張曉春 覃 矞

(深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計研究中心有限公司,518034,深圳∥第一作者,高級工程師)

國辦發(fā)[2003]81號文明確要求:所有擬建城市軌道交通的城市,應(yīng)組織制訂軌道交通建設(shè)規(guī)劃,明確近期建設(shè)任務(wù)。因此,在遠期規(guī)劃線網(wǎng)中如何選擇近期建設(shè)線路是項目決策時所必須考慮的問題。近期建設(shè)方案的綜合評價可為項目決策提供技術(shù)支撐。

城市軌道交通近期建設(shè)方案的綜合評價涉及因素眾多,且因素間關(guān)系復(fù)雜,是一種在信息不完全情況下的綜合判斷。本文將信息不完全情況下的方案評價視為一個“灰色”概念[1],在建立“目標—準則—指標”層次結(jié)構(gòu)評價指標體系的基礎(chǔ)上,以深圳市軌道交通近期(2011—2020年)建設(shè)方案評價為例,探討灰色關(guān)聯(lián)綜合評價分析方法。

1 評價指標體系

評價指標體系的建立必須綜合考慮比選方案的整體性、適應(yīng)性、協(xié)調(diào)性和方案效果等各方面因素,選取的評價指標應(yīng)具有科學(xué)性、全面性、可測性和可比性等要求,以做到科學(xué)、合理、客觀地評價各個備選方案。

1.1 評價指標體系構(gòu)成

軌道交通近期建設(shè)線路將與建成和正在建設(shè)的線路共同形成近期線網(wǎng),因此對近期建設(shè)方案的評價可轉(zhuǎn)化為對近期線網(wǎng)方案的評價。由不同近期建設(shè)方案所組成的近期線網(wǎng),其規(guī)模布局、功能效用、投資等會有所差異,其運行過程會對城市的經(jīng)濟、空間布局、土地利用以及交通體系的運營效益、服務(wù)水平等產(chǎn)生不同影響,為此需從線網(wǎng)結(jié)構(gòu)、戰(zhàn)略發(fā)展、運營效果、社會效益、可實施性等5個方面的準則對近期線網(wǎng)進行評價。以深圳市為例,城市軌道交通近期建設(shè)方案綜合評價指標體系如圖1所示[2]。

1.2 評價指標含義及量化方法

1.2.1 線網(wǎng)結(jié)構(gòu)評價指標

線網(wǎng)結(jié)構(gòu)是指線網(wǎng)方案的空間尺度特性和協(xié)調(diào)性,反映線網(wǎng)方案的合理性及其覆蓋能力。選取下述4個指標對其進行評價。

①線網(wǎng)長度L(km):為近期線網(wǎng)方案或近期建設(shè)方案中各線路長度之和,以評價近期建設(shè)方案的建設(shè)投入成本,是一種越小越好型指標。

②中心城區(qū)線網(wǎng)密度ρ(km/km2):為中心城區(qū)近期線網(wǎng)長度與中心城區(qū)面積之比,以評價近期線網(wǎng)在中心城區(qū)的服務(wù)水平,是一種具有最佳區(qū)間的指標。

③換乘節(jié)點數(shù)ψ:為近期線網(wǎng)換乘車站數(shù)量,以評價線網(wǎng)提供換乘的靈活程度,是一種具有最佳區(qū)間的指標。

④車站之間的連通率K:反映線網(wǎng)方案乘客出行分布與線網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的協(xié)調(diào)關(guān)系,以評價線網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣程度以及與出行需求的吻合程度,是一種越大越好型指標。其量化方法為

式中:

Km——第m個方案車站之間的連通率指標的評價值;

Nijm——第m個方案i,j車站對之間的客流量,人次/日;

dijm、lijm——分別為第m 個方案i,j車站對之間的空間直線距離和線路長度,km。

圖1 城市軌道交通近期建設(shè)方案綜合評價指標體系

1.2.2 戰(zhàn)略發(fā)展評價指標

戰(zhàn)略發(fā)展是指線網(wǎng)方案與城市規(guī)劃的吻合程度,反映城市軌道交通規(guī)劃與城市規(guī)劃的協(xié)調(diào)性。選取下述4個指標對其進行評價。

①與土地利用吻合程度α(%):從土地利用方面評價近期線網(wǎng)與城市總體規(guī)劃的一致性和協(xié)調(diào)性,是一種越大越好型指標,可用居住人口和就業(yè)崗位的覆蓋率來量化。

②對城市重點地區(qū)的覆蓋度β:衡量近期線網(wǎng)對城市重點地區(qū)的覆蓋程度,以評價軌道交通建設(shè)對城市發(fā)展的帶動作用,是一種越大越好型指標。

