市域(郊)鐵路與其他軌道交通融合模式及選擇決策方法研究

趙書毅，姬燕男 ，楊 林，李得偉

（1. 北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2. 軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，西安 710043；3. 陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，西安 710043）

1 研究背景

隨著城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的城市群和都市圈涌現(xiàn)，在其內(nèi)部往往包括干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通等多種軌道交通制式，這些軌道交通發(fā)展迅速，但目前在我國(guó)仍然以獨(dú)立運(yùn)營(yíng)為主。2021年3月13日，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[1]正式公布，提出“以城際鐵路和市域(郊)鐵路等軌道交通為骨干，推動(dòng)市內(nèi)市外交通有效銜接和軌道交通‘四網(wǎng)融合’，提高都市圈基礎(chǔ)設(shè)施貫通性、連接性”。實(shí)現(xiàn)各制式軌道交通的充分融合，有利于降低城市群和都市圈內(nèi)乘客出行成本，提高乘客出行質(zhì)量，從供給側(cè)角度優(yōu)化交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，指導(dǎo)和改善城市群都市圈空間布局，促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)前相關(guān)學(xué)者從不同角度對(duì)軌道交通“四網(wǎng)融合”運(yùn)營(yíng)進(jìn)行研究，并取得了一定成果。實(shí)施路徑方面：陶志祥應(yīng)用空間、供給、需求理論，探究了從網(wǎng)絡(luò)、通道、樞紐和運(yùn)營(yíng)管理四個(gè)角度實(shí)現(xiàn)“四網(wǎng)融合”的方法路徑[2]；凌小靜等提出了“以劃分級(jí)別和區(qū)域的形式構(gòu)建一體化網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多樣的運(yùn)營(yíng)組織模式和統(tǒng)一票制等方式提升軌道交通的服務(wù)質(zhì)量”的發(fā)展路徑[3]；宋元?jiǎng)俚忍岢鏊木W(wǎng)融合應(yīng)按照線路、車輛、旅客、票務(wù)、安全、資源共享的邏輯順序進(jìn)行研究[4]。發(fā)展策略方面：一些學(xué)者在政策標(biāo)準(zhǔn)、投融資、規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理等方面提出了發(fā)展策略和建議[5-10]。周天星等還提出從基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營(yíng)服務(wù)兩個(gè)角度實(shí)現(xiàn)資源共享[11]。綜上，現(xiàn)有研究對(duì)“四網(wǎng)融合”模式基本達(dá)成了共識(shí)，但對(duì)于融合模式的總結(jié)仍然不夠全面。其次，缺少具體且定量的研究，對(duì)具體情況下“采用何種融合模式”“為何采用這種融合模式”等問(wèn)題無(wú)法做出回答。為此，筆者體系化地提出融合的可選模式并建立選擇決策方法，以我國(guó)當(dāng)前發(fā)展比較薄弱的市域(郊)鐵路為紐帶，有效指導(dǎo)其向上與國(guó)鐵，向下與城軌的融合發(fā)展。

2 “四網(wǎng)融合”模式

我國(guó)軌道交通按照功能和服務(wù)圈層不同，可分為干線鐵路(高速鐵路和普速鐵路)、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通4類，各制式的特征如表1所示。

表1 “四網(wǎng)”特征 Table 1 Characteristics of the four networks of rail transit

“高速鐵路+城際鐵路+城市軌道交通”是當(dāng)前我國(guó)主要的軌道交通模式。為促進(jìn)市域(郊)鐵路發(fā)展，推進(jìn)“四網(wǎng)融合”，筆者在總結(jié)四網(wǎng)特征的基礎(chǔ)上提出“四網(wǎng)融合”模式，各層級(jí)的關(guān)系及內(nèi)容如圖1所示。

