基于层次分析法的城市轨道交通线路方案选择

摘　要　在分析城市轨道线路选线的影响因素基础上,提出基于层次分析法的定线方法。介绍了方法应用的思路与步骤,并提出了具有实用性和可靠性的改进方法。

关键词　城市轨道交通,线路选线,方案决策,层次分析法

      城市轨道交通线路的走向与空间位置选择的合理与否,将直接影响到其后的运营效果和城市轨道交通网的合理布局。因此城市轨道交通线路的选线(或定线) 问题,将影响城市轨道交通的可持续。
1 　影响城市轨道交通线路走向的主要因素
·城市轨道交通的规划  在具体确定某一轨道交通线路的走向及主要控制点时,应符合轨道交通网络的规划原则,分析研究所选线路的规划服务功能,即以满足乘客主要出行方向和路径为原则,确定相应的主要控制点。
·城市交通服务功能  无论从效益和社会效益来讲,都要求轨道交通最大限度地吸引客流。因此,线路应选在客流大而稳定的街区内,尽可能多地联结城市主要的区、居住区、行政文化中心、大型商业网点、对外交通枢纽及市内公交集中换乘点,以发挥其最大的运营效能。有时最短路径不一定就是最优方案。
·城市道路网分布———轨道交通线路走向一般与城市道路主干道重合,一方面有利于吸引客流, 另外方便旅客换乘。
·车站分布与站位选定———从城市轨道交通线路功能要求考虑, 车站合理间距市区内一般在1 km 左右,郊区可适当大一些。在市区范围内,站位有设在道路下方和设于街坊内两种选择。不同的方案对施工时地面交通的干扰、地下管线的搬迁、居民正常生活、沿线商业网点的经营、未来车站上部空间开发等有不同的影响。
·城市经济实力———城市轨道交通建设费用较高,目前地铁每公里造价数亿元,轻轨每公里造价为地铁的1/ 3 。在选线时为降低造价,应尽量避免大量的拆迁工程。有时需要与城市改造规划相协调,使单一的轨道交通车站的市政设施建设融入到为地下地上立体发展、交通与现代商业密切结合的综合性项目中。
·城市交通换乘节点与枢纽的分布———不仅要考虑先后建设的轨道交通线路之间的换乘,还要满足轨道交通与地面公交之间换乘方便的需要。在多线交叉处需要布置换乘枢纽,减少旅客的换乘时间,加速旅客输送,最大限度地缩短换乘距离。
·城市环境保护———城市轨道交通线不仅占用了城市的土地资源,而且轨道交通的运营还会对城市景观、地面交通、环境质量产生一定影响。地面线、地下线(地铁) 和高架线的选择,除了需要从投资方面考虑外,尽量减少可能产生的振动、噪声、电磁干扰和对城市景观的负面影响,也是必须考虑的重要因素。
·车辆段、停车场位置———线路走向还要考虑车辆段、停车场位置的选择, 以尽量减少出入段(场) 线长度,使车辆段、停车场与正线有便捷的联系。

2 　城市轨道交通线路合理方案确定方法
2. 1 　线路方案合理确定思路
      城市轨道交通线路的定线是一个复杂的多目标决策问题。它涉及的因素众多,有些能用定量的办法进行(如工程数量、占地、客流吸引量等) 比较,但有些诸如线路施工对沿线居民生活影响、高架轨道交通线噪声对周边居民身心健康的影响等,就难有定量的计算或衡量方法,有些潜在的未来影响因素(如城市的发展) 也难以定量描述。
      对于多目标问题,目前理论上比较成熟的决策方法有许多种,如分层序列法、化多为少法、理想点法、效用理论、层次分析法等。考虑到城市轨道交通线路位置确定过程中,涉及众多的难以定量表达的因素,因此选择信息需求少、适合于复杂系统决策问题的层次分析法(AHP) 较为合适[2 ] 。
2. 2 　AHP 方法的应用
      AHP 法要求先根据问题的性质,确定一个总体目标,然后建立一个目标实现程度的评价指标体系(即指标层),根据城市客流集散与流动特点和地形地貌及周围城市建筑与规划等环境条件,构建可行方案集(即方案层),从而形成了一个多层次的系统分析结构模型(如图1) 。引入合适的标度体系, 通过对各个目标(指标) 在各个方案中相对重要度的分析(两两比较法),构造出比较判断矩阵,经过数学运算得到各个指标评价权重值和各个方案相对总目标的相对排序权值,即可确定出各方案相对于总目标的优劣排序,供决策者[3 ] 。

