城市軌道交通線路評價(jià)研究

本文在現(xiàn)有線路評價(jià)研究基礎(chǔ)上，建立城市軌道交通線路評價(jià)體系，應(yīng)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型，結(jié)合案例，對線路綜合效能進(jìn)行分析評價(jià)。根據(jù)DEA方法指標(biāo)特性，通過計(jì)算分析，探尋各線路效能提升的限制因素和改進(jìn)方向，用于輔助決策管理。

城市軌道交通；線路評價(jià)；DEA方法

近10年來，我國城市軌道交通建設(shè)步入了快速發(fā)展階段，城市軌道交通運(yùn)營規(guī)模不斷增大。截止到2014年底，我國城市軌道交通運(yùn)營總里程達(dá)到3173公里，較2013年末增加427公里。城市軌道交通線網(wǎng)由線路構(gòu)成，線路作為城市軌道交通路網(wǎng)的基礎(chǔ)組成，不僅關(guān)系到工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，還影響路網(wǎng)和城市交通結(jié)構(gòu)的合理性。因此，對城市軌道交通線路研究不僅有利于優(yōu)化線路方案，發(fā)揮運(yùn)輸功能，還能提升城市路網(wǎng)的合理性，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

判別線路優(yōu)劣的重要途徑就是綜合評價(jià)，全面、合理、客觀地對線路進(jìn)行分析評價(jià)，反映線路效能。目前已經(jīng)有不少研究可以借鑒，有從項(xiàng)目后評價(jià)角度對線路評價(jià)內(nèi)容進(jìn)行研究［1］，有在綜合考慮投入和收益的基礎(chǔ)上，城市軌道交通線路最優(yōu)長度的研究［2，3］，有城市軌道交通建設(shè)線路的比選研究［4，5］。本文將在以上研究的基礎(chǔ)上建立并歸納城市軌道交通線路評價(jià)體系，進(jìn)行綜合評價(jià)。

城市軌道交通線路評價(jià)指標(biāo)體系

評價(jià)指標(biāo)體系

表1　城市軌道交通線路評價(jià)指標(biāo)

評價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行綜合評價(jià)的基礎(chǔ)，所建立的指標(biāo)體系必須能反映方案的綜合特性，同時要具有可操作性。城市軌道交通線路評價(jià)的目標(biāo)是提高軌道交通出行的可達(dá)性和服務(wù)水平，節(jié)約社會成本，對線路的合理化運(yùn)營提出改進(jìn)措施。為了避免規(guī)模造成的差異性，提高指標(biāo)對比性，反應(yīng)線路效能，在指標(biāo)選取過程中，優(yōu)先選用單位指標(biāo)。

目前對城市軌道交通綜合評價(jià)的研究上，線路評價(jià)主要內(nèi)容為軌道系統(tǒng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)、對城市的改善作用、建設(shè)和投資、運(yùn)營效果［4，5］幾個方面，本文對線路的評價(jià)主要在于線路建成后的效能上。城市軌道交通運(yùn)營效果可以分為客運(yùn)、服務(wù)、運(yùn)行、能耗、財(cái)務(wù)幾個方面，同時，城市軌道交通的外部效益也是城市軌道交通建設(shè)決策的重要內(nèi)容，不可忽略。因此，將本次評價(jià)指標(biāo)體系確認(rèn)為基礎(chǔ)指標(biāo)、客運(yùn)指標(biāo)、運(yùn)行指標(biāo)、服務(wù)指標(biāo)、能耗指標(biāo)、財(cái)務(wù)指標(biāo)以及外部效益七個方面，從而確定指標(biāo)。在具體指標(biāo)的選取上，結(jié)合我國城市軌道交通特點(diǎn)，初步篩選確定的城市軌道交通線路評價(jià)指標(biāo)體系如下表1所示。

評價(jià)方法選擇

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（Data Envelopment Analysis，DEA）是評價(jià)具有多輸入多輸出的決策單元之間相對效率的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，不需要事先給定評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，避免傳統(tǒng)評價(jià)方法人為確定權(quán)重的主觀性，不必確定輸入與輸出的關(guān)系表達(dá)式，具有很強(qiáng)的客觀性。眾所周知，對于每個城市軌道交通線路，是典型的具有多種投入多種輸出的生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，在城市軌道交通高速發(fā)展的情況下，從綜合效能的角度對城市軌道交通進(jìn)行研究，能明確如何合理發(fā)展城市軌道交通和充分利用城市軌道交通資源。這樣的評價(jià)研究對城市軌道交通規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

城市軌道交通線路的DEA模型

DEA方法的基本原理

DEA方法的基本思路是：每一個評價(jià)對象即為一個DMU，眾多DMU構(gòu)成了被評價(jià)群體；通過對投入產(chǎn)出的綜合分析，以DMU的各個投入產(chǎn)出指標(biāo)的權(quán)重為變量，利用線性規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行評價(jià)運(yùn)算；將DMU與構(gòu)造的DMU組合進(jìn)行對比，若存在投入產(chǎn)出比更優(yōu)的組合，則該DMU相對無效。并還能據(jù)此判斷該DMU非有效的原因與程度。

DEA評價(jià)方法的主要步驟包括評價(jià)目標(biāo)確定、決策單元選擇、輸入輸出指標(biāo)體系建立、模型建立與求解、綜合評價(jià)分析等，具體流程如圖1。

DEA評價(jià)模型

運(yùn)用DEA方法對方案進(jìn)行分析和評價(jià)時，可將每個備選方案看作一個決策單元（DMU）。假設(shè)有n個研究對象，即選取了n個DMU，每個DMU都有i個輸入和k個輸出，每個DMU的輸入和輸出可以用向量表示：

尋找各DMU的一種線性組合，在至少保證DMUj0產(chǎn)出量的前提下，求其最小輸入量，并檢查已輸入量是否比原輸入量更小，建立相應(yīng)模型：

實(shí)際應(yīng)用中，通常采用具有非阿基米德無