公路網合理規(guī)模預測和評價方法研究

劉雄偉

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

公路運輸是綜合交通運輸中的重要組成部分，在經濟社會發(fā)展的過程中發(fā)揮著重要的基礎和保障作用。公路建設是一項建設周期長、投資巨大的工程，在建設資金和國土空間等發(fā)展要素剛性約束不斷趨緊的情況下，科學規(guī)劃公路網具有重要的現實意義。在公路網規(guī)劃中，公路網規(guī)模的預測是其中的一項重要環(huán)節(jié)，對后續(xù)的公路網布局有著重要影響。2019年9月，中共中央、國務院印發(fā)了《交通強國建設綱要》，提出我國要由“交通大國”建設成為“交通強國”。合理地確定公路網規(guī)模既能滿足交通需求，又能促進交通高質量發(fā)展，進一步推動交通發(fā)展建設由追求速度規(guī)模向更加注重質量效益轉變，為交通強國的建設奠定堅實的基礎。

1 公路網規(guī)模影響因素及發(fā)展規(guī)律

公路網規(guī)模包括公路網的里程和等級結構兩方面，公路網總里程主要表征路網中節(jié)點之間的連通性，公路網等級結構指不同技術等級公路的里程所占比重，從量上表現為不同技術等級公路里程所占的比例，不同技術等級的公路里程組合方式會形成不同的公路網等級結構。本文主要探析如何合理公路網的總里程。

1.1 公路網規(guī)模影響因素

影響區(qū)域公路網規(guī)模的因素較多，關系比較復雜。主要包括社會經濟發(fā)展水平、人口密度及分布、國土空間、城鎮(zhèn)體系特點和公路運輸需求等因素[1]，各種影響因素之間存在著相互促進、相互制約的互動關系?？傮w上包括以下幾個主要因素。

1.1.1 社會經濟發(fā)展水平

社會經濟發(fā)展水平與公路網發(fā)展規(guī)模之間關系密切，經濟社會發(fā)展水平不同，對交通需求有較大不同，能籌集的公路建設資金也有較大差異，而公路的發(fā)展也會促進或制約經濟社會的發(fā)展。

1.1.2 人口密度及分布

人口密度的大小和居民點的分布狀況對路網規(guī)模具有重要影響。人口密度和居民點數量及分布狀況直接影響交通需求的大小，在同樣道路服務水平下，人口密度大，居民點數量多且分布比較分散，交通需求較大，公路網總里程就較長。反之，交通需求較少，需要的路網總里程較短。

1.1.3 國土空間等發(fā)展要素

當前，國土空間與資源環(huán)境約束趨緊，對交通基礎設施建設提出嚴峻挑戰(zhàn)。國土空間規(guī)劃、交通基礎設施國土控規(guī)等相關文件對于三區(qū)三線、國土和自然資源的保護力度逐漸加強，交通基礎設施建設的空間和時間要求都逐漸趨緊。公路網規(guī)劃中，合理確定路網規(guī)模的要求更加迫切。

1.1.4 城鎮(zhèn)體系特點

區(qū)域城鎮(zhèn)體系主要包括城鎮(zhèn)體系內城鎮(zhèn)職能分工、規(guī)模等級和空間組織結構三部分內容。城鎮(zhèn)體系的發(fā)育程度決定公路網的發(fā)展水平和路網形態(tài)，而公路網與城鎮(zhèn)職能分工和規(guī)模等級相匹配，將支撐城鎮(zhèn)空間結構的發(fā)展，引導城鎮(zhèn)向合理方向發(fā)展，提高城鎮(zhèn)的可達性和交通區(qū)位優(yōu)勢。

1.1.5 公路運輸需求

主要包括客運交通需求和貨運交通需求兩方面，是對公路網規(guī)模最直接的影響因素，且具有隨著經濟社會發(fā)展水平的不同產生階段性變化的特點。

1.2 公路網規(guī)模發(fā)展規(guī)律

發(fā)達國家的公路發(fā)展歷程表明，公路發(fā)展主要包含緩慢發(fā)展期、快速發(fā)展期和飽和發(fā)展期3個階段[2]，快速發(fā)展期和經濟發(fā)展水平具有密切關系?？傮w上來說，公路網規(guī)模發(fā)展隨著年份而逐年遞增，發(fā)展前期主要以數量增長為主，而發(fā)展后期主要以質量增長為主。受國土面積等因素限制，公路網總規(guī)模具有極限性。

2 公路網規(guī)模預測方法

2.1 國土系數法

依據國土系數理論，國土系數法以公路網所在區(qū)域的國土面積、經濟發(fā)展水平和人口等指標來計算研究范圍內的公路網長度[3]，其計算公式為：

式中：L為預測的公路網總里程，km；P為所在區(qū)域總人口，千人；A為區(qū)域總面積，km2；K為公路網系數。

根據國內外學者研究，公路網系數K被認為與區(qū)域人均GDP呈線性關系，通常是先根據該區(qū)域歷年的公路網規(guī)模、人口數和面積，利用國土系數法公式反推歷年的公路網系數K，然后采用回歸分析方法得出K與人均GDP間的函數關系模型：

該模型將對公路網規(guī)模影響較大的區(qū)域土地面積、人口和人均GDP等主要影響因素都考慮在內，方法簡單，可操作性強。不足之處在于考慮的經濟因素較少，對公路網規(guī)模預測結果的準確度有一定影響。

