郎志峰

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司 軌道交通工程信息化國家重點實驗室，陜西 西安 710043)

1 煙臺至棲霞鐵路分析

1.1 線路位置

煙臺至棲霞鐵路是山東半島城市群鐵路網的重要組成部分，對其建設方案進行深入研究，對加快建設山東半島藍色經濟區(qū)，提升山東半島綜合交通運輸質量，形成具有較強國際競爭力的現代海洋產業(yè)聚集區(qū)[1-3]，有助于帶動區(qū)域經濟、交通、新型城鎮(zhèn)化發(fā)展。煙臺至棲霞鐵路位于山東省煙臺市及棲霞市，是山東半島城市群城際鐵路網的重要組成部分，線路南起棲霞市，向東北經松山工業(yè)園、棲霞經濟開發(fā)區(qū)、臧家莊鎮(zhèn)后引入煙臺鐵路樞紐。煙臺至棲霞鐵路示意圖如圖1所示[4]。

圖1 煙臺至棲霞鐵路示意圖Fig.1 Yantai-Qixia Railway

1.2 功能定位

煙臺至棲霞鐵路是一條以客為主、兼顧貨運功能的客貨共線鐵路[5]?？瓦\方面，主要承擔棲霞至煙臺的市域客流，輻射沿線經濟開發(fā)區(qū)等重要據點，將棲霞市融入煙臺綜合交通網，有效增強環(huán)渤海經濟圈的輻射作用。貨運方面，有效滿足沿線經濟開發(fā)區(qū)企業(yè)生產原材料的長途運輸以及工業(yè)產品的外運需求，同時兼顧部分地方農副產品運輸任務。根據煙臺至棲霞鐵路在區(qū)域路網及國民經濟中的功能作用，結合沿線經濟發(fā)展趨勢，分別采用“四階段法”和“產運銷平衡法” 進行客貨列車開行對數預測[6]。煙臺至棲霞鐵路客貨列車開行對數預測如表1所示。

1.3 建設方案設置

根據區(qū)域內龍煙鐵路(龍口—煙臺)、藍煙鐵路(藍村—煙臺)及青榮城際鐵路(青島—榮成)等既有鐵路分布及城鎮(zhèn)規(guī)劃體系和人口分布，結合煙臺至棲霞鐵路地形及沿線控制因素，主要設置4個建設方案：藍煙線桃村站接軌方案(方案1)、藍煙線福山站接軌方案(方案2)、龍煙鐵路煙臺西接軌方案(方案3)、龍煙鐵路大季家接軌方案(方案4)。煙臺至棲霞鐵路建設方案如圖2所示。

（1）方案1：藍煙線桃村站接軌方案。線路自棲霞市南側設棲霞站引出，以橋隧相連并行S304北側向東南行，后在距唐家泊鎮(zhèn)500 m處設唐家泊站，出站沿S304下穿青榮城際后接入既有藍煙線桃村站，距桃村鎮(zhèn)1 km左右，新設車站2座，遠期可設客車聯絡線接入青榮城際桃村站兼顧快速客運需求。該方案新建線路全長32.9 km，橋隧比為36.5%，全線投資總額約為17.1億元，從棲霞至煙臺運營長度86.9 km，利用既有鐵路長度54 km，沿線經過棲霞市主城區(qū)、唐家泊鎮(zhèn)、桃村鎮(zhèn)，新增覆蓋人口約26.8萬人，利用藍煙線進入煙臺站后可與規(guī)劃地鐵1號線、2號線便捷換乘。

（2）方案2：藍煙線福山站接軌方案。線路自棲霞市南側設棲霞站引出，以橋隧相連工程向東，后在南距亭口鎮(zhèn)5 km處設亭口站，后以橋隧相連工程向東行，在距張各莊鎮(zhèn)東2 km處設張各莊站，向東南繞避門樓水庫后前行至既有藍煙線西側4 km處穿隧道后向北接入既有藍煙線福山站，新設車站3座。該方案新建線路全長49.3 km，橋隧比為56%，橋隧比重較大，投資總額約為27.6億元，從棲霞至煙臺運營長度66.3 km，利用既有鐵路長度17 km，沿線經過棲霞市主城區(qū)、亭口鎮(zhèn)、張各莊鎮(zhèn)，新增覆蓋人口約19.3萬人，在接軌站福山站可與規(guī)劃地鐵3號線便捷換乘，利用藍煙線進入煙臺站可與規(guī)劃地鐵1號線、2號線便捷換乘。

