崔袁丁，李引珍

(蘭州交通大學 交通運輸學院，蘭州 730070)

現(xiàn)代有軌電車具有快速便捷、建設靈活、工程簡單、清潔環(huán)保、投資較低等特點，運營方式中充分體現(xiàn)公交優(yōu)先的原則，已成為城市公共交通系統(tǒng)的重要組成部分.車站選址方案的評價決策是現(xiàn)代有軌電車整體方案規(guī)劃的關(guān)鍵，通過評價得出合理高質(zhì)量選址方案不僅有利于后期建設，提高投資效益，還有利于提高交通運輸效率，帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展.車站選址方案的評價決策是較為復雜的多屬性決策問題，選址方案受諸多因素影響，各因素具有模糊性高的特點.現(xiàn)代有軌電車的運營方式較地鐵等其他軌道交通方式，有諸多不同，基于此，為幫助決策者判斷候選站點方案的合理性，研究現(xiàn)代有軌電車站點選址方案的專有決策方法和手段很有必要.在既有國內(nèi)外對于軌道交通車站選址研究中，文獻[1-3]分別運用三角模糊數(shù)與集對分析、模糊評價、AHP方法從區(qū)域發(fā)展的協(xié)調(diào)性等角度對地鐵車站選址方案進行分析.文獻[4]分別以客流量最大和綜合交通成本為目標，建立雙層模型對地鐵選址進行分析.文獻[5]以車站所在區(qū)域的土地升值空間，對地鐵選址問題進行評價.文獻[6]從認為車站的合理規(guī)劃對于城市交通一體化具有促進作用.文獻[7-8]認為線路安全與投融資問題是大城市中規(guī)劃電車項目的瓶頸.文獻[9-10]從地鐵站點的服務能力與其區(qū)域客流分布情況的匹配程度以及線路銜接，站點換乘等方面對地鐵選址進行評價.文獻[11-13]對鐵路客專車站選址問題進行評價探討.綜上，這些研究具有重要的借鑒意義，但當前對于軌道交通車站選址問題的研究大都集中于普速、高鐵鐵路車站與城市地鐵車站的選址問題，而對于現(xiàn)代有軌電車的車站選址問題的研究較少.由于現(xiàn)代有軌電車車站與其他軌道交通在規(guī)劃設計等方面理念與在選址過程中需考慮因素均存在一定的差異，故無法完全采用既有的研究理論與方法.此外，對于系統(tǒng)化構(gòu)建現(xiàn)代有軌電車車站選址方案評價指標體系的研究不足，缺少適用理論依據(jù)，對于具體指標依然缺少定量化的研究.

Vague集是由模糊集的一種推廣，在處理不確定信息時具有很強的表達能力，能夠全面合理地表達決策者的偏好信息.自1993年，Vague集的概念被提出以來[14]，陸續(xù)有學者提出了一些基于Vague集的決策方法.結(jié)合選址方案評價指標設置的特點，本文認為基于Vague集理論的綜合評價方法對于評價現(xiàn)代有軌電車車站選址方案具有很好的理論意義與應用價值.

1 評價指標分析

1.1 選址規(guī)劃協(xié)調(diào)性

現(xiàn)代有軌電車作為城市公共交通的組成部分，在進行站點選址規(guī)劃時需要綜合考慮線路所涉及區(qū)域發(fā)展情況、整體公交路網(wǎng)規(guī)劃等情況帶來的影響，這些影響因素與站址選定位置之間的關(guān)系為選址規(guī)劃協(xié)調(diào)性(M1).

1) 與城市路網(wǎng)規(guī)劃協(xié)調(diào)性(M11)：城市路網(wǎng)規(guī)劃直接影響城市經(jīng)濟建設發(fā)展與交通水平，該指標反映了選址方案與城市道路、公路、城市公交系統(tǒng)和其他運輸方式規(guī)劃的協(xié)調(diào)性，協(xié)調(diào)性好的選址方案，同區(qū)域各種交通方式銜接良好，能夠確保區(qū)域內(nèi)客流的順暢、降低交通擁堵.指標采用進行車站每月承載乘客流量與車站服務區(qū)域范圍內(nèi)每月交通發(fā)生乘客流量的比值來量化，比值越高說明車站分擔的客流量越高，路網(wǎng)協(xié)調(diào)性越好.

