现代有轨电车车站选址方案研究

崔袁丁，李引珍

(兰州交通大学 交通运输学院，兰州 730070)

现代有轨电车具有快速便捷、建设灵活、工程简单、清洁环保、投资较低等特点，运营方式中充分体现公交优先的原则，已成为城市公共交通系统的重要组成部分.车站选址方案的评价决策是现代有轨电车整体方案规划的关键，通过评价得出合理高质量选址方案不仅有利于后期建设，提高投资效益，还有利于提高交通运输效率，带动区域经济发展.车站选址方案的评价决策是较为复杂的多属性决策问题，选址方案受诸多因素影响，各因素具有模糊性高的特点.现代有轨电车的运营方式较地铁等其他轨道交通方式，有诸多不同，基于此，为帮助决策者判断候选站点方案的合理性，研究现代有轨电车站点选址方案的专有决策方法和手段很有必要.在既有国内外对于轨道交通车站选址研究中，文献[1-3]分别运用三角模糊数与集对分析、模糊评价、AHP方法从区域发展的协调性等角度对地铁车站选址方案进行分析.文献[4]分别以客流量最大和综合交通成本为目标，建立双层模型对地铁选址进行分析.文献[5]以车站所在区域的土地升值空间，对地铁选址问题进行评价.文献[6]从认为车站的合理规划对于城市交通一体化具有促进作用.文献[7-8]认为线路安全与投融资问题是大城市中规划电车项目的瓶颈.文献[9-10]从地铁站点的服务能力与其区域客流分布情况的匹配程度以及线路衔接，站点换乘等方面对地铁选址进行评价.文献[11-13]对铁路客专车站选址问题进行评价探讨.综上，这些研究具有重要的借鉴意义，但当前对于轨道交通车站选址问题的研究大都集中于普速、高铁铁路车站与城市地铁车站的选址问题，而对于现代有轨电车的车站选址问题的研究较少.由于现代有轨电车车站与其他轨道交通在规划设计等方面理念与在选址过程中需考虑因素均存在一定的差异，故无法完全采用既有的研究理论与方法.此外，对于系统化构建现代有轨电车车站选址方案评价指标体系的研究不足，缺少适用理论依据，对于具体指标依然缺少定量化的研究.

Vague集是由模糊集的一种推广，在处理不确定信息时具有很强的表达能力，能够全面合理地表达决策者的偏好信息.自1993年，Vague集的概念被提出以来[14]，陆续有学者提出了一些基于Vague集的决策方法.结合选址方案评价指标设置的特点，本文认为基于Vague集理论的综合评价方法对于评价现代有轨电车车站选址方案具有很好的理论意义与应用价值.

1 评价指标分析

1.1 选址规划协调性

现代有轨电车作为城市公共交通的组成部分，在进行站点选址规划时需要综合考虑线路所涉及区域发展情况、整体公交路网规划等情况带来的影响，这些影响因素与站址选定位置之间的关系为选址规划协调性(M1).

1) 与城市路网规划协调性(M11)：城市路网规划直接影响城市经济建设发展与交通水平，该指标反映了选址方案与城市道路、公路、城市公交系统和其他运输方式规划的协调性，协调性好的选址方案，同区域各种交通方式衔接良好，能够确保区域内客流的顺畅、降低交通拥堵.指标采用进行车站每月承载乘客流量与车站服务区域范围内每月交通发生乘客流量的比值来量化，比值越高说明车站分担的客流量越高，路网协调性越好.

(1)

2) 与城市长远发展规划的协调性(M12)：车站选址作为城市规划的一部分，应与城市整体长远规划相符合，满足可持续发展的要求.可使用车站规划面积与城市总体规划中该位置相应性质用地重合的面积之比作为评价指标[1]，指标量值M12越大，则表示其规划所占城市发展长远规划的比重越大，对城市规划的影响越高.

