王 煒 ，趙 德 ，華雪東 ，王 建

（1.東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京 210096；2.東南大學(xué)江蘇省城市智能交通重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210096；3.東南大學(xué)現(xiàn)代城市交通技術(shù)江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210096）

1 概 述

截至2020年底，我國(guó)公路通車總里程已達(dá)519.81萬公里，其中高速公路通車?yán)锍掏黄?6萬公里，位居世界第一；鐵路的營(yíng)運(yùn)里程已達(dá)14.6萬公里，其中高速鐵路通車?yán)锍踢_(dá)3.8萬公里，穩(wěn)居世界第一；生產(chǎn)用碼頭泊位22142個(gè)，其中萬噸級(jí)及以上泊位2592個(gè)，內(nèi)河航道通航里程12.77萬公里，同樣位居世界第一［1］。

但世界第一的交通基礎(chǔ)設(shè)施并沒有產(chǎn)生世界第一的交通運(yùn)輸效率與服務(wù)質(zhì)量，我國(guó)目前仍然不是“交通強(qiáng)國(guó)”，綜合交通體系還存在諸多問題：①綜合交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理、網(wǎng)絡(luò)銜接不暢；②綜合交通系統(tǒng)運(yùn)輸效率較低，運(yùn)輸成本昂貴，服務(wù)水平較差；③綜合交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)與管控不合理，公路、水運(yùn)、航空等交通方式在高峰期擁堵現(xiàn)象頻發(fā)；④綜合交通系統(tǒng)能源消耗較大，環(huán)境污染嚴(yán)重；⑤綜合交通網(wǎng)絡(luò)區(qū)域發(fā)展不平衡，城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展水平差距較大；⑥道路交通安全形勢(shì)嚴(yán)峻，因交通事故而產(chǎn)生的傷亡人數(shù)居高不下。

為改變上述局面，黨的十九大提出了建設(shè)“交通強(qiáng)國(guó)”的重大戰(zhàn)略決策。2019年9月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《“交通強(qiáng)國(guó)”建設(shè)綱要》，提出“建設(shè)一體化融合、高質(zhì)量發(fā)展的綜合交通體系”［2］。為了進(jìn)一步加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)，2021年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》［3］，對(duì)《“交通強(qiáng)國(guó)”建設(shè)綱要》進(jìn)行了深化和實(shí)化，提出了我國(guó)綜合交通體系長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的三大重點(diǎn)方向：網(wǎng)絡(luò)化布局、一體化融合、高質(zhì)量發(fā)展。

在“雙綱要”的指引下，我國(guó)交通領(lǐng)域發(fā)展模式正發(fā)生重大轉(zhuǎn)型。過去的40年，我國(guó)綜合交通需求處于飛速發(fā)展階段，交通供給嚴(yán)重匱乏，難以滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，綜合交通系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)主要集中于交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新技術(shù)的快速發(fā)展，基于新一輪技術(shù)革命的綜合交通體系智能化成為當(dāng)下技術(shù)研究的重點(diǎn)，綜合交通系統(tǒng)現(xiàn)代化管理與智能化服務(wù)已經(jīng)成為我國(guó)交通發(fā)展的新模式與新方向。我國(guó)交通行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)正在從以“大規(guī)模交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”為主向著以“綜合交通體系的現(xiàn)代化管理與智能化服務(wù)”為主的重大轉(zhuǎn)型，我國(guó)的交通領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)代。

基于新一輪革命性技術(shù)為依托的綜合交通系統(tǒng)的“網(wǎng)絡(luò)化布局、一體化融合、高質(zhì)量發(fā)展”將成為未來幾十年我國(guó)綜合交通體系發(fā)展的三大重點(diǎn)方向。如圖1所示。

圖1 綜合交通體系三大發(fā)展方向

2 網(wǎng)絡(luò)化布局：創(chuàng)建統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、布局優(yōu)化的綜合交通體系規(guī)劃新理論

2.1 綜合交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展定位與空間布局

我國(guó)長(zhǎng)期以來采用的傳統(tǒng)交通發(fā)展模式，主要面向國(guó)土空間開發(fā)與使用布局規(guī)劃，被動(dòng)建設(shè)交通基礎(chǔ)設(shè)施來滿足區(qū)域交通需求、緩解交通擁堵，“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”。這種發(fā)展模式一定程度上忽視了綜合交通系統(tǒng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引導(dǎo)功能，導(dǎo)致綜合交通系統(tǒng)空間布局不合理，加劇了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的區(qū)域不平衡。

