利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件綜合評價(jià)模型應(yīng)用

劉勇

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路站場設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

市域（郊）鐵路（suburban railway）是為都市圈中心城市城區(qū)連接周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)及其城鎮(zhèn)組團(tuán)之間提供公交化、大運(yùn)量、快速便捷的軌道交通系統(tǒng)，是城市綜合交通體系的重要組成部分［1］。隨著我國城市化進(jìn)程加快，都市圈（群）迅速發(fā)展，并且國家十分重視市域（郊）鐵路發(fā)展，將利用既有鐵路開行市域（郊）列車作為優(yōu)先考慮的市域（郊）鐵路建設(shè)模式，并要求加強(qiáng)對既有鐵路資源利用的可行性論證。

理論研究層面，Priemus等［2-3］研究了國外主要城市利用或部分利用既有鐵路為城市提供客運(yùn)服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。我國研究主要集中在利用既有鐵路開行市域（郊）列車的開行方案、可行性和建設(shè)管理模式等方面［4-12］，對利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件分析和決策評價(jià)方面的研究較少，在進(jìn)行具體建設(shè)方案比選時(shí)，多依賴定性的主觀判斷，尚未形成系統(tǒng)的、定量的、具有普適性的評價(jià)理論與方法。

針對利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)模式特征，梳理研究分析其建設(shè)基本條件，構(gòu)建層次化指標(biāo)體系，建立基于AHP-模糊綜合評價(jià)法的利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件綜合評價(jià)模型，使方案評價(jià)定量化，通過綜合評價(jià)模型的應(yīng)用，以期形成系統(tǒng)的、定量的評價(jià)理論，實(shí)現(xiàn)對利用既有鐵路開行市域（郊）列車的不同方案進(jìn)行定量化分析，以遴選最優(yōu)方案。

1 利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)基本條件

分析利用既有鐵路開行市域（郊）列車的可行性，需要對其建設(shè)方案進(jìn)行綜合評價(jià)，以供決策參考。在建立綜合評價(jià)體系前，應(yīng)對建設(shè)的基本條件進(jìn)行分析。分別從城市條件、客流條件、既有鐵路條件和經(jīng)濟(jì)性4個(gè)方面進(jìn)行分析，討論各類因素對于利用既有鐵路開行市域（郊）列車的影響。

1.1 城市條件

市域（郊）鐵路的主要特征是連接城市與郊區(qū)、中心城市與衛(wèi)星城、重點(diǎn)城鎮(zhèn)間。發(fā)展市域（郊）鐵路應(yīng)與城市的總體發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)，同時(shí)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口規(guī)模、沿線公共交通情況和沿線土地性質(zhì)等因素決定了城市發(fā)展市域（郊）鐵路的必要性和利用既有鐵路開行市域（郊）列車的可行性。

1.2 客流條件

客流條件是利用既有鐵路開行市域（郊）列車的基礎(chǔ)，包括線路走向、客流量、客流類型和可達(dá)性等因素。

（1）線路走向與客流方向一致性。線路走向與客流方向的一致性是評價(jià)其客流吸引能力的主要依據(jù)，只有線路走向與城市通勤客流主要出行方向一致或大體一致，利用既有鐵路開行市域（郊）列車的客流才能得到保障。

（2）客流量、客流類型及可達(dá)性?？土髁渴擒壍澜煌ㄒ?guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理的基礎(chǔ)。評價(jià)利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件時(shí)，客流量和客流類型是評價(jià)確定其建設(shè)方案的基礎(chǔ)，也是決定其可行性和必要性的關(guān)鍵因素。同時(shí)，對利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)基本條件進(jìn)行評價(jià)時(shí)需要考慮城市外圍組團(tuán)或新城到市區(qū)其他地區(qū)的可達(dá)性。

1.3 既有鐵路條件

既有鐵路條件是利用既有鐵路開行市城（郊）列車需要重點(diǎn)考慮的因素，包括既有鐵路通過能力利用率、平縱斷面條件、主要服務(wù)時(shí)段等因素。

（1）通過能力利用率。利用既有鐵路開行市域（郊）列車大部分情況是利用既有鐵路的富余能力，這決定了市域（郊）列車的開行密度和服務(wù)水平。

（2）既有鐵路的平縱斷面條件。直接決定市域（郊）列車的運(yùn)行狀態(tài)、列車運(yùn)行速度以及是否需要限速等，并直接影響市域（郊）鐵路的服務(wù)水平；對于既有鐵路改造后開行市域（郊）列車的，既有鐵路平縱斷面條件決定了改造工程量大小，并影響工程造價(jià)。

