基于層次分析法的城市軌道交通線路方案選擇

　　摘　要　在分析城市軌道交通線路選線的影響因素基礎(chǔ)上,提出基于層次分析法的定線方法。介紹了方法應(yīng)用的思路與步驟,并提出了具有實用性和可靠性的改進(jìn)方法。
關(guān)鍵詞　城市軌道交通,線路選線,方案決策,層次分析法
城市軌道交通線路的走向與空間位置選擇的合理與否,將直接影響到其后的運營效果和城市軌道交通網(wǎng)的合理布局。因此城市軌道交通線路的選線(或定線) 問題,將影響城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展。
1 　影響城市軌道交通線路走向的主要因素
·城市軌道交通的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 在具體確定某一軌道交通線路的走向及主要控制點時,應(yīng)符合軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃原則,分析研究所選線路的規(guī)劃服務(wù)功能,即以滿足乘客主要出行方向和路徑為原則,確定相應(yīng)的主要控制點。
·城市交通服務(wù)功能 無論從經(jīng)濟效益和社會效益來講,都要求軌道交通最大限度地吸引客流。因此,線路應(yīng)選在客流大而穩(wěn)定的街區(qū)內(nèi),盡可能多地聯(lián)結(jié)城市主要的工業(yè)區(qū)、居住區(qū)、行政文化中心、大型商業(yè)網(wǎng)點、對外交通樞紐及市內(nèi)公交集中換乘點,以發(fā)揮其最大的運營效能。有時最短路徑不一定就是最優(yōu)方案。
·城市道路網(wǎng)分布———軌道交通線路走向一般與城市道路主干道重合,一方面有利于吸引客流, 另外方便旅客換乘。
·車站分布與站位選定———從城市軌道交通線路功能要求考慮, 車站合理間距市區(qū)內(nèi)一般在1 km 左右,郊區(qū)可適當(dāng)大一些。在市區(qū)范圍內(nèi),站位有設(shè)在道路下方和設(shè)于街坊內(nèi)兩種選擇。不同的方案對施工時地面交通的干擾、地下管線的搬遷、居民正常生活、沿線商業(yè)網(wǎng)點的經(jīng)營、未來車站上部空間開發(fā)等有不同的影響。
·城市經(jīng)濟實力———城市軌道交通建設(shè)費用較高,目前地鐵每公里造價數(shù)億元,輕軌每公里造價為地鐵的1/ 3 。在選線時為降低造價,應(yīng)盡量避免大量的拆遷工程。有時需要與城市改造規(guī)劃相協(xié)調(diào),使單一的軌道交通車站的市政設(shè)施建設(shè)融入到為地下地上立體發(fā)展、現(xiàn)代交通與現(xiàn)代商業(yè)密切結(jié)合的綜合性項目中。
·城市交通換乘節(jié)點與樞紐的分布———不僅要考慮先后建設(shè)的軌道交通線路之間的換乘,還要滿足軌道交通與地面公交之間換乘方便的需要。在多線交叉處需要布置換乘樞紐,減少旅客的換乘時間,加速旅客輸送,最大限度地縮短換乘距離。
·城市環(huán)境保護(hù)———城市軌道交通線不僅占用了城市的土地資源,而且軌道交通的運營還會對城市景觀、地面交通、環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。地面線、地下線(地鐵) 和高架線的選擇,除了需要從投資方面考慮外,盡量減少可能產(chǎn)生的振動、噪聲、電磁干擾和對城市自然景觀的負(fù)面影響,也是必須考慮的重要因素。
·車輛段、停車場位置———線路走向還要考慮車輛段、停車場位置的選擇, 以盡量減少出入段(場) 線長度,使車輛段、停車場與正線有便捷的聯(lián)系。

2 　城市軌道交通線路合理方案確定方法
2. 1 　線路方案合理確定思路
城市軌道交通線路的定線是一個復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題。它涉及的因素眾多,有些能用定量的辦法進(jìn)行計算(如工程數(shù)量、占地、客流吸引量等) 比較,但有些諸如線路施工對沿線居民生活影響、高架軌道交通線噪聲對周邊居民身心健康的影響等,就難有定量的計算或衡量方法,有些潛在的未來影響因素(如城市的發(fā)展) 也難以定量描述。
對于多目標(biāo)問題,目前理論上比較成熟的決策方法有許多種,如分層序列法、化多為少法、理想點法、效用理論、層次分析法等。考慮到城市軌道交通線路位置確定過程中,涉及眾多的難以定量表達(dá)的因素,因此選擇信息需求少、適合于復(fù)雜系統(tǒng)決策問題的層次分析法(AHP) 較為合適[2 ] 。
2. 2 　AHP 方法的應(yīng)用
AHP 法要求先根據(jù)問題的性質(zhì),確定一個總體目標(biāo),然后建立一個目標(biāo)實現(xiàn)程度的評價指標(biāo)體系(即指標(biāo)層),根據(jù)城市客流集散與流動特點和地形地貌及周圍城市建筑與規(guī)劃等環(huán)境條件,構(gòu)建可行方案集(即方案層),從而形成了一個多層次的系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)模型(如圖1) 。引入合適的標(biāo)度體系, 通過對各個目標(biāo)(指標(biāo)) 在各個方案中相對重要度的分析(兩兩比較法),構(gòu)造出比較判斷矩陣,經(jīng)過數(shù)學(xué)運算得到各個指標(biāo)評價權(quán)重值和各個方案相對總目標(biāo)的相對排序權(quán)值,即可確定出各方案相對于總目標(biāo)的優(yōu)劣排序,供決策者參考[3 ] 。