破解此類問題的關(guān)鍵是建立新型交通發(fā)展模式，即“需求導(dǎo)向+目標(biāo)導(dǎo)向”相結(jié)合的發(fā)展模式。一方面，基于公、鐵、水、航等不同運(yùn)輸方式的差異化特性，考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)土空間開發(fā)等社會(huì)因素的影響，明確綜合交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展定位，以交通帶動(dòng)土地資源規(guī)劃，以交通帶動(dòng)區(qū)域地方發(fā)展。另一方面，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到交通規(guī)劃不僅需要服務(wù)運(yùn)輸需求，也要充分體現(xiàn)交通發(fā)展服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的雙重屬性。新型交通發(fā)展模式應(yīng)當(dāng)綜合考慮需求導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向，基于國(guó)家發(fā)展目標(biāo)與供需平衡的定位，推動(dòng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化布局的國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的區(qū)域平衡。

傳統(tǒng)的交通規(guī)劃理論較少關(guān)注綜合交通運(yùn)輸方式間的交互，對(duì)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)供需平衡機(jī)理研究不足，無法滿足多網(wǎng)融合的異質(zhì)交通網(wǎng)絡(luò)的交通規(guī)劃。所以，當(dāng)前亟需創(chuàng)建一套綜合交通體系規(guī)劃新理論，支撐綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)的一體化分析，滿足綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對(duì)空間布局優(yōu)化、運(yùn)輸方式協(xié)同、系統(tǒng)供需平衡的要求。新形勢(shì)下的綜合交通體系規(guī)劃基礎(chǔ)理論應(yīng)注重交通方式間的高效銜接與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從以下兩個(gè)方面展開研究：①構(gòu)建綜合交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化新方法；②提出綜合交通樞紐布局規(guī)劃新方法。

2.2 綜合交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化新方法

傳統(tǒng)的交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法往往針對(duì)單一、同質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，例如，“十三五”之前的全國(guó)公路網(wǎng)、水運(yùn)網(wǎng)、鐵路網(wǎng)、航空網(wǎng)等專項(xiàng)規(guī)劃，均針對(duì)單一交通方式網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立制定，對(duì)與其他交通方式網(wǎng)絡(luò)間的銜接考慮甚少，規(guī)劃理論相對(duì)簡(jiǎn)單。綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求構(gòu)建多網(wǎng)融合的異質(zhì)交通網(wǎng)絡(luò)，這在規(guī)劃理論體系方面與以往有著根本性的不同。

綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與布局優(yōu)化應(yīng)以國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)和國(guó)土空間開發(fā)為需求，以“綜合交通規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)-綜合交通樞紐布局-規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案”為主體思路，深入研究綜合交通一體化拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)、各運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)運(yùn)距曲線、各交通方式交通阻抗函數(shù)、綜合交通樞紐方式轉(zhuǎn)換阻抗等瓶頸技術(shù)，建立面向需求預(yù)測(cè)-方式分布-交通分配的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)一體化交通分析模型，以實(shí)際分方式發(fā)生吸引與分布數(shù)據(jù)為參考，進(jìn)行流量匹配校驗(yàn)和多目標(biāo)綜合效能評(píng)估，分析綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)供給與需求動(dòng)態(tài)互饋過程，形成“以供需平衡理論引導(dǎo)綜合交通建設(shè)，以分析評(píng)估模型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)”的技術(shù)路線，如圖2所示。

圖2 綜合交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法

綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃交通分析模型體系是基于綜合交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法建立而來，主要涵蓋綜合交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、交通需求組合分析模型、多網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)交通分配模型與效能評(píng)估虛擬仿真模型四大類。模型體系以綜合交通需求生成與分布分析、綜合交通網(wǎng)絡(luò)“多網(wǎng)合一”建模［4］、分方式客貨運(yùn)輸路段與樞紐交通阻抗分析模型、分方式客貨運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸距離分析模型為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究并解決基于優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸距離與交通阻抗的分方式OD矩陣、基于優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸距離與交通阻抗的方式組合選擇模型、基于分方式交通網(wǎng)絡(luò)的客貨OD矩陣交通分配模型、基于多網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)的綜合交通運(yùn)輸一體化交通分配模型［5-6］等問題，為提升綜合交通系統(tǒng)的運(yùn)輸效率、服務(wù)質(zhì)量、安全保障、韌性水平提供量化分析理論，如圖3所示。

