軌道交通系統制式方案研究范文

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摘要：為了支撐京津冀城市群交通一體化協同發展，在分析京津冀地區市域軌道交通功能定位和性能要求基礎上，提出京津冀市域軌道交通系統制式選擇的基本要求，結合線路規劃要求、建設及維護成本、系統效益、社會及環境友好性等因素建立市域軌道交通系統制式評價體系。在確定京津冀市域軌道交通系統制式理想方案后，對備選方案的各個指標進行評分，運用信息熵計算各指標客觀權重，構建基于灰色關聯度判別矩陣的制式方案優選決策模型，從而對市郊鐵路、地鐵和快速鐵路 3 種制式與理想方案的關聯度進行量化，最終得出快速鐵路制式最適合京津冀市域軌道交通的結論，為京津冀城市群的軌道交通建設決策提供參考。

關鍵詞：京津冀；市域軌道交通；系統制式；灰色關聯度決策模型；信息熵

0引言

隨著我國城市化進程的加快、產業調整的推進，交通一體化已經成為京津冀城市群協同發展的重要推進手段，而市域軌道交通作為連接市中心邊緣和郊區新城之間的通勤軌道交通方式，在京津冀城市群系統發展過程中將會起到很好的支撐作用。目前對市域軌道交通沒有明確的定義和統一的線路種類，法國巴黎的RER系統，日本的JR及私鐵系統，德國的S-Bahn系統，美國的通勤鐵路，基本都是按照干線鐵路的標準建設，其服務功能都是連接城市與其郊區，能夠配合城市由單中心向多中心發展，對內與城市軌道交通換乘方便，對外與國家干線鐵路及其他對外交通設施(機場、海港、大型客運站等)相銜接，共同構成城市發展所必需的發達交通網絡。京津冀市域軌道交通所選用的系統制式應與該地區的經濟發展現狀和交通總體規劃相結合，并與其自身的功能定位、服務目標及客流需求相適應。當前針對軌道交通系統制式選擇的研究大都集中在對車輛制式、設備系統制式、供電制式的選擇上，研究方法也僅集中在定性分析的層面。張杰[1]從最高運營速度、土建工程設計標準、牽引供電制式、車輛購置費、資源共享及環保性能等方面定性篩選出適合南京都市圈城際線路采用的車輛制式，并從都市圈城際線路功能最大化和避免資源浪費2個角度對系統設備制式進行選擇；劉飛[2]定性分析了南京寧高城際軌道交通二期工程對速度目標值、線網銜接方式、網絡資源共享、車輛選型和工程投資等的選擇，得出其應該采用城軌制式的結論；閔國水[3]根據不同供電制式的技術特點及影響因素，為臺州市域鐵路S1線和S2線選擇了適合城市發展及線網規劃的供電及車輛制式。為此，從地鐵、市郊鐵路和快速鐵路3種系統中選取適合京津冀市域軌道交通建設的系統制式為研究目標，從線路規劃要求、建設及維護成本、系統效益和社會環境友好性等方面建立市域軌道交通系統制式的評價體系，結合京津冀地區的發展目標和軌道交通線網規劃確定市域軌道交通系統的理想方案，構造灰色關聯度決策模型定量計算備選方案與理想方案的關聯度，選取關聯度值最大的系統制式作為最佳方案。

1京津冀市域軌道交通系統制式的選擇要求及評價體系

1.1市域軌道交通系統制式選擇要求

市域軌道交通系統制式的的性能及服務目標應該能夠滿足京津冀城市群未來的交通規劃目標，適應地區的發展特征[4]。（1）京津冀市域軌道交通系統功能定位和性能要求。京津冀交通圈可以劃分為3個圈層，市域軌道交通的服務范圍主要在第2個圈層，即距首都約65~80km的半徑范圍內，包括懷柔、平谷、密云、延慶4個遠距離新城，以及燕郊、廊坊、涿州等東部和南部周邊城市[5]。京津冀市域軌道交通系統作為連接北京市中心城區與周圍新城及城市的大容量、快速、主干型軌道交通系統，根據規劃要求，高峰小時單向運輸能力不小于3萬人/h，建議預留能力3.5萬人/h，全程運行時間不大于1h，旅行速度不低于80km/h，建議按照85km/h；高峰時段行車間隔能夠達到2min，低峰時段行車間隔最大值不應大于10min，由于全程距離較長，因而應提高座椅的舒適度，提高上座率；在行車組織方面，應考慮大站直達和越站等多樣化的運營組織方式，滿足乘客不同形式的交通需求。（2）京津冀市域軌道交通系統制式選擇的基本要求。在滿足軌道交通系統功能需求的前提下，盡可能地減少工程造價、較少地占用土地。本著綠色可持續發展的原則，盡可能地減少對資源能源的利用，降低對環境的影響，提高系統的運營效率和效益。市域軌道交通系統應與城市景觀相協調，減少對周圍環境的影響，應考慮網絡化運營，擴大資源共享范圍，支持城市軌道交通領域相關產業，提高市域軌道交通網絡的綜合效益。

1.2評價體系構建

由于市域軌道交通系統制式的決策研究涉及因素較多，因而應將問題涉及的因素條理化、層次化，并且按照其屬性和關系分成若干層，下層因素從屬于上層因素。在構建市域軌道交通系統制式的評價體系時，首先根據問題的預定目標確定該體系的目標層；然后分析為滿足決策目標所涉及的中間層因素的要求，確定評價體系的準則層，列出各準則所包含的指標體系；最后確定實現決策目標的備選方案[6]。（1）確定決策目標。決策目標是從地鐵、市郊鐵路和快速鐵路3種系統制式中選擇最適合京津冀市域軌道交通建設的制式。（2）建立指標體系。市域軌道交通系統制式的選擇應考慮到與線路規劃要求相關的一些問題，如高峰小時客運量、旅行速度、行車間隔，同時還應結合城市軌道交通網絡的建設與運營、系統效益與社會環境友好性等因素。（3）確定備選方案。備選方案共有3個，分別為地鐵、市郊鐵路和快速鐵路。（4）組成層次評價體系。