③中心城區(qū)面積覆蓋率γ(%):為中心城區(qū)車站周邊750 m范圍用地面積與中心城區(qū)總用地面積之比,反映近期線網(wǎng)對中心城區(qū)的覆蓋性,以評價軌道交通對中心城區(qū)各類活動的支持程度,是一種越大越好型指標。

④沿線土地開發(fā)潛力δ(hm2):反映近期線網(wǎng)沿線土地利用開發(fā)的價值,是從土地開發(fā)的角度評價近期線網(wǎng)的作用與潛力,可通過沿線土地利用評估得到,是一種越大越好型指標。

1.2.3 運營效果評價指標

運營效果是指線網(wǎng)承擔(dān)的客流量及其服務(wù)質(zhì)量特征。選取下述4個指標對其進行評價。

①線網(wǎng)日客運總量Q(萬人次/d):指規(guī)劃年度近期線網(wǎng)一天所承擔(dān)的客運總量,以評價線網(wǎng)的客運效果,與線網(wǎng)長度指標一起體現(xiàn)盡量以較小的線路規(guī)模運送較大客流量的規(guī)劃目標,是一種越大越好型指標。

②線網(wǎng)平均客流密度C(萬人次/d):為近期線網(wǎng)一天的客運周轉(zhuǎn)量與線網(wǎng)長度的比值,以反映線網(wǎng)的運營強度和運營收入,是一種越大越好型指標。

③線網(wǎng)負荷均勻性E:反映區(qū)間負荷率偏離線網(wǎng)平均負荷率的程度,以評價近期線網(wǎng)承擔(dān)客流的均衡程度、客運效率及其運輸能力的發(fā)揮,是一種越小越好型指標。其量化方法為

式中:

Em——第m個方案線網(wǎng)負荷均勻性指標的評價值;

u——第m個方案中區(qū)間的數(shù)目;

oim、aim——分別為第m個方案中第i區(qū)間的客流量和客流容量,人次/d。

④線網(wǎng)換乘系數(shù)θ:為近期線網(wǎng)出行人次與換乘人次之和與出行人次之比,以衡量乘客出行的直達程度,是一種越小越好型指標。

1.2.4 社會效益評價指標

社會效益是指城市軌道交通建設(shè)對城市綜合交通系統(tǒng)的改善程度。選取下述4個指標對其進行評價。

①公交平均出行時間T(min):指居民以公交方式一次出行的平均出行時間,以評價軌道交通建設(shè)對居民出行時間的改善程度,是一種越小越好型指標。

②公交出行率R(%):指公交出行量占機動化出行總量的比例,以評價近期項目建設(shè)對城市交通結(jié)構(gòu)的改善作用,是一種越大越好型指標。

③理想的公交平均出行速度V(km/h):評價近期項目建設(shè)對乘客在公交網(wǎng)絡(luò)中出行質(zhì)量的改善程度,是一種越大越好型指標。其量化方法為:

式中:

vm——第m個方案理想的公交平均出行速度指標的評價值,km/h;

k——交通小區(qū)數(shù)目;

Oij——i,j小區(qū)之間公交乘客出行量,人次/d;

dij——i,j小區(qū)結(jié)點之間的空間直線距離,km;

tijm——第m個方案i,j小區(qū)之間的乘客在公交線網(wǎng)中的出行時間,h。

④居民公交出行直捷性D:衡量一次出行中換乘不同公交方式或線路的頻繁程度,是一種越小越好型指標。可用考察時間段內(nèi)所有公交乘客的換乘次數(shù)與出行時間比值的平均值來量化。

式中:

Dm——第m個方案居民出行直捷性指標的評價值,次/h;

cijm——第m個方案i,j小區(qū)之間公交線網(wǎng)出行時間為tijm的徑路中的換乘次數(shù)。

1.2.5 可實施性評價指標

可實施性是指線網(wǎng)實施時的難易程度,可用近期建設(shè)線路總投資I(億元)對其進行評價,是一種越小越好型指標,可通過近期建設(shè)線路投資估算得到。

2 灰色關(guān)聯(lián)分析方法

灰色關(guān)聯(lián)分析方法是通過計算評價指標值序列與評價基準序列的灰色關(guān)聯(lián)度來對方案進行綜合評價和優(yōu)選排序。

2.1 確定比較序列和參考序列

確定參考序列就是建立方案評價基準。根據(jù)評價指標實際含義,可將其分為越大越好型、越小越好型、最佳區(qū)間型、最佳值型等4種類型。參考序列=()的確定方法如下。

①越大越好型指標:c0j={ cij} (1≤j≤n)