圖1 “四網(wǎng)融合”模式 Figure 1 Integration mode of the four network

2.1 法規(guī)政策和標(biāo)準(zhǔn)層面的融合

當(dāng)前我國(guó)缺少“四網(wǎng)融合”方面的相關(guān)頂層設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和政策，導(dǎo)致不同部門之間的協(xié)調(diào)配合較為困難。出臺(tái)相關(guān)法規(guī)政策可以鼓勵(lì)跨部門合作、明確各部門權(quán)責(zé)關(guān)系、打破體制壁壘，減少資源浪費(fèi)。以市域(郊)鐵路為例，國(guó)家鐵路局、鐵道學(xué)會(huì)及部分地方部門都發(fā)布了各自的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，不同規(guī)范之間存在差別，造成了一定程度的混亂。需要對(duì)市域(郊)鐵路不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，盡量實(shí)現(xiàn)與其他軌道交通制式設(shè)計(jì)規(guī)范的統(tǒng)一或兼容，以實(shí)現(xiàn)軌道交通的統(tǒng)一化、規(guī)范化。

2.2 服務(wù)融合

服務(wù)融合包括安檢互認(rèn)、票務(wù)互通和資源共享。

2.2.1 安檢互認(rèn)

重復(fù)安檢是軌道交通同站換乘過(guò)程中的主要耗時(shí)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)安檢互認(rèn)可從3個(gè)方面進(jìn)行：

1) 體制機(jī)制方面：發(fā)揮上級(jí)管理部門的作用，從更高的層面牽頭商討解決方案，例如加強(qiáng)各種軌道交通安檢部門的溝通、建立多式安檢信息共享中心；

2) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面：當(dāng)前市域(郊)鐵路與國(guó)鐵和城軌的安檢規(guī)定在細(xì)則方面仍然存在區(qū)別，需要盡快制定出統(tǒng)一的安檢標(biāo)準(zhǔn)或給出安檢標(biāo)準(zhǔn)存在細(xì)微差別時(shí)的解決辦法；

3) 技術(shù)層面：發(fā)展無(wú)接觸安檢、智能化安檢等新的安檢技術(shù)。

2.2.2 票務(wù)互通

實(shí)現(xiàn)票務(wù)互通從票制互通和收入清分互通兩方面進(jìn)行：

1) 市域(郊)鐵路與國(guó)鐵、城軌的票制互通需要做到一票通行，提高乘客出行的便捷性；

2) 建立票務(wù)一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)國(guó)鐵票務(wù)系統(tǒng)、城際、市域和城軌清分中心的互聯(lián)互通。

2.2.3 資源共享

資源共享是從城市群和都市圈的多層次軌道交通系統(tǒng)層面統(tǒng)籌考慮，將不同線路具有共性的空間、設(shè)備設(shè)施甚至客流信息等資源進(jìn)行共享，更好地節(jié)省成本、提高效率。資源共享模式可分為3個(gè)層面：

1) 空間共享：指合并市域(郊)鐵路與其他軌道交通的相同服務(wù)屬性的設(shè)備占地需求和設(shè)施建設(shè)用地需求；

2) 設(shè)施設(shè)備共享：指設(shè)置同制式、多制式車輛檢修臺(tái)位。此外，還可以共享某些通用部件的檢修能力、人員和技術(shù)等；

3) 信息共享：將客流、開(kāi)行方案等信息在各運(yùn)營(yíng)主體部門間共享，以便運(yùn)輸部門在供給側(cè)進(jìn)行調(diào)整，提高軌道交通服務(wù)水平。

2.3 技術(shù)融合

技術(shù)融合包括同站換乘和過(guò)軌運(yùn)營(yíng)。

2.3.1 同站換乘

同站換乘包括兩種模式。

1) 單點(diǎn)換乘。單點(diǎn)換乘是指將市域(郊)鐵路引入城市中心區(qū)，與其他軌道交通線路形成一個(gè)換乘站點(diǎn)的換乘模式。該模式的工程投資較少且運(yùn)輸組織相對(duì)簡(jiǎn)單，但不利于乘客快速便捷通勤。

2) 多點(diǎn)換乘。多點(diǎn)換乘是指將市域(郊)鐵路引入城市中心區(qū)，與其他軌道交通線路形成兩個(gè)及以上換乘站點(diǎn)的換乘模式。該模式下乘客的換乘選擇更加豐富，適用于客流量較大、換乘方向較多的情況。

2.3.2 過(guò)軌運(yùn)營(yíng)

