張?jiān)茓?，王修華，黃成名，趙鵬，范丁元，2

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055; 2.西南交通大學(xué),成都 610031)

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)交通速度的追求不斷提升,超高速管道磁浮交通技術(shù)近年來成為軌道交通研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)領(lǐng)域。中共中央、國務(wù)院正式印發(fā)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》,明確提出“合理統(tǒng)籌安排低真空管(隧)道高速列車等技術(shù)儲(chǔ)備研發(fā)”[1]。中國工程院設(shè)立《低真空管(隧)道高速磁懸浮鐵路戰(zhàn)略研究》等重大咨詢項(xiàng)目,開展了系統(tǒng)方案指標(biāo)體系、技術(shù)可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性分析研究,建議加強(qiáng)低真空管(隧)道高速磁浮基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究,列入國家科技研發(fā)計(jì)劃,并擇機(jī)規(guī)劃建設(shè)試驗(yàn)線。

當(dāng)前,從國家戰(zhàn)略、技術(shù)儲(chǔ)備、交通完善和創(chuàng)新發(fā)展來說,超高速管道磁浮系統(tǒng)的建設(shè)具有十分強(qiáng)烈的必要性和迫切性[2-5]。近年來我國多地相繼開展600 km/h及以上高速線路研究[6-8],然而,我國尚缺少相關(guān)速度制式的統(tǒng)籌實(shí)施方案建設(shè)研究成果對(duì)地區(qū)項(xiàng)目提供依據(jù)和指導(dǎo)。

以1 000 km/h超高速管道磁浮系統(tǒng)為技術(shù)依據(jù),從國家戰(zhàn)略出發(fā),結(jié)合國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及環(huán)境影響,針對(duì)全國范圍內(nèi)可實(shí)施性較強(qiáng)的先期示范線區(qū)段開展比選分析,科學(xué)客觀地提出示范線優(yōu)先建設(shè)建議。

1 示范線的功能定位

示范線是超高速磁浮從試驗(yàn)線向商業(yè)運(yùn)營過渡的線路[9],需具備進(jìn)一步開展全尺寸實(shí)車達(dá)速試驗(yàn)、全系統(tǒng)全工況下模擬商業(yè)運(yùn)營等多重功能。

試驗(yàn)功能方面,選擇科學(xué)里程[10],在我國當(dāng)前相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上[11-12],進(jìn)一步開展全系統(tǒng)實(shí)車真空環(huán)境載人達(dá)速測試的試驗(yàn)線完善系統(tǒng)。

商業(yè)運(yùn)營方面,選取《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中“6軸”通道[13]內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、里程范圍、運(yùn)輸需求都適合的區(qū)段先期建設(shè)超高速管道磁浮示范線,聯(lián)系城市群內(nèi)部主要中心城市,形成城市群內(nèi)中心城市間城際骨干效應(yīng);同時(shí),示范線可通過實(shí)際運(yùn)營從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)輸組織、社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響等全方面進(jìn)一步完善系統(tǒng),并預(yù)留延伸條件,作為所在通道上長距離運(yùn)輸?shù)南刃熊姟?/p>

2 示范線比選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

為保障超高速管道磁浮系統(tǒng)示范線項(xiàng)目的順利推進(jìn),需建立全面、客觀、有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)示范線進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為項(xiàng)目的建設(shè)提供科學(xué)決策建議。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)建立原則及選取思路

超高速管道磁浮示范線工程屬于交通運(yùn)輸類大型工程,通常有投資規(guī)模高昂、工程建設(shè)復(fù)雜、利益關(guān)聯(lián)繁復(fù)、社會(huì)影響較大等特點(diǎn)[14]。項(xiàng)目建設(shè)的考慮因素包括國家戰(zhàn)略發(fā)展、國家規(guī)劃融合、社會(huì)經(jīng)濟(jì)需要、沿線環(huán)境保護(hù)、社會(huì)價(jià)值體現(xiàn)等方面[15]。世界銀行及政府部門普遍釆用的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是SMART準(zhǔn)則,指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)能全面、真實(shí)地反映工程、社會(huì)、資金、環(huán)境等各方面因素對(duì)項(xiàng)目整體可行性的影響程度。超高速磁浮示范線的選取必須遵循科學(xué)合理的指標(biāo)體系構(gòu)建原則[16-17],結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)以確定其綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,主要包括客觀科學(xué)、系統(tǒng)融合、可操作性、定性定量、層次分明、動(dòng)態(tài)調(diào)整、適應(yīng)性強(qiáng)等原則。