(1)

2) 與城市長遠發(fā)展規(guī)劃的協(xié)調(diào)性(M12)：車站選址作為城市規(guī)劃的一部分，應與城市整體長遠規(guī)劃相符合，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求.可使用車站規(guī)劃面積與城市總體規(guī)劃中該位置相應性質(zhì)用地重合的面積之比作為評價指標[1]，指標量值M12越大，則表示其規(guī)劃所占城市發(fā)展長遠規(guī)劃的比重越大，對城市規(guī)劃的影響越高.

(2)

3) 與區(qū)域環(huán)境規(guī)劃的協(xié)調(diào)性(M13)：車站選址位置會造成周圍環(huán)境景觀的改變.與區(qū)域環(huán)境規(guī)劃的協(xié)調(diào)性高的選址方案，可以很好與周圍環(huán)境景觀融合，不顯突兀，且可以做到對區(qū)域環(huán)境的提升.該指標的相關(guān)評價數(shù)據(jù)可通過發(fā)放調(diào)查表的方式并結(jié)合獲取專家意見進行確定.

1.2 站點設置便捷性

車站站點的設置的便捷性(M2)應充分考慮以下因素：

1) 道路交通組織合理性(M21)：現(xiàn)代有軌電車的線路多為地面線路，其站點也以地面車站為主，路權(quán)屬于相對獨立路權(quán)，這與鐵路、地鐵獨立路權(quán)不同，為了保證其高效運行，通常在交叉路口采用信號優(yōu)先的方式，這種方式使其交通組織上與其他交通方式相互影響.因此，在選址上應對站點附近道路情況與會對其產(chǎn)生影響的其它道路交通組織方式進行考慮，包括占用既有道路資源對同向車流的影響、交叉口信號優(yōu)先通行對橫向交通流的干擾等.其指標值可以采用站點道路高峰時段通行能力進行計算，如式(3)所示：

(3)

其中：M21為站點道路高峰時段通行能力；td為車站區(qū)域有軌電車?？繒r間；n為一天中高峰小時的數(shù)量；I為發(fā)車間隔時間；β為綠信比，β=g/C.

2) 運能合理程度(M22)：以預測車站輸送的客流量在車站所在區(qū)域的公共交通總客流量的客流占比進行評價，占比越高說明車站運能發(fā)揮越好，在區(qū)域公共交通中的地位越重要.

(4)

3) 車站面積規(guī)劃合理程度(M23)：城市交通系統(tǒng)中的客流變化具有動態(tài)特性，有軌電車的運營時間按客流分布可以劃分為高峰和平峰時間，運能在滿足高峰小時的前提下，既可滿足全天任何運營時間，因此以高峰小時客流量作為地鐵站點設置的基本依據(jù)，以車站擁擠程度進行評價，以反映是否在規(guī)劃面積是否合理，如式(5)所示，面積過小，則擁擠度過高，反之會造成面積浪費.

(5)

4) 車站換乘效率(M24)：該指標反映車站位置與出租車、公交汽車等其他交通方式的換乘效率，換乘效率的高低直接影響乘客的滿意度，可高效換乘的車站，對客流的吸引力強.考慮不同換乘方式之間的乘客數(shù)量差異，該指標可使用平均換乘距離進行量化如式(6)所示：

(6)

其中：M24為平均換乘距離；lj,i為車站j距換乘點i的距離；qj,i為車站j換乘客流量.