(2)

3) 与区域环境规划的协调性(M13)：车站选址位置会造成周围环境景观的改变.与区域环境规划的协调性高的选址方案，可以很好与周围环境景观融合，不显突兀，且可以做到对区域环境的提升.该指标的相关评价数据可通过发放调查表的方式并结合获取专家意见进行确定.

1.2 站点设置便捷性

车站站点的设置的便捷性(M2)应充分考虑以下因素：

1) 道路交通组织合理性(M21)：现代有轨电车的线路多为地面线路，其站点也以地面车站为主，路权属于相对独立路权，这与铁路、地铁独立路权不同，为了保证其高效运行，通常在交叉路口采用信号优先的方式，这种方式使其交通组织上与其他交通方式相互影响.因此，在选址上应对站点附近道路情况与会对其产生影响的其它道路交通组织方式进行考虑，包括占用既有道路资源对同向车流的影响、交叉口信号优先通行对横向交通流的干扰等.其指标值可以采用站点道路高峰时段通行能力进行计算，如式(3)所示：

(3)

其中：M21为站点道路高峰时段通行能力；td为车站区域有轨电车停靠时间；n为一天中高峰小时的数量；I为发车间隔时间；β为绿信比，β=g/C.

2) 运能合理程度(M22)：以预测车站输送的客流量在车站所在区域的公共交通总客流量的客流占比进行评价，占比越高说明车站运能发挥越好，在区域公共交通中的地位越重要.

(4)

3) 车站面积规划合理程度(M23)：城市交通系统中的客流变化具有动态特性，有轨电车的运营时间按客流分布可以划分为高峰和平峰时间，运能在满足高峰小时的前提下，既可满足全天任何运营时间，因此以高峰小时客流量作为地铁站点设置的基本依据，以车站拥挤程度进行评价，以反映是否在规划面积是否合理，如式(5)所示，面积过小，则拥挤度过高，反之会造成面积浪费.

(5)

4) 车站换乘效率(M24)：该指标反映车站位置与出租车、公交汽车等其他交通方式的换乘效率，换乘效率的高低直接影响乘客的满意度，可高效换乘的车站，对客流的吸引力强.考虑不同换乘方式之间的乘客数量差异，该指标可使用平均换乘距离进行量化如式(6)所示：

(6)

其中：M24为平均换乘距离；lj,i为车站j距换乘点i的距离；qj,i为车站j换乘客流量.

5) 乘客出行便捷度(M25)：乘客出行便捷度，可以用乘客出行时间进行衡量.出行时间通常指到离站时间、候车、乘车时间之和，其中候车时间、乘车时间与车站站点选址无关，故可以考虑乘客平均到离站时间作为评价指标.

6)乘客对站点间距的满意度(M26)：当站间距较小时，受起停附加时间影响，电车的运行速度只能处于较低的水平，这时就会造成乘客的出行时间增加，使乘客满意度下降；如果站间距过大，站点就会相应的减少，会导致乘客可选择的车站数量减少.因此，为提高乘客满意度，站间距需设置为合理长度.该指标可通过调查问卷得到乘客满意度最高的站间距，并依据车站间距在满意度区间内的分布进行量化，如式(7)所示：

(7)

7) 运营养护便捷性(M27)：车站的运营设备通常包括售检票机、屏蔽门、照明、显示屏、广播、站内轨道、信号设备等，以上设备均需要运营管理企业定期检查与维护.站址应便于定期检修或故障抢修，考虑运维人员与设备到达车站的便捷性，由专家进行打分评价.

8) 后期改扩建能力(M28)：在工程建设方面，现代有轨电车相较地铁等城市轨道交通方式具有工程建设简单，后期改扩建空间大的特点，选址应考虑站点建成后，具备的改扩建的便捷程度，该指标可依据专家打分确定.