③具有最佳區(qū)間型指標:如果該類指標的最佳區(qū)間可知,則c0j=(uj+vj)/(1≤j≤n),其中[uj,vj](vj≥uj,1≤j≤n)為最佳區(qū)間;如果該類指標的最佳區(qū)間難以獲得,則

2.2 各序列數(shù)值無量綱化

方案綜合評價需要對原始評價指標值進行無量綱化處理。設(shè)經(jīng)處理后的比較序列和參考序列為:

則處理方法如下:

2.3 求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

方案Ai和評價基準C0在評價指標Gj上的差異程度稱為方案Ai和評價基準C0的相似性,用灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)表示。比較序列Xi(j)與參考序列X0(j)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計算方法如下:

其中,ρ∈(0,+∞),稱為分辨系數(shù)。ρ越小,分辨能力越大,一般取ρ=0.5?；疑P(guān)聯(lián)系數(shù)組成灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣ξ。

2.4 求灰色關(guān)聯(lián)度

由于灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)較多,信息過于分散,不便于比較分析,因而有必要將每一個比較序列關(guān)于各評價指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)集中體現(xiàn)在一個數(shù)值上。這一數(shù)值就是灰色關(guān)聯(lián)度,其計算方法為:

式中:

γi——比較序列Ci關(guān)于參考序列C0的加權(quán)平均灰色關(guān)聯(lián)度;

加權(quán)平均灰色關(guān)聯(lián)度γi能夠在整體上反映方案Ai與評價基準C0的相似性,可用來評價方案的優(yōu)劣?；疑P(guān)聯(lián)度γi越接近于1,表明方案Ai按照相應(yīng)的評價準則,與評價基準的相似性越接近,方案效果就越好。

2.5 求灰色關(guān)聯(lián)序

將灰色關(guān)聯(lián)度γi(i=1,2,…,m)按照從大到小的順序排列,即得灰色關(guān)聯(lián)序。按照灰色關(guān)聯(lián)序?qū)Ψ桨高M行優(yōu)劣排序,即可得到最優(yōu)方案。

3 評價實例

深圳市在編制軌道交通建設(shè)規(guī)劃時,提出近期(2011—2020年)建設(shè)的“低、中、高”3個方案。低方案建設(shè)6條線路,長約204.7 km,投資約927.4億元;中方案建設(shè)8條線路,長約254.2 km,投資約1 162.6億元;高方案建設(shè) 9條線路,長約 283.7 km,投資約1 303.3億元。3個方案同建成和正在建設(shè)的線路分別形成長約383.0 km、432.5 km、462.0 km的近期線網(wǎng)方案。

按照評價指標量化方法,計算出3個方案各評價指標的結(jié)果,并利用評價基準的確定方法確定參考序列。評價指標計算結(jié)果及參考序列見表1。無量綱化后的數(shù)據(jù)以及按照均方差方法[4]求得的指標權(quán)重也一并列于表中。按照灰色關(guān)聯(lián)分析方法,得到3個方案的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度向量為:

表1 評價指標計算結(jié)果及參考序列

γ=(γ1,γ2,γ3)=(0.642 5,0.802 1,0.737 7)

由灰色關(guān)聯(lián)度向量可知:γ2＞γ3＞γ1。根據(jù)方案優(yōu)劣排序評價準則,中方案綜合效果優(yōu)于低方案和高方案,因此將其作為深圳市軌道交通近期(2011—2020年)建設(shè)的推薦方案上報國家發(fā)改委。該方案已通過國家發(fā)改委委托中咨公司組織的專家評估。

4 結(jié)語

將基于單個指標評價而進行的方案綜合評價分析過程視為一種在信息不完全情況下的灰色綜合判斷,以此為基礎(chǔ),建立了定性和定量指標相結(jié)合的城市軌道交通近期建設(shè)方案綜合評價指標體系及其灰色關(guān)聯(lián)綜合評價分析方法。利用該方法對深圳市軌道交通近期(2011—2020年)建設(shè)方案進行了綜合評價分析,取得了較為合理的結(jié)果,表現(xiàn)出較好的可行性和可靠性,可為其它城市進行軌道交通近期建設(shè)項目決策提供借鑒。

[1]劉思峰,郭天榜.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1991.

[2]宗傳苓,覃矞,譚國威,等.深圳市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃(2011～2020)[R].深圳:深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計研究中心有限公司,2009.

[3]郭曉汾,徐雙應(yīng),閆廣維.基于灰加權(quán)關(guān)聯(lián)度的公路主樞紐站場布局決策方法[J].中國公路學(xué)報,1997,10(3):83.

[4]覃矞.軌道交通樞紐規(guī)劃與設(shè)計理論研究[D].上海:同濟大學(xué),2002.