5) 乘客出行便捷度(M25)：乘客出行便捷度，可以用乘客出行時間進行衡量.出行時間通常指到離站時間、候車、乘車時間之和，其中候車時間、乘車時間與車站站點選址無關(guān)，故可以考慮乘客平均到離站時間作為評價指標.

6)乘客對站點間距的滿意度(M26)：當站間距較小時，受起停附加時間影響，電車的運行速度只能處于較低的水平，這時就會造成乘客的出行時間增加，使乘客滿意度下降；如果站間距過大，站點就會相應的減少，會導致乘客可選擇的車站數(shù)量減少.因此，為提高乘客滿意度，站間距需設置為合理長度.該指標可通過調(diào)查問卷得到乘客滿意度最高的站間距，并依據(jù)車站間距在滿意度區(qū)間內(nèi)的分布進行量化，如式(7)所示：

(7)

7) 運營養(yǎng)護便捷性(M27)：車站的運營設備通常包括售檢票機、屏蔽門、照明、顯示屏、廣播、站內(nèi)軌道、信號設備等，以上設備均需要運營管理企業(yè)定期檢查與維護.站址應便于定期檢修或故障搶修，考慮運維人員與設備到達車站的便捷性，由專家進行打分評價.

8) 后期改擴建能力(M28)：在工程建設方面，現(xiàn)代有軌電車相較地鐵等城市軌道交通方式具有工程建設簡單，后期改擴建空間大的特點，選址應考慮站點建成后，具備的改擴建的便捷程度，該指標可依據(jù)專家打分確定.

1.3 建設可行性

現(xiàn)代有軌電車項目要實施落地，建設的可行性(M3)對于整體規(guī)劃方案的合理性，是非常重要的評價指標，具體評價指標如下：

1) 技術(shù)方案可行性(M31)：車站選址時需要考慮車站周邊區(qū)域的地質(zhì)條件、線路線性坡度、曲線半徑等因素對選址的影響，還應考慮相關(guān)工程施工技術(shù)的可行性.在規(guī)劃選址過程中，應根據(jù)勘測情況，確定選址的工程范圍，對工程施工的地點及所涉及技術(shù)難點與工程量規(guī)模，進行科學的計算核準.該指標還體現(xiàn)了所涉及的工程技術(shù)難點與建設企業(yè)所承擔的工程風險，依據(jù)專家經(jīng)驗進行打分確定.

2) 與相關(guān)政策法規(guī)、標準和與行業(yè)標準的相符性(M32)：車站的選址過程中需要嚴格遵守國家相關(guān)政策法規(guī)、標準和地方法規(guī)標準與行業(yè)標準.選址方案須完全滿足強制標準，盡可能滿足非強制標準，可采用專家咨詢法對指標評價.

3) 投融資可行性(M33)：在規(guī)劃階段，投融資的可行性關(guān)系到方案能否按計劃實施.除了以政府為主導的投融資模式外，BT、BOT、PPP等多種市場化投融資模式也逐漸成為投融資重要模式.可行性越高說明投資方對選址方案的認同度越高，越有利于吸引投資，可采用專家咨詢法，將各方因素綜合考慮.

4) 環(huán)境影響可行性(M34)：該指標反映工程實施過程中對周圍環(huán)境的破壞以及施工后期的恢復能力.在車站施工過程中，會對環(huán)境產(chǎn)生可恢復與不可恢復的破壞，選址方案中預測的破壞程度與范圍越小，后期越易恢復則認為指標越優(yōu).使用破壞后無法恢復環(huán)境面積在破壞環(huán)境總面積的占比作為指標量化方法，環(huán)境影響越大，會導致建設成本越高，從而可行性越低.

(8)

1.4 站點設置經(jīng)濟性

站點設置需要考慮設置后的經(jīng)濟性(M4)，即應對選址方案的成本投資、經(jīng)濟效益預測加以評價，具體如下：

1) 工程總投資(M41)：在車站選址方案中，工程總投資應該為建設投資、流動資金與建設期利息之和，包括預計站臺建設費用、增設過街設施的費用、人機費用、以及其他直間接費用等等.指標值以估算的工程總投資的實際數(shù)值為準.

