俎保峰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司 陜西西安 710043)

1 引言

隨著我國高鐵規(guī)劃建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出越來越多的“十”字型高鐵地區(qū)。對于兩條高鐵干線“十”字型交叉的鐵路地區(qū)而言，通道客流流向四通八達，交通組織復雜，高鐵車站選址既要著重考慮運輸組織順暢，又要兼顧地方客流便利出行、節(jié)省工程投資等因素，技術難度大，在很大程度上決定了高鐵項目規(guī)劃建設的成敗。

針對高鐵站選址及其輔助決策技術，專家學者等開展了大量的研究工作。于劍等[1]研究提出高鐵站選址的五方面影響因素，分析了高鐵站選址的要求及方案綜合比選，為高鐵站科學選址提供借鑒。談進輝等[2]基于對交通可達性模型的研究，選擇空間相互作用模型構建高鐵站選址模型，并以東莞市為例計算2035年東莞市各交通小區(qū)的可達性。劉玲[3]基于引入地區(qū)和線路走向相結合的綜合選線方法，從旅客乘車便捷性、對城市規(guī)劃的適應性、工程設置條件及工程投資等方面對西十高鐵引入商洛地區(qū)不同線路走向方案和選址方案進行了綜合比選分析?？梢?，已有的研究暫未針對近年大量涌現(xiàn)出來的、更具特色也更為復雜的“十”字型高鐵地區(qū)開展。在參考上述文獻成果的基礎上，基于模糊層次分析法(FAHP)，以延安至榆林至鄂爾多斯高速鐵路(以下簡稱“延榆鄂高鐵”)引入綏德地區(qū)高鐵站選址為研究背景，通過梳理“十”字型地區(qū)高鐵站選址方案比選和論證，以期實現(xiàn)該類地區(qū)高鐵站選址方案決策的程序化和標準化；探索適合“十”字型地區(qū)高鐵站選址的輔助決策技術，以期實現(xiàn)定量化方案評價，進而確保站址方案決策的科學性、合理性。

2 工程設計實踐中的站址方案決策

2.1 延榆鄂高鐵概況

延榆鄂高鐵是國家高速鐵路網“八縱八橫”高鐵通道之包(銀)海通道的重要組成部分，也是陜西省“米”字型高鐵網縱向脊梁骨的主要區(qū)段。項目位于陜西省北部和內蒙古自治區(qū)西南部，線路自在建西(安)延(安)高鐵終點延安站貫通引出北行，依次經延安市寶塔區(qū)、延川縣，榆林市清澗縣、綏德縣、米脂縣、橫山區(qū)、榆陽區(qū)和神木市，鄂爾多斯市伊金霍洛旗，引入鄂爾多斯站至項目終點，并預留向包頭方向延伸條件。新建線路長度389.82 km。設計速度目標值350 km/h。

2.2 綏德鐵路地區(qū)概況

綏德地區(qū)位于延榆鄂高鐵中部，現(xiàn)狀銜接包西、太中銀兩條鐵路?，F(xiàn)狀分布綏德一處車站，車站布置為曲線中間站，包西、太中銀鐵路分方向別合場布置，車站規(guī)模3臺12線。

根據《中長期鐵路網規(guī)劃》(2016年版)，地區(qū)規(guī)劃引入延榆鄂高鐵(包(銀)海通道)以及綏德至太原高鐵(青銀通道)，兩條高鐵呈“十”字型交匯。綏德地區(qū)將構成典型的“十”字型高鐵地區(qū)，連通東、西、南、北四個方向，即太原(青島)、銀川、延安(西安、?？?、榆林(包頭)，理論上存在多達12個方向的旅客交流。

根據地區(qū)客運量預測，銀川-榆林之間基本無交流，延安-銀川之間交流量非常小(遠期開行動車1對/d)，因此，地區(qū)主要客流方向為延安-榆林(遠期開行動車59對/d)、延安-太原(遠期開行動車37對/d)、銀川-太原(遠期開行動車12對/d)和榆林-太原(遠期開行動車10對/d)4對、8個方向。