圖3 綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃交通分析模型體系

依托上述理論，可在綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局方面解決以下五大技術(shù)問題，分別為：①異質(zhì)交通網(wǎng)絡(luò)的一體化建網(wǎng)技術(shù)；②各交通方式的優(yōu)勢(shì)運(yùn)距分析技術(shù)；③各運(yùn)輸方式的運(yùn)輸成本分析技術(shù)；④多網(wǎng)融合下的網(wǎng)絡(luò)交通分配技術(shù)；⑤綜合交通網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化的效能評(píng)估技術(shù)。

2.3 綜合交通樞紐布局規(guī)劃新方法

綜合交通樞紐是實(shí)現(xiàn)綜合交通網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的主要載體，是綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)中進(jìn)行貨物多式聯(lián)運(yùn)、旅客聯(lián)程出行等運(yùn)輸組織的關(guān)鍵?？茖W(xué)合理的綜合交通樞紐布局，是提升綜合交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸效率、系統(tǒng)韌性的保障。但我國(guó)尚缺少關(guān)于綜合交通樞紐布局規(guī)劃的理論方法，無法解析綜合樞紐中不同運(yùn)輸方式間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，難以有效指導(dǎo)綜合立體交通網(wǎng)的樞紐布局。因此，當(dāng)前需要提出一套面向綜合交通樞紐布局規(guī)劃的新方法，涵蓋綜合交通樞紐的不同類型、不同規(guī)模、不同功能等。

《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》提出構(gòu)建“三位一體”的國(guó)家綜合交通樞紐系統(tǒng)，其中樞紐集群是城市群級(jí)綜合交通樞紐，基于城市群范圍內(nèi)的綜合交通系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸方式之間的換乘/轉(zhuǎn)運(yùn)；樞紐城市是城市級(jí)綜合交通樞紐，通過城市范圍內(nèi)的綜合交通網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸方式之間的換乘/轉(zhuǎn)運(yùn)；樞紐港站則是節(jié)點(diǎn)級(jí)綜合交通樞紐，是交通網(wǎng)絡(luò)中各運(yùn)輸方式之間交通流轉(zhuǎn)換的基本載體。圖4給出了樞紐集群-樞紐城市-樞紐港站的關(guān)系。

圖4 樞紐集群-樞紐城市-樞紐港站關(guān)系示意圖

節(jié)點(diǎn)級(jí)交通樞紐作為交通網(wǎng)絡(luò)中各運(yùn)輸方式之間交通流轉(zhuǎn)換的基本載體，在綜合交通網(wǎng)絡(luò)中占有舉足輕重的地位。樞紐的建設(shè)必要性、類型與功能的選擇均取決于綜合交通網(wǎng)絡(luò)中交通方式轉(zhuǎn)換的交通量，即鐵路-公路、鐵路-水路、公路-水路等的轉(zhuǎn)換交通需求。在綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，交通樞紐的網(wǎng)絡(luò)表達(dá)和阻抗分析是樞紐布局規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)表達(dá)層面，本研究團(tuán)隊(duì)提出了一種一般樞紐與綜合節(jié)點(diǎn)的可計(jì)算網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化方法，即交通網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)級(jí)交通樞紐都設(shè)計(jì)成由一組虛擬節(jié)點(diǎn)與虛擬弧段組成的小型交通網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸方式之間轉(zhuǎn)換。以公路、鐵路和水運(yùn)三種運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換的交通樞紐為例，通過“拆點(diǎn)為網(wǎng)”，生成虛擬節(jié)點(diǎn)12個(gè)、虛擬弧段24條，如圖5所示。在阻抗計(jì)算層面，針對(duì)客運(yùn)樞紐交通阻抗，綜合考慮換乘時(shí)耗、費(fèi)用與便利性等因素；針對(duì)貨運(yùn)樞紐交通阻抗，則以換乘費(fèi)用為主，時(shí)耗與便利性也納入考慮范圍?；诮煌屑~的網(wǎng)絡(luò)表達(dá)和阻抗計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)綜合交通樞紐布局優(yōu)化，促進(jìn)綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)一體化銜接，為多式聯(lián)運(yùn)/聯(lián)程出行的綜合交通網(wǎng)絡(luò)一體化分析提供技術(shù)支撐。