2京津冀市域軌道交通系統制式選擇模型構建

京津冀市域軌道交通系統制式選擇屬于多目標綜合評價問題，在研究了多種綜合決策模型的基礎上，提出采用灰色關聯度決策模型?；疑P聯度決策模型利用灰色關聯度作為測度進行綜合評判，與其他綜合決策模型相比，能夠綜合考慮更多的信息，分析更加全面，結果更為精確。首先結合京津冀城市群交通發展規劃對市域軌道交通系統的性能要求，確定決策問題的理想方案，然后對備選方案的各個指標進行打分建立決策矩陣，決策矩陣標準化處理之后構造灰色關聯度判斷矩陣[7]，最后與客觀信息熵權重一起求解京津冀市域軌道交通3種備選系統制式與理想方案的關聯度，從而確定最佳方案。

2.1構建灰色關聯度判斷矩陣

（1）確定理想方案。所選用的最佳系統制式應能夠滿足京津冀市域軌道交通的各項性能指標最優值要求[8]。根據對京津冀市域軌道交通的功能定位和客流需求分析，得出各項指標的期望最優值如下：①運輸能力與客流需求相適應，高峰小時單向運輸能力實現3.5萬人/h；②旅行速度達到85km/h，實現1小時交通圈的規劃目標；③高峰小時行車間隔實現2min，行車密度能夠達到城市軌道交通的服務水平；④在滿足功能的前提下，盡量減少系統的綜合造價；⑤在滿足功能的前提下，盡量減少對土地資源的占用，最大程度地降低對環境的不利影響；⑥在滿足正常運營的條件下，盡量節約能源，減少運營維護成本；⑦盡量為資源共享及網絡化運營提供有力條件；⑧能夠支持國家產業發展，盡量利用已有產業；⑨線路建設運營能夠促進軌道交通相關產業的發展，有利于提升城市形象。

（2）備選方案評分。在對備選方案評分時，指標之間會出現相互制約的情況，不同指標由于代表的含義不同其評分原則也不同，具體的打分方法如下：①當評價體系中的指標之間存在相互影響的情況時，如運輸能力的取值將影響系統工程造價及運營維護成本，應首先對能夠直接影響系統功能及性能要求的指標進行打分，對其他與其相關的指標打分時必須以已經確定的指標取值為前提；②對于運輸能力、旅行速度及行車間隔這類能夠進行量化的指標，其得分即為備選方案能夠實現的量值；③對于系統工程造價、資源能源消耗及運營維護成本這類與系統建設及運營成本相關的指標，在能夠實現系統性能及功能的前提下，對成本型指標按照百分制打分，消耗越多成本越高其得分越低；④對于資源共享、網絡化運營及產業基礎這類與系統運營效益相關的指標，按照百分制進行評分，分值與其能夠實現的效益成正比；⑤對于環境友好性、與城市發展協調性這2個定性指標，與效益型指標一樣，環境友好性程度、與城市發展協調程度越高，得分越高；⑥系統工程造價、運營維護成本和資源能源消耗這3個指標，由于難以明確具體花費，因而暫時按照定性指標處理，采用專家打分制，以100分為滿分，花費越大分值越低[9]。

3結束語

在考慮京津冀地區的經濟發展特征及地鐵、市郊鐵路和快速鐵路3種系統制式特點的基礎上，進一步考慮市域軌道交通系統在京津冀地區的功能定位及性能要求，通過信息熵計算指標的客觀信息熵權重，構造基于灰色關聯度的決策模型。該模型能夠計算出3種備選方案與理想方案的關聯度，選取關聯度值最大的方案為本次決策的最佳系統制式，對于京津冀地區市域軌道交通的建設具有一定的參考價值。隨著京津冀地區的經濟發展及人口規模的增加，對市域軌道交通系統制式的功能要求也會隨之改變，系統制式選取的評價指標及其取值還需要進行更加深入的研究。

參考文獻：

[1]張杰.南京都市圈城際軌道交通系統制式問題探討[J].城市軌道交通研究，2013，16(12)：1-4，17.

[2]劉飛.南京寧高城際軌道交通二期工程系統制式研究[J].綜合運輸，2014(5)：50-54.

[3]閔國水.臺州市域鐵路S1、S2線系統制式選擇研究[J].中國鐵路，2015(12)：83-88.

[5]許瑩.中低運量城市軌道交通系統制式選擇研究[D].北京：北京交通大學，2014.

[6]王仲林.城市軌道交通系統制式選擇研究[D].廣州：華南理工大學，2009.

[7]何宇強，張好智，毛保華，等.客運專線旅客列車開行方案的多目標雙層規劃模型[J].鐵道學報，2006，28(5)：6-10.

[8]郭寒英，石紅國，張鵬，等.基于動態模糊理論的鐵路專用線安全評價[J].鐵道運輸與經濟，2017，39(2)：40-45.

[9]馮芬玲，周廣富，李華鋒.基于粗糙集的鐵路貨運服務質量評價研究[J].鐵道貨運，2016，34(9)：19-23.

作者：朱倩1.2；倪少權1,2 單位：1.西南交通大學，2.西南交通大學