高速铁路客运站选址模型

王啟明，崔炳谋，张晓青（兰州交通大学交通运输学院，甘肃兰州730070）

高速铁路客运站选址模型

王啟明，崔炳谋，张晓青
（兰州交通大学交通运输学院，甘肃兰州730070）

根据我国铁路客运站建设条件限制以及与城市相和谐的建设要求，将影响客运站选址的因素分为硬性因素和软性因素两类。通过硬性因素比选得到初步选址方案集合，将城市公共交通网络能力纳入客运站选址的软性因素，结合车站能力和资金限制2个软性因素，以旅客出行成本、车站建设成本、车站运营成本和城市交通运营成本最小为目标，建立0-1整数规划模型。以某市实际情况为例建立模型，利用Lingo软件求解得到客运站的选址方案以及城市公共交通网络中公交车和地铁列车的增加方案。计算结果显示，最优方案是对原有的两座客运站进行改造并在市郊新建一座高速铁路客运站。为满足旅客的出行要求，相应的出行小区到3个高速铁路客运站需要增加一定数量的公交车和地铁车辆。实例证明了基于此模型所得到的方案符合实际情况。

客运站；选址；公共交通网络；硬性因素；软性因素；0-1整数规划

0 引言

随着国民经济的高速发展，旅客对于高速铁路的出行需求持续增加。随着客运专线引入各个城市，既有客运站的能力已经不能满足旅客的出行需求，需要对既有客运站进行改造或者新建客运站。对既有客运站的改造方案和新建客运站的候选地点往往不止一个，由于各种条件的限制只能选取其中一种或几种方案。在众多方案中选取客运站的改扩建方案及新建客运站的地点和数量的问题称为客运站选址问题。

在既有研究中，赵军、李愈等人将已有客运站和备选客运站的选址方案与路网联合起来构建网络，以客运站及路网能力、客运站建设成本为约束条件，构建集计模型计算得出了在路网内客运站的改扩建、新建方案[1-2]；在铁路枢纽内部探讨客运站选址的文章中，王大伟从系统的角度出发，考虑投资方与旅客的行为目标，建立双层规划模型，并以实例进行验证[3]；王南根据城市规模及城市路网情况，分别建立了集中和分散两类模型，以实例验证了两类模型的适用性[4]；潘玲巧、史跃亚以定性研究方式为主，选取评价指标，构建了方案的比选评价矩阵，经比选得出最佳方案[5-6]；冯振宇在总结交通区划分的原则和铁路枢纽内客运站布局模式的基础上，考虑旅客出行的直接费用和时间成本，建立出行费用最小的0-1规划模型，计算出最佳选址地点[7]；朱军功以重庆第三客运站为例，通过区域条件、道路条件、轨道接驳、建设成本、运营组织和区域经济带动的对比分析，总结出客运站选址过程中应考虑的因素[8]；陈静、黄鹂分析了铁路客运站与城市协调规划的关系，陈静以经济效益、资源节约和社会责任3个方面分析为主[9]，黄鹂从铁路客运站与成都市发展的相互关系出发，分析客运站与城市交通衔接存在的问题，找到了客运站能力与城市道路能力平衡、区域合理的布局方法[10]。

在文献[1-6]中都是基于枢纽内部最优探讨铁路客运站的选址方案，多以旅客出行成本与客运站建设成本为目标函数，以建设资金与车站能力为限制条件求解，忽视了城市交通网络能力对客运站选址的影响，没有达到与城市建设相协调的要求。文献[7-10]虽然分析了铁路客运站与城市的关系，但并没有将城市交通网能力与铁路能力相结合起来。文章在以往研究的基础上以旅客出行成本、建设成本、城市交通与车站的运营成本最小为目标函数，以车站能力、城市交通网能力及资金限制为约束，寻找高速铁路客运站的布局方案，同时计算该布局方案中城市交通网络中公共交通的增加方案。

1 建立模型

选址问题中，影响因素大致分为两类。第一类为硬性因素，即客运站必须满足，其中一项不满足，即否定这个方案。硬性因素包括是否对文物建筑有影响、是否对军事设施有影响、是否符合城市的发展方向3个方面[11]。第二类因素为软性因素，即客运站的选址可以在一定限度上对这类因素进行妥协，不一定完全满足。软性因素包括旅客从出行小区到客运站的出行费用、建设资金限制、车站能力的限制、城市路网能力限制4个方面。

将提出的所有方案，无论其是否可行都收入到方案集C中，通过硬性因素进行初步筛选形成备选方案集，然后利用软性因素建立模型，以成本最小为目标值，求解得出既有客运站改扩建方案和新建客运站选址地点。

1.1 硬性因素选择

用Yk表示第k个硬性因素。依据前文中选定的硬性因素有：是否对文物建筑有影响、是否对军事设施有影响、是否符合城市的发展方向，依次标号为Y1，Y2，Y3。假设一共有m个地点进入方案，C={cs|s=1,2,3,…,m}，对每1个方案用上述3个硬性因素进行初步筛选。当ysk取值为1时，表示第s个候选地址满足第k个硬性因素，否则取0，选出j个备选方案Bs={bs|s=1,2,3,…,j}，j

