张晓春 覃 矞

(深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司,518034,深圳∥第一作者,高级工程师)

国办发[2003]81号文明确要求:所有拟建城市轨道交通的城市,应组织制订轨道交通建设规划,明确近期建设任务。因此,在远期规划线网中如何选择近期建设线路是项目决策时所必须考虑的问题。近期建设方案的综合评价可为项目决策提供技术支撑。

城市轨道交通近期建设方案的综合评价涉及因素众多,且因素间关系复杂,是一种在信息不完全情况下的综合判断。本文将信息不完全情况下的方案评价视为一个“灰色”概念[1],在建立“目标—准则—指标”层次结构评价指标体系的基础上,以深圳市轨道交通近期(2011—2020年)建设方案评价为例,探讨灰色关联综合评价分析方法。

1 评价指标体系

评价指标体系的建立必须综合考虑比选方案的整体性、适应性、协调性和方案效果等各方面因素,选取的评价指标应具有科学性、全面性、可测性和可比性等要求,以做到科学、合理、客观地评价各个备选方案。

1.1 评价指标体系构成

轨道交通近期建设线路将与建成和正在建设的线路共同形成近期线网,因此对近期建设方案的评价可转化为对近期线网方案的评价。由不同近期建设方案所组成的近期线网,其规模布局、功能效用、投资等会有所差异,其运行过程会对城市的经济、空间布局、土地利用以及交通体系的运营效益、服务水平等产生不同影响,为此需从线网结构、战略发展、运营效果、社会效益、可实施性等5个方面的准则对近期线网进行评价。以深圳市为例,城市轨道交通近期建设方案综合评价指标体系如图1所示[2]。

1.2 评价指标含义及量化方法

1.2.1 线网结构评价指标

线网结构是指线网方案的空间尺度特性和协调性,反映线网方案的合理性及其覆盖能力。选取下述4个指标对其进行评价。

①线网长度L(km):为近期线网方案或近期建设方案中各线路长度之和,以评价近期建设方案的建设投入成本,是一种越小越好型指标。

②中心城区线网密度ρ(km/km2):为中心城区近期线网长度与中心城区面积之比,以评价近期线网在中心城区的服务水平,是一种具有最佳区间的指标。

③换乘节点数ψ:为近期线网换乘车站数量,以评价线网提供换乘的灵活程度,是一种具有最佳区间的指标。

④车站之间的连通率K:反映线网方案乘客出行分布与线网结构形态的协调关系,以评价线网方案结构的优劣程度以及与出行需求的吻合程度,是一种越大越好型指标。其量化方法为

式中:

Km——第m个方案车站之间的连通率指标的评价值;

Nijm——第m个方案i,j车站对之间的客流量,人次/日;

dijm、lijm——分别为第m 个方案i,j车站对之间的空间直线距离和线路长度,km。

图1 城市轨道交通近期建设方案综合评价指标体系

1.2.2 战略发展评价指标

战略发展是指线网方案与城市规划的吻合程度,反映城市轨道交通规划与城市规划的协调性。选取下述4个指标对其进行评价。

①与土地利用吻合程度α(%):从土地利用方面评价近期线网与城市总体规划的一致性和协调性,是一种越大越好型指标,可用居住人口和就业岗位的覆盖率来量化。

②对城市重点地区的覆盖度β:衡量近期线网对城市重点地区的覆盖程度,以评价轨道交通建设对城市发展的带动作用,是一种越大越好型指标。

③中心城区面积覆盖率γ(%):为中心城区车站周边750 m范围用地面积与中心城区总用地面积之比,反映近期线网对中心城区的覆盖性,以评价轨道交通对中心城区各类活动的支持程度,是一种越大越好型指标。

④沿线土地开发潜力δ(hm2):反映近期线网沿线土地利用开发的价值,是从土地开发的角度评价近期线网的作用与潜力,可通过沿线土地利用评估得到,是一种越大越好型指标。

1.2.3 运营效果评价指标

运营效果是指线网承担的客流量及其服务质量特征。选取下述4个指标对其进行评价。

①线网日客运总量Q(万人次/d):指规划年度近期线网一天所承担的客运总量,以评价线网的客运效果,与线网长度指标一起体现尽量以较小的线路规模运送较大客流量的规划目标,是一种越大越好型指标。

②线网平均客流密度C(万人次/d):为近期线网一天的客运周转量与线网长度的比值,以反映线网的运营强度和运营收入,是一种越大越好型指标。

③线网负荷均匀性E:反映区间负荷率偏离线网平均负荷率的程度,以评价近期线网承担客流的均衡程度、客运效率及其运输能力的发挥,是一种越小越好型指标。其量化方法为

式中:

Em——第m个方案线网负荷均匀性指标的评价值;

u——第m个方案中区间的数目;

oim、aim——分别为第m个方案中第i区间的客流量和客流容量,人次/d。

④线网换乘系数θ:为近期线网出行人次与换乘人次之和与出行人次之比,以衡量乘客出行的直达程度,是一种越小越好型指标。

1.2.4 社会效益评价指标

社会效益是指城市轨道交通建设对城市综合交通系统的改善程度。选取下述4个指标对其进行评价。

①公交平均出行时间T(min):指居民以公交方式一次出行的平均出行时间,以评价轨道交通建设对居民出行时间的改善程度,是一种越小越好型指标。

②公交出行率R(%):指公交出行量占机动化出行总量的比例,以评价近期项目建设对城市交通结构的改善作用,是一种越大越好型指标。

③理想的公交平均出行速度V(km/h):评价近期项目建设对乘客在公交网络中出行质量的改善程度,是一种越大越好型指标。其量化方法为:

式中:

vm——第m个方案理想的公交平均出行速度指标的评价值,km/h;

k——交通小区数目;

Oij——i,j小区之间公交乘客出行量,人次/d;

dij——i,j小区结点之间的空间直线距离,km;

tijm——第m个方案i,j小区之间的乘客在公交线网中的出行时间,h。

④居民公交出行直捷性D:衡量一次出行中换乘不同公交方式或线路的频繁程度,是一种越小越好型指标。可用考察时间段内所有公交乘客的换乘次数与出行时间比值的平均值来量化。

式中:

Dm——第m个方案居民出行直捷性指标的评价值,次/h;

cijm——第m个方案i,j小区之间公交线网出行时间为tijm的径路中的换乘次数。

1.2.5 可实施性评价指标

可实施性是指线网实施时的难易程度,可用近期建设线路总投资I(亿元)对其进行评价,是一种越小越好型指标,可通过近期建设线路投资估算得到。

2 灰色关联分析方法

灰色关联分析方法是通过计算评价指标值序列与评价基准序列的灰色关联度来对方案进行综合评价和优选排序。

2.1 确定比较序列和参考序列

确定参考序列就是建立方案评价基准。根据评价指标实际含义,可将其分为越大越好型、越小越好型、最佳区间型、最佳值型等4种类型。参考序列=()的确定方法如下。

①越大越好型指标:c0j={ cij} (1≤j≤n)

③具有最佳区间型指标:如果该类指标的最佳区间可知,则c0j=(uj+vj)/(1≤j≤n),其中[uj,vj](vj≥uj,1≤j≤n)为最佳区间;如果该类指标的最佳区间难以获得,则

2.2 各序列数值无量纲化

方案综合评价需要对原始评价指标值进行无量纲化处理。设经处理后的比较序列和参考序列为:

则处理方法如下:

2.3 求灰色关联系数

方案Ai和评价基准C0在评价指标Gj上的差异程度称为方案Ai和评价基准C0的相似性,用灰色关联系数表示。比较序列Xi(j)与参考序列X0(j)的灰色关联系数计算方法如下:

其中,ρ∈(0,+∞),称为分辨系数。ρ越小,分辨能力越大,一般取ρ=0.5。灰色关联系数组成灰色关联系数矩阵ξ。

2.4 求灰色关联度

由于灰色关联系数较多,信息过于分散,不便于比较分析,因而有必要将每一个比较序列关于各评价指标的灰色关联系数集中体现在一个数值上。这一数值就是灰色关联度,其计算方法为:

式中:

γi——比较序列Ci关于参考序列C0的加权平均灰色关联度;

加权平均灰色关联度γi能够在整体上反映方案Ai与评价基准C0的相似性,可用来评价方案的优劣。灰色关联度γi越接近于1,表明方案Ai按照相应的评价准则,与评价基准的相似性越接近,方案效果就越好。

2.5 求灰色关联序

将灰色关联度γi(i=1,2,…,m)按照从大到小的顺序排列,即得灰色关联序。按照灰色关联序对方案进行优劣排序,即可得到最优方案。

3 评价实例

深圳市在编制轨道交通建设规划时,提出近期(2011—2020年)建设的“低、中、高”3个方案。低方案建设6条线路,长约204.7 km,投资约927.4亿元;中方案建设8条线路,长约254.2 km,投资约1 162.6亿元;高方案建设 9条线路,长约 283.7 km,投资约1 303.3亿元。3个方案同建成和正在建设的线路分别形成长约383.0 km、432.5 km、462.0 km的近期线网方案。

按照评价指标量化方法,计算出3个方案各评价指标的结果,并利用评价基准的确定方法确定参考序列。评价指标计算结果及参考序列见表1。无量纲化后的数据以及按照均方差方法[4]求得的指标权重也一并列于表中。按照灰色关联分析方法,得到3个方案的灰色加权关联度向量为:

表1 评价指标计算结果及参考序列

γ=(γ1,γ2,γ3)=(0.642 5,0.802 1,0.737 7)

由灰色关联度向量可知:γ2＞γ3＞γ1。根据方案优劣排序评价准则,中方案综合效果优于低方案和高方案,因此将其作为深圳市轨道交通近期(2011—2020年)建设的推荐方案上报国家发改委。该方案已通过国家发改委委托中咨公司组织的专家评估。

4 结语

将基于单个指标评价而进行的方案综合评价分析过程视为一种在信息不完全情况下的灰色综合判断,以此为基础,建立了定性和定量指标相结合的城市轨道交通近期建设方案综合评价指标体系及其灰色关联综合评价分析方法。利用该方法对深圳市轨道交通近期(2011—2020年)建设方案进行了综合评价分析,取得了较为合理的结果,表现出较好的可行性和可靠性,可为其它城市进行轨道交通近期建设项目决策提供借鉴。

[1]刘思峰,郭天榜.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,1991.

[2]宗传苓,覃矞,谭国威,等.深圳市城市轨道交通近期建设规划(2011～2020)[R].深圳:深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司,2009.

[3]郭晓汾,徐双应,闫广维.基于灰加权关联度的公路主枢纽站场布局决策方法[J].中国公路学报,1997,10(3):83.

[4]覃矞.轨道交通枢纽规划与设计理论研究[D].上海:同济大学,2002.