（3）既有鐵路早晚高峰發(fā)車間隔。市域（郊）鐵路的主要服務(wù)時(shí)段或行車密度較高時(shí)段為早晚高峰時(shí)段，既有鐵路早晚高峰發(fā)車間隔是需要重點(diǎn)考慮的因素，決定了利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)項(xiàng)目的可行性和未來的服務(wù)水平。

（4）既有鐵路車站情況。既有鐵路通常站間距較大，在城市內(nèi)部主要客流集散點(diǎn)不一定設(shè)有車站。因此，需要在既有鐵路沿途的客流集散點(diǎn)增設(shè)車站以擴(kuò)大客流吸引范圍，或通過增設(shè)車站提高線路通過能力。同時(shí)，鐵路客流和市域（郊）列車客流流線組織存在差異，還需對車站整體設(shè)施設(shè)備進(jìn)行改造，以適應(yīng)旅客乘車需求。

（5）列控系統(tǒng)。既有鐵路列控系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力應(yīng)當(dāng)與開行的市域（郊）列車選型和要求的最小追蹤行車間隔相匹配。對于利用既有鐵路開行市域（郊）列車的線路，既有鐵路列控系統(tǒng)若不滿足市域（郊）列車開行需求，需要對既有列控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（6）車輛設(shè)施。利用既有鐵路開行市域（郊）列車，市域（郊）車輛一般采用動車組列車，所選車輛與既有鐵路的車輛選型有所不同，從資源共享的角度考慮，既有車輛設(shè)施設(shè)備最好能被利用或稍加改造后利用。若既有鐵路無車輛設(shè)施或者車輛設(shè)施無擴(kuò)建改造條件，需要增設(shè)供市域（郊）列車運(yùn)用的車輛段。

1.4 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是利用既有鐵路開行市域（郊）列車項(xiàng)目建設(shè)基本條件中非常重要的因素，需要考慮工程造價(jià)、運(yùn)營維護(hù)成本和車站綜合物業(yè)開發(fā)成本等。

（1）工程造價(jià)。利用既有鐵路開行市域（郊）列車的一個(gè)主要優(yōu)勢是造價(jià)低，若工程造價(jià)過高，就會失去優(yōu)勢。

（2）運(yùn)營維護(hù)成本。運(yùn)營維護(hù)成本為市域（郊）線路運(yùn)營期間的主要支出，在對利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)基本條件進(jìn)行評價(jià)時(shí)，需考慮其運(yùn)營維護(hù)成本。

（3）車站物業(yè)開發(fā)。通過地方政府和國有鐵路企業(yè)合作，圍繞既有車站進(jìn)行綜合物業(yè)開發(fā)，可以有效盤活既有鐵路站場及周邊可開發(fā)的鐵路土地資產(chǎn)，使得沿線居住、商務(wù)辦公、休閑娛樂等多功能設(shè)施與車站站點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮客流增加的累積效應(yīng)，提高票款收入，共同實(shí)現(xiàn)市域（郊）鐵路的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此，車站綜合物業(yè)開發(fā)也是需要考慮的因素。

2 綜合評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

通過對利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)的基本條件進(jìn)行分析，從城市條件、客流條件、既有鐵路條件、經(jīng)濟(jì)性4 個(gè)方面篩選整合出16 個(gè)指標(biāo)構(gòu)建AHP結(jié)構(gòu)綜合評價(jià)指標(biāo)體系（見圖1）。

圖1 AHP結(jié)構(gòu)綜合評價(jià)指標(biāo)體系

3 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

邀請行業(yè)權(quán)威專家13 名，采用1~9 打分標(biāo)度法在B 層、C 層各層次元素中進(jìn)行兩兩因素比較，進(jìn)行重要度打分，構(gòu)造判斷矩陣。應(yīng)用層次分析法，計(jì)算準(zhǔn)則層（B 層）中的4 個(gè)一級指標(biāo)和指標(biāo)層（C 層）16 個(gè)二級指標(biāo)權(quán)重。