過(guò)軌運(yùn)營(yíng)是指在相互銜接的兩條或多條軌道交通線路上，列車從一條線路跨越到隸屬于其他運(yùn)營(yíng)實(shí)體的另一條線路上繼續(xù)運(yùn)行的運(yùn)輸組織方式。過(guò)軌運(yùn)營(yíng)包括單向過(guò)軌運(yùn)營(yíng)和雙向過(guò)軌運(yùn)營(yíng)兩種模式[12]。

各融合模式之間的關(guān)系如下：法律政策和標(biāo)準(zhǔn)是第一層級(jí)，即若要實(shí)現(xiàn)“四網(wǎng)融合”，首先必須推進(jìn)落實(shí)；服務(wù)融合是第二層級(jí)，推進(jìn)安檢互認(rèn)、票務(wù)互通和資源共享可以很大程度促進(jìn)不同軌道交通之間的聯(lián)系；技術(shù)融合是第三層級(jí)，屬于不同軌道交通之間物理層面的融合。

3 技術(shù)融合模式選擇決策方法

筆者探討的融合模式選擇，是在法規(guī)政策具備的情況下，進(jìn)一步對(duì)服務(wù)融合模式和技術(shù)融合模式進(jìn)行分析。對(duì)于服務(wù)融合模式，應(yīng)盡量創(chuàng)造條件實(shí)現(xiàn)安檢互認(rèn)、票務(wù)互通和資源共享，以提高軌道交通網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平，因此不存在服務(wù)融合模式的選擇問(wèn)題。對(duì)于技術(shù)融合模式，筆者提出兩階段決策方法，即首先考慮技術(shù)可行性和客流適應(yīng)性兩大硬性指標(biāo)，然后對(duì)服務(wù)水平、管理水平、成本效益等主觀指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如圖2所示。

圖2 技術(shù)融合模式兩階段決策方法 Figure 2 Two-stage decision-making method of the technology integration mode

3.1 第一階段決策

3.1.1 技術(shù)可行性

對(duì)于換乘模式，主要需要做好客流組織工作，車輛、信號(hào)等方面的統(tǒng)一不是必須的，但應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況預(yù)留后續(xù)實(shí)現(xiàn)兼容的可能性。對(duì)于過(guò)軌模式則需要考慮線路、車輛以及供電制式、通信信號(hào)系統(tǒng)之間的兼容性。

1) 線路。一是軌距：市域(郊)鐵路、國(guó)鐵干線、城際和城軌線路都采用1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距，因此在軌距方面具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。二是限界：若組織過(guò)軌運(yùn)營(yíng)，市域(郊)鐵路車輛必須能夠滿足過(guò)軌線路的限界要求。

對(duì)于新建線路，需提前考慮不同制式軌道交通的限界要求。當(dāng)市域(郊)鐵路與國(guó)鐵過(guò)軌運(yùn)營(yíng)時(shí)，可參照《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10623—2014[13]進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)市域(郊)鐵路與地鐵過(guò)軌運(yùn)營(yíng)時(shí)，可參照《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》CJJ/T 96—2018[14]進(jìn)行計(jì)算。另外，車輛限界應(yīng)根據(jù)車輛技術(shù)參數(shù)、最大行車速度、軌道參數(shù)、接觸網(wǎng)(接觸軌)參數(shù)以及各種磨耗值計(jì)算確定。對(duì)于已有線路，國(guó)外一般采用單向過(guò)軌的方法來(lái)解決不同限界標(biāo)準(zhǔn)線路的過(guò)軌運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。

綜上，如果過(guò)軌運(yùn)營(yíng)線路的限界滿足不同軌道交通制式的限界要求，則在線路方面具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

2) 車輛。從以下方面判斷車輛是否具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件[15]：

一是過(guò)軌車輛是否同時(shí)滿足兩條線路的限界要求；二是過(guò)軌車輛是否可以兼容兩條線路的牽引供電制式；三是過(guò)軌車輛的車門位置以及站臺(tái)屏蔽門控制系統(tǒng)是否可以兼容兩條線路；

如果車輛設(shè)備可以相互兼容，則認(rèn)為在車輛方面具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

3) 牽引供電系統(tǒng)。目前市域(郊)鐵路車輛的牽引供電制式有AC 25 kV和DC1 500 V兩種，與國(guó)鐵過(guò)軌運(yùn)營(yíng)時(shí)，應(yīng)選擇AC 25 kV，與城軌過(guò)軌運(yùn)營(yíng)時(shí)，應(yīng)選擇DC1 500V。此外，特定情況下可以采用雙制式供電列車，以適應(yīng)不同線路的牽引供電制式。

