2011年4月 第4期(总151)铁道工程学报 Apr 2011 JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY NO.4(Ser.151) 文章编号:1006~2106(2011)04—0088—06 城市轨道交通建设方案评价方法研究 汪 涛 (铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津300142) 摘要:研究目的:随着我国城市化发展进程的加快,城市轨道交通建设已成为提升城市功能的一个重要手段。 作为轨道交通建设过程中的一个核心问题,建设方案评价需重点研究。 研究结论:在深入分析评价特点的基础上,针对既有评价方法在处理评价指标、专家权重和定性问题定量 化等方面存在的不足,提出了基于层次分析法、专家决策法和主成分分析三种方法的综合评价模型,并通过 SPSS数据处理软件对模型的求解进行了简化;给出了比较完善适用的评价指标体系。将综合评价模型应用 于具体案例。评价结果表明:评价模型较为适用,能够实现轨道交通建设方案的优化选择,可以为合理的决策 支持提供依据。 关键词:城市轨道交通;建设方案;综合评价模型;评价指标体系 中图分类号:U12I 文献标识码:A Research on Evaluation Methods for Urban Rail Transit Construction Projects WANG Tao (The Third Railway and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300142,China) Abstract:Research purposes:With the speeding up of urbanization process in China,building urban rail transit has become an important approach to promote city functions.It is necessary to research the evaluation of the urban rail transit construction project because the the constuctrion project is a core issue in building urban rail transit. Research conclusions:Based O1"1 deeply analyzing the evaluation characteristics thoroughly,and aiming at the shortages of the existing evaluation methods in the processing evaluation indexes,the expert weights and the qualitative and quantitative depictions,in this paper,a comprehensive evaluation model is offered on the base of the AHP method, FHW method and principal component analysis method and the model solution is simpliied wifth the software SPSS to provide a more perfect evaluating index system.This comprehensive evaluation model has been used in the urban rail transit construction project and the evaluation result shows this model is of practicability,can optimize the constuctrion project and is helpful to the decision—making. Key words:urban rail transit;constuctrion projects;comprehensive evaluation model;evaluating index system 随着城市规模的持续扩大,道路交通拥堵及其对 环境的污染成为困扰城市发展突出问题。大容量、低 污染的城市轨道交通在国内外受到普遍关注,成为解 决交通拥堵、改善城市环境的有效途径之一,在公共交 通中发挥了重要作用…。