軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序研究方法。首先篩選出軌道交通建設(shè)時(shí)序的5個(gè)指標(biāo)，并通過(guò)對(duì)指標(biāo)的分析提出量化公式，采用主觀賦權(quán)法(9標(biāo)度法)和客觀賦權(quán)法(熵權(quán)法)相結(jié)合的方法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，從而確立軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序；然后以南京市軌道交通為例，驗(yàn)證該方法的可行性與有效性。結(jié)果表明，采用該方法計(jì)算的結(jié)果與規(guī)劃結(jié)果總體一致，在個(gè)別線路上能更好地表現(xiàn)出線路的問(wèn)題。

城市軌道交通；規(guī)劃；建設(shè)時(shí)序；主觀與客觀

城市軌道交通是一項(xiàng)長(zhǎng)期、龐大的系統(tǒng)工程，在經(jīng)濟(jì)、人力、物力等客觀條件一定的情況下，軌道交通線路的建設(shè)時(shí)序不僅對(duì)軌道交通系統(tǒng)的可操作性起作用，而且直接影響到軌道交通的運(yùn)行效益，甚至影響到城市交通的整體運(yùn)行以及城市的發(fā)展[1- 4]，因此對(duì)城市軌道交通線路的建設(shè)時(shí)序進(jìn)行深入研究是有必要的。城市軌道交通線路建設(shè)時(shí)序研究一般是在城市規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，往往帶有交通的預(yù)測(cè)性以及城市規(guī)劃的復(fù)雜性，因而這方面的研究相對(duì)而言較為困難?，F(xiàn)有的研究大致可以分為兩方面，一方面是通過(guò)約束條件 模 型 求 解 線 路 建 設(shè) 時(shí) 序[5]，另為了科學(xué)合理地確定軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序，筆者提出一種主觀與客觀相結(jié)合的軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序研究方法。首先，在綜合所有軌道交通建設(shè)時(shí)序影響因子的基礎(chǔ)上，通過(guò)專家問(wèn)卷確定其中5項(xiàng)具有代表性的建設(shè)時(shí)序影響指標(biāo)；其次，結(jié)合城市軌道交通規(guī)劃實(shí)例，對(duì)線路規(guī)劃程度進(jìn)行預(yù)測(cè)，將各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)合理的量化；最后，通過(guò)主觀與客觀相結(jié)合的方法，確定軌道交通理論規(guī)劃建設(shè)時(shí)序。

1　指標(biāo)選取

確定城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序指標(biāo)的關(guān)鍵問(wèn)題是確定其影響因素。由于國(guó)內(nèi)外關(guān)于軌道交通建設(shè)時(shí)序問(wèn)題的研究相對(duì)較少，至今沒(méi)有一套相關(guān)完整的體系規(guī)范說(shuō)明。而在城市軌道交通規(guī)劃線網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中則對(duì)此做了很好的梳理。因而，本文在選擇軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序指標(biāo)時(shí)，借鑒城市軌道交通線網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，初步選出了影響軌道交通建設(shè)時(shí)序的8個(gè)因素[7]之后，采用專家問(wèn)卷調(diào)查的方法確定城市軌道交通建設(shè)時(shí)序指標(biāo)。采用分級(jí)問(wèn)卷調(diào)查的方式進(jìn)行指標(biāo)篩選，根據(jù)公式(1)，得到篩選結(jié)果，其篩選結(jié)果如表1所示。

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

(1)

選取優(yōu)先級(jí)系數(shù)最高的5個(gè)指標(biāo)作為城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序研究指標(biāo)，按順序分別為：線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度(S1)、線路位置系數(shù)(S2)、線路布局重要程度指數(shù)(S3)、線路站點(diǎn)位置系數(shù)(S4)以及線路與城市發(fā)展方向吻合指數(shù)(S5)。

表1　城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序指標(biāo)篩選

2　指標(biāo)分析

本文是基于城市軌道交通規(guī)劃的研究，因而實(shí)際上，城市現(xiàn)有軌道交通許多指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒(méi)能達(dá)到整體規(guī)劃線網(wǎng)系統(tǒng)的程度要求；因此，為達(dá)到線網(wǎng)規(guī)劃的程度，文中通過(guò)設(shè)定參數(shù)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

2.1線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度

線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度，顧名思義，就是指該條線路上的客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度，即該條線路上單位長(zhǎng)度承擔(dān)的客運(yùn)量。線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度在一定程度上反映了被研究線路在總體線網(wǎng)中的運(yùn)營(yíng)效率和經(jīng)濟(jì)性。線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度S1可以表示為

S1=m/l

(2)