2.2 生長曲線模型法

根據前面分析，公路網發(fā)展規(guī)模的遞增性、極限性和3個發(fā)展階段與生長曲線函數相符，采用生長曲線模型法預測效果較好，函數模型如式（3）所示。

式中：y為公路網總里程，km；ζ為非直線系數，取值和連通度法一致；D為公路網密度，km/百萬km2；A為規(guī)劃區(qū)域面積，km2；a、b為大于零的參數；t為時間參數。

生長曲線模型法一般采用類比的方法標定模型參數，定性和定量相結合，考慮的影響因素比較全面，比較符合實際。但在類比法標定模型參數時，受研究者個人主觀經驗影響較大，對預測結果影響較大。

2.3 連通度法

又稱節(jié)點法，是從宏觀上反映路網中節(jié)點之間的連通情況[4]。依據網絡幾何學原理，連通度法模型如式（4）所示。

式中：L為路網規(guī)模；K為路網連通度；N為區(qū)域內節(jié)點數；A為區(qū)域面積，km2；ζ為路網變形系數，即節(jié)點間公路實際長度與直線距離之比，由地形條件決定。

路網連通度K是代表公路網中節(jié)點間連接形態(tài)的參數。當K接近1時，路網布局形態(tài)大體上為樹狀結構，節(jié)點之間多為二路連通，節(jié)點之間的連接性較差；當K接近2時，路網布局形態(tài)大體上為方格網狀，節(jié)點之間多為四路連通，規(guī)劃路網中節(jié)點之間連接性較好；當K接近3時，路網布局形態(tài)為三角狀，節(jié)點之間多為六路連通，節(jié)點之間的連接性好，路網布局完善。

2.4 綜合模型法

綜合模型法是考慮各個研究區(qū)域的不同特點，對不同預測模型的預測值賦予不同權重來計算最終的公路網規(guī)模，模型如式（5）所示。

式中：L為綜合模型法確定的公路網總里程，km；ki為第i種模型的權重；m為預測模型的數量；Li為第i種模型確定的公路網里程，km。

模型的權重根據所處區(qū)域的經濟社會和地理特征的不同，所取的模型權重不同，一般采取德爾菲法確定模型權重。優(yōu)點是預測時能定性和定量相結合，和實際結果較相符；缺點是一定程度上受主觀影響，可能導致預測結果與實際有一定偏差。

3 評價方法

單純采用技術指標評價只能發(fā)現單方面存在的問題，不能全面評價預測結果的優(yōu)劣。本文采用模糊多層次綜合評判法[5]，定性與定量相結合，將多個評價指標進行綜合，得到綜合的評價結果。

模糊多層次綜合評判法一般包括構造評價指標體系、確定評價等級、構造判斷矩陣和確定權值、模糊計算并做出決策4個步驟。

4 實例驗證

本文以運城市鹽湖區(qū)農村公路路網規(guī)劃（2019—2030）項目為例，以鹽湖區(qū)農村公路網為研究對象，根據文中介紹的方法，結合鹽湖區(qū)經濟社會發(fā)展、農村公路現狀及與綜合交通運輸體系的關系，預測2030年鹽湖區(qū)農村公路網總里程如下。

表1 運城市鹽湖區(qū)基礎數據

表2 運城市鹽湖區(qū)農村公路網總里程2030年推薦值 km

根據公路網規(guī)模影響因素及發(fā)展規(guī)律，結合鹽湖區(qū)實際，得出鹽湖區(qū)公路網規(guī)模評價指標體系如圖1所示。指標體系劃分采用多層次指標，一級指標主要包括技術評價、社會評價和經濟評價共3個指標，并構建二級指標體系。技術評價是采用農村公路網技術指標對預測結果進行評價，主要包括公路網密度、公路網連通度和行政村通達率等公路網規(guī)模、布局等指標；社會指標主要是評價預測的結果對社會發(fā)展的影響，包括交通脫貧及交旅融合發(fā)展、環(huán)境及國土空間開發(fā)、促進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施等方面；經濟評價主要是評價預測結果在經濟效益方面的影響，包括里程與經濟彈性系數、投資比重、節(jié)約客貨運輸時間和減少事故效益等指標。

圖1 鹽湖區(qū)農村公路網規(guī)模評價指標體系

運用層次分析法（AHP）確定各個指標權重，最后運用模糊評判法對指標體系進行模糊計算并評價，具體如表3所示。

根據Bi=Ai×Ri，一級模糊評判矩陣為：

二級綜合評判向量為：

表3 鹽湖區(qū)農村公路網規(guī)模評價表

根據隸屬度最大原則，此次模糊計算結果最大值為0.24，對應的評價等級為較好，因此認為鹽湖區(qū)農村公路網規(guī)模預測結果較好。

5 結論

公路網規(guī)模預測是區(qū)域公路網規(guī)劃中的一個重要環(huán)節(jié)，預測結果的合理性和準確性對于公路網規(guī)劃有著重要意義。本文在分析各種常用公路網規(guī)模預測方法優(yōu)缺點基礎上，采取運用德爾菲法確定權重的綜合模型法確定預測的推薦值，提高預測的精確度。最后建立評價指標體系，采用模糊多層次綜合評價法進行綜合評價。以山西省運城市鹽湖區(qū)農村公路網為例，結果表明預測方法具有較好的適用性，對公路網規(guī)模的預測具有一定的借鑒意義。