1965年,北京修建了我国内 地第一条地铁线路,至今已有1O个城市修建了地铁及轻 收稿日期:2010—12—22 作者简介:汪涛,1987年出生,男,助理工程师。 第4期 汪涛:城市轨道交通建设方案评价方法研究 89 轨线路。目前建成投入运营及试运营线路共有24条, 运营及试运营里程共计639.5 kin;25个城市正在建设 或规划建设轨道交通项目,初步统计在建线路总长超 1.1.3评价方法方面 根据上述评价特点可以看出,城市轨道交通建设 方案评价方法的选择存在复杂性。为了选择更加合理 过340 km,规划建设64条线路,约1 700 km。轨道交 的建设方案,在评价过程中需要解决大量的具有相互 通在我国已进入快速发展时期。 轨道交通建设方案的选择影响建设投资以及作用 的发挥,因此对建设方案的评价是轨道交通建设的重 要研究课题。目前,城市轨道交通建设方案评价采用 的方法主要有层次分析法、FHW专家决策法、主成分 分析法等,三种方法都存在自身的适应性,也存在信息 不能完全获取的缺点[_2 J。层次分析方法在对各层指 标计算中具有比较完善的理论支持,属于定性与定量 相结合的方法;FHW专家决策方法在对指标权重推算 方面具有明显优势,定性分析多于定量分析;主成分分 析方法在对结果处理方面具有明显的客观性,但对数 据的要求比较严格。本文尝试将这三种方法的优点结 合在一起,建立轨道交通建设方案的综合评价方法。 1 基于层次分析法、FHW专家决策法和 主成分分析法的综合评价模型 1.1城市轨道交通建设方案评价的特点 城市轨道交通建设方案评价受城市地理、文化、社 会、经济、环境等因素影响,是复杂的多目标决策问题, 具有多视角、多属性等特点。具体表现在以下三个方 面: 1.1.1评价指标方面 城市轨道交通建设是一项复杂的系统工程,其多 方案的评价与决策问题常常需要综合考虑相互关联、 相互制约的众多因素,包括与城市整体发展的关系、与 城市居民及社会的关系、方案内部属性之间的关系等, 缺一不可。对于这一问题,必须采用大系统的观点,从 城市系统、城市交通系统、城市客运交通系统的角度, 整体地、动态地考虑城市社会经济发展、地理文化环境 状况、市民生活出行等对城市轨道交通建设方案的互 相影响,进而提出合理的建设方案。 1.1.2指标值的评定方面 城市轨道交通建设方案评价指标值的确定因上述 特点而比较复杂。既有线网负荷强度、线网长度、投资 估算等定量指标,又有项目实施的可行性、环境条件等 定性指标。当各方案定量指标差异不大,而定性指标 又互相影响,互相交叉时,很难综合定量指标和定性指 标对方案进行整体评价。 关联的指标对评价产生的影响、定性指标定量化过程 的方法、定性指标定量化中不同专家对评价结果的影 响三个关键问题。 1.2综合评价模型说明 针对城市轨道交通建设方案评价的特点,本文提 出集成AHP、FHW和主成分分析三种方法优点的综合 评价方法。该方法具有如下特点: 1.2.1通过主成分分析方法将与分量相关的原随机 向量,借助于一个正交变换,转化成与其分量不相关的 新随机向量,并以方差作为信息量的测度,对新随机向 量进行降维,这样消除了评价指标间的相关影响。同 时,在主成分分析将原始变量变换为主成分的过程中, 形成了反映成分和指标包含信息量的权数,以计算综 合评价值,这有助于保证客观地反映样本问的现实关 系 。 1.2.2采用标准样本变换法改进方法的主成分分析, 优势在于:通过对原始数据均值化处理后,使得协方差 矩阵消除了指标量纲和数量级的影响;能更加的全面 反映原始数据所包含的各指标变异程度上的差异信息 和各指标间的相互影响程度上信息,从而有效的避免 了信息的丢失,使得改进后得到的结果更能准确的反 映原始数据所包含的信息;用均值方法进行无量纲化 处理,能用较少的主成分,提取更多的原始信息,从而 减少综合评价的工作量 J。 1.2.3通过FHW专家决策方法计算城市轨道交通 建设方案灰色系统的白色优劣比C、灰色优劣比D、总 灰度Ⅳ、总评价5、远近效益比E 等 ,对分析系统各 指标内在相关性起到较大作用。 1.2.4 利用AHP层次分析方法有序的递阶层次结 构,综合人的主观判断,解决定性指标定量化问题 6]。 1.2.5采用FHW专家决策方法,一方面克服了评价 现状中不全面的意见导致决策失误的问题。另一方 面,多级专家决策系统及灰色系统处理方法的建立有 利于分析、判断定性指标的优劣。 1.2.6采用FHW专家决策方法促使专家定量处理 联想思维,将系统之间各因素结合,综合分析各指标间 存在的内在关系,提出较完善的比率度、指标权重和评 价分值,为提出合理的建设方案奠定基础。 铁道工程学报 2011年4月 实际的轨道交通方案评价是复杂细致的工作,除 了受所能获取的数据制约外,还要根据城市的具体情 况选择对解决城市问题有针对性的指标。从这个意义 上讲,评价不仅是一种技术,而且是一种渗透着规划理 念及可持续发展战略思想的评价,综合运用定性分析 与定量分析的评价。 