城市軌道交通近期建設(shè)方案灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)分析方法

張曉春 覃 矞

(深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司,518034,深圳∥第一作者,高級(jí)工程師)

國(guó)辦發(fā)[2003]81號(hào)文明確要求:所有擬建城市軌道交通的城市,應(yīng)組織制訂軌道交通建設(shè)規(guī)劃,明確近期建設(shè)任務(wù)。因此,在遠(yuǎn)期規(guī)劃線(xiàn)網(wǎng)中如何選擇近期建設(shè)線(xiàn)路是項(xiàng)目決策時(shí)所必須考慮的問(wèn)題。近期建設(shè)方案的綜合評(píng)價(jià)可為項(xiàng)目決策提供技術(shù)支撐。

城市軌道交通近期建設(shè)方案的綜合評(píng)價(jià)涉及因素眾多,且因素間關(guān)系復(fù)雜,是一種在信息不完全情況下的綜合判斷。本文將信息不完全情況下的方案評(píng)價(jià)視為一個(gè)“灰色”概念[1],在建立“目標(biāo)—準(zhǔn)則—指標(biāo)”層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,以深圳市軌道交通近期(2011—2020年)建設(shè)方案評(píng)價(jià)為例,探討灰色關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)分析方法。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立必須綜合考慮比選方案的整體性、適應(yīng)性、協(xié)調(diào)性和方案效果等各方面因素,選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)具有科學(xué)性、全面性、可測(cè)性和可比性等要求,以做到科學(xué)、合理、客觀地評(píng)價(jià)各個(gè)備選方案。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成

軌道交通近期建設(shè)線(xiàn)路將與建成和正在建設(shè)的線(xiàn)路共同形成近期線(xiàn)網(wǎng),因此對(duì)近期建設(shè)方案的評(píng)價(jià)可轉(zhuǎn)化為對(duì)近期線(xiàn)網(wǎng)方案的評(píng)價(jià)。由不同近期建設(shè)方案所組成的近期線(xiàn)網(wǎng),其規(guī)模布局、功能效用、投資等會(huì)有所差異,其運(yùn)行過(guò)程會(huì)對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)、空間布局、土地利用以及交通體系的運(yùn)營(yíng)效益、服務(wù)水平等產(chǎn)生不同影響,為此需從線(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、戰(zhàn)略發(fā)展、運(yùn)營(yíng)效果、社會(huì)效益、可實(shí)施性等5個(gè)方面的準(zhǔn)則對(duì)近期線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。以深圳市為例,城市軌道交通近期建設(shè)方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示[2]。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)含義及量化方法

1.2.1 線(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)

線(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)是指線(xiàn)網(wǎng)方案的空間尺度特性和協(xié)調(diào)性,反映線(xiàn)網(wǎng)方案的合理性及其覆蓋能力。選取下述4個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

①線(xiàn)網(wǎng)長(zhǎng)度L(km):為近期線(xiàn)網(wǎng)方案或近期建設(shè)方案中各線(xiàn)路長(zhǎng)度之和,以評(píng)價(jià)近期建設(shè)方案的建設(shè)投入成本,是一種越小越好型指標(biāo)。

②中心城區(qū)線(xiàn)網(wǎng)密度ρ(km/km2):為中心城區(qū)近期線(xiàn)網(wǎng)長(zhǎng)度與中心城區(qū)面積之比,以評(píng)價(jià)近期線(xiàn)網(wǎng)在中心城區(qū)的服務(wù)水平,是一種具有最佳區(qū)間的指標(biāo)。

③換乘節(jié)點(diǎn)數(shù)ψ:為近期線(xiàn)網(wǎng)換乘車(chē)站數(shù)量,以評(píng)價(jià)線(xiàn)網(wǎng)提供換乘的靈活程度,是一種具有最佳區(qū)間的指標(biāo)。

④車(chē)站之間的連通率K:反映線(xiàn)網(wǎng)方案乘客出行分布與線(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的協(xié)調(diào)關(guān)系,以評(píng)價(jià)線(xiàn)網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣程度以及與出行需求的吻合程度,是一種越大越好型指標(biāo)。其量化方法為

式中:

Km——第m個(gè)方案車(chē)站之間的連通率指標(biāo)的評(píng)價(jià)值;

Nijm——第m個(gè)方案i,j車(chē)站對(duì)之間的客流量,人次/日;

dijm、lijm——分別為第m 個(gè)方案i,j車(chē)站對(duì)之間的空間直線(xiàn)距離和線(xiàn)路長(zhǎng)度,km。

圖1 城市軌道交通近期建設(shè)方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2.2 戰(zhàn)略發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)

戰(zhàn)略發(fā)展是指線(xiàn)網(wǎng)方案與城市規(guī)劃的吻合程度,反映城市軌道交通規(guī)劃與城市規(guī)劃的協(xié)調(diào)性。選取下述4個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

①與土地利用吻合程度α(%):從土地利用方面評(píng)價(jià)近期線(xiàn)網(wǎng)與城市總體規(guī)劃的一致性和協(xié)調(diào)性,是一種越大越好型指標(biāo),可用居住人口和就業(yè)崗位的覆蓋率來(lái)量化。

②對(duì)城市重點(diǎn)地區(qū)的覆蓋度β:衡量近期線(xiàn)網(wǎng)對(duì)城市重點(diǎn)地區(qū)的覆蓋程度,以評(píng)價(jià)軌道交通建設(shè)對(duì)城市發(fā)展的帶動(dòng)作用,是一種越大越好型指標(biāo)。

③中心城區(qū)面積覆蓋率γ(%):為中心城區(qū)車(chē)站周邊750 m范圍用地面積與中心城區(qū)總用地面積之比,反映近期線(xiàn)網(wǎng)對(duì)中心城區(qū)的覆蓋性,以評(píng)價(jià)軌道交通對(duì)中心城區(qū)各類(lèi)活動(dòng)的支持程度,是一種越大越好型指標(biāo)。

④沿線(xiàn)土地開(kāi)發(fā)潛力δ(hm2):反映近期線(xiàn)網(wǎng)沿線(xiàn)土地利用開(kāi)發(fā)的價(jià)值,是從土地開(kāi)發(fā)的角度評(píng)價(jià)近期線(xiàn)網(wǎng)的作用與潛力,可通過(guò)沿線(xiàn)土地利用評(píng)估得到,是一種越大越好型指標(biāo)。

1.2.3 運(yùn)營(yíng)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

運(yùn)營(yíng)效果是指線(xiàn)網(wǎng)承擔(dān)的客流量及其服務(wù)質(zhì)量特征。選取下述4個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

①線(xiàn)網(wǎng)日客運(yùn)總量Q(萬(wàn)人次/d):指規(guī)劃年度近期線(xiàn)網(wǎng)一天所承擔(dān)的客運(yùn)總量,以評(píng)價(jià)線(xiàn)網(wǎng)的客運(yùn)效果,與線(xiàn)網(wǎng)長(zhǎng)度指標(biāo)一起體現(xiàn)盡量以較小的線(xiàn)路規(guī)模運(yùn)送較大客流量的規(guī)劃目標(biāo),是一種越大越好型指標(biāo)。

②線(xiàn)網(wǎng)平均客流密度C(萬(wàn)人次/d):為近期線(xiàn)網(wǎng)一天的客運(yùn)周轉(zhuǎn)量與線(xiàn)網(wǎng)長(zhǎng)度的比值,以反映線(xiàn)網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)強(qiáng)度和運(yùn)營(yíng)收入,是一種越大越好型指標(biāo)。

③線(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷均勻性E:反映區(qū)間負(fù)荷率偏離線(xiàn)網(wǎng)平均負(fù)荷率的程度,以評(píng)價(jià)近期線(xiàn)網(wǎng)承擔(dān)客流的均衡程度、客運(yùn)效率及其運(yùn)輸能力的發(fā)揮,是一種越小越好型指標(biāo)。其量化方法為

式中:

Em——第m個(gè)方案線(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷均勻性指標(biāo)的評(píng)價(jià)值;

u——第m個(gè)方案中區(qū)間的數(shù)目;

oim、aim——分別為第m個(gè)方案中第i區(qū)間的客流量和客流容量,人次/d。

④線(xiàn)網(wǎng)換乘系數(shù)θ:為近期線(xiàn)網(wǎng)出行人次與換乘人次之和與出行人次之比,以衡量乘客出行的直達(dá)程度,是一種越小越好型指標(biāo)。