因此在牽引供電系統(tǒng)方面，市域(郊)鐵路與國(guó)鐵或城軌具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

4) 通信信號(hào)系統(tǒng)。各制式軌道交通采用的通信信號(hào)系統(tǒng)如表2所示。《市域(郊)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10624—2020[16]規(guī)定市域列車運(yùn)行控制可采用CTCS列控系統(tǒng)，也可采用CBTC列控系統(tǒng)。

表2 不同制式軌道交通信號(hào)系統(tǒng)制式 Table 2 Signal system of different rail transit systems

為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)兼容可以考慮以下措施：

一是采用由同一廠商制造、制式相同的信號(hào)系統(tǒng)。二是在市域(郊)鐵路列車上安裝不同的車載設(shè)備，一套用于自身路段，另一套用于過(guò)軌區(qū)段；或者在過(guò)軌區(qū)段安裝適用于不同車載設(shè)備的地面設(shè)備，保證過(guò)軌列車能順利運(yùn)行。

三是市域(郊)鐵路與國(guó)鐵或城軌采用基于統(tǒng)一規(guī)范的信號(hào)互聯(lián)互通設(shè)備，各設(shè)備廠家開(kāi)放接口協(xié)議，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工程實(shí)際、測(cè)試驗(yàn)證等均遵從統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如重慶軌道交通已實(shí)現(xiàn)了不同供應(yīng)商CBTC系統(tǒng)間的互聯(lián)互通[19]。

因此，在通信信號(hào)系統(tǒng)方面，市域(郊)鐵路與國(guó)鐵或城軌具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

3.1.2 客流適應(yīng)性

1) 換乘客流比例要求。當(dāng)市域(郊)鐵路與其銜接線路客流斷面水平差異不大(市域最大斷面客流占相鄰線最大斷面客流的50%以上)，且有較多乘客換乘(市域跨線客流交換量占市域總客流的50%以上)時(shí)，市域(郊)鐵路可以與相鄰線路組織過(guò)軌運(yùn)營(yíng)[16]。

2) 最低服務(wù)水平的客流數(shù)量要求。為了避免乘客候車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況，列車的開(kāi)行對(duì)數(shù)不能過(guò)少(每小時(shí)的列車開(kāi)行對(duì)數(shù)不少于4對(duì)[16])。因此，過(guò)軌客流需滿足最低服務(wù)水平客流量，計(jì)算公式如下：

式中，P為最低服務(wù)水平客流量；a為每小時(shí)最小開(kāi)行對(duì)數(shù)；b為列車編組數(shù)；p為車輛定員；β為列車滿載率。

綜上所述，當(dāng)過(guò)軌客流量同時(shí)滿足上述兩個(gè)要求時(shí)，市域(郊)鐵路與國(guó)鐵或城軌在客流方面具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

3.2 第二階段決策

3.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

筆者應(yīng)用目標(biāo)層次分類法，將融合模式的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建為“目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—指標(biāo)層”的三層結(jié)構(gòu)，如圖3所示，準(zhǔn)則層分別從不同角度出發(fā)確定：服務(wù)水平是從消費(fèi)者的角度出發(fā)；管理水平是從運(yùn)營(yíng)管理者的角度出發(fā)；成本效益是從規(guī)劃建設(shè)者的角度出發(fā)。

圖3 融合模式的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 Figure 3 Evaluation index system of the integration mode

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系涉及到定性與定量指標(biāo)，相關(guān)定性描述或定量計(jì)算如下。

旅行時(shí)間為定量指標(biāo)，乘客旅行時(shí)間是反映融合方案優(yōu)劣的重要指標(biāo)[20]。

出行便捷性為定性指標(biāo)，出行過(guò)程的直達(dá)性越強(qiáng)、換乘次數(shù)越少，則出行便捷性越強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)安檢互認(rèn)和票務(wù)互通可以提高出行便捷性。