3 一體化融合：構(gòu)建綜合交通體系一體化協(xié)同發(fā)展的決策支持平臺(tái)

3.1 實(shí)現(xiàn)綜合交通體系一體化融合的瓶頸

2020年我國(guó)社會(huì)物流總費(fèi)用14.9萬億元，社會(huì)物流總費(fèi)用占GDP比重為14.7%，遠(yuǎn)高于歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家［7］；我國(guó)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)常年遭受多種自然災(zāi)害，由此造成包括交通中斷等直接經(jīng)濟(jì)損失每年超10億美元，位列世界第一［8］。造成這一現(xiàn)象的根本原因是：綜合交通體系缺乏一體化融合，各方式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)條塊分割，基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)、綜合信息網(wǎng)、交通能源網(wǎng)各自為政。具體而言，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

3.1.1 機(jī)制體制層面

各交通運(yùn)輸部門獨(dú)立發(fā)展，協(xié)調(diào)能力不足，相互間缺乏統(tǒng)一的機(jī)制與平臺(tái)。我國(guó)政府各職能部門業(yè)務(wù)相對(duì)獨(dú)立，與綜合交通系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各部門（如綜合交通部門、國(guó)土資源部門、生態(tài)環(huán)保部門、能源補(bǔ)給部門等）業(yè)務(wù)方案的論證各自為政，無法實(shí)現(xiàn)跨部門協(xié)同，缺少統(tǒng)一的決策支持平臺(tái)對(duì)多部門協(xié)同環(huán)境下的交通管理決策結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組優(yōu)化，各個(gè)部門的建設(shè)和管理工作溝通不暢，產(chǎn)生資源浪費(fèi)。

3.1.2 基礎(chǔ)設(shè)施層面

方式銜接不暢，運(yùn)輸效率不高。當(dāng)前，公路、鐵路、水運(yùn)、航空和管道各交通方式獨(dú)立成網(wǎng)，互聯(lián)互通不足、綜合運(yùn)輸能力與效率較低。中小型交通轉(zhuǎn)換樞紐嚴(yán)重缺乏，各交通方式之間銜接性不強(qiáng)，居民“聯(lián)程出行”和貨物“多式聯(lián)運(yùn)”的比例不高，效率低下，進(jìn)一步造成了交通方式銜接不暢。

3.1.3 基礎(chǔ)理論層面

缺乏綜合交通體系一體化融合發(fā)展的分析方法與仿真技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)交通處于交通結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期，系統(tǒng)供需矛盾很大，實(shí)現(xiàn)綜合交通系統(tǒng)從“增量積累”到“存量發(fā)展”、“能力建設(shè)”到“效能提升”的功能性轉(zhuǎn)變，尚缺少多方式網(wǎng)絡(luò)一體化融合的配套方法和科學(xué)精準(zhǔn)的虛擬仿真交通系統(tǒng)決策技術(shù)。

3.2 綜合運(yùn)輸服務(wù)體系一體化融合的目標(biāo)

破解上述問題的關(guān)鍵是打造一體化融合發(fā)展的綜合交通體系，提升綜合交通系統(tǒng)的運(yùn)輸效能與服務(wù)質(zhì)量。以一體化融合發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，統(tǒng)籌公、鐵、水、航等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)，優(yōu)化存量資源配置，分別從客運(yùn)和貨運(yùn)層面建立一體化服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)立體互聯(lián)，增強(qiáng)系統(tǒng)彈性，形成綜合交通一體化融合發(fā)展新格局。

3.2.1 打造旅客聯(lián)程出行一站式服務(wù)運(yùn)輸體系

聚焦綜合運(yùn)輸不同交通方式的信息共享，加強(qiáng)各種交通運(yùn)輸方式之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，構(gòu)建跨方式旅客出行一站式綜合服務(wù)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)出行方案決策制定，跨方式訂票、購(gòu)票、退票，跨方式結(jié)算，綜合信息推送與誘導(dǎo)的一站式綜合信息服務(wù)，滿足廣大公眾跨方式遠(yuǎn)程出行“一個(gè)時(shí)刻表、一張行程單”無縫銜接的服務(wù)需求。