基于三层指标体系,即子系统、一级指标、二级指 标,运用层次分析法、FHW专家决策法和主成分分析 法建立城市轨道交通建设方案综合评价模型,基本流 程如图1所示。 城市轨道交通建设方案 ‘ 指标体系建立 专家人选及权重确定 ‘ 进行专家咨询.确定指标权重及评价分值 (子系统内各层指标权重及不同建设方案一级指标评价分值 ‘ ● 根据二级指标评价分值, 评价权重值 l 确定特征值及方差比重、 f 主成分载荷矩阵 I I 引进广义效用函 利用专家决策计 利用主成分分析 数计算的各方案 算的各方案一级 法计算的各方案 一级评价值 评价值 一级评价值 ll I麻胃檬珏}I篦涣计笪各责辜一纽评价值排戽#讲行凄箫 图1 基于综合评价方法的城市轨道交通建设方案评价模型 1.3综合评价过程说明 (1)确定被评价的建设方案,建立评价指标体系; (2)确定专家人数及专家权重; (3)通过专家咨询,确定指标权重、评价分值及评 价权重( 1, 2,… ); (4)应用FHW专家决策方法计算各方案一级评 价值(51,S2,…,5 ); (5)应用主成分分析法,采用标准样本变换法的 改进方法对二级指标评价分值标准化。即:各指标的 均值 : ( =1 2一,p) (1) 式中 ——各指标均值; ——原始数据; n一一被评价对象; p——评价指标个数。 则xii均值化后的数据 = (2) Xj 式中z ,一一 均值化后的数据。针对 ¨利用SPSS 数据处理软件计算特征值及方差比重、主成分载荷矩 阵,进而得到各方案一级评价值(Y ,Y ,…,Y )。并分 析不同主成分中主要指标,提供决策支持; (6)将三种一级评价值标准化转换,利用公式(3) 计算二级评价值,即决策评价值 : Z =01 +02s +03y ( =1,2,…n) (3) 式中z ——决策评价值; 一修正系数,0 + +0 =1,一般情况下均 取为1/3; n——评价方案。 0值的引入对计算结果进行修订,使得评价结果 更具灵活性。 2 案例分析 2.1备选方案简介 为了拉动空港经济区的发展,某市拟修建轨道交 通机场线。根据相关文件,提出以下三个备选方案: 2.1.1线路沿既有国道方案 线路沿途经过高坡村、金马村、大板桥镇、大板桥 园艺坊、机场空港经济区最终进入机场航站楼。该线 路自金马村开始基本沿既有国道走向,进板桥镇, 在空港经济区前沿与进场路分隔带引入机场航站 楼。线路长18.3 km,设置9站。站位如图2所示。 图2线路沿既有国道方案 2.1.2线路利用铁路复线改造闲置设施方案 线路沿途经过高坡村、金马村、窦家山、黑坡村、秧 田冲、机场空港经济区西侧,最终进入机场航站楼。该 线路走向过金马村后,在铁路西侧与铁路并行前进,在 空港经济区引入机场航站楼。该线路全长18.2 km, 设置6站。站位如图3所示。 第4期 汪涛:城市轨道交通建设方案评价方法研究 91 图3线路利用铁路复线改造闲置设施方案 2.1.3利用铁路复线改造闲置设施方案的改造方案 将原大板桥西站的站位向北调整,通过道路与大 板桥镇中心区连接。在铁路与主进场路交叉口北侧设 机场工作区站,以吸引空港经济区的客流,方便空港经 济区人员出行。线路共设7个车站,长2O.82 km(垂 直引入)。站位如图4所示。 图4利用铁路复线改造闲置设施方案的改造方案 2.2评价指标体系分析 2.2.1现有评价指标体系 目前我国上海、广州、南京、深圳等城市在轨道交 通线网规划的工作中,根据自身城市特点对线网综合 评价进行过相应研究。广州线网规划指标体系准则层 包括网络结构、客运效果、线网实施、社会效益、战略发 展五个方面 。上海线网规划指标体系准则层包括 远景网络规划原则和思路、轨道系统结构和规模合理 性评价、对城市发展目标的支持、对城市交通改善的作 用评价、建设量和投资、分期建设六个方面;南京线网 规划指标体系准则层包括网络形态、交通功能、社会经 济效益及战略发展四个方面;沈阳线网规划指标体系 准则层包括运营效果、网络结构、战略发展、建设实施 性四个方面 J,具体城市指标选取如表1所示。 各个城市所应用的指标体系,基本反映了城市轨 道交通建设过程中所涉及到的影响因素,具有一定的 适用性。但是存在以下几点问题: (1)视与城市发展的协调性,难以体现城市轨道 交通是城市交通乃至城市总体规划的一个重要子系 统,更难以体现对城市发展格局、发展形态的引导性 …; (2)忽视可实施性评价; (3)缺乏对各个建设方案投资估算合理性的描述; (4)缺乏对环境因素指标的建立。 