運(yùn)營(yíng)管理難度為定性指標(biāo)，過(guò)軌運(yùn)營(yíng)模式和同站換乘模式的運(yùn)營(yíng)管理難度不同。

列車延誤風(fēng)險(xiǎn)為定性指標(biāo)，過(guò)軌運(yùn)營(yíng)時(shí)，由于過(guò)軌列車與本線列車的相互影響，增大了列車的延誤風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生延誤后的恢復(fù)也變得更加困難。

建設(shè)成本為定量指標(biāo)，建設(shè)成本主要由車站建設(shè)成本和車輛購(gòu)置成本組成[21]。

運(yùn)營(yíng)成本為定量指標(biāo)，運(yùn)營(yíng)成本主要由員工工資、車輛和設(shè)備檢修成本、運(yùn)營(yíng)支出及其他費(fèi)用組成。

運(yùn)營(yíng)收入為定量指標(biāo)，包括票款收入和其他收入。

3.2.2 “層次分析-熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度”評(píng)價(jià)模型

技術(shù)融合模式的進(jìn)一步選擇決策，屬于多因素指標(biāo)決策評(píng)價(jià)問(wèn)題。由于存在較多的定性指標(biāo)，因此使用灰色關(guān)聯(lián)度法進(jìn)行選擇決策。確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法包括主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩大類。層次分析法屬于主觀賦權(quán)法，其對(duì)決策者的要求較高且評(píng)價(jià)結(jié)果容易產(chǎn)生誤差。熵權(quán)法屬于客觀賦權(quán)法，所得結(jié)果不受決策者主觀影響，但會(huì)忽略指標(biāo)本身的重要程度和指標(biāo)之間的影響，容易出現(xiàn)評(píng)價(jià)決策與預(yù)想情況有較大出入的情況。為平衡兩個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法，盡可能使指標(biāo)權(quán)重科學(xué)準(zhǔn)確。

1) 評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化。對(duì)于各評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)首先分別確定其相對(duì)值或?qū)嶋H值，然后進(jìn)行無(wú)量綱歸一化處理，實(shí)現(xiàn)由相對(duì)值或?qū)嶋H值到評(píng)價(jià)值的轉(zhuǎn)化。

①定性指標(biāo)量化。定性指標(biāo)區(qū)別于定量指標(biāo)，無(wú)法直接得到準(zhǔn)確的實(shí)際值。為此，應(yīng)用模糊統(tǒng)計(jì)的方法，確定各定性指標(biāo)之間的相對(duì)隸屬度，將其作為定性指標(biāo)的量值(見(jiàn)表3)。

表3 定性指標(biāo)量化 Table 3 Quantification of qualitative indicators

② 定量指標(biāo)無(wú)量綱化。定量指標(biāo)可直接計(jì)算出量值，但可能存在不同定量指標(biāo)之間量綱不統(tǒng)一的情況。為此需要進(jìn)行無(wú)量綱化處理。定量指標(biāo)分為成本型指標(biāo)(C1、C5和C6)和效益型指標(biāo)(C7)，采用下述兩種不同的無(wú)量綱化方法將其處理成為[0，1]區(qū)間內(nèi)的值：

式中，n為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)，m為融合方案?jìng)€(gè)數(shù)，下同，i=1,2,3,4,…,m；j=1,2,3,4,…,n。

將上述處理得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)合并，形成融合模式評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)矩陣R：

2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。綜合使用層次分析法與熵權(quán)法，前者確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重，后者確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重，從而得到組合權(quán)重。

①層次分析法確定主觀權(quán)重。按照如下步驟進(jìn)行：建立層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系；通過(guò)專家打分法得到判斷矩陣；求解判斷矩陣特征根及特征向量并計(jì)算總排序權(quán)重；一致性檢驗(yàn)。

②熵權(quán)法確定客觀權(quán)重。通過(guò)計(jì)算評(píng)價(jià)矩陣中各指標(biāo)的熵值，并經(jīng)過(guò)一系列變換，即可得到客觀權(quán)重值。

基于評(píng)價(jià)矩陣R，得到熵值矩陣P為：

式中，為保證0≤Hj≤1，令e=1/lnm；約定當(dāng)pij=0時(shí)，lnpij=0。

因此，對(duì)于指標(biāo)Cj，利用熵權(quán)法確定客觀權(quán)重為：

③確定組合權(quán)重。采用線性加權(quán)求和的方法計(jì)算組合權(quán)重：

3) 基于加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度的評(píng)價(jià)方法。

①建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)模型：

式中，B=｛bi,i=1,2,…,m｝，為m個(gè)融合模式的結(jié)果矩陣；W=｛ωj,j=1,2,…,n｝，為n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重向量；G=｛ζij,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n｝為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，ζij為方案i的第j個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)最優(yōu)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