式中：m為該線路日客運(yùn)量，萬(wàn)人次/d；l為該線路的長(zhǎng)度，km。根據(jù)相關(guān)性，已知該線路日客運(yùn)量m與該條線路的位置、線路布局重要程度以及與城市發(fā)展吻合指數(shù)成正比關(guān)系。假定1個(gè)數(shù)量級(jí)系數(shù)為a(a≠0)，而3個(gè)系數(shù)處在同等數(shù)量級(jí)上，那么該條線路的日客運(yùn)量m可表示為

m=(S2+S3+S5)a

(3)

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

對(duì)于單條線路而言，其日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度在數(shù)值上能說(shuō)明線路建設(shè)的優(yōu)先次序。即該條線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度越高，則該條線路的建設(shè)次序越高。

(2)用水效率提高難度加大。隨著三江平原等區(qū)域地表水灌溉逐步替代地下水灌溉，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)難以持續(xù)提高，同時(shí)，灌區(qū)節(jié)水改造任務(wù)重、投入大、時(shí)間長(zhǎng)、見(jiàn)效慢也是影響灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)一步提高的重要原因。近兩年，黑龍江省萬(wàn)元GDP用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量逐年下降趨勢(shì)明顯(2016年度229 m3/萬(wàn)元，2017年度206 m3/萬(wàn)元；2016年度56 m3/萬(wàn)元，2017年度45.6 m3/萬(wàn)元)，但是遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)先進(jìn)地區(qū)。由于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)趨緩，有的地市甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，加之節(jié)水投入不足，部分地市萬(wàn)元GDP用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量下降難度明顯增大。

2.2線路位置系數(shù)

線路位置系數(shù)是軌道交通線路在城市所處位置定性分析的量化結(jié)果。本文將城市區(qū)域分為4個(gè)層次共10級(jí)數(shù)值指標(biāo)，即主城區(qū)(10-8)、副城區(qū)(7-4)、新城區(qū)(3-2)和新市鎮(zhèn)(1)。若設(shè)計(jì)的規(guī)劃線路穿過(guò)幾個(gè)不同區(qū)域，則取其平均值。從原則上講，位置系數(shù)越大，線路的建設(shè)次序越高。

2.3線路布局重要程度指數(shù)

線路布局重要程度指數(shù)是通過(guò)軌道交通線網(wǎng)按其功能劃分后進(jìn)行數(shù)值定量的標(biāo)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(jí)數(shù)值指標(biāo)對(duì)線路進(jìn)行標(biāo)定[8]。本文根據(jù)南京市發(fā)展規(guī)劃，并結(jié)合專家評(píng)估結(jié)果對(duì)線路的布局重要程度指數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。線路布局重要程度指數(shù)越大，線路的建設(shè)次序越高。

2.4線路站點(diǎn)位置系數(shù)

線路站點(diǎn)位置系數(shù)是指線路上站點(diǎn)所在位置的合理性，主要是通過(guò)分析站點(diǎn)種類來(lái)說(shuō)明線路站點(diǎn)的合理性，這里將站點(diǎn)分為：交通樞紐點(diǎn)、城市中心點(diǎn)、地鐵站點(diǎn)、公交站場(chǎng)站點(diǎn)和學(xué)習(xí)工作點(diǎn)5類，站點(diǎn)種類的權(quán)重系數(shù)通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式求得。另外，這里線路站點(diǎn)位置系數(shù)S4表示為該條線路上站點(diǎn)權(quán)重的平均取值，即

2.5線路與城市發(fā)展方向吻合指數(shù)

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

3　研究方法

構(gòu)建城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序指標(biāo)決策矩陣前必須先構(gòu)建初始決策矩陣[9]。若城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序中有n條需要規(guī)劃排序的線路A={A1,A2,…,An}，N={1,2,…,n}，建設(shè)時(shí)序指標(biāo)為S={S1,S2,…,Sm},M={1,2,…,m}，那么構(gòu)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(guī)劃建設(shè)時(shí)序指標(biāo)值的數(shù)量級(jí)不同，為了消除不同量綱指標(biāo)對(duì)決策的影響，需要將初始矩陣標(biāo)準(zhǔn)化，即把指標(biāo)值歸一化，得到規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)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(gè)指標(biāo)的熵權(quán)權(quán)重w″j定義為

(6)

結(jié)合9標(biāo)度法和熵權(quán)法，最終得到第j個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重wj為

(7)

有了軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序指標(biāo)權(quán)重，那么，軌道交通規(guī)劃線路的建設(shè)時(shí)序計(jì)算結(jié)果μi為

(8)

