洪育晗

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國交通運輸業(yè)發(fā)生了巨大的變化，交通運輸業(yè)發(fā)展方向已經(jīng)向大力發(fā)展綜合運輸體轉(zhuǎn)變。目前，大城市綜合客運樞紐建設(shè)已經(jīng)比較完善，但是就中小城市而言，綜合客運樞紐大多數(shù)還是處在規(guī)劃布局的階段中，中小城市日益增長的客運需求與設(shè)施供給之間依舊存在矛盾。具體來說，中小城市的客運樞紐存在一些問題，例如客運樞紐大多為單一方式，缺乏多元化的對外客運樞紐設(shè)施；樞紐的換乘考慮不夠統(tǒng)籌，服務(wù)水平較低。

中小城市的綜合客運樞紐在交通網(wǎng)絡(luò)中起到關(guān)鍵性作用，綜合客運樞紐承擔(dān)著交通設(shè)施的基礎(chǔ)功能，為中小城市的內(nèi)外交通提供客運服務(wù)、換乘中轉(zhuǎn)服務(wù)以及通信輔助服務(wù)；影響客運樞紐周邊地區(qū)的土地開發(fā)和規(guī)劃利用，帶動城市經(jīng)濟發(fā)展。中小城市綜合客運樞紐的選址尚沒有完全成熟的體系，本文基于適合于中小城市樞紐選址的混合整數(shù)規(guī)劃模型，對樞紐選址的問題進行研究，以創(chuàng)建中小城市綜合客運樞紐選址體系。

1 中小城市客運樞紐選址研究

1.1 樞紐站與城市位置關(guān)系

綜合客運樞紐一般依托城市存在而發(fā)展，不同的選址位置對所處城市的經(jīng)濟發(fā)展和交通發(fā)展趨勢的效應(yīng)和影響也不同。樞紐站與城市的位置關(guān)系有以下三種 （見圖1）。

（1） 城市中心型。

圖1 樞紐選址于城市位置關(guān)系

城市中心區(qū)主要是居住和商業(yè)用地，開發(fā)強度高，中心區(qū)車流量和人流量均比較大，不同的交通運輸方式在此匯集，是城市公共交通的重要節(jié)點。位于此處的樞紐對城市的交通影響大，會造成交通的擁堵甚至癱瘓，不是適合綜合客運樞紐選址的合適位置。

（2） 中心區(qū)邊緣型。

一般情況下，城市中心區(qū)的外圍是城市建設(shè)用地和部分的工業(yè)工地，位于中心區(qū)邊緣型的樞紐選址位置既承擔(dān)著城市節(jié)點的功能，同時還承擔(dān)著與其他城市間交通運輸方式互相聯(lián)系的特殊城市功能。這種樞紐利用快速路和城市中心加強聯(lián)系，會發(fā)展成為城市的副核心部分，優(yōu)化了城市用地性質(zhì)，確定地區(qū)的形態(tài)變化。

（3） 城市外圍型。

城市的外圍一般是城市郊區(qū)，主要承擔(dān)著城市與其他城市聯(lián)系的功能，此處建設(shè)的樞紐站能夠帶動城市遠郊的經(jīng)濟發(fā)展。選址在城市外圍區(qū)的原因包括：一方面，周圍都會配有高速、高架、快速路、環(huán)線、干線等道路，更多的城市配合上軌道交通，使得交通愈加方便；另一方面，從空氣、噪聲污染的角度，選址郊區(qū)成為綜合客運樞紐的首要選擇。在郊區(qū)選址能夠改變原來城市的交通格局， 盤活城市交通體系，例如在分別在城市兩端設(shè)立不同的客運樞紐，能夠使得客流能夠從城市兩端分散，并且能夠帶動城市兩端均衡發(fā)展。

1.2 綜合客運樞紐等級體系構(gòu)成

綜合客運樞紐一般屬于城市對外客運樞紐，能夠起到為城市公共交通提供換乘場所的作用。本文依據(jù)綜合客運樞紐的基本定義，從交通方式構(gòu)成角度對樞紐進行體系劃分，將樞紐站分為A、B、C、D、E 5類（見圖2）。圖2中A、B、C、D、E類型釋義見表1。

圖2 樞紐體系構(gòu)成圖

表1 樞紐體系構(gòu)成

1.3 中小城市客運樞紐選址原則

城市綜合客運樞紐的選址需注重和大城市的綜合客運樞紐進行區(qū)分，在進行對中小城市綜合客運樞紐進行選址時還應(yīng)注重以下原則：

（1） 注重綜合客運樞紐的內(nèi)外聯(lián)系。一方面，對外注重和周邊城市聯(lián)系的橋梁作用，強化中小城市對大城市的服務(wù)支撐功能。另一方面，對內(nèi)注重城市各種交通方式轉(zhuǎn)換的功能作用。更多中小城市選擇了以公共交通為主、多種交通方式并存的城市交通發(fā)展模式，出行需要換乘多種交通工具，因此，注重其各種交通方式轉(zhuǎn)換的功能，實現(xiàn)城市各種交通方式之間的快速銜接。