2.2 體系構(gòu)成

結(jié)合國內(nèi)外各類大型工程可行性評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)等指標(biāo)體系,進(jìn)一步改進(jìn)傳統(tǒng)初始評(píng)價(jià)指標(biāo)體系難以量化的指標(biāo),最終確定由3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和11個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成的超高速管道磁浮示范線比選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,如表1所示。

表1 超高速管道磁浮示范線比選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)

超高速管道磁浮系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)受到多種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響[18],包括:國家宏觀政策與戰(zhàn)略導(dǎo)向、地區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、地區(qū)人口規(guī)模、國土空間及區(qū)域規(guī)劃等,通過對(duì)每個(gè)指標(biāo)的具體內(nèi)涵、量化模式、反映類型、判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析研究,建立社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系。其中,將所有指標(biāo)量化的符合程度分為5個(gè)級(jí)別,與綜合評(píng)價(jià)向量等級(jí)相同,有利于評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性計(jì)算,如表2所示。

表2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系分析

2.2.2 工程建設(shè)

工程建設(shè)主要受到沿線地形、地物、地質(zhì)、水文、生態(tài)環(huán)境、工程投資等因素影響,具體分析、量化后得到指標(biāo)體系如表3所示。

表3 工程建設(shè)指標(biāo)體系分析

2.2.3 運(yùn)營效果

運(yùn)營效果主要受車輛運(yùn)行速度、社會(huì)價(jià)值體現(xiàn)、交通銜接、客運(yùn)量[19-20]等因素影響,將其量化、整合后得到指標(biāo)體系如表4所示。

表4 運(yùn)營效果指標(biāo)體系分析

3 示范線比選綜合評(píng)價(jià)模型

在比較分析多項(xiàng)模型算法后,采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方法構(gòu)建超高速管道磁浮系統(tǒng)示范線比選綜合評(píng)價(jià)模型。

3.1 模型標(biāo)定

基于層次分析法結(jié)合超高速管道磁浮示范線比選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,展開動(dòng)態(tài)評(píng)估分析和問卷調(diào)查。

對(duì)各準(zhǔn)則層下子因素間的判斷矩陣進(jìn)行標(biāo)度調(diào)查和測算;問卷發(fā)放對(duì)象為相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?均為有效問卷。結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果,檢驗(yàn)一致性,計(jì)算各準(zhǔn)則層下子因素的判斷矩陣,應(yīng)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重,如表5所示。

表5 示范線綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模型應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則,對(duì)評(píng)價(jià)方案相關(guān)的各個(gè)指標(biāo)作綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)層次分析法建立的超高速管道磁浮示范線比選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用遞階模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià),步驟如下。

(1)定義數(shù)值化的評(píng)價(jià)向量V,評(píng)價(jià)等級(jí)V=(很好,較好,一般,較差,很差),如表6所示。

表6 綜合評(píng)價(jià)向量V等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

(2)確定各指標(biāo)層和各準(zhǔn)則相對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重向量ωt、ωA。

(3)確定評(píng)價(jià)方案關(guān)于每個(gè)指標(biāo)的隸屬度向量Rtj(t=1,…,k;j=1,…,n);對(duì)每一準(zhǔn)則,由各指標(biāo)的模糊隸屬度向量構(gòu)造其隸屬度矩陣:Rt=[Rt1,Rt2,…Rtn]T(t=1,2…,k),求該方案關(guān)于各準(zhǔn)則層的隸屬度向量Bt=ωt×Rt,其中k為準(zhǔn)則層數(shù),n為指標(biāo)層數(shù)。

(4)由Bt構(gòu)造各準(zhǔn)則關(guān)于總目標(biāo)的隸屬度矩陣:R=[B1,…,Bk]T,求該方案關(guān)于總目標(biāo)的隸屬度向量B=ωA×R;最后得出該方案的模糊評(píng)價(jià)值:W=B×VT。

4 案例分析

結(jié)合以上示范線比選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),具體分析各城市群社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),長三角、粵港澳、中原、成渝和京津冀地區(qū)整體GDP水平較高,人口規(guī)模較大。客流需求方面,根據(jù)我國城市群、組團(tuán)等地區(qū)間高鐵、航空OD交流情況[21],基于示范線功能定位,在通道內(nèi)部選取具備客運(yùn)需求、商業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)條件的線路進(jìn)行案例分析,推薦比選區(qū)段為:北京—石家莊、上?！暇?、上?！贾?、南京—合肥、成都—重慶、廣州—深圳。