3.1 準(zhǔn)則層權(quán)重計(jì)算

整理專家打分?jǐn)?shù)據(jù)，得到準(zhǔn)則層重要度打分表，根據(jù)打分表得到判斷矩陣A：

判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)公式如下：

式中：CR 為一致性比例，CR<0.1時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性；RI 為平均一致性指標(biāo)；CI 為一致性指標(biāo)；n為準(zhǔn)則層指標(biāo)數(shù)量，n=4；λmax為最大特征值，判斷矩陣A的最大特征值λmax= 4.121 1。通過計(jì)算，CR=0.044 852<0.1，判斷矩陣A具有滿意的一致性。

計(jì)算準(zhǔn)則層各指標(biāo)權(quán)重見表2。

表2 準(zhǔn)則層重要度及權(quán)重

3.2 指標(biāo)層權(quán)重計(jì)算

（1）按以上步驟，依據(jù)專家打分結(jié)果，分別構(gòu)建城市條件、客流條件、既有鐵路條件、經(jīng)濟(jì)性對應(yīng)的指標(biāo)層判斷矩陣B1~B4。

（2）計(jì)算各判斷矩陣的最大特征值，一致性檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 指標(biāo)層各判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

（3）通過計(jì)算得到準(zhǔn)則層下各指標(biāo)權(quán)重（見表4）。

表4 綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

4 模糊綜合評價(jià)等級構(gòu)建

4.1 確定評價(jià)等級

利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件評價(jià)因素集，共有4個(gè)準(zhǔn)則下的16個(gè)指標(biāo)。分析各個(gè)指標(biāo)，以定量為主、定性為輔的原則構(gòu)建評價(jià)等級，具體見表5。設(shè)置評價(jià)等級集V={v1，v2，v3，v4，v5}={劣，差，中，良，優(yōu)} ={1，2，3，4，5}，即劣、差、中、良、優(yōu)分別對應(yīng)評價(jià)分值1、2、3、4、5。

4.2 評價(jià)結(jié)果分析與評定

通過模糊矩陣合成運(yùn)算得到模糊綜合評價(jià)的結(jié)果向量，按最大隸屬度原則確定評價(jià)等級，據(jù)此分析評定特定城市利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件的得分和等級。

根據(jù)評價(jià)等級集V，按5 分制對特定城市利用既有鐵路開行市域（郊）列車方案進(jìn)行打分，按分?jǐn)?shù)區(qū)間劃分為優(yōu)、良、中、差、劣5 個(gè)等級。各級別含義如下：

（1）優(yōu)：各指標(biāo)均很好，方案合理完善，經(jīng)濟(jì)社會效益好，具備可行性。

（2）良：各指標(biāo)均較好，方案較合理完善，經(jīng)濟(jì)社會效益較好，具備一定的可行性。

（3）中：主要指標(biāo)較好，方案一般，經(jīng)濟(jì)社會效益一般，可行性一般。

（4）差：各指標(biāo)較差，方案較差，經(jīng)濟(jì)社會效益較差，可行性不夠。

（5）劣：各指標(biāo)差，方案差，經(jīng)濟(jì)社會效益差，可行性差。

5 模型應(yīng)用

以浙江省金華市為例，應(yīng)用構(gòu)建的綜合評價(jià)模型分析并評價(jià)金華市利用既有鐵路開行市域（郊）列車的基本條件，選擇最優(yōu)方案。

5.1 金華市利用既有鐵路開行市域列車方案

金華市提出利用既有金千鐵路、金溫貨線及金溫鐵路、擬建金建鐵路的富余能力開行金華—蘭溪、金華—武義—永康段市域列車。金華—蘭溪通道包括既有的金千鐵路和擬建的金建鐵路，金華—永康通道包括既有金溫貨線和既有金溫鐵路，金華鐵路樞紐總布置見圖2。

金華市利用既有鐵路開行市域列車的方案構(gòu)成具體如下：

（1）金華—蘭溪通道。方案1：直接利用既有金千鐵路富余能力開行市域列車；方案2：對既有金千鐵路增建二線電氣化改造后，利用其富余能力開行市域列車；方案3：直接利用擬建金建鐵路的富余能力開行市域列車。