2.3 站址方案研究的提前條件

(1)地區(qū)高鐵站數(shù)量

綏德縣城區(qū)現(xiàn)狀常住人口約18.6萬，2030年城區(qū)規(guī)劃人口23.5萬，屬于小城市。此外，地區(qū)已有普速客運站一處。因此，考慮客運設施布局與城市規(guī)模的匹配性，地區(qū)高鐵站數(shù)量應為一處。

(2)高鐵通道首選短直方向

綏德高鐵站作為銜接兩條“十”字型交叉高鐵通道的接軌站，受控于高鐵選線的技術參數(shù)，東西、南北方向僅能保證其中一個方向相對短直，而另一方向勢必相對迂回。根據客流預測，為提高地區(qū)整體客運效率，應將動車開行對數(shù)多的南北方向即延榆鄂高速鐵路方向作為首選短直方向。

(3)疏解、聯(lián)絡線工程規(guī)劃

根據地區(qū)客流預測，延安-榆林方向的交流(遠期59對/d)由延榆鄂高鐵承擔，而延安-太原方向的交流(遠期37對/d)通過綏德地區(qū)高鐵站引出疏解線解決。

根據《中長期鐵路網規(guī)劃》對青銀通道的規(guī)劃定位:綏德以東段新建高鐵線路、綏德以西段利用既有太中銀鐵路改造[4]，因此，銀川-太原方向的交流(遠期12對/d)考慮利用既有綏德站辦理地方客運作業(yè)，并設置高、普聯(lián)絡線工程實現(xiàn)互聯(lián)互通。

榆林-太原方向開行動車對數(shù)較少(遠期10對/d)，考慮在高鐵站內組織折角運輸，不考慮設置聯(lián)絡線工程。

2.4 站址方案綜合比選

(1)方案比選思路及層次

結合鐵路地區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃，站址方案研究分為兩個層次:第一層次研究引入既有站、新建高鐵站兩大類方案；第二層次研究引入既有綏德站以及分別新建綏德東、西、南、北高鐵站共計5個子方案。綏德站址方案構成情況如圖1所示。

圖1 延榆鄂高鐵綏德站址方案構成示意

對于引入既有站方案，考慮到既有綏德站銜接包西、太中銀兩條鐵路、四個方向，四個方向之間客貨車流均有交叉；車站布置為曲線站，依山傍河而建，地形條件復雜，兩端咽喉均設置在曲線橋梁工程上，車站改擴建極其困難，不具備高鐵引入既有車站條件[5]。因此，予以舍棄。

對于新建高鐵站方案，結合城區(qū)分布、城市規(guī)劃及周邊地形、地貌等因素，研究比選了新建東、西、南、北高鐵站4個子方案。經研究，綏德東站方案線路穿越飲用水水源地一級保護區(qū)，不符合《水污染防治法》相關規(guī)定，予以舍棄。綏德北站方案站址地處太中銀鐵路、包西鐵路、無定河及山體圍合而成的封閉區(qū)域，且距離城區(qū)遠達14 km，交通聯(lián)系極其不便；同時拆遷村落工程量大，地方反對意見強烈，也予以舍棄。

因此，重點對新建高鐵站系列方案中的綏德西站、綏德南站兩個有價值的備選方案進行深入比選論證，方案示意圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 綏德西站方案示意

圖3 綏德南站方案示意

(2)綏德西站、綏德南站方案比選

針對綏德“十”字型高鐵地區(qū)的突出特點，結合地區(qū)實際情況，主要從地區(qū)客運效率、地區(qū)規(guī)劃建設線路總規(guī)模及工程投資、相關客運通道引入條件、客流吸引能力、地方客流出行便利性、與城市規(guī)劃相容性、站址地形條件以及綜合開發(fā)用地條件等8個方面進行全面、深入的比選論證[6-10]。

兩個方案的優(yōu)缺點分析比較情況如表1所示。

表1 綏德高鐵站位選址方案優(yōu)缺點分析

綜上所述，綏德西站方案主要客流方向線路短直，地區(qū)客運效率高；雖規(guī)劃建設的疏解、聯(lián)絡線工程較長，但近期建設的高標準延榆鄂高鐵線路明顯短直，考慮資金的時間成本，其經濟性更優(yōu)；客流吸引能力更強，較好地兼顧鄰縣客流，地方客流乘車也更為便利；對城市規(guī)劃帶動作用更明顯，設站地形條件及綜合開發(fā)用地條件均較好，因此，推薦采用綏德西站方案。