3.2.2 推動(dòng)建設(shè)基于多式聯(lián)運(yùn)的“門到門”服務(wù)物流體系

聚焦綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)的組織與調(diào)度優(yōu)化，重點(diǎn)推進(jìn)長(zhǎng)距離、大宗貨物運(yùn)輸由公路向鐵路、水運(yùn)轉(zhuǎn)移。推動(dòng)公鐵、公水、空鐵、空陸、鐵水等聯(lián)運(yùn)方式的發(fā)展，制定并形成行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的多式聯(lián)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。扭轉(zhuǎn)綜合運(yùn)輸?shù)墓逃蟹绞奖趬舅季S，適應(yīng)市場(chǎng)化的需求，基于多式聯(lián)運(yùn)發(fā)揮綜合運(yùn)輸系統(tǒng)的融合效應(yīng)，突出公路貨運(yùn)“門到門”優(yōu)勢(shì)。

3.3 服務(wù)于綜合交通體系一體化融合的虛擬仿真決策支持平臺(tái)

我國(guó)的綜合交通體系復(fù)雜、涉及部門多，并且受限于當(dāng)前的體制機(jī)制，我國(guó)綜合交通體系長(zhǎng)期以來一直條塊分割、各自為政，造成了交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不完善、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理、運(yùn)輸效率低、服務(wù)質(zhì)量差、系統(tǒng)韌性弱等問題。體制機(jī)制方面的問題無法在短時(shí)間內(nèi)解決，但我們可以構(gòu)建一個(gè)共享的綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)，在共享平臺(tái)上，用統(tǒng)一的交通網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的分析模型、統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)綜合交通系統(tǒng)的一體化融合，如圖6所示。綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)可以提供多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的一體化融合決策支持：

圖6 綜合交通體系虛擬仿真平臺(tái)示意圖

（1）跨行政區(qū)劃融合：全國(guó)性、大區(qū)域、城市群、城市圈、小區(qū)域等；

（2）跨運(yùn)輸方式融合：鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸、管道運(yùn)輸、城市交通等；

（3）跨行業(yè)部門融合：綜合交通、生態(tài)環(huán)境、國(guó)土資源、能源補(bǔ)給、相關(guān)產(chǎn)業(yè)等；

（4）跨發(fā)展階段融合：設(shè)計(jì)階段、招標(biāo)階段、施工階段、運(yùn)維階段等。

3.3.1 綜合交通體系跨區(qū)域一體化融合發(fā)展

通過綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)性、城市群、大區(qū)域城市圈之間綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施體系規(guī)劃、建設(shè)與管理的跨區(qū)域一體化，進(jìn)而更有效地推進(jìn)區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展進(jìn)程。綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)的建設(shè)，有助于打造區(qū)域間一體化融合發(fā)展的綜合交通體系，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域間客運(yùn)交通高效、貨運(yùn)交通便捷，提高跨區(qū)域綜合交通系統(tǒng)服務(wù)水平，增強(qiáng)各區(qū)域中心城市的對(duì)外輻射力和對(duì)內(nèi)吸引力。

3.3.2 綜合交通網(wǎng)絡(luò)各運(yùn)輸方式一體化融合發(fā)展

通過綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)公路、鐵路、水運(yùn)、航空、管道與城市交通等綜合交通網(wǎng)絡(luò)全方式一體化，推動(dòng)多種運(yùn)輸方式協(xié)調(diào)發(fā)展與智能化、立體化、協(xié)同化管控，從而打造公鐵水航多式聯(lián)運(yùn)的區(qū)域性客貨運(yùn)中心，提高交通方式結(jié)構(gòu)合理配置水平與綜合交通樞紐的銜接轉(zhuǎn)換效率。虛擬仿真決策支持平臺(tái)的建設(shè)，有助于打破各運(yùn)輸方式的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸領(lǐng)域，切實(shí)發(fā)揮綜合交通運(yùn)輸體系的組合效率和規(guī)模效益，做到“宜鐵則鐵、宜公則公、宜水則水、宜空則空”，實(shí)現(xiàn)各方式間高效的銜接轉(zhuǎn)換。

