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上,提出基于層次分析法的定線方法。介紹了方法應用的思路與步驟,并提出了具有實用性和可靠性的改進方法。
關鍵詞 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發展。
1 影響城市軌道交通線路走向的主要因素
·城市軌道交通的網絡規劃 在具體確定某一軌道交通線路的走向及主要控制點時,應符合軌道交通網絡的規劃原則,分析研究所選線路的規劃服務功能,即以滿足乘客主要出行方向和路徑為原則,確定相應的主要控制點。
·城市交通服務功能 無論從經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,線路應選在客流大而穩定的街區內,盡可能多地聯結城市主要的工業區、居住區、行政文化中心、大型商業網點、對外交通樞紐及市內公交集中換乘點,以發揮其最大的運營效能。有時最短路徑不一定就是最優方案。
·城市道路網分布———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, 車站合理間距市區內一般在1 km 左右,郊區可適當大一些。在市區范圍內,站位有設在道路下方和設于街坊內兩種選擇。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、沿線商業網點的經營、未來車站上部空間開發等有不同的影響。
·城市經濟實力———城市軌道交通建設費用較高,目前地鐵每公里造價數億元,輕軌每公里造價為地鐵的1/ 3 。在選線時為降低造價,應盡量避免大量的拆遷工程。有時需要與城市改造規劃相協調,使單一的軌道交通車站的市政設施建設融入到為地下地上立體發展、現代交通與現代商業密切結合的綜合性項目中。
·城市交通換乘節點與樞紐的分布———不僅要考慮先后建設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。
·城市環境保護———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、環境質量產生一定影響。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,盡量減少可能產生的振動、噪聲、電磁干擾和對城市自然景觀的負面影響,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雜的多目標決策問題。它涉及的因素眾多,有些能用定量的辦法進行計算(如工程數量、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(如城市的發展) 也難以定量描述。
對于多目標問題,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的因素,因此選擇信息需求少、適合于復雜系統決策問題的層次分析法(AHP) 較為合適[2 ] 。
2. 2 AHP 方法的應用
AHP 法要求先根據問題的性質,確定一個總體目標,然后建立一個目標實現程度的評價指標體系(即指標層),根據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劃等環境條件,構建可行方案集(即方案層),從而形成了一個多層次的系統分析結構模型(如圖1) 。引入合適的標度體系, 通過對各個目標(指標) 在各個方案中相對重要度的分析(兩兩比較法),構造出比較判斷矩陣,經過數學運算得到各個指標評價權重值和各個方案相對總目標的相對排序權值,即可確定出各方案相對于總目標的優劣排序,供決策者參考[3 ] 。
圖1 方案層次結構模
2. 3 城市軌道交通線路方案評價指標
評價指標體系的建立是方法應用的重要內容, 也決定了評價結構的正謬。城市交通線路走向方案的優劣評價的主要指標如下:
(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角大小、車站數目、車站設置條件等。
(3) 施工條件(c3) 包括施工方法、施工場地安排、施工運輸道路以及施工難易條件之評價。
(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, 對商業經營的影響等。
(5) 與城市規劃配合程度(c5) 主要是評價線路走向與城市改造發展規劃的一致性及結合程度。
(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的客流大小。在設計階段, 根據客運量的預測, 用線路效率指標來評價運營效果。某方案的線路效率指該方案所有路徑上各站點間所服務的直達乘客量(即OD 量) 。
(8) 環境影響(c8) 主要指軌道交通線路可能產生的振動、噪聲、電磁干擾等方面對城市人民生活環境的影響, 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構模型[4 ]
設: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( O) 是尋找出最優方案(或滿意方案) 。
2. 4. 1 指標評價值的標度方法
相對于任一指標ci(i = 1 ,2 , ?,8) 的實現值, 各方案之間存在著差異。為此引用Starry 提出的1 ～ 9 標度方法反映它們之間差異(表1) 。
表1 1 ～ 9 標度法
2. 4. 2 比較判斷矩陣構造
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點是所需要的數據、信息較少,運用計算機可大大節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知識和廣泛的社會經濟知識,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,能增加涵蓋正確結果的概率。
(2) 采用科學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分布。應當采用數理統計的方法對專家反饋的意見進行處理。如對于不同專家意見反饋形成的數據序列,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。結合專家自我評價結果的統計處理, 進一步提高判斷意見的準確性。
參 考 文 獻
1 周立新. 有軌交通線路工程. 上海:上海交通大學出版社,2001. 206～211
2 夏紹瑋,楊家本,楊振斌. 系統工程概論. 北京:清華大學出版社,1995. 106
3 葉霞飛,顧保南. 城市軌道交通規劃與設計. 北京:中國鐵道出版社,1999. 137
4 李書濤. 決策支持系統原理與技術. 北京:北京理工大學出版社,1996. 311～316
5 李彬,李濤,楊東援. 城市軌道交通線網規劃方法探討. 城市軌道交通研究,2002 , (4) :40