（2）金華—永康通道。方案1：對既有金溫貨線增建二線電氣化改造后，利用其富余能力開行市域列車；方案2：直接利用既有金溫鐵路富余能力開行市域列車。

5.2 金華市利用既有鐵路開行市域列車方案評價(jià)

依據(jù)確立的綜合評價(jià)模型和模糊綜合評價(jià)等級，從金華的城市條件、客流條件、既有鐵路條件和經(jīng)濟(jì)性4 個(gè)方面梳理相關(guān)指標(biāo)，邀請5 位相關(guān)專家對蘭溪—金華—永康段利用既有鐵路開行市域列車的方案進(jìn)行打分。打分專家權(quán)重相同。

5.2.1 金華—蘭溪段方案評價(jià)

依據(jù)專家打分結(jié)果，對金華—蘭溪段方案進(jìn)行單因素評價(jià)。

方案1準(zhǔn)則層各指標(biāo)單因素評價(jià)矩陣：

由表4得到準(zhǔn)則層城市條件、客流條件、既有鐵路條件和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的權(quán)重向量分別如下：

因此，方案1 評價(jià)結(jié)果向量為：=W1?=(0.782，0.138，0，0.080，0)。那么，方案1 的城市條件得分為：= 5 × 0.782 + 4 × 0.138 + 3 × 0 +2 × 0.080 + 1 × 0 = 4.622，客流條件、既有鐵路條件、經(jīng)濟(jì)性條件得分分別為2.896、2.223、4.473。

依據(jù)上述方法，計(jì)算各方案準(zhǔn)則層評價(jià)結(jié)果見表5。

表5 金華—蘭溪段各方案準(zhǔn)則層評價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊綜合評價(jià)原理，金華—蘭溪段方案1的最終 評 價(jià) 得 分s1= 4.622 × 0.076 9 + 2.896 × 0.560 4 +2.223 × 0.293 7 + 4.473 × 0.069 1 = 2.941。同理，方案2最終評價(jià)得分s2=3.379，方案3 最終評價(jià)得分s3=3.440。

5.2.2 金華—永康段方案評價(jià)

依據(jù)專家打分結(jié)果，得到各方案單因素評價(jià)矩陣。

方案1準(zhǔn)則層各指標(biāo)單因素評價(jià)矩陣為：

方案2準(zhǔn)則層各指標(biāo)單因素評價(jià)矩陣為：

依據(jù)5.2.1 中表述的方法，計(jì)算各方案準(zhǔn)則層的得分，評價(jià)結(jié)果見表6。

表6 金華—永康段各方案準(zhǔn)則層評價(jià)結(jié)果

根據(jù)模糊綜合評價(jià)原理，金華—永康段方案1、方案2最終評價(jià)得分分別為2.843、3.431。

5.3 評價(jià)結(jié)果分析

蘭溪—金華—永康段開行市域列車各方案的綜合評分見表7。

表7 蘭溪—金華—永康段開行市域列車各方案綜合評分

金華—蘭溪段方案3 綜合評分最高，為3.440，評價(jià)等級“良”，且各指標(biāo)得分較均衡，表明各項(xiàng)指標(biāo)均較好，方案較合理完善，經(jīng)濟(jì)社會效益較好，有一定的可行性。

金華—永康段方案2 綜合評分最高，為3.431，評價(jià)等級“良”，表明各項(xiàng)指標(biāo)均較好，方案較合理完善，經(jīng)濟(jì)社會效益較好，有一定的可行性。

6 結(jié)束語

針對當(dāng)前利用既有鐵路開行市域（郊）列車建設(shè)項(xiàng)目方案比選時(shí)，更多依賴主觀判斷，尚未形成普適性評價(jià)理論和方法的問題，構(gòu)建了層次化指標(biāo)體系，建立基于AHP-模糊綜合評價(jià)法的利用既有鐵路開行市域（郊）列車基本條件的綜合評價(jià)模型，并應(yīng)用該模型對金華市利用既有鐵路開行市域列車的多個(gè)方案進(jìn)行評價(jià)，遴選出最優(yōu)方案。評價(jià)結(jié)果與中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司的推薦意見一致，證明該綜合評價(jià)模型的正確性和普適性，可實(shí)際應(yīng)用，為決策者提供科學(xué)依據(jù)。