3.3.3 綜合交通體系與相關(guān)產(chǎn)業(yè)一體化融合發(fā)展

通過綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)綜合交通、生態(tài)環(huán)境、國(guó)土資源、能源補(bǔ)給、相關(guān)產(chǎn)業(yè)等跨部門一體化，實(shí)現(xiàn)多部門間的聯(lián)合與協(xié)作的決策支持模式，推動(dòng)綜合交通與郵政快遞、現(xiàn)代物流、旅游開發(fā)、裝備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一體化融合發(fā)展。虛擬仿真決策支持平臺(tái)的建設(shè)，能夠形成綜合交通規(guī)劃決策方案論證的虛擬仿真技術(shù)一體化流程，從而有效應(yīng)對(duì)政府不同層面的交通規(guī)劃與管理方案決策需求。

3.3.4 綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施跨階段全周期一體化融合發(fā)展

通過綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)輸組織、運(yùn)行管理、安全保障等綜合交通發(fā)展全過程一體化，從全生命周期實(shí)施高品質(zhì)管理，建立健全綜合交通系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施重大項(xiàng)目庫(kù)，做好動(dòng)態(tài)跟蹤和調(diào)整工作。虛擬仿真決策支持平臺(tái)的建設(shè)，有助于聯(lián)動(dòng)與組織交通基礎(chǔ)設(shè)施跨階段的各類項(xiàng)目，圍繞項(xiàng)目目標(biāo)形成全周期管理合力，積極應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新技術(shù)提升一體化管理效能。

4 高質(zhì)量發(fā)展：打造以綜合交通模型系統(tǒng)（TIM）為核心的支撐技術(shù)體系

4.1 TIM技術(shù)的提出背景

綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展需要決策分析技術(shù)、工程建造技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)三大關(guān)鍵技術(shù)的支撐。在我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程建造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但決策分析技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程建造技術(shù)。譬如，我國(guó)近期建設(shè)的高速鐵路、高速公路、地鐵、橋梁隧道等大型工程，建造的工程質(zhì)量世界領(lǐng)先，但這些設(shè)施建設(shè)的決策過程科學(xué)性不足，建成后的系統(tǒng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化、智能化水平相對(duì)落后，造成交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量很高、但交通功能很低、系統(tǒng)功能很弱的尷尬局面。

交通基礎(chǔ)設(shè)施的工程建造，有BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)體系的支撐，我們認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)我國(guó)綜合交通體系的高質(zhì)量發(fā)展，突破決策分析技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)的技術(shù)瓶頸，需要打造以互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等新一輪革命性技術(shù)為依托的綜合交通信息模型體系TIM（Transportation Information Modeling）。

4.2 TIM技術(shù)的核心內(nèi)涵

類似于工程建造與城市建設(shè)領(lǐng)域的BIM，CIM（City Information Modeling，城市信息模型）技術(shù)，綜合交通信息模型體系TIM主要服務(wù)于綜合交通體系的決策分析與系統(tǒng)管理。TIM的研究覆蓋城市交通、城際交通、城市群交通、跨區(qū)域綜合運(yùn)輸?shù)确秶?，是綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐技術(shù)，是一個(gè)“數(shù)據(jù)共享、模型共享、預(yù)案共享、軟件共享”的資源共享平臺(tái)。

TIM的技術(shù)框架應(yīng)集成交通數(shù)據(jù)、交通分析、虛擬仿真、分析評(píng)價(jià)、結(jié)果展示等功能，打造“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、分析模型庫(kù)、平臺(tái)軟件庫(kù)、場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)”的資源共享平臺(tái)［9］，如圖7所示。其中，TIM的分析模型庫(kù)應(yīng)包括：綜合交通系統(tǒng)“多網(wǎng)合一”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ腕w系、交通運(yùn)輸-國(guó)土資源-經(jīng)濟(jì)發(fā)展-生態(tài)環(huán)境相互作用機(jī)理模型體系、綜合交通系統(tǒng)各出行方式/運(yùn)輸方式相互作用機(jī)理模型體系、綜合交通網(wǎng)絡(luò)交通運(yùn)行特征模型體系、綜合交通體系出行效率/運(yùn)輸效率評(píng)估模型體系、綜合交通體系經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型體系、綜合交通體系能源消耗與碳排放評(píng)估模型體系等。