3 基于模糊層次分析法的輔助決策研究

高鐵引入“十”字型地區(qū)的站址方案比選作為復雜的多目標決策問題，適用于模糊層次分析法(FAHP)進行輔助決策。

3.1 綜合評價指標體系

結合工程設計實踐，構建“十”字型地區(qū)高鐵站選址方案的綜合評價指標體系如表2所示。

表2 綜合評價指標體系

3.2 基于模糊層次分析法的數(shù)學模型

(1)評價指標的權重向量

運用1～9級標度法和專家調查法，發(fā)放專家調查表，進行多輪專家調查，匯總、整理調查表；對于調查結果進行分析處理，并達成一致意見后構建判斷矩陣[11-13]，如表3所示。

表3 “十”字型地區(qū)高鐵站位選址方案判斷矩陣

運用“方根法”計算并進行“歸一化處理”得各項評價指標的權重向量:

對計算結果進行一致性檢驗:

式中，CR為判斷矩陣隨機一致性比率，當其值小于0.1時判斷矩陣具有較好的一致性；CI為一般一致性指標，RI為平均隨機一致性指標，其值均由大量試驗確定。

由式(2)可見，構建的判斷矩陣具有較好的一致性。

(2)基于模糊層次分析法的數(shù)學模型

構建用于高鐵站選址方案決策的模糊層次分析法數(shù)學模型:

式中，B為綜合評價結果；W為綜合評價指標權重向量；R為相對優(yōu)屬度矩陣，其元素為各個方案的各項評價指標；“?”為模糊合成算子；bj為各個方案的綜合優(yōu)越度。

根據最大優(yōu)屬度原則，根據bj的數(shù)值大小對于各個方案進行優(yōu)選排序，選取數(shù)值最大的方案作為建議推薦方案。

3.3 應用數(shù)學模型輔助決策結論

根據綏德西、綏德南兩個站址方案的各項評價指標的優(yōu)缺點對各項評價指標進行賦值，經“極差正規(guī)化”處理，得出兩個方案的相對優(yōu)屬度矩陣，通過矩陣模糊計算得出綜合優(yōu)越度如下:

綏德西方案:b1＝0.740

綏德南方案:b2＝0.261

由于b1＞b2，且差值較明顯，故推薦采用綏德西站位方案。

可見，輔助決策結論與工程設計實踐中方案比選結論一致。

4 結束語

(1)對于延榆鄂高鐵綏德高鐵站選址方案研究，通過合理劃分方案層次，采用逐層分解的方法，研究提出2類、5個子方案，經初步比選，遴選出有價值的備選方案，全面、綜合、有針對性地選取8項主要影響因素，對備選方案進行深入細致的比選論證，推薦的綏德西站址方案確保了較高的地區(qū)總體運輸效率，兼顧了青銀高鐵通道的引入條件，方便了地方客流，吸引了周邊客流，降低了工程難度和近期投資，并與城市規(guī)劃相輔相成、相得益彰，符合“以人為本、服務運輸”、“統(tǒng)籌兼顧、開放共享”的先進設計理念，也符合“全面、協(xié)調、可持續(xù)”科學發(fā)展理念，為項目決策與建設提供了有力的技術支持。初步實現(xiàn)了“十”字型地區(qū)高鐵站選址方案決策的程序化和標準化，可供類似工程項目參考、借鑒，并為進一步開發(fā)鐵路技術方案比選系統(tǒng)提供了技術儲備和方法借鑒。

(2)針對“十”字型高鐵地區(qū)的突出特點，緊密結合工程設計實踐中方案研究，選取8項主要影響因素構建綜合評價指標體系，基于模糊層次分析法(FAHP)建立數(shù)學模型進行輔助決策研究。研究結果表明，提出的思路和方法將這一定性問題轉化為定量化處理，其結論與傳統(tǒng)方案比選結論一致。該項輔助決策技術可用于驗證傳統(tǒng)的方案比選結論，有助于確保“十”字型地區(qū)高鐵站選址決策的科學性、合理性，對于類似項目具有一定的指導意義和借鑒作用。