（2） 樞紐站選址的外遷距離和功能互補。樞紐站的形成和發(fā)展往往是伴隨著城市規(guī)模變化而拓展的，隨著城市的發(fā)展和建設(shè)會對位于城市核心區(qū)的樞紐站提出搬遷的要求，將樞紐站的位置漸漸外移。

依據(jù)綜合客運樞紐組成方式和選址原則，能夠總結(jié)得出以下結(jié)論 （見圖3）：

（1） 城市綜合客運樞紐的選址涉及的影響因素很多，對中小城市綜合交通樞紐的選址位置進行研究時，還應(yīng)考慮土地利用、客流量、城市路網(wǎng)形態(tài)等情況?；谟绊懸蛩胤治龊途C合客運樞紐等級體系構(gòu)成，中小城市綜合客運樞紐一般為鐵路客運樞紐和公路客運樞紐的組合體，依據(jù)城市的規(guī)?？紤]是否配置城市軌道交通。

（2） 在中小城市客運樞紐的選址中可以將選址簡化成兩步：第一步則是結(jié)合各種影響因素，分析確定“樞紐站備選位置集合”；第二部則是利用模型優(yōu)化，從中選取以達到某一目標為目的確定最佳選址方案，本文以最佳廣義費用為目的，探究適合中小城市選址的模型。

圖3 綜合客運樞紐選址步驟

2 選址模型介紹

2.1 模型比較分析

中小城市綜合客運樞紐的選址方法主要分為定性分析法和定量分析法兩類。專家預(yù)測法是定性分析中常見的方法。定量分析法一般利用目標函數(shù)進行研究，目標函數(shù)通常是以總費用最小或者總時間最短為目的，通過對參數(shù)和變量的設(shè)定，對假設(shè)和約束進行簡化，建立相對比較理想化的模型，通過適當(dāng)?shù)乃惴ㄇ蠼獠⒌玫竭x址方案。比較常見的定量方法包括重心法、微分法、成本最低分析法、混合整數(shù)規(guī)劃法等。

使用混合整數(shù)規(guī)劃法在理論上比較完善，可以用于比較簡單的交通網(wǎng)絡(luò)，比較適合中小城市綜合客運樞紐選址；但是，一定程度上簡化了實際問題，沒有考慮到現(xiàn)實中乘客出行過程中的其他需求，例如出行時時間等因素，無法將客運樞紐的建設(shè)與道路交通網(wǎng)絡(luò)的變化形成聯(lián)系互動。因此，以中小城市綜合客運樞紐的客運需求為基礎(chǔ)，將廣義費用最小作為模型的目標，改進混合整數(shù)規(guī)劃模型。

2.2 混合整數(shù)規(guī)劃法介紹

假設(shè)一個完整的出行從出發(fā)地到目的地，發(fā)生點產(chǎn)生的交通量需要通過樞紐中轉(zhuǎn)換乘其他交通運輸方式到達吸引點。在此模型中，從交通小區(qū) （發(fā)生點） 產(chǎn)生的客流量到目的地 （包括了城市內(nèi)部吸引點和城市外部目的點） 分為兩個過程。在一個供需平衡的交通系統(tǒng)里，有m個發(fā)生點Ai（i=1，2，3，…，m） 和n個吸引點Bj（j=1，2，3，…，n），各點的發(fā)生量為ai以及各點的需求量為bj，備選位置有q個可能被選的Dk（k=1，2，3，…，q）。最后，選擇出總成本最低的為選址的最佳方案。計算該選址的模型見式 （1）：

約束條件如下：

（Wk=1表示K被選中，Wk=0表示K被淘汰）

式中：Xik—從發(fā)生點1到備選位置k的交通量 （人次/d）；Ykj—備選位置k到吸引點j的交通量 （人次/d）；Zij—直接從發(fā)生1到吸引點j的交通量 （人次/d）；Wk—備選位置k是否被選中的決策變量；Cik—從發(fā)生點1到備選位置k的單位費率；Ckj—從備選位置k到吸引點j的單位費率；Cij—直接從發(fā)生點1到吸引點j的單位費率；Fk—備選位置k選中以后的基本建設(shè)投資費 （元）；Ck—備選樞紐k單位交通量的中轉(zhuǎn)費用 （元）；M—一個相當(dāng)大的正數(shù)。

該模型利用的是線性規(guī)劃中的典型運輸問題，以樞紐站的集疏運以及中轉(zhuǎn)的總運營費用最小為目標函數(shù)，最終解得Xik、Ykj。

3 模型的優(yōu)化方案

3.1 廣義費用矩陣的定義

居民出行廣義費用指是運輸費用、運輸時間、中轉(zhuǎn)費用、中轉(zhuǎn)時間等因素通過一定的換算關(guān)系最終表現(xiàn)出來的貨幣值。主要可以概括為時間和費用消耗，而時間消耗可以利用時間價值來計算費用在運輸?shù)陌l(fā)生到吸引的結(jié)束過程中，從出行的經(jīng)濟性、快速性兩方面來構(gòu)造廣義費用函數(shù)，并進行相應(yīng)分析。

