鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化研究

王順利，王正彬，陳 東

（西南交通大學峨眉校區(qū)交通運輸系，四川峨眉614202）

過去我國鐵路客運建設重視提高線路通過能力，忽視樞紐及車站等點的通過能力，導致客運能力不足，難以滿足運輸市場需求。目前我國正處于高速鐵路建設的高峰時期，高速鐵路引入既有鐵路樞紐將打破既有鐵路樞紐運輸格局，使原有鐵路樞紐運輸結構、運輸組織方式以及運輸徑路產生很大變化。合理確定樞紐內高速客運站的位置及數量，優(yōu)化樞紐內客運站布局，是鐵路樞紐規(guī)劃的重要問題[1-2]。

1 鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化模型

1.1 鐵路樞紐客運站布局及選址基本原則

1）樞紐內客運站數量應根據樞紐客運量、引入線路數量、客車開行方案、既有設備配置、樞紐客運布局及城市總體規(guī)劃等因素綜合確定；

2）大型鐵路樞紐客運站布局宜采用“客貨分線、客內貨外”布置；

3）客運站站址應結合引入線路走向、既有客運站位置、城市總體規(guī)劃等因素綜合比選確定。一般應優(yōu)先選擇引入既有客運站或深入市區(qū)。

1.2 鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化模型

鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化的經濟評價指標既有定量指標，如工程投資、運營費用等；還有一些無法直接定量的定性指標，如與城市發(fā)展規(guī)劃配合、環(huán)境保護等。為便于統(tǒng)一定量與定性指標，建立如下客運站布局優(yōu)化模型

式中：i為各設計方案的定量及定性評價指標，共有I個評價指標；di為各評價指標的目標效應值（0≤di≤1）[3-4]，此值的引入為了便于統(tǒng)一定量與定性指標的量綱。對定量指標的目標效應值，可通過咨詢多位專家來確定0和1對應的值，然后通過線性插入法求其他值；對于定性指標，可用五度標來定量：好—1，較好—0.8，一般—0.6，較壞—0.4，壞—0.2，極壞—0；wi為各評價指標的權重，通過調查論證及專家確定大小，且；D為各設計方案的總效應值，其大小決定各設計方案的最終優(yōu)劣排序。

2 南寧鐵路樞紐客運站建設方案

南寧樞紐客運量近期0.8億人/年，遠期1.7億人/年。既有南寧客運站受地形限制，無法滿足樞紐客運需求。南寧鐵路樞紐隨著近期樞紐線路的建設，樞紐客運系統(tǒng)將逐步形成“北主南次”、南北環(huán)線構成的“環(huán)形”格局[5]。

根據鐵路樞紐客運站布局原則，對南寧鐵路樞紐客運站布局擬采用以下3個方案：改建南寧站（備選站編號1）、新建那黃站（備選站編號2）、新建鳳嶺站（備選站編號3）。

3 南寧鐵路樞紐客運站建設方案評價指標

3.1 工程投資費用（z1）

對各客運站建設方案的線路、拆遷、征地、橋梁、隧道等投資費用綜合計算，各方案所需工程投資費用如表1所示。

3.2 樞紐內運營費用（z2）

式中：j為樞紐中某客運站編號，共有J個客運站；k為樞紐內某銜接方向，共有K個銜接方向；l為樞紐內各類車，取1為高速列車，取2為普速列車兩種；ujkl為j站前往樞紐k方向的l類車的乘客人數；Sjkl為j站前往樞紐k方向的l類車在樞紐內走行距離；λl為l類車單位運營費用。

按人公里費用計算，對于乘坐常速列車的人公里費用為0.078元/（人·km），乘坐動車組的人公里運營費用為0.094元/（人·km）。對于3個備選站，前往各個方向不同性質列車走行距離如表2所示，樞紐內不同客運站運營費用如表3所示[6]。

表1 備選站主要工程投資表Tab.1 Main engineering investment of alternative stations 萬元

改建南寧站（備選站1）與新建鳳嶺站（備選站3）位于南寧鐵路樞紐北環(huán)線上，新建那黃站（備選站2）位于南寧鐵路樞紐南環(huán)線上，且新建那黃站（備選站2）位于南寧規(guī)劃的五象新區(qū)南側。因既有南寧站輻射范圍大，新建那黃站（備選站2）與城市發(fā)展規(guī)劃相吻合，故南寧鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化方案中2站方案應選改建南寧站（備選站1）與新建那黃站（備選站2），3站方案為3個方案全選。

3.3 旅客出行費用（z3）

式中：z3為乘客前往車站乘車的出行費用；m為某出行小區(qū)，共有M個出行小區(qū)；umj為從m小區(qū)前往j站乘做各類車（高速和普速車）的出行人數；cmj為從m小區(qū)前往j站乘車的單位出行費用。

按照南寧市區(qū)行政區(qū)域規(guī)劃、鐵路及河流分布情況，將南寧市分為6個居民出行小區(qū)。

各出行小區(qū)到備選站出行費用如表4所示，各出行小區(qū)規(guī)劃年度內到備選站的出行人數如表5所示。根據公式（3）可計算出客運站布局優(yōu)化各方案乘客出行費用，如表6所示。根據以上，可計算出客運站布局方案的出行費用如表7所示。