2) 征地拆遷難度(M42)：車站在土建過程中需進行一定的征地拆遷、管線遷改等施工作業(yè)，所以合理規(guī)劃有軌電車車站的位置和數(shù)量，有利于減少拆遷量與建設成本.指標可使用拆遷成本來體現(xiàn)，成本越高說明難度越大.

(9)

3) 投資回收期時間(M43)：投資回收期通常指累計的經(jīng)濟效益等于最初的投資費用所需的時間.在車站的選址過程中，應考慮選址方案對投資回收期的影響，指標以預測回收期時間進行衡量.

4) 預期車站收入(M44)：該指標優(yōu)良關(guān)系到車站建成后預期經(jīng)濟效益與運營企業(yè)后續(xù)運營盈利情況，選址方案越合理，對客流吸引力越大，車站收入也就越高.車站收入除了票務收入外還應包括站內(nèi)廣告投放收入以及附屬地下通道中的商鋪出租的收入.此外，根據(jù)我國現(xiàn)代有軌電車具備公益性經(jīng)營屬性，車站收入還應考慮政府補貼分攤.以預計車站投入運營后5年內(nèi)的收入作為指標量化值.

5) 對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的推動效果(M45)：有軌電車車站的修建，會提升周圍區(qū)域的人流量，從而刺激車站附近區(qū)域的經(jīng)濟活躍程度.站址的選定對近期甚至遠期的地鐵沿線土地價值具有拉動提升效用.具體表現(xiàn)為促進沿線片區(qū)土地的開發(fā)利用，土地增值，商圈形成以及房地產(chǎn)增值效益.

2 評價指標體系構(gòu)建

依據(jù)上述評價指標的分析，可以分為三層(頂層、準則層、基層)構(gòu)建的現(xiàn)代有軌電車選址方案評價指標體系如圖1所示.

圖1 評價指標體系

3 基于Vague集理論的評價方法

3.1 Vague集的基本概念

Vague集是直覺模糊集的一種推廣，其相關(guān)理論逐漸被應用于模糊推斷、模糊識別、可靠性評價等方面[14]，其基本理論基礎如下：

基于Vague集理論的綜合評價方法來解決多層次指標評價問題，得到不同方案總體評價結(jié)果，并依據(jù)結(jié)果對各方案進行排序，從而找出綜合指標評價最好的方案.文獻[14]提出的基于Vague集理論的評價方法，本文將其與經(jīng)典AHP方法進行結(jié)合用于綜合評價.

3.2 模糊(fuzzy)指標優(yōu)屬度的確定

比選指標通?？煞譃槌杀拘椭笜?、效益型指標、區(qū)間型指標等幾類，這些指標均屬于fuzzy指標[14]，需確定其相對優(yōu)屬度，具體方法如下所示：

1) 效益型指標，對于效益型指標，其相對優(yōu)屬度可由式(10)計算：

uij=[(fij-fimin)/(fimax-fimin)]pi.

(10)

2) 成本型指標，對于成本型指標，其相對優(yōu)屬度可由式(11)來計算：

uij=[(fimax-fij)/(fimax-fimin)]pi.

(11)

3) 固定型指標，對于固定型指標，其相對優(yōu)屬度可由式(12)計算：

(12)

4) 區(qū)間型目標，對于區(qū)間型目標，其相對優(yōu)屬度可由式(13)計算：

(13)

5) 定性指標語言評價值對應的優(yōu)屬度如表1所列.

表1 七級語言評價值相對優(yōu)屬度

設專家組存在s個不同等級(s≤3)，權(quán)值從1開始逐級加權(quán)0.5，例如存在專家由三個等級A、B、C，其權(quán)值分別為2、1.5、1.對于定性指標優(yōu)屬度的確定，首先通過調(diào)查問卷統(tǒng)計專家選擇，在結(jié)合專家組成員權(quán)值，以加權(quán)值最高的選擇作為其優(yōu)屬度.