1.3 建设可行性

现代有轨电车项目要实施落地，建设的可行性(M3)对于整体规划方案的合理性，是非常重要的评价指标，具体评价指标如下：

1) 技术方案可行性(M31)：车站选址时需要考虑车站周边区域的地质条件、线路线性坡度、曲线半径等因素对选址的影响，还应考虑相关工程施工技术的可行性.在规划选址过程中，应根据勘测情况，确定选址的工程范围，对工程施工的地点及所涉及技术难点与工程量规模，进行科学的计算核准.该指标还体现了所涉及的工程技术难点与建设企业所承担的工程风险，依据专家经验进行打分确定.

2) 与相关政策法规、标准和与行业标准的相符性(M32)：车站的选址过程中需要严格遵守国家相关政策法规、标准和地方法规标准与行业标准.选址方案须完全满足强制标准，尽可能满足非强制标准，可采用专家咨询法对指标评价.

3) 投融资可行性(M33)：在规划阶段，投融资的可行性关系到方案能否按计划实施.除了以政府为主导的投融资模式外，BT、BOT、PPP等多种市场化投融资模式也逐渐成为投融资重要模式.可行性越高说明投资方对选址方案的认同度越高，越有利于吸引投资，可采用专家咨询法，将各方因素综合考虑.

4) 环境影响可行性(M34)：该指标反映工程实施过程中对周围环境的破坏以及施工后期的恢复能力.在车站施工过程中，会对环境产生可恢复与不可恢复的破坏，选址方案中预测的破坏程度与范围越小，后期越易恢复则认为指标越优.使用破坏后无法恢复环境面积在破坏环境总面积的占比作为指标量化方法，环境影响越大，会导致建设成本越高，从而可行性越低.

(8)

1.4 站点设置经济性

站点设置需要考虑设置后的经济性(M4)，即应对选址方案的成本投资、经济效益预测加以评价，具体如下：

1) 工程总投资(M41)：在车站选址方案中，工程总投资应该为建设投资、流动资金与建设期利息之和，包括预计站台建设费用、增设过街设施的费用、人机费用、以及其他直间接费用等等.指标值以估算的工程总投资的实际数值为准.

2) 征地拆迁难度(M42)：车站在土建过程中需进行一定的征地拆迁、管线迁改等施工作业，所以合理规划有轨电车车站的位置和数量，有利于减少拆迁量与建设成本.指标可使用拆迁成本来体现，成本越高说明难度越大.

(9)

3) 投资回收期时间(M43)：投资回收期通常指累计的经济效益等于最初的投资费用所需的时间.在车站的选址过程中，应考虑选址方案对投资回收期的影响，指标以预测回收期时间进行衡量.

4) 预期车站收入(M44)：该指标优良关系到车站建成后预期经济效益与运营企业后续运营盈利情况，选址方案越合理，对客流吸引力越大，车站收入也就越高.车站收入除了票务收入外还应包括站内广告投放收入以及附属地下通道中的商铺出租的收入.此外，根据我国现代有轨电车具备公益性经营属性，车站收入还应考虑政府补贴分摊.以预计车站投入运营后5年内的收入作为指标量化值.

5) 对区域经济发展的推动效果(M45)：有轨电车车站的修建，会提升周围区域的人流量，从而刺激车站附近区域的经济活跃程度.站址的选定对近期甚至远期的地铁沿线土地价值具有拉动提升效用.具体表现为促进沿线片区土地的开发利用，土地增值，商圈形成以及房地产增值效益.

2 评价指标体系构建

依据上述评价指标的分析，可以分为三层(顶层、准则层、基层)构建的现代有轨电车选址方案评价指标体系如图1所示.

图1 评价指标体系

3 基于Vague集理论的评价方法

3.1 Vague集的基本概念

Vague集是直觉模糊集的一种推广，其相关理论逐渐被应用于模糊推断、模糊识别、可靠性评价等方面[14]，其基本理论基础如下：

基于Vague集理论的综合评价方法来解决多层次指标评价问题，得到不同方案总体评价结果，并依据结果对各方案进行排序，从而找出综合指标评价最好的方案.文献[14]提出的基于Vague集理论的评价方法，本文将其与经典AHP方法进行结合用于综合评价.