圖7 TIM技術(shù)構(gòu)架

在此基礎(chǔ)上，依托上述TIM技術(shù)框架與核心模型，形成我國(guó)完全自主的平臺(tái)軟件，并配備BIM/CIM擴(kuò)展接口。TIM解決前期決策與后期運(yùn)維管理，BIM/CIM解決施工建設(shè)階段的模塊化建設(shè)與信息控制，TIM與BIM/CIM聯(lián)合，解決綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展問題，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域、多部門、多方式、全過程的數(shù)字化協(xié)同管理。

4.3 TIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

綜合交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，必須在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與管理的全過程中堅(jiān)持各運(yùn)輸方式統(tǒng)籌兼顧、融合發(fā)展，形成鐵路、公路、水運(yùn)、航空、管道及城市道路統(tǒng)籌兼顧、融合發(fā)展的一體化綜合立體交通體系。綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)（即綜合交通大腦，如圖8所示）為完善網(wǎng)絡(luò)布局、推動(dòng)各運(yùn)輸方式一體化融合、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了平臺(tái)，而TIM技術(shù)則為綜合交通大腦的搭建提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。因此，建立綜合交通信息模型體系TIM，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、交通需求融合分析、交通網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真等技術(shù)瓶頸的突破，已成為我國(guó)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)一體化融合的當(dāng)務(wù)之急，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。

圖8 TIM技術(shù)與綜合交通大腦

5 案例分析：西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)

5.1 項(xiàng)目背景

近年來，重慶、廣西等西部?。▍^(qū)、市）積極參與共建“一帶一路”，基本形成由重慶、四川分別經(jīng)湖南、貴州、云南至廣西北部灣港的三條鐵路運(yùn)輸線路，如圖9所示。

圖9 西部陸海新通道示意圖［10］

三條鐵路運(yùn)輸線路的建成為促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、外貿(mào)增長(zhǎng)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)做出了重要貢獻(xiàn)。但既有通道仍存在交通運(yùn)輸瓶頸制約、競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)、物流成本偏高等突出問題。在此形勢(shì)下，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《西部陸海新通道總體規(guī)劃》，提出要統(tǒng)籌各種運(yùn)輸方式，圍繞建設(shè)大能力主通道和銜接國(guó)際運(yùn)輸通道，在鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸以及樞紐、場(chǎng)站、港口等方面建設(shè)一批重點(diǎn)項(xiàng)目。

5.2 西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)

本文所提出的三大具體對(duì)策是緊密相關(guān)、有機(jī)結(jié)合的整體，最終落腳點(diǎn)在于一體化融合的虛擬仿真決策支持平臺(tái)。結(jié)合西部陸海新通道總體規(guī)劃的實(shí)際需求，我們系統(tǒng)整合了本文所提出的三大具體對(duì)策，即：創(chuàng)建了面向西部陸海新通道多網(wǎng)融合的綜合交通體系規(guī)劃新理論方法，打造了以綜合交通模型系統(tǒng)（TIM）為核心的支撐技術(shù)體系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)。如圖10所示，決策支持平臺(tái)可以對(duì)西部地區(qū)新建鐵路、新建公路和連通水運(yùn)等方案進(jìn)行虛擬仿真，定量分析方案實(shí)施前后的客貨運(yùn)量。決策支持平臺(tái)中的TIM技術(shù)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、分析模型庫(kù)、平臺(tái)軟件庫(kù)和場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)四大部分組成，分別介紹如下。

圖10 西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)

5.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)的綜合交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)基于OSM（Open Street Map）構(gòu)建，全網(wǎng)絡(luò)（含公路、鐵路、水運(yùn)、航空等）共有28，958個(gè)交通節(jié)點(diǎn)、46，882個(gè)路段和521個(gè)交通小區(qū)；人口分布數(shù)據(jù)基于LandScan數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建，研究區(qū)域覆蓋人口總數(shù)超過2.90億；社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)從國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，研究區(qū)域每年產(chǎn)生的GDP近15萬億元；重要路段/節(jié)點(diǎn)（如高速公路、高速鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口等）的交通運(yùn)輸量數(shù)據(jù)從政府相關(guān)職能部門獲取，用于標(biāo)定和校驗(yàn)決策支持平臺(tái)。