1.2.4 社會(huì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)

社會(huì)效益是指城市軌道交通建設(shè)對(duì)城市綜合交通系統(tǒng)的改善程度。選取下述4個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

①公交平均出行時(shí)間T(min):指居民以公交方式一次出行的平均出行時(shí)間,以評(píng)價(jià)軌道交通建設(shè)對(duì)居民出行時(shí)間的改善程度,是一種越小越好型指標(biāo)。

②公交出行率R(%):指公交出行量占機(jī)動(dòng)化出行總量的比例,以評(píng)價(jià)近期項(xiàng)目建設(shè)對(duì)城市交通結(jié)構(gòu)的改善作用,是一種越大越好型指標(biāo)。

③理想的公交平均出行速度V(km/h):評(píng)價(jià)近期項(xiàng)目建設(shè)對(duì)乘客在公交網(wǎng)絡(luò)中出行質(zhì)量的改善程度,是一種越大越好型指標(biāo)。其量化方法為:

式中:

vm——第m個(gè)方案理想的公交平均出行速度指標(biāo)的評(píng)價(jià)值,km/h;

k——交通小區(qū)數(shù)目;

Oij——i,j小區(qū)之間公交乘客出行量,人次/d;

dij——i,j小區(qū)結(jié)點(diǎn)之間的空間直線(xiàn)距離,km;

tijm——第m個(gè)方案i,j小區(qū)之間的乘客在公交線(xiàn)網(wǎng)中的出行時(shí)間,h。

④居民公交出行直捷性D:衡量一次出行中換乘不同公交方式或線(xiàn)路的頻繁程度,是一種越小越好型指標(biāo)。可用考察時(shí)間段內(nèi)所有公交乘客的換乘次數(shù)與出行時(shí)間比值的平均值來(lái)量化。

式中:

Dm——第m個(gè)方案居民出行直捷性指標(biāo)的評(píng)價(jià)值,次/h;

cijm——第m個(gè)方案i,j小區(qū)之間公交線(xiàn)網(wǎng)出行時(shí)間為tijm的徑路中的換乘次數(shù)。

1.2.5 可實(shí)施性評(píng)價(jià)指標(biāo)

可實(shí)施性是指線(xiàn)網(wǎng)實(shí)施時(shí)的難易程度,可用近期建設(shè)線(xiàn)路總投資I(億元)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),是一種越小越好型指標(biāo),可通過(guò)近期建設(shè)線(xiàn)路投資估算得到。

2 灰色關(guān)聯(lián)分析方法

灰色關(guān)聯(lián)分析方法是通過(guò)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)值序列與評(píng)價(jià)基準(zhǔn)序列的灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)對(duì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和優(yōu)選排序。

2.1 確定比較序列和參考序列

確定參考序列就是建立方案評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際含義,可將其分為越大越好型、越小越好型、最佳區(qū)間型、最佳值型等4種類(lèi)型。參考序列=()的確定方法如下。

①越大越好型指標(biāo):c0j={ cij} (1≤j≤n)

③具有最佳區(qū)間型指標(biāo):如果該類(lèi)指標(biāo)的最佳區(qū)間可知,則c0j=(uj+vj)/(1≤j≤n),其中[uj,vj](vj≥uj,1≤j≤n)為最佳區(qū)間;如果該類(lèi)指標(biāo)的最佳區(qū)間難以獲得,則

2.2 各序列數(shù)值無(wú)量綱化

方案綜合評(píng)價(jià)需要對(duì)原始評(píng)價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行無(wú)量綱化處理。設(shè)經(jīng)處理后的比較序列和參考序列為:

則處理方法如下:

2.3 求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

方案Ai和評(píng)價(jià)基準(zhǔn)C0在評(píng)價(jià)指標(biāo)Gj上的差異程度稱(chēng)為方案Ai和評(píng)價(jià)基準(zhǔn)C0的相似性,用灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)表示。比較序列Xi(j)與參考序列X0(j)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算方法如下:

其中,ρ∈(0,+∞),稱(chēng)為分辨系數(shù)。ρ越小,分辨能力越大,一般取ρ=0.5。灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)組成灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣ξ。

2.4 求灰色關(guān)聯(lián)度

由于灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)較多,信息過(guò)于分散,不便于比較分析,因而有必要將每一個(gè)比較序列關(guān)于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)集中體現(xiàn)在一個(gè)數(shù)值上。這一數(shù)值就是灰色關(guān)聯(lián)度,其計(jì)算方法為:

式中:

γi——比較序列Ci關(guān)于參考序列C0的加權(quán)平均灰色關(guān)聯(lián)度;

加權(quán)平均灰色關(guān)聯(lián)度γi能夠在整體上反映方案Ai與評(píng)價(jià)基準(zhǔn)C0的相似性,可用來(lái)評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣?；疑P(guān)聯(lián)度γi越接近于1,表明方案Ai按照相應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,與評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的相似性越接近,方案效果就越好。

2.5 求灰色關(guān)聯(lián)序

將灰色關(guān)聯(lián)度γi(i=1,2,…,m)按照從大到小的順序排列,即得灰色關(guān)聯(lián)序。按照灰色關(guān)聯(lián)序?qū)Ψ桨高M(jìn)行優(yōu)劣排序,即可得到最優(yōu)方案。

3 評(píng)價(jià)實(shí)例

深圳市在編制軌道交通建設(shè)規(guī)劃時(shí),提出近期(2011—2020年)建設(shè)的“低、中、高”3個(gè)方案。低方案建設(shè)6條線(xiàn)路,長(zhǎng)約204.7 km,投資約927.4億元;中方案建設(shè)8條線(xiàn)路,長(zhǎng)約254.2 km,投資約1 162.6億元;高方案建設(shè) 9條線(xiàn)路,長(zhǎng)約 283.7 km,投資約1 303.3億元。3個(gè)方案同建成和正在建設(shè)的線(xiàn)路分別形成長(zhǎng)約383.0 km、432.5 km、462.0 km的近期線(xiàn)網(wǎng)方案。

按照評(píng)價(jià)指標(biāo)量化方法,計(jì)算出3個(gè)方案各評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)果,并利用評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的確定方法確定參考序列。評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及參考序列見(jiàn)表1。無(wú)量綱化后的數(shù)據(jù)以及按照均方差方法[4]求得的指標(biāo)權(quán)重也一并列于表中。按照灰色關(guān)聯(lián)分析方法,得到3個(gè)方案的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度向量為:

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及參考序列

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

由灰色關(guān)聯(lián)度向量可知:γ2＞γ3＞γ1。根據(jù)方案優(yōu)劣排序評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,中方案綜合效果優(yōu)于低方案和高方案,因此將其作為深圳市軌道交通近期(2011—2020年)建設(shè)的推薦方案上報(bào)國(guó)家發(fā)改委。該方案已通過(guò)國(guó)家發(fā)改委委托中咨公司組織的專(zhuān)家評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

將基于單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)而進(jìn)行的方案綜合評(píng)價(jià)分析過(guò)程視為一種在信息不完全情況下的灰色綜合判斷,以此為基礎(chǔ),建立了定性和定量指標(biāo)相結(jié)合的城市軌道交通近期建設(shè)方案綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其灰色關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)分析方法。利用該方法對(duì)深圳市軌道交通近期(2011—2020年)建設(shè)方案進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)分析,取得了較為合理的結(jié)果,表現(xiàn)出較好的可行性和可靠性,可為其它城市進(jìn)行軌道交通近期建設(shè)項(xiàng)目決策提供借鑒。

[1]劉思峰,郭天榜.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1991.

[2]宗傳苓,覃矞,譚國(guó)威,等.深圳市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃(2011～2020)[R].深圳:深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司,2009.

[3]郭曉汾,徐雙應(yīng),閆廣維.基于灰加權(quán)關(guān)聯(lián)度的公路主樞紐站場(chǎng)布局決策方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),1997,10(3):83.

[4]覃矞.軌道交通樞紐規(guī)劃與設(shè)計(jì)理論研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2002.