 
图1 　方案层次结构模
2. 3 　城市轨道交通线路方案评价指标
      评价指标体系的建立是方法应用的重要内容, 也决定了评价结构的正谬。城市交通线路走向方案的优劣评价的主要指标如下:
(1) 吸引客流程度( c1) —  主要从可能吸引客流量大小、吸引范围内居住及工作人口的多少、乘客便利条件及其它交通工具的换乘条件等方面衡量。
(2) 线路条件(c2)  包括线路长度、曲线半径大小及曲线总转角大小、车站数目、车站设置条件等。

(3) 施工条件(c3)  包括施工方法、施工场地安排、施工运输道路以及施工难易条件之评价。
(4) 施工干扰(c4)  包括对房屋、地上地下管线等拆迁量大小, 对道路交通的影响, 对商业经营的影响等。
(5) 与城市规划配合程度(c5)  主要是评价线路走向与城市改造发展规划的一致性及结合程度。
(6) 工程造价(c6 )  主要指建筑工程的造价。各方案间的其它工程费用基本相同。
(7) 运营效益(c7)  线路的运营效益取决于所服务的客流大小。在设计阶段, 根据客运量的预测, 用线路效率指标来评价运营效果。某方案的线路效率指该方案所有路径上各站点间所服务的直达乘客量(即OD 量) 。
(8) 环境影响(c8)  主要指轨道交通线路可能产生的振动、噪声、电磁干扰等方面对城市人民生活环境的影响, 线路的空间位置对城市( 地上和地下) 土地资源利用的影响和对城市自然环境与景观以及古迹等影响。

2. 4 　城市轨道线路方案的层次结构模型[4 ]
      设:某条城市轨道交通线有k 个方案, 用a1 , a2 , ?, ak 表示。方案比选的总目标( O) 是寻找出最优方案(或满意方案) 。
2. 4. 1 　指标评价值的标度方法
      相对于任一指标ci(i = 1 ,2 , ?,8) 的实现值, 各方案之间存在着差异。为此引用Starry 提出的1 ～ 9 标度方法反映它们之间差异(表1) 。
表1 　1 ～ 9 标度法

2. 4. 2 　比较判断矩阵构造

  
图2 　比较判断矩阵示意图

3 　城市轨道交通线路定线方法的评价
      层次分析法突出的优点是所需要的数据、信息较少,运用机可大大节省决策所花费的时间。但该方法存在的弱点是要求参与决策的所有专家具有扎实的专业知识和广泛的社会知识,并且熟悉工程背景。为提高该方法的实用性和可靠性, 减少专家判断误差,可采取以下措施:
(1) 适当扩大专家咨询范围。扩大咨询意见的采集样本,能增加涵盖正确结果的概率。
(2) 采用的方法处理专家反馈的意见。一般来说,专家意见的概率分布符合或接近正态分布。应当采用数理统计的方法对专家反馈的意见进行处理。如对于不同专家意见反馈形成的数据序列,用中位值表示期望值;用上下四分点表示判断值变动上、下限; 用全距来反映判断值最大变动幅度。
(3) 请专家对自己的判断进行自我评价。一般而言,自我评价越高,专家的自信度越高,判断的正确性也越高。结合专家自我评价结果的统计处理, 进一步提高判断意见的准确性。

参　考　文　献
1 　周立新. 有轨交通线路工程. 上海:上海交通大学出版社,2001. 206～211
2 　夏绍玮,杨家本,杨振斌. 系统工程概论. 北京:清华大学出版社,1995. 106
3 　叶霞飞,顾保南. 城市轨道交通规划与设计. 北京:铁道出版社,1999. 137
4 　李书涛. 决策支持系统原理与技术. 北京:北京理工大学出版社,1996. 311～316
5 　李彬,李涛,杨东援. 城市轨道交通线网规划方法探讨. 城市轨道交通研究,2002 , (4) :40