3.2 模糊(fuzzy)指标优属度的确定

比选指标通常可分为成本型指标、效益型指标、区间型指标等几类，这些指标均属于fuzzy指标[14]，需确定其相对优属度，具体方法如下所示：

1) 效益型指标，对于效益型指标，其相对优属度可由式(10)计算：

uij=[(fij-fimin)/(fimax-fimin)]pi.

(10)

2) 成本型指标，对于成本型指标，其相对优属度可由式(11)来计算：

uij=[(fimax-fij)/(fimax-fimin)]pi.

(11)

3) 固定型指标，对于固定型指标，其相对优属度可由式(12)计算：

(12)

4) 区间型目标，对于区间型目标，其相对优属度可由式(13)计算：

(13)

5) 定性指标语言评价值对应的优属度如表1所列.

表1 七级语言评价值相对优属度

设专家组存在s个不同等级(s≤3)，权值从1开始逐级加权0.5，例如存在专家由三个等级A、B、C，其权值分别为2、1.5、1.对于定性指标优属度的确定，首先通过调查问卷统计专家选择，在结合专家组成员权值，以加权值最高的选择作为其优属度.

3.3 基于Vague-AHP的多目标综合评价方法

根据上述方法，可以将Fuzzy指标转化为优属度矩阵，并通过指标权重来构造Vague值的方法，对方案的支持、反对、中立指标集进行计算，最后根据Vague集的排序方法对方案进行排序，具体步骤如下：

Step1：将定量指标和体现决策者(专家)意见的定性指标所组成的评价矩阵转化为评价指标优属度矩阵.

Step2：采用AHP法确定评价指标权重.首先构造成对判断矩阵，首先以上层元素为准则，下层元素为指标构造评价指标重要程度专家打分表，如表2所列，其中专家打分采用1-9标度法.分值cij表示指标i与指标j相对于目标的重要值.

表2 评价指标重要相对度表

根据成对判断表格构造成对判断矩阵C=[cij]n×n，该矩阵为典型正反矩阵.矩阵元素xij表示i与j两指标相对重要程度，采用1-9标度法进行量化，如式(14)所示[15]：

(14)

(15)

再将矩阵C′各行元素求行和，并进行归一化处理，得各指标权重如式(16)所示，由此可知各评价指标权重构成的权重向量ω=[wj]1×n.

(16)

Step3：设定支持和反对的上下界，求出各方案的支持目标集、反对目标集.

Step4：确定基层指标的Vague值，通过指标函数计算以获得Vague值，相关定义与计算方法如下：对于下层指标而言，设Y(Mj)=[y(M1),y(M2),…,y(Mm)]为上层指标Mj的m个指标的指标函数，评价空间由有限个决策方案指标组成，即F={F1,F2,…,Fn}.文献[14]提出：对于优属度值uij，若uij≥λ″，则称i指标对应的指标函数相对于方案j是满意的，或称方案j支持i指标对应的指标函数；若uij<λ′，则称i指标对应的指标函数相对于方案j是不满意的，或称方案j对i指标反对对应的指标函数；若λ′

(17)

同理f(Mkj)等于方案的反对目标集中的目标函数对应的权重之和，如式(18)所示：

(18)

其中：Mkj为方案j的k指标，且k指标为i指标的上层指标.

Step5：设计Vague值计分函数，根据Vague值的计分函数S(Mkj)，计算得到上层指标k的评价值S(Mkj)，其值越大，说明真隶属越高于假隶属度，计分函数S(Mkj)如式(19)所示：

S(Mkj)=t(Mkj)-f(Mkj).

(19)

Step6：对计分函数值进行逐层加权计算，计算方法如式(20)所示：

(20)

其中：评价指标Ed为评价指标d的评价值，且指标d为k指标的上层指标.