表1 煙臺至棲霞鐵路客貨列車開行對數預測 對 / dTab.1 Forecast of passenger/freight trains of Yantai-Qixia Railway

圖2 煙臺至棲霞鐵路建設方案Fig.2 Construction plans of Yantai-Qixia Railway

（3）方案3：龍煙線煙臺西站接軌方案。線路自棲霞市北側設棲霞站引出，向北行11 km后穿隧道轉向東北行，在距寨里鎮(zhèn)5 km處設寨里南站，后跨沈海高速后與之并行在距臧家莊鎮(zhèn)6 km處設臧家莊站，之后繼續(xù)并行于沈海高速北側7 km后向北行接入既有龍煙鐵路煙臺西站，新設車站3座，下一步可結合環(huán)渤海高鐵的規(guī)劃建設情況，就近引入其附近客站，拓展本線的城際及長途客運功能。該方案新建線路全長42.4 km，橋隧比為27.4%，全線投資總額約為21.2億元，從棲霞至煙臺運營長度60.4 km，利用既有鐵路長度18 km，沿線經過棲霞市主城區(qū)、寨里、臧家莊鎮(zhèn)、松山工業(yè)園、棲霞經濟開發(fā)區(qū)等據點，新增覆蓋人口約24.6萬人，在接軌站煙臺西站可與煙臺汽車西站及規(guī)劃地鐵4號線換乘，利用龍煙線進入煙臺站可與規(guī)劃地鐵1號線、2號線換乘。

（4）方案4：龍煙線大季家站接軌方案。線路自棲霞市北側設棲霞站引出，向北行11 km后穿隧道轉向北行，跨沈海高速在距寨里3 km處設寨里西站，后沿蓬棲高速前行10 km后轉向東北行，跨榮烏高速后在距蓬萊機場附近1.5 km處設蓬萊機場站，之后接入既有龍煙鐵路大季家站，新設車站3座，下一步可結合環(huán)渤海高鐵的規(guī)劃建設情況，就近引入其附近客站，拓展本線的城際及長途客運功能。該方案新建線路全長48.8 km，橋隧比為33.4%，全線投資總額約為25.13億元，從棲霞至煙臺運營長度86.8 km，利用既有鐵路長度38 km，沿線經過棲霞市主城區(qū)、寨里、松山工業(yè)園等據點，新增覆蓋人口約17.7萬人，在接軌站大季家站可蓬萊機場及規(guī)劃地鐵4號線換乘，利用龍煙線進入煙臺站可與規(guī)劃地鐵1號線、2號線換乘。

2 煙臺至棲霞鐵路建設方案分析

2.1 綜合比選模型構建

TOPSIS 法，又稱“逼近理想解排序方法”，是一種運用距離作為評價標準的綜合評價法[7]。采用加權TOPSIS模型求解n個方案m個評價指標的多目標決策問題計算方法，其計算步驟如下。

（1）選取評價指標，構建原始評價指標矩陣。從工程經濟性、覆蓋廣泛性、發(fā)展協調性等方面選取評價指標，構建原始評價指標矩陣Xnm。

（2）指標同趨勢化。將高優(yōu)指標轉化為低優(yōu)指標，或將低優(yōu)指標轉化為高優(yōu)指標，通常采用后者。用倒數法，建立同趨勢化后的評價矩陣X′nm。

式中：xij為原始評價矩陣中第i行第j列個元素；為同趨勢化后評價矩陣中第i行第j列個元素。

（3）指標歸一化。對同趨勢化后的評價指標矩陣進行歸一化處理，得到歸一化矩陣Anm，指標歸一化公式為

式中：aij為歸一化矩陣中第i行第j列個元素。

（4）確定正負理想解。將矩陣Anm中每個評價指標的最大值選出，組成最優(yōu)解向量A+，即正理想解；同理，可得到最劣解向量A-，即負理想解。

（5）距離計算。采用歐氏距離計算公式計算各評價對象與最優(yōu)方案及最劣方案的距離

式中：ωj為第j個指標的權重系數。

（6）計算各評價方案與最優(yōu)解的貼近度。各方案與正理想解的接近程度Ci稱為貼近度，其范圍介于0和1之間，Ci愈接近1，表示該方案越接近最優(yōu)水平；反之，愈接近0，則越接近最劣水平。