圖1 　方案層次結(jié)構(gòu)模
2. 3 　城市軌道交通線路方案評價指標(biāo)
評價指標(biāo)體系的建立是方法應(yīng)用的重要內(nèi)容, 也決定了評價結(jié)構(gòu)的正謬。城市交通線路走向方案的優(yōu)劣評價的主要指標(biāo)如下:
(1) 吸引客流程度( c1) — 主要從可能吸引客流量大小、吸引范圍內(nèi)居住及工作人口的多少、乘客便利條件及其它交通工具的換乘條件等方面衡量。
(2) 線路條件(c2) 包括線路長度、曲線半徑大小及曲線總轉(zhuǎn)角大小、車站數(shù)目、車站設(shè)置條件等。

(3) 施工條件(c3) 包括施工方法、施工場地安排、施工運輸?shù)缆芬约笆┕るy易條件之評價。
(4) 施工干擾(c4) 包括對房屋、地上地下管線等拆遷量大小, 對道路交通的影響, 對商業(yè)經(jīng)營的影響等。
(5) 與城市規(guī)劃配合程度(c5) 主要是評價線路走向與城市改造發(fā)展規(guī)劃的一致性及結(jié)合程度。
(6) 工程造價(c6 ) 主要指建筑工程的造價。各方案間的其它工程費用基本相同。
(7) 運營效益(c7) 線路的運營效益取決于所服務(wù)的客流大小。在設(shè)計階段, 根據(jù)客運量的預(yù)測, 用線路效率指標(biāo)來評價運營效果。某方案的線路效率指該方案所有路徑上各站點間所服務(wù)的直達(dá)乘客量(即OD 量) 。
(8) 環(huán)境影響(c8) 主要指軌道交通線路可能產(chǎn)生的振動、噪聲、電磁干擾等方面對城市人民生活環(huán)境的影響, 線路的空間位置對城市( 地上和地下) 土地資源利用的影響和對城市自然環(huán)境與景觀以及歷史古跡等影響。

2. 4 　城市軌道交通線路方案的層次結(jié)構(gòu)模型[4 ]
設(shè):某條城市軌道交通線有k 個方案, 用a1 , a2 , ?, ak 表示。方案比選的總目標(biāo)( O) 是尋找出最優(yōu)方案(或滿意方案) 。
2. 4. 1 　指標(biāo)評價值的標(biāo)度方法
相對于任一指標(biāo)ci(i = 1 ,2 , ?,8) 的實現(xiàn)值, 各方案之間存在著差異。為此引用Starry 提出的1 ～ 9 標(biāo)度方法反映它們之間差異(表1) 。
表1 　1 ～ 9 標(biāo)度法

2. 4. 2 　比較判斷矩陣構(gòu)造


圖2 　比較判斷矩陣示意圖

3 　城市軌道交通線路定線方法的評價
層次分析法突出的優(yōu)點是所需要的數(shù)據(jù)、信息較少,運用計算機可大大節(jié)省決策所花費的時間。但該方法存在的弱點是要求參與決策的所有專家具有扎實的專業(yè)知識和廣泛的社會經(jīng)濟知識,并且熟悉工程背景。為提高該方法的實用性和可靠性, 減少專家判斷誤差,可采取以下措施:
(1) 適當(dāng)擴大專家咨詢范圍。擴大咨詢意見的采集樣本,能增加涵蓋正確結(jié)果的概率。
(2) 采用科學(xué)的方法處理專家反饋的意見。一般來說,專家意見的概率分布符合或接近正態(tài)分布。應(yīng)當(dāng)采用數(shù)理統(tǒng)計的方法對專家反饋的意見進(jìn)行處理。如對于不同專家意見反饋形成的數(shù)據(jù)序列,用中位值表示期望值;用上下四分點表示判斷值變動上、下限; 用全距來反映判斷值最大變動幅度。
(3) 請專家對自己的判斷進(jìn)行自我評價。一般而言,自我評價越高,專家的自信度越高,判斷的正確性也越高。結(jié)合專家自我評價結(jié)果的統(tǒng)計處理, 進(jìn)一步提高判斷意見的準(zhǔn)確性。

參　考　文　獻(xiàn)
1 　周立新. 有軌交通線路工程. 上海:上海交通大學(xué)出版社,2001. 206～211
2 　夏紹瑋,楊家本,楊振斌. 系統(tǒng)工程概論. 北京:清華大學(xué)出版社,1995. 106
3 　葉霞飛,顧保南. 城市軌道交通規(guī)劃與設(shè)計. 北京:中國鐵道出版社,1999. 137
4 　李書濤. 決策支持系統(tǒng)原理與技術(shù). 北京:北京理工大學(xué)出版社,1996. 311～316
5 　李彬,李濤,楊東援. 城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方法探討. 城市軌道交通研究,2002 , (4) :40