5.2.2 分析模型庫(kù)

交通分析模型是西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)的內(nèi)核，主要技術(shù)突破是實(shí)現(xiàn)從單一、同質(zhì)的交通網(wǎng)向多網(wǎng)、異質(zhì)的交通網(wǎng)轉(zhuǎn)換，分析模型具體包括：綜合交通網(wǎng)絡(luò)“多網(wǎng)合一”拓?fù)淠Ｐ?、客貨運(yùn)輸路段與樞紐交通阻抗分析模型、客貨運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)運(yùn)距分析模型、多網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式組合與交通分配模型、效能評(píng)估虛擬仿真模型等。

5.2.3 平臺(tái)軟件庫(kù)

西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)集成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持、交通需求分析、交通運(yùn)行分析、綜合效能評(píng)價(jià)、數(shù)字化人機(jī)交互等5大模塊，涵蓋27種具體功能，滿足110多種操作與分析需求，覆蓋綜合交通仿真分析的全過程，能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)快速獲取、決策方案快速生成、交通分析系統(tǒng)集成、實(shí)施效果虛擬仿真等定量化、可視化的決策支持。

5.2.4 場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)

備選預(yù)案庫(kù)面向綜合交通運(yùn)輸行業(yè)多部門提供交通方案的“一鍵式”備選策略設(shè)計(jì)。以《西部陸海新通道總體規(guī)劃》中提及的重點(diǎn)項(xiàng)目為例，設(shè)立5個(gè)場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)案例，如表1所示。平臺(tái)可以對(duì)任意對(duì)象的交通業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行一體化仿真分析，并定量化、可視化地給出該業(yè)務(wù)場(chǎng)景下不同運(yùn)輸方式（公、鐵、水、航等）的客貨運(yùn)量變化與能源消耗、碳排放情況，為重大工程建設(shè)提供決策依據(jù)。

表1 西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)

6 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)交通行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)正在從以“大規(guī)模交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”為主向著以“綜合交通體系的現(xiàn)代化管理與智能化服務(wù)”為主的重大轉(zhuǎn)型，我國(guó)的交通領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)代。面對(duì)轉(zhuǎn)型，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《“交通強(qiáng)國(guó)”建設(shè)綱要》和《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，對(duì)我國(guó)綜合交通系統(tǒng)建設(shè)提出了更高的要求?；谛乱惠喐锩约夹g(shù)的綜合交通系統(tǒng)的“網(wǎng)絡(luò)化布局、一體化融合、高質(zhì)量發(fā)展”將成為未來幾十年我國(guó)綜合交通體系發(fā)展的三大重點(diǎn)方向。

（1）網(wǎng)絡(luò)化布局，需要?jiǎng)?chuàng)建統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、布局優(yōu)化的綜合交通體系規(guī)劃新理論?；趪?guó)家發(fā)展目標(biāo)與供需平衡的綜合交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展定位，規(guī)劃建設(shè)布局優(yōu)化、運(yùn)行高效的綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系，提出綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃理論與布局優(yōu)化方法，完善綜合交通樞紐布局規(guī)劃。

（2）一體化融合，需要構(gòu)建綜合交通體系一體化協(xié)同發(fā)展的決策支持平臺(tái)。打造一體化融合發(fā)展的綜合交通體系，提升綜合交通系統(tǒng)的運(yùn)輸效能與服務(wù)質(zhì)量，構(gòu)建共享的綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)，運(yùn)用統(tǒng)一的交通網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的分析模型、統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)綜合交通系統(tǒng)的跨區(qū)域、跨行業(yè)、跨部門、全過程的一體化融合發(fā)展。

（3）高質(zhì)量發(fā)展，需要打造以綜合交通模型系統(tǒng)（TIM）為核心的支撐技術(shù)體系。依托互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等新一輪革命性技術(shù)，以高精度綜合交通信息模型體系為核心支撐，改造傳統(tǒng)的交通基礎(chǔ)設(shè)施體系與管理模式，建設(shè)一體化融合、高質(zhì)量發(fā)展的安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的綜合交通體系。