②構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。假設(shè)理想方案(一般設(shè)為1)的評(píng)價(jià)矩陣為R0=（r01,r02,…,r0n），則評(píng)價(jià)方案中指標(biāo)rij與理想方案中指標(biāo)r0j間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

式中，ρ為分辨系數(shù)，0≤ρ≤1，通常取ρ=0.5。

通過(guò)上式計(jì)算，可以得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為：

③模型結(jié)果計(jì)算。根據(jù)式(12)，得到待評(píng)價(jià)方案與理想方案的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度bi：

式中，bi表示待評(píng)價(jià)方案與理想方案的關(guān)聯(lián)程度，其值越接近1，說(shuō)明待評(píng)價(jià)方案越接近理想方案。將所有待評(píng)價(jià)方案的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行比較，數(shù)值最大者為最優(yōu)方案。

4 案例分析

4.1 線路概況

西寧—青海湖—茶卡(察汗諾)鐵路是一條以城際、旅游功能為主的新建市域鐵路，其東端通過(guò)蘭青鐵路引入西寧樞紐，西端通過(guò)茶卡支線電氣化改造與青藏鐵路西格段相連，共同形成環(huán)繞青海湖的環(huán)線鐵路。筆者主要研究西寧—青海湖—茶卡(察汗諾)鐵路(以下簡(jiǎn)稱西青茶鐵路)與既有青藏鐵路西格段(以下簡(jiǎn)稱西格段)在旅游旺季技術(shù)融合模式的選擇，線路示意如圖4所示。

圖4 線路示意圖 Figure 4 Schematic of lines

4.2 第一階段決策

案例的兩條線路有兩種技術(shù)融合方案。

方案一：多點(diǎn)換乘。西青茶線分別在西寧站和察汗諾站單點(diǎn)接入西格段，相互獨(dú)立建設(shè)并運(yùn)營(yíng)。

方案二：?jiǎn)蜗蜻^(guò)軌運(yùn)營(yíng)。西青茶線在西寧站和察汗諾站與西格段接軌，西青茶線列車可通過(guò)過(guò)軌站駛?cè)胛鞲穸尉€路。

4.2.1 技術(shù)可行性

1) 線路。兩條線路均采用1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距。西青茶鐵路的建筑限界按照《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10623—2014)[13]進(jìn)行設(shè)計(jì)，具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

2) 車輛。西青茶鐵路將采用CRH系列國(guó)鐵動(dòng)車組(茶卡支線將采用HXD1C型機(jī)車)，西格段當(dāng)前采用HXD1C型機(jī)車，具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

3) 牽引供電系統(tǒng)。西青茶鐵路與西格段均采用AC 25 kV交流制牽引供電制式，具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

4) 通信信號(hào)系統(tǒng)。西青茶鐵路全線采用符合《調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件》(TB/T3471—2016)[22]的調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)，與青藏公司調(diào)度中心相關(guān)既有設(shè)備配套。西寧西至茶卡北的部分按照CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，茶卡支線與西格段均為CTCS-0級(jí)列控系統(tǒng)。為了滿足過(guò)軌運(yùn)營(yíng)需求，可以在茶卡北站股道停車以人工方式完成CTCS-2→CTCS-0模式切換，從而使得在通信信號(hào)系統(tǒng)方面具備過(guò)軌運(yùn)營(yíng)條件。

4.2.2 客流適應(yīng)性

1) 換乘客流比例要求。西青茶鐵路2030年的預(yù)測(cè)最大斷面客流量為494萬(wàn)人次，而西格段2030年的預(yù)測(cè)客流量為420萬(wàn)人次，兩線路的客流斷面水平差異不大，并且有較大的跨線客流，加之青藏鐵路西格段能力富余(能力利用率39%)，因此認(rèn)為滿足換乘客流比例要求。

2) 最低服務(wù)水平的客流數(shù)量要求。由列車開(kāi)行方案，西青茶鐵路的每小時(shí)最小開(kāi)行對(duì)數(shù)為2，如果以長(zhǎng)編組16節(jié)定員按1 000～1 200人/列的CRH動(dòng)車組進(jìn)行推算，若開(kāi)行過(guò)軌列車，則至少提供2 000人/h的運(yùn)能，推算高峰小時(shí)過(guò)軌客流不少于1 600人，滿足要求。

綜上所述，筆者認(rèn)為西青茶線滿足過(guò)軌運(yùn)營(yíng)的客流適應(yīng)性條件。下面運(yùn)用“層次分析-熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度”評(píng)價(jià)模型來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步?jīng)Q策。

4.3 第二階段決策

4.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)值確定

在7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，有3個(gè)定性指標(biāo)，4個(gè)定量指標(biāo)，分別將定性與定量指標(biāo)進(jìn)行量化、無(wú)量綱化處理。

對(duì)于定性指標(biāo)，通過(guò)專家咨詢及模糊標(biāo)度法確定量值，并把量值作為評(píng)價(jià)值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 定性指標(biāo)評(píng)價(jià)值 Table 4 Evaluation value of qualitative indicators

對(duì)于定量指標(biāo)，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)咨詢專家和查閱文獻(xiàn)獲得。

1) 旅行時(shí)間成本：如表5所示。

表5 旅行時(shí)間成本評(píng)價(jià)值 Table 5 Evaluation value of travel time cost

2) 建設(shè)成本：對(duì)于方案二，為避免大量動(dòng)車組列車在察漢諾站折角運(yùn)行，需修建茶卡支線至西格段聯(lián)絡(luò)線(約5.6 km)，建設(shè)成本預(yù)估為5.4億元，除此之外的全線建設(shè)成本預(yù)估為266.2億元。

3) 運(yùn)營(yíng)成本和運(yùn)營(yíng)收入，見(jiàn)表6。

表6 運(yùn)營(yíng)成本及收入估計(jì)值 Table 6 Estimated value of operating cost and revenue 億元

將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理后，得到定量指標(biāo)評(píng)價(jià)值，如表7所示。

表7 定量指標(biāo)評(píng)價(jià)值 Table 7 Evaluation value of quantitative indicators

將指標(biāo)評(píng)價(jià)值合并，得到評(píng)價(jià)矩陣R

4.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

主觀權(quán)重通過(guò)層次分析法得到，以自上而下的順序?qū)χ笜?biāo)進(jìn)行兩兩比較，得到最終的主觀權(quán)重。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 評(píng)價(jià)指標(biāo)主觀權(quán)重 Table 8 Subjective weight of evaluation index

應(yīng)用熵權(quán)法對(duì)評(píng)價(jià)矩陣R進(jìn)行處理，即可得到各指標(biāo)層相當(dāng)于準(zhǔn)則層的客觀權(quán)重ω*

當(dāng)α=0.486、β=0.514時(shí)，綜合權(quán)重主觀、客觀偏差最小，更為客觀合理[23]?？傻媒M合權(quán)重ω：

4.3.3 求解結(jié)果

設(shè)理想方案為各指標(biāo)評(píng)價(jià)值均為1的方案，即R0=(1，1，1，1，1，1，1)，求得灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣G為：

由結(jié)果矩陣可知，方案二的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度b2=0.834 5更接近1，說(shuō)明方案二更接近最優(yōu)方案，故西青茶鐵路應(yīng)采用過(guò)軌運(yùn)營(yíng)模式與西格段融合。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了“四網(wǎng)融合”模式，建立了市域(郊)鐵路與其他軌道交通技術(shù)融合模式選擇的兩階段決策方法，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了驗(yàn)證。市域(郊)鐵路是我國(guó)軌道交通發(fā)展的新趨勢(shì)，未來(lái)需要在理念、發(fā)展模式及體制等方面繼續(xù)探討。由于“四網(wǎng)融合”問(wèn)題的復(fù)雜性、系統(tǒng)性，未來(lái)還需要對(duì)安檢互認(rèn)、票務(wù)互通、資源共享等的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行深入討論，并結(jié)合具體城市群和都市圈的特點(diǎn)，進(jìn)一步深化研究。