1.2 软性因素选择

将城市划分为i个出行小区，I表示出行小区集合，总共有j个高速铁路客运站备选地点，J表示备选地点集合，J1为新建客运站地址集合，J2为既有客运站地址集合，J=J1+J2，J′表示限制办理业务客运站集合。硬性因素将明显不符合实际情况的方案排除，得到备选方案。利用软性因素对备选方案进行优选，得出最终方案，软性因素如下。

图1 备选方案确定流程图

1.2.1 旅客出行成本

（1）小区出行成本，令cij表示旅客不受外界任何因素影响从i小区到j站的出行时间成本。从出行小区到客运站的距离考虑，出行小区离客运站越近，则出行时间成本越低。

（3）出行小区内公共交通的完备程度，首先考虑公交车线路，若从出行小区到客运站的公交车线路越多，则旅客的选择越多，旅客等待公交车的时间越短，附加出行时间成本就越低。令fijb表示从i小区到j站公交线路的附加成本系数。其次考虑是否有轨道交通，用fijm表示从i小区到j站轨道交通的附加成本系数。

1.2.2 车站建设运营成本及建设资金限制

车站建设运营成本可以分为建设成本和运营成本。在建设成本中又分为最低建设费用、征地附加费用、基础设施建设附加费用和建成后的维护附加费用。假设无论车站建设在何处，最低建设费用U不变。用zj表示征地附加费用系数，车站选址离市中心越近，则征地附加费用越高。用aj表示基础设施建设费用系数，反映j站基础设施及技术设备的资金投入情况。用gj表示维护费用附加系数，维护费用与基础设施的建设费用关系密切，在一定范围内初始阶段对基础设施和设备的资金投入越高，则后期维修费用越低。车站的运营费用系数hj主要由两部分组成：一是人工费用，二是设备的使用费用。χj为0-1参数，若在j地新建或改建客运站χj=1，否则χj=0。设车站初始建设投资为M，则车站的建设费用不得超过M。用A表示铁路客运站投资的回收年限。

1.2.3 车站能力限制及列车运营成本

1.2.4 城市交通网络能力限制及城市交通运营成本

城市交通网络能力对客运站选址有重要影响，主要体现在是否能满足旅客出行的需求。设nijb和nijm分别表示运送从小区i到车站j需要增开的公交车、地铁列车数量，lijb和lijm分别表示公交车和地铁的载客人数，cijb和cijm分别表示开行1辆公交车或1列地铁列车的成本，eijb和eijm分别表示允许增开的公交车辆数和地铁列车列数。

1.3 模型建立

根据上述约束条件，以旅客出行成本、车站建设成本、城市交通与车站的运营成本最小为目标函数，建立选址模型。

式中：w1，w2，w3和w4为权重系数。

根据城市的具体情况，将各类参数代入模型中，建立0-1线性规划方程组，利用Lingo软件编程求解。

2 算例分析

某市可划分出行小区6个。既有客运站有2个，编号分别为（1）、（2），规划有2个备选地点，备选地点（3）位于市区，（4）位于城市边缘，客运站（2）不办理远程客运业务。各出行小区均有公交车可到达既有客运站及规划的备选地点，部分小区有轨道交通到达既有客运站和备选地点。城市交通网络可增加的运输能力由实际情况确定，小区到各个客运站的纯出行费用由实际测定，各附加费用系数由专家确定，确定规则如下。

（1）将fijb从有较多线路选择到很少线路选择划分为3个层次（0.2,0.4,0.6）。

（2）将fijm分为有轨道交通和无轨道交通这两类，则其附加系数值为（-0.1,0）。

各小区到车站的出行成本附加系数和出行人数如表1所示。

表1 出行成本附加系数及出行人数

车站最低建设费用为50亿元，总资金为230亿元。车站运营成本费用由实际情况确定，车站的建设附加费用系数由专家讨论确定，系数制定规则如下。

（1）将zj以距离市中心的距离由近到远分为3个层次（0.5,0.3,0.1）。

（2）由于基础设施投资费用主观性较高，后期维修费用随机性较高难以确定，假设对既有客运站进行改造，aj=0.3,gj=0.2。新建客运站，aj=0.5, gj=0.3。

（3）如果对既有站改造，人工以及设备使用费用较低，此时hj=0.1。若新建客运站，要考虑是否能共用客技站，如果可以共用，hj=0.2，否则新建客技站，hj=0.4。

（4）假设投资回收年限为10年。

建设成本附加系数及车站能力和运营成本如表2所示。

表2 建设成本附加系数及车站能力和运营成本

各小区到客运站的路网可增加的通行能力、公交车和地铁车辆的载客能力以及公交车和地铁的运营成本都由实际情况确定。本文选取案例城市路网可增加公交车数和地铁列数能力如表3所示。