4.1 綜合指標(biāo)分析

4.1.1 北京至石家莊段

北京至石家莊示范線的建設(shè)可全面提高京津冀—粵港澳主軸通達(dá)時(shí)效,實(shí)現(xiàn)北京到石家莊間快速通達(dá);同時(shí),在京津冀地區(qū)打造更高標(biāo)準(zhǔn)超高速鐵路示范線工程,提高首都地區(qū)交通國際競爭力[22]。深入研究沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工程建設(shè)和運(yùn)營效果具體量化計(jì)算,得到北京至石家莊段的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如表7所示。

表7 北京至石家莊段綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)概況

4.1.2 上海至南京段

上海至南京示范線的建設(shè)可率先實(shí)現(xiàn)長三角區(qū)域上海到南京間形成城市群快速通道;同時(shí),在長三角地區(qū)打造超高速鐵路示范線工程,也可進(jìn)一步提高長三角地區(qū)交通國際競爭力[23]。深入研究各項(xiàng)指標(biāo)具體量化計(jì)算,得到上海至南京段的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如表8所示。

表8 上海至南京段綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)概況

4.1.3 上海至杭州段

上海至杭州示范線的建設(shè)可率先實(shí)現(xiàn)主要城區(qū)如上海到蘇錫常、杭州快速通達(dá);在各城市群中心城市與其他省會(huì)城市間打造城市群綜合交通網(wǎng)主骨干,強(qiáng)化繁忙高鐵主通道能力的有效助力。深入研究各項(xiàng)指標(biāo)具體量化計(jì)算,得到上海至杭州段的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如表9所示。

表9 上海至杭州段綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)概況

4.1.4 南京至合肥段

南京至合肥示范線的建設(shè)是提高長三角—成渝主軸通達(dá)時(shí)效,在各城市群中心城市與其他省會(huì)城市間,強(qiáng)化高鐵主通道能力的高效助力。深入研究各項(xiàng)指標(biāo)具體量化計(jì)算,得到南京至合肥段的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如表10所示。

表10 南京至合肥段綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)概況

4.1.5 成都至重慶段

成都至重慶示范線的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈成都到重慶間形成市域通勤客流圈,順應(yīng)新技術(shù)蓬勃發(fā)展,提高成渝地區(qū)交通國際競爭力的有效選擇。深入研究各項(xiàng)指標(biāo)具體量化計(jì)算[24],得到成都至重慶段的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如表11所示。

表11 成都至重慶段綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)概況

4.1.6 廣州至深圳段

廣州至深圳示范線的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)粵港澳大灣區(qū)廣深間形成快速通勤客流圈,全面增強(qiáng)粵港澳大灣區(qū)鐵路國際競爭力和影響力的關(guān)鍵手段。深入研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工程建設(shè)[25]和運(yùn)營效果指標(biāo)具體量化計(jì)算,得到廣州至深圳段的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)情況如表12所示。

表12 廣州至深圳段綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)概況

4.2 比選結(jié)果

根據(jù)以上示范線的指標(biāo)分析得出具體符合程度,利用示范線綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值采用模糊評(píng)價(jià)法的綜合評(píng)價(jià)向量V等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出示范線評(píng)價(jià)結(jié)果及排序,如表13所示。

表13 示范線綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

5 結(jié)論

研究結(jié)合國家戰(zhàn)略、政策規(guī)劃、客運(yùn)需求、商業(yè)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)條件、工程條件等因素選取6條商業(yè)示范線。通過構(gòu)建超高速管道磁浮示范線比選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,包括:國家政策與戰(zhàn)略、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口規(guī)模、國土空間及區(qū)域規(guī)劃、地形地貌特征、環(huán)境保護(hù)影響、工程投資規(guī)模、時(shí)空效果、節(jié)省時(shí)間社會(huì)價(jià)值分析、車站設(shè)置與交通銜接、客運(yùn)量水平等11個(gè)具體指標(biāo),進(jìn)行比選量化分析。得出6條示范線的建設(shè)排序方案依次為:上?！贾荨V州—深圳、上?！暇⒈本仪f、成都—重慶、南京—合肥。提出示范線優(yōu)先建設(shè)建議,為我國超高速管道磁浮交通系統(tǒng)發(fā)展決策提供參考。