（7）將Ci按大小順序排序，確定最優(yōu)方案。

2.2 構建建設方案評價指標矩陣

針對煙臺至棲霞鐵路建設方案特點，從工程經濟性、覆蓋廣泛性、發(fā)展協調性等方面考慮，選取工程總投資、利用既有線長度、線路運營長度、吸引客流及帶動沿線發(fā)展、與其他交通方式銜接便利性等5項指標，綜合運用德爾菲法、TOPSIS法，構建加權TOPSIS模型對建設方案進行綜合比選[8]。

2.2.1 構建評價指標矩陣

依據4個方案，從工程總投資、利用既有線長度、線路運營長度、吸引客流及帶動沿線發(fā)展、與其他交通方式銜接便利性5個維度選取評價指標，構成評價指標矩陣。4個方案對應5個維度的評價數據匯總表如表2所示。

表2 4個方案對應5個維度的評價數據匯總表Tab.2 Summary of evaluation indexes of 4 plans corresponding to 5 dimensions

根據上述方案研究成果，構建原始評價指標矩陣X。

2.2.2 指標同趨勢化

根據公式⑴采用倒數法將工程總投資、利用既有線長度、線路運營長度等3項低優(yōu)指標轉化為高優(yōu)指標，得到同趨勢化后的評價矩陣X′。

2.2.3 指標歸一化

由于各個評價指標的量綱不同，為了便于比較，根據公式 ⑵ 對矩陣X′歸一化處理，可得到歸一化矩陣A。

2.2.4 確定正負理想解

根據公式 ⑶ 至公式 ⑷ 將指標歸一化后矩陣A中每個評價指標的最大值(各列最大值)選出，組成最優(yōu)解向量A+，即正理想解；同理，將每個評價指標的最小值(各列最小值)選出可得到最劣解向量A-，即負理想解。計算結果如下所示。

正理想解：A+= [0.633 0.676 0.598 0.598 0.585]

負理想解：A-= [0.392 0.213 0.416 0.395 0.468]

2.2.5 計算結果排序

根據公式 ⑸ 至公式 ⑹ 分別計算各方案與正負理想解的距離。其中，5個評價指標權重系數采用德爾菲法確定，分別為0.25，0.1，0.2，0.3，0.15。4個方案與正、負理想解間的距離計算結果如下。

2.3.6 計算各方案與最優(yōu)解貼近度并排序

根據公式 ⑺ 計算各方案與最優(yōu)解A+的貼近度并排序，其貼近度為：方案3＞方案2＞方案1＞方案4。各方案貼近度及排序如表3所示。

表3 各方案貼近度及排序表Tab.3 Closeness and sequence of each plan

2.3 綜合比選分析

根據煙臺至棲霞鐵路建設方案綜合比選決策計算結果，方案3與最優(yōu)解貼近度最高，為0.697，應確定為最優(yōu)解。該方案自棲霞市區(qū)引出，于長春湖南側沿恒山路向北延伸，在豐粟樞紐立交東南側設寨里南站，出站后向東北跨越沈海高速后與其并行至棲霞開發(fā)區(qū)北側設臧家莊站，出站后繼續(xù)并沈海高速走行至棘子夼村跨榮烏高速后接入既有龍煙鐵路煙臺西站。線路全長42.4 km，橋隧比27.4%，新設車站3座，全線投資總額約21.2億元，沿線覆蓋棲霞市主城區(qū)、松山工業(yè)園、棲霞市開發(fā)區(qū)、臧家莊鎮(zhèn)等人口經濟聚集區(qū)，引入煙臺市后可與煙臺汽車西站，規(guī)劃地鐵1號線、2號線、4號線實現便捷換乘。

3 研究結論

（1）運用TOPSIS 法進行線路方案綜合比選決策，具有易于推廣操作、定性與定量方法相結合等優(yōu)勢，可有效避免傳統方法中以定性評價為主、評價結果受決策者主觀經驗影響較大等不足，為鐵路項目建設方案的比選決策提供了一種更易于準確量化的新方法，能有效提升項目建設方案決策的科學性、準確性。

（2）針對不同類型鐵路建設方案，應針對鐵路自身特點，靈活選取評價指標，采用加權TOPSIS模型實現建設方案的綜合比選研究。