μi值越大，則說(shuō)明規(guī)劃線路i的建設(shè)次序越高。

4　實(shí)例分析

以南京市為例對(duì)上述評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。不難發(fā)現(xiàn)，南京軌道交通規(guī)劃帶有強(qiáng)烈的主觀性，故在選取研究線路時(shí)首先進(jìn)行了篩選，除去不確定建設(shè)時(shí)序的軌道交通線路以及帶有強(qiáng)烈主觀性的線路(如為“青奧”而建的機(jī)場(chǎng)線和11號(hào)線)，選取了4條南京市軌道交通規(guī)劃線路進(jìn)行研究，這4條線路分別為3、4、5、7號(hào)線，具體情況見(jiàn)表2。

表2　南京市4條線路詳情

根據(jù)研究線路穿過(guò)的區(qū)域來(lái)確定線路位置系數(shù)S2，其結(jié)果如表3所示。

表3　研究線路穿過(guò)的區(qū)域以及S2值

根據(jù)南京市規(guī)劃客觀發(fā)展走向并結(jié)合專家的意見(jiàn)，確定線路布局重要程度指數(shù)S3和與城市發(fā)展吻合指數(shù)S5，結(jié)果如表4所示。那么，線路日客運(yùn)量m與線路日客運(yùn)負(fù)荷強(qiáng)度S1也如表4所示。

表4　S3，S5，m和S1值

根據(jù)站點(diǎn)種類分類問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，計(jì)算出站點(diǎn)權(quán)重，對(duì)4條研究線路站點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1所示。

圖1　4條研究建設(shè)時(shí)序線路的站點(diǎn)權(quán)重

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出4條研究建設(shè)時(shí)序線路站點(diǎn)位置系數(shù)S4分別為0.425，0.413，0.394，0.337。

綜上所述，構(gòu)造的初始化決策矩陣為

整理得

那么，標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣為

表和wj值

根據(jù)公式(6)，得到最終的軌道交通規(guī)劃線路的建設(shè)時(shí)序計(jì)算結(jié)果μi分別為：0.813，0.226，0.632和0.562。那么，其規(guī)劃建設(shè)時(shí)序按先后應(yīng)該為：3、5、7和4號(hào)線。

5　結(jié)論

根據(jù)前面分析的結(jié)果，對(duì)南京市軌道交通4條規(guī)劃線路進(jìn)行建設(shè)時(shí)序確定，得到的理論建設(shè)時(shí)序結(jié)果為3、5、7和4號(hào)線，而實(shí)際線路建設(shè)時(shí)序?yàn)?、4、5和7號(hào)線。可以看出，基于主觀與客觀相結(jié)合的南京軌道交通規(guī)劃線路建設(shè)時(shí)序研究結(jié)果大致順序上是準(zhǔn)確的，而在個(gè)別線路上出現(xiàn)問(wèn)題(例如4號(hào)線)。從南京市軌道交通規(guī)劃中不難看出，4號(hào)線珍珠泉起始站至中保站的功能被3號(hào)線代替，在市區(qū)另一段的功能又被已有的2號(hào)線路代替，因此南京市在修建4號(hào)線時(shí)需要謹(jǐn)慎考慮。同時(shí)，因南京城市軌道交通發(fā)展還處在初期，針對(duì)現(xiàn)有軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)，在考慮線路運(yùn)行功能不被替代的情況下，盡可能實(shí)現(xiàn)南京市居民出行的基本要求，同時(shí)軌道交通系統(tǒng)還要兼顧整體的運(yùn)營(yíng)效能。

另外，雖然本研究針對(duì)的是城市規(guī)劃，從本質(zhì)上講，研究帶有預(yù)測(cè)性質(zhì)，但是，本文提出的城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序研究方法是從城市的實(shí)際出發(fā)，具有較強(qiáng)的客觀性，又通過(guò)大量的問(wèn)卷調(diào)查，具有豐富的主觀性，兩者結(jié)合，使得該方法在這一類問(wèn)題中具有較好的科學(xué)性，可以為研究軌道交通規(guī)劃建設(shè)時(shí)序提供一定的理論指導(dǎo)。

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(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(guó)家自然科學(xué)基金(71341029)；江蘇省研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(KYLX-0852)一方面是根據(jù)節(jié)點(diǎn)重要程度確定線路、建設(shè)路線[6]。雖然這些研究成果對(duì)確定城市軌道交通建設(shè)時(shí)序起到了一定的作用，但因主觀因素太強(qiáng)、定量參數(shù)太少、考慮因素不全，使得這些方法的合理性以及科學(xué)性不強(qiáng)。

U231.1

A

1672-6073(2016)01-0004-04