3.3 基于Vague-AHP的多目標綜合評價方法

根據(jù)上述方法，可以將Fuzzy指標轉(zhuǎn)化為優(yōu)屬度矩陣，并通過指標權(quán)重來構(gòu)造Vague值的方法，對方案的支持、反對、中立指標集進行計算，最后根據(jù)Vague集的排序方法對方案進行排序，具體步驟如下：

Step1：將定量指標和體現(xiàn)決策者(專家)意見的定性指標所組成的評價矩陣轉(zhuǎn)化為評價指標優(yōu)屬度矩陣.

Step2：采用AHP法確定評價指標權(quán)重.首先構(gòu)造成對判斷矩陣，首先以上層元素為準則，下層元素為指標構(gòu)造評價指標重要程度專家打分表，如表2所列，其中專家打分采用1-9標度法.分值cij表示指標i與指標j相對于目標的重要值.

表2 評價指標重要相對度表

根據(jù)成對判斷表格構(gòu)造成對判斷矩陣C=[cij]n×n，該矩陣為典型正反矩陣.矩陣元素xij表示i與j兩指標相對重要程度，采用1-9標度法進行量化，如式(14)所示[15]：

(14)

(15)

再將矩陣C′各行元素求行和，并進行歸一化處理，得各指標權(quán)重如式(16)所示，由此可知各評價指標權(quán)重構(gòu)成的權(quán)重向量ω=[wj]1×n.

(16)

Step3：設定支持和反對的上下界，求出各方案的支持目標集、反對目標集.

Step4：確定基層指標的Vague值，通過指標函數(shù)計算以獲得Vague值，相關(guān)定義與計算方法如下：對于下層指標而言，設Y(Mj)=[y(M1),y(M2),…,y(Mm)]為上層指標Mj的m個指標的指標函數(shù)，評價空間由有限個決策方案指標組成，即F={F1,F2,…,Fn}.文獻[14]提出：對于優(yōu)屬度值uij，若uij≥λ″，則稱i指標對應的指標函數(shù)相對于方案j是滿意的，或稱方案j支持i指標對應的指標函數(shù)；若uij<λ′，則稱i指標對應的指標函數(shù)相對于方案j是不滿意的，或稱方案j對i指標反對對應的指標函數(shù)；若λ′

(17)

同理f(Mkj)等于方案的反對目標集中的目標函數(shù)對應的權(quán)重之和，如式(18)所示：

(18)

其中：Mkj為方案j的k指標，且k指標為i指標的上層指標.

Step5：設計Vague值計分函數(shù)，根據(jù)Vague值的計分函數(shù)S(Mkj)，計算得到上層指標k的評價值S(Mkj)，其值越大，說明真隸屬越高于假隸屬度，計分函數(shù)S(Mkj)如式(19)所示：

S(Mkj)=t(Mkj)-f(Mkj).

(19)

Step6：對計分函數(shù)值進行逐層加權(quán)計算，計算方法如式(20)所示：

(20)

其中：評價指標Ed為評價指標d的評價值，且指標d為k指標的上層指標.

Step7：計算方案j的頂層指標評價值，即方案j的總體評價值，如式(21)所示：

(21)

其中：Ej為方案j的總體評價值；ωd為頂層指標下層指標d的權(quán)重.

Step8：對所有方案排序，選擇出最優(yōu)方案.

4 算例分析

以某地現(xiàn)代有軌電車某線路為例，線路連接城市老新城區(qū)，車站位于新城區(qū)，土地以商業(yè)用地、和居住用地為主，存在少量工業(yè)用地，規(guī)劃階段有三個備選方案，分別位于某城市主干道路與次干道路交叉十字路口的南側(cè)、西北側(cè)與北側(cè)即選址方案F1、F2、F3.專家組安全評價專家組由包括有1個總體專業(yè)，5個施工專業(yè)的15位專家組成，專家等級2級，其中教授級高級工程師6人，高級工程師9人.首先收集匯總定量指標的原始數(shù)據(jù)，統(tǒng)計專家評價的定性指標的優(yōu)屬度，可以得到各評價指標初始量化數(shù)據(jù)表，如表3所列.