表3 樞紐內運營費用表Tab.3 Operating costs in hub 萬元

表4 出行小區(qū)到備選站出行費用表 元Tab.4 Costs from trip districts to alternative station

表5 出行小區(qū)常速旅客出行人數Tab.5 The number of passengers taking normal-speed train of trip districts （萬人/年）

表6 出行小區(qū)城際旅客出行人數（萬人/年）Tab.6 The number of intercity passengers of trip districts

表7 樞紐內旅客出行費用表Tab.7 Trip costs of passengers in termina

3.4 與城市規(guī)劃的配合（z4）

根據咨詢專家意見南寧樞紐采用3站方案（1，2，3）吸引客流好，車站多，很好地與城市規(guī)劃相配合；2站方案（1，2）不能兼顧城市部分片區(qū)，較好的與城市規(guī)劃建設相配合。

4 南寧鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化方案選擇

4.1 工程投資費用目標效應值（d1）

按照“實現客貨分線運輸、運營設備相對集中、點線能力協調”的總體思路，對南寧樞紐總圖按客運系統(tǒng)進行深入研究。新建那黃站（2）位于南環(huán)線北側及規(guī)劃五象新區(qū)南側，符合城市發(fā)展規(guī)劃，設站條件好，充分利用樞紐內既有設備和能力，與既有南寧站聯系便捷。規(guī)劃的城市軌道交通3號線下穿南寧站，便于兩站間客流交互和實現與城市交通無縫換乘等優(yōu)點。根據樞紐內客運站布局的原則，樞紐客運站布局2站方案采用改建南寧站（1）和新建那黃站（2），3站方案采用改建南寧站（1）、新建那黃站（2）和新建鳳嶺站（3）。

采用線性模型求出客運站布局方案z1對應的目標效應值d1，根據咨詢專家意見，當z1=550 000萬元時，d1為0；當z1=150 000萬元時，d1為1。則可求出各客運站布局方案d1如表9所示。

4.2 樞紐運營費用目標效應值（d2）

客運站布局方案樞紐內運營費用見表3，根據咨詢專家意見，當z2=15 000萬元時，d2為0；當z2=5 000萬元時，d2為1。則可通過線性關系求出各客運站布局方案d2如表8所示。

4.3 旅客出行費用目標效應值（d3）

根據旅客出行費用表7，通過咨詢專家意見，當z2=150 000萬元時，d3為0；當z2=100 000萬元時，d3為1。則可通過線性關系求出各客運站布局方案d3，如表8所示。

4.4 與城市規(guī)劃配合目標效應值（d4）

因該指標為定性指標，可用五度法進行取值：好—10，較好—8，一般—6，較壞—4，壞—2，極壞—0，根據各備選方案具體情況也可取介于五度之間的數值，與城市規(guī)劃配合各客運站布局優(yōu)化方案目標效應值如表8所示。

4.5 確定各評價指標的權重

結合各評價指標，通過對一定數量的專家進行咨詢，共同研究確定各評價指標的權重為：w1—0.5，w2— 0.1，w3— 0.3，w4— 0.1。

4.6 確定最優(yōu)客運站布局方案

根據公式（1）及以上分析，南寧鐵路樞紐客運站布局方案的總目標效應值計算如表9所示。

表8 各評價指標目標效應值Tab.8 Effect of all evaluation indexes

表9 客運站布局方案目標效應值計算Tab.9 Effect of targets of layout scheme of passenger station

因兩站方案的總目標效應值大于3站方案的目標效應值，故南寧鐵路樞紐客運系統(tǒng)取兩站方案最優(yōu)，即南寧站改建和新建那黃站。隨著樞紐近期南北城際鐵路建設，樞紐客運系統(tǒng)將逐步形成“北主南次”兩個客站、南北環(huán)線構成的“環(huán)形”格局。

5 結論

目標效應值法應用于鐵路樞紐客運站布局方案優(yōu)化研究，可統(tǒng)一多目標規(guī)劃中的定量與定性指標。對各評價指標通過確定0及1值，然后線性插入法取值，可使備選方案的差別明顯體現出來；通過專家給定的各評價指標的權重，可以體現各評價指標在方案總體評價中的重要程度，使最終評價方案不會背離工程實際情況。本方法簡單可行，具有一定的科學性和合理性，對鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化等相關多目標規(guī)劃問題具有一定的參考和借鑒。

[1]趙軍.鐵路樞紐內客運站選址與分工的綜合優(yōu)化[J].鐵道學報，2010，32（6）：9-16.

[2]趙軍.鐵路樞紐內客運站分工的優(yōu)化模型及算法[J].西南交通大學學報，2011，46（1）：148-153.

[3]吳家豪.鐵路樞紐設計優(yōu)化[M].北京：中國鐵道出版社，2011：211-222.

[4]郝合瑞.基于多目標優(yōu)化的道路客運站場選址研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2009（10）：90-95.

[5]王順利吳剛.南寧鐵路樞紐客運站布局優(yōu)化研究[J].鐵道運輸與經濟，2010（4）：29-33.

[6]王南.高速客運站設置的系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].成都：西南交通大學，2008：10-48.

[7]李磊.客運專線引入鐵路樞紐的客運站布局探討[J].鐵道運輸與經濟，2012（5）：37-39.

[8]胡巖.鐵路樞紐內客運站布局優(yōu)化[D].成都：西南交通大學，2010：26-36.