表1 国内大城市轨道交通线网评价指标体系 大类 评价指标 广州 沈阳 南京 深圳 线路负荷强度 、/ 、/ 、/ 、/ 运营 客流断面不均衡系数 、/ 、/ 、/ 效果 轨道交通日客流量 、/ 、/ 、/ \/ 换乘系数 、/ 、/ 、/ 日客运周转量 、/ 中心区线网密度 、/ 、/ 、/ 、/ 覆盖中心区面积率 、/ 、/ 、/ 、/ 线网规模 、/ 、/ 、/ 网络 与大型客流集散点衔 、/ 、/ 、/ 结构 接数量 换乘节点数 、/ 、/ 、/ 非直线系数 、/ 、/ 轨道网覆盖人口和就 、/ 业岗位 公交出行比例 、/ 公交平均出行时间 \/ 、/ 社会 平均机动车速 、/ 效益 占公交的比例 、/ 、/ 公交平均出行时间的 、/ 节约 与土地利用吻合程度 、/ 、/ \/ 、/ 战略 沿线土地开发价值 、/ 、/ 、/ 发展 线网发展适应性 、/ 、/ 、/ 、/ 综合交通发展目标 、/ 建设 工程难易度 、/ 、/ 、/ 实施性 近期路网实施性 、/ 、/ 、/ 2.2.2对现有评价指标体系的改进 针对现有评价指标体系的不足,指标体系的建立 需综合考虑建设方案与城市总体规划的适应性、对交 通的影响、与城市社会经济均衡发展程度、对城市自然 生态及历史文化环境的影响程度、项目建设的可实施 性等。建立城市轨道交通建设方案评价指标体系如 表2所示 92 铁道工程学报 2011年4月 表2城市轨道交通建设方案评价指标体系 子系统 一级指标名称 二级指标名称 与城市总体规划的适应性C 对城市发展的支持程度B 对城市交通的影响C 与城市社会经济均衡发展程度 C13 对城市自然生态及历史文化环境 的影响程度C:。 与土地利用的吻合程度D 与城市布局结构的协调程度D。 : 线网密度D , 对城市交通系统的改善程度D。 。 城市综合交通一体化协调发展的程度D。:: 与城市经济实力协调程度D 满足城市发展需求程度D 吸引客流程度D 对自然环境的破坏程度D 。 对历史文物及重要标志物的破坏程度D : 对城市可持续发展影响程度 覆盖中心区面积率D控。 B2 对城市资源综合利用的合理程度 C22 建设方案覆盖范围及车站设计的 合理性C, 沿线土地开发价值D 非直线系数D 线网长度D 与大型客流集散点衔接数量D 换乘节点数D 平均站间距D 对居民及社会影响程度B, 对居民影响程度C, 预期客运效果及社会效益评价 C4l 需要征地拆迁土地程度D 功能区噪音、振动危害程度D 线网负荷强度D 起始站夕JJ军还行时分D4l 平均机动车速D , 轨道交通出行比例D 工程难易程度D 2 建设方案的预期客运效果及社 会效益和项目建设的可实施性 B ’ 项目建设的可实施性C : 投资估算D : 线网的发展适应性D , 注:“%”为定性指标 2.3备选方案评价 结果,如表3所示。 根据综合评价模型计算公式,获得建设方案评价 表3基于综合评价模型的某市轨道交通机场线建设方案评价结果 、\方案i评价值 、、、\ =( l, 2, 3) (s1,s2,s3) 32.41 33.47 34.12 (Yl,Y2,Y3) 26.46 36.01 37.53 (Z1,Z2,Z3) 30.64 34.29 35.07 排名 3 2 1 1 33.06 33.4 33.54 i=2 i=3 0值 1/3 1/3 1/3 100 从评价结果可以看出,利用铁路复线改造闲置设 评价,在分析国内外相关研究成果的基础上,对评价指 施方案的改造方案为最优方案,线路沿既有国道方案 在建设项目备选方案中最不可选。得到的评价结果考 标体系的建立、指标值及指标权重的确定方法、方案综 合评价方法进行了研究,主要工作和研究成果可以归 纳为以下几个方面: (1)对城市轨道交通建设项目进行分析,一般的 研究主要侧重于项目的可行性分析,对建设方案进行 虑了建设方案与城市总体规划及综合交通系统、与环 境可持续发展、与项目总体可实施性等因素对建设方 案的影响,建设方案的选择更加合理。 3 结论 本文针对城市轨道交通项目决策阶段的建设方案 评价的研究在国内比较缺乏。本文在项目可行性分析 之后如何对多个备选方案进行评价方面作了积极的探 索,提出了可行的方法; 第4期 汪涛:城市轨道交通建设方案评价方法研究 93 (2)城市轨道交通系统不同于其他系统,指标体 系的建立异常复杂,现有的评价指标体系存在指标过 于简单或指标不全面等问题。本文建立的指标体系比 较全面的反映了影响方案建设的因素,为选择更合适 的建设方案奠定基础; (3)综合评价模型的建立,是集既有方法优点、规 避既有方法不足的过程。模型在消除多指标相关性、 获取方案信息及主观因素客观化等方面具有较好的适 应性,进而使得评价过程更加合理。同时,SPSS数据 分析软件的应用,更加简化了计算过程。 本文在综合评价模型计算机系统开发方面还存在 不足,需继续深入研究。 参考文献: [1]Litman,Todd.Evaluating Rail Transit Beneif ̄:A comment[J].Transport Policy,2007(1):94—97. 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