表3 評價指標初始量化數(shù)據(jù)

評價指標分類如下：效益型指標為M11、M12、M22、M44；成本型指標為M24、M25、M34、M41、M42、M43；固定型指標與區(qū)間型指標分別為M26與M23、M21；定性指標為M13、M27、M28、M31、M32、M33、M45.

由Step1，將表3所示初始數(shù)據(jù)按指標類型由式(10)～(13)所示的指標函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)屬度矩陣(保留4位小數(shù))，其表格形式如表4所列.

表4 各指標優(yōu)屬度表

由Step2計算各層指標權(quán)重，以準則層指標M3為例，其包含基層評價指標M31、M32、M33、M34，采用1-9標度法得到成對判斷矩陣如下：

可計算得到，M31、M32、M33、M34的權(quán)重分別為0.523 7、0.225 3、0.190 4、0.060 7.同理可得到其它評價指標權(quán)重如表5所列.

表5 各評價指標權(quán)重值

由Step3、4，設λ′與λ″分別設為0.6與0.8，對于準則層指標，3個選址方案的支持集、反對集如表6所列.

表6 準則層指標支持集、反對集分布

由式(19)～(20)準則層各指標Vague值，如表7～8所列.

表7 準則層指標Vague值

根據(jù)Step6分別計算3個方案指標的加權(quán)計分函數(shù)值，即SM1F1=-0.143 1，SM1F2=0.066 6，SM1F3=0.076 5，同理可得本層指標計分函數(shù)值如表9所列.

表9 準則層評價指標加權(quán)Vague計分值

在得到上述準則層加權(quán)Vague計分值后，求和計算可得3個選址方案的總評價值分別為：EF1=0.228 4，EF2=0.168 5，EF3=-0.374 6.將3者進行排序可知EF1>EF2>EF3，故三個選址方案排序依次為F1、F2、F3，選址方案F1為最優(yōu)方案，即站址位于交叉口的南側(cè)為最優(yōu).對評價結(jié)果的分析可知F1方案的與城市長遠發(fā)展的協(xié)調(diào)性高，具有更好的前瞻性，其選址位置交通組織合理.選址位置可以節(jié)約乘客平均出行時間，換乘較其他方案更加便捷，對乘客出行行為更具有吸引力.經(jīng)濟指標優(yōu)良，利于車站建成后管理方經(jīng)營，也有利于促進所在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展.

表8 準則層指標Vague計分值

5 結(jié)論

本文針對現(xiàn)代有軌電車選址問題理論研究不足的現(xiàn)狀，根據(jù)現(xiàn)代有軌電車選址影響因素特點，選取選址方案評價指標，通過確定優(yōu)屬度的方法解決評價指標定性、定量化的問題，進而建立現(xiàn)代有軌電車選址方案質(zhì)量評價體系.通過算例驗證評價方法的適用性，得出如下結(jié)論：本文提出通過評價優(yōu)選現(xiàn)代有軌電車站址的方法對現(xiàn)代有軌電車整體方案規(guī)劃具有一定的指導作用.通過該方法可以得到高質(zhì)量選址方案，具備良好的目的性、完備性、協(xié)調(diào)性和適應性.選擇出符合有軌電車特點的對評價指標確定與量化分析，使評價過程更加清晰、明確.本文從規(guī)劃協(xié)調(diào)性等4個方面建立的評價指標體系與提出的基于Vague-AHP的綜合評價方法對現(xiàn)代有軌電車選址方案質(zhì)量的評價是可行的且有效的，其得出的評價結(jié)果可以作為對現(xiàn)代有軌電車車站選址方案決策的指導.