表3 路网可增加公交车数和地铁列数能力表

根据该城市特点，旅客的出行成本权重w1取值为0.3，车站建设成本权重取值为0.3，城市交通运营成本权重w3取值为0.2，车站开行各类列车运行成本权重w4取值为0.2。利用Lingo软件编程求解得χ1=1，χ2=1，χ3=0，χ4=1，n14b=8，n22b=2，n24b=8，n31b=4，n34b=5，n41b=2，n44b=6，n64b=6，n11m=2，n12m=1，n21m=2，n32m=1。根据求解结果可知，对既有客运站（1）和（2）进行改造，并在备选地点（4）处新建客运站。对于城市交通，为满足旅客的出行，各个小区到车站之间需要增加的公交车、地铁列车数量如表4所示。

表4 小区到车站需要增加的公交车数和地铁列数

结果显示应将原有的2个客运站进行改建，并在城市边缘新建一座客运站，在相应的城市交通网中增加一定的公交车和城市轨道交通列车的运行数量。此方案充分利用了现有设备的能力，避免了资源浪费，尤其是选择在城市边缘新建客运站避免了城市中心的大拆大建。高速铁路客运站最终会发展为城市商业中心，将原有客运站改建为高速铁路客运站和在城市边缘新建高速铁路客运站将引导城市商业多中心发展，这也符合城市商业发展原则。新建客运站时城市公共交通必须紧随其后或超前发展以满足旅客的出行要求，充分利用现有公共交通网络能力，既满足了客运站快速疏解人群的要求，也减少了建设投资，有利于资金的合理利用。此方案符合城市在客运站选址时的实际情况。

3 结论

文章对高速铁路客运站选址因素进行了描述，将城市交通网络能力这一影响因素加入车站选址条件中，建立了以旅客出行费用、车站建设成本、运营成本及城市公交系统运营成本最小为目标函数，以成本控制为约束条件的高速铁路客运站选址模型，使用实例验证了此模型符合实际情况。但文章也有不足之处：①在城市出行交通系统上只考虑了公交车和地铁2种类型，对于其他出行方式未予考虑；②高速铁路客运站的建设必将为其周边带来巨大的经济效益，但这种经济效益难以衡量，所以文章在选址过程中多考虑成本，而对客运站所带来的经济效益考虑不足。

[1]赵军，李愈，彭其渊.铁路枢纽内客运站选址与分工的综合优化[J].铁道学报，2010，32（6）：9-16.

[2]李愈，赵军.铁路枢纽内客运站选址的集计模型[J].铁道运输与经济，2011（2）：38-41.

[3]王大伟.铁路枢纽内高铁客运站选址布局优化研究[D].成都：西南交通大学，2012.

[4]王南，朱志国，胡岩.客运专线条件下铁路枢纽客运站布局优化[J].西南交通大学学报，2008（3）：398-403.

[5]潘玲巧，焦永兰，林志安.基于集对分析的客运专线引入铁路枢纽客运站选址方案比选[J].中国铁道科学，2009，30（3）：125-129.

[6]史跃亚，王慈光，崔丽莉.客运专线引入枢纽后客运站合理布局的探讨[J].交通科技，2007（4）：109-111.

[7]冯振宇.基于旅客出行费用最小的高速铁路客运站选址研究[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[8]朱军功.大型铁路客运站规划选址影响因素分析——以重庆市铁路第三客运站选址为例[J].交通标准化，2010（2）：106-108.

[9]陈静，王玲.铁路客运站与城市规划的协调[J].交通与运输：学术版，2009（2）：4-7.

[10]黄鹏.成都铁路客运站与城市交通的协调发展研究[D].成都：西南交通大学，2010.

[11]张天伟，聂磊，高桂凤.铁路客运站选址模型[J].交通运输工程学报，2011（5）：83-87，92.

[12]龙俊仁，宗传苓，覃矞.广深港客运专线福田站选址规划研究[J].城市轨道交通研究，2011（7）：23-27.

Model of Passenger Station Site Selection of High-Speed Railway

WANG Qi-ming,CUI Bing-mou,ZHANG Xiao-qing
(School of Traffic and Transportation,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)

According to the restriction of railway passenger station construction condition and the construction requirement of harmonious with city,the factors that affected passenger station site were divided into two kinds:hard factors and soft factors.The preliminary site selection scheme set was obtained by comparing the hard factors.And adding the urban public traffic network capacity into the soft factors, combined with the two soft factors of station capacity and funding constraints,taking the minimum cost of passenger travel,station construction,station operation and urban transit operation as the goal,0-1 integer programming model was established.Taking the actual situation of one city for instance,the model was built.Using Lingo software,the passenger station site selection scheme and the additional scheme of bus and subway train in urban public traffic network were obtained.The result of the model shows that the optimal scheme is that the two original passenger stations need transforming and a new passenger station will be built in suburb.A certain number of buses and subway trains need increasing to meet the travel requirements of passengers travelling from the corresponding travel areas to three high-speed rail⁃way passenger stations.The example demonstrates that the scheme is in line with the actual situation.

passenger station;site selection;public transport network;hard factor;soft factor;0-1 integer programming

U291.1

A

2095-9931（2015）03-0066-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.03.012

2015-03-28

中国铁路总公司科技研究开发计划重大课题（2013X006-A）

王啟明（1990—），男，甘肃永靖人，硕士研究生，主要研究方向为交通运输组织管理优化。

E-mail：529336418@qq.com。