（1） 經(jīng)濟性。一般的旅客選擇運輸工具需要考慮的首要因素是各種運輸方式所需要的費用。用Eij表示旅客的費用消耗：

式中：Rij—從i地到j(luò)地的單位費用；Lij—從i地到j(luò)地的運行距離 （m）。

（2） 快速性。描述快速性的指標一般包括時間和速度。對于出行的旅客而言，最直接的反映效率的就是時間。用旅客的出行時間作為衡量快速性的指標，并通過與時間價值的相乘轉(zhuǎn)化為費用。用Fij來表示從i地到j(luò)地時間消耗通過時間價值轉(zhuǎn)化的費用：

式中：Tij—從i地到j(luò)地消耗的平均時間 （h）；Vij—第i中運輸方式的旅行速度 （km/h）；Wt—旅客時間價值；t—勞動者的平均勞動時間 （h）；p—地區(qū)人口數(shù)量。

因此，將廣義費用下式的計算可以得到實際的廣義費用：

3.2 以廣義費用最小為目的的模型改進

以綜合客運樞紐需求為基礎(chǔ)，把通過各交通方式的對外交通運輸需求的OD矩陣轉(zhuǎn)化成以各個交通方式，從每個交通小區(qū)的發(fā)生點到吸引點的OD矩陣。這個過程中，首先需要將以各個交通方式從每個交通小區(qū)到樞紐站的交通量形成運輸需求OD；其次，將以各個交通方式從樞紐站到吸引點的交通量形成運輸需求去向OD矩陣。

使用現(xiàn)存的各個樞紐現(xiàn)狀客運能力和可擴大的客運能力、備選位置的新建的綜合客運樞紐的運輸能力作為約束條件，將建成后的綜合客運樞紐體系的運輸量作為優(yōu)化變量的對象，以發(fā)生點到吸引點過程中廣義費用最小為目的優(yōu)化模型：

式中：Xik—從發(fā)生點i到備選位置k的交通量 （人次/d）；Ykj—從備選位置k到吸引點j的交通量 （人次/d）；Gik—從發(fā)生點i到備選位置k的單位廣義運輸費用 （元）；Gkj—從備選位置k到吸引點j的單位廣義運輸費用 （元）；Qi—交通小區(qū)i的交通發(fā)生總量 （人次/d）；Aj—吸引點j的交通吸引總量 （人次/d）；Ck—樞紐k綜合交通運輸能力。

備選位置樞紐k的類型為t，因此，用Mkt表示樞紐類型，用0表示k處有t型的樞紐，1則表示有。

4 以宿遷市為例

4.1 宿遷市綜合客運樞紐需求預(yù)測

通過對宿遷市區(qū)位、高鐵客運站、公路客運站的現(xiàn)狀分析，對宿遷市的對外出行方式、客運適站量進行預(yù)測。與現(xiàn)狀蘇錫常地區(qū)較為類似，以現(xiàn)狀蘇錫常地區(qū)的分擔(dān)率作為2035年對外出行分擔(dān)率的參考依據(jù)，故認為2035年宿遷市區(qū)鐵路客運量占比約為20%，公路客運量占比約為80% （宿遷規(guī)劃期無水路和航空客流）。按照公鐵8∶2的出行比例，可以得出未來宿遷市2035年公路客運量低方案為2 240 萬人/年，高方案為2 960 萬人/年。鐵路客運量低方案為560 萬人/年，高方案為740 萬人/年。

4.2 宿遷市區(qū)綜合客運樞紐備選位置探討

依據(jù)用地條件、交通集散條件分析，將市汽車客運站搬遷至市綜合客運樞紐較為合適。徐宿淮鹽鐵路和合宿青高鐵是經(jīng)過宿遷的2條線路，按照合宿青與徐宿淮鹽在宿遷的線位方案，并依據(jù)客流分布條件、服務(wù)市區(qū)人口、區(qū)位3個角度，得出宿遷市長途客運樞紐會搬遷與高鐵客運樞紐配套，高鐵客運樞紐有兩個備選位置 （見圖4）：圖4（a）是以南站為主、東站為輔，圖4（b）是合設(shè)在南站。

圖4 宿遷高鐵站選址位置

4.3 利用模型求解

將宿遷市劃分成16個交通小區(qū)，則交通發(fā)生點16處，設(shè)置交通吸引點10處。列出城市內(nèi)備選位置矩陣 （見圖5），利用模型求解最優(yōu)值。從發(fā)生點到樞紐的交通量OD如表2所示，從樞紐到吸引點的交通量OD如表3所示。

圖5 城市內(nèi)樞紐選址位置矩陣

表2 從發(fā)生點到樞紐的交通量（OD）

表3 從樞紐到吸引點的交通量（OD）

根據(jù)具體交通量、廣義費用值，利用模型，求解結(jié)果為：樞紐選址方案矩陣，最佳廣義費用總量為440萬元。因此，宿遷市綜合客運樞紐選址應(yīng)定在南站，形式為高鐵客運樞紐和公路客運樞紐的組合體，選址矩陣為表2中矩陣a。