Step7：计算方案j的顶层指标评价值，即方案j的总体评价值，如式(21)所示：

(21)

其中：Ej为方案j的总体评价值；ωd为顶层指标下层指标d的权重.

Step8：对所有方案排序，选择出最优方案.

4 算例分析

以某地现代有轨电车某线路为例，线路连接城市老新城区，车站位于新城区，土地以商业用地、和居住用地为主，存在少量工业用地，规划阶段有三个备选方案，分别位于某城市主干道路与次干道路交叉十字路口的南侧、西北侧与北侧即选址方案F1、F2、F3.专家组安全评价专家组由包括有1个总体专业，5个施工专业的15位专家组成，专家等级2级，其中教授级高级工程师6人，高级工程师9人.首先收集汇总定量指标的原始数据，统计专家评价的定性指标的优属度，可以得到各评价指标初始量化数据表，如表3所列.

表3 评价指标初始量化数据

评价指标分类如下：效益型指标为M11、M12、M22、M44；成本型指标为M24、M25、M34、M41、M42、M43；固定型指标与区间型指标分别为M26与M23、M21；定性指标为M13、M27、M28、M31、M32、M33、M45.

由Step1，将表3所示初始数据按指标类型由式(10)～(13)所示的指标函数将其转化为优属度矩阵(保留4位小数)，其表格形式如表4所列.

表4 各指标优属度表

由Step2计算各层指标权重，以准则层指标M3为例，其包含基层评价指标M31、M32、M33、M34，采用1-9标度法得到成对判断矩阵如下：

可计算得到，M31、M32、M33、M34的权重分别为0.523 7、0.225 3、0.190 4、0.060 7.同理可得到其它评价指标权重如表5所列.

表5 各评价指标权重值

由Step3、4，设λ′与λ″分别设为0.6与0.8，对于准则层指标，3个选址方案的支持集、反对集如表6所列.

表6 准则层指标支持集、反对集分布

由式(19)～(20)准则层各指标Vague值，如表7～8所列.

表7 准则层指标Vague值

根据Step6分别计算3个方案指标的加权计分函数值，即SM1F1=-0.143 1，SM1F2=0.066 6，SM1F3=0.076 5，同理可得本层指标计分函数值如表9所列.

表9 准则层评价指标加权Vague计分值

在得到上述准则层加权Vague计分值后，求和计算可得3个选址方案的总评价值分别为：EF1=0.228 4，EF2=0.168 5，EF3=-0.374 6.将3者进行排序可知EF1>EF2>EF3，故三个选址方案排序依次为F1、F2、F3，选址方案F1为最优方案，即站址位于交叉口的南侧为最优.对评价结果的分析可知F1方案的与城市长远发展的协调性高，具有更好的前瞻性，其选址位置交通组织合理.选址位置可以节约乘客平均出行时间，换乘较其他方案更加便捷，对乘客出行行为更具有吸引力.经济指标优良，利于车站建成后管理方经营，也有利于促进所在区域经济发展.

表8 准则层指标Vague计分值

5 结论

本文针对现代有轨电车选址问题理论研究不足的现状，根据现代有轨电车选址影响因素特点，选取选址方案评价指标，通过确定优属度的方法解决评价指标定性、定量化的问题，进而建立现代有轨电车选址方案质量评价体系.通过算例验证评价方法的适用性，得出如下结论：本文提出通过评价优选现代有轨电车站址的方法对现代有轨电车整体方案规划具有一定的指导作用.通过该方法可以得到高质量选址方案，具备良好的目的性、完备性、协调性和适应性.选择出符合有轨电车特点的对评价指标确定与量化分析，使评价过程更加清晰、明确.本文从规划协调性等4个方面建立的评价指标体系与提出的基于Vague-AHP的综合评价方法对现代有轨电车选址方案质量的评价是可行的且有效的，其得出的评价结果可以作为对现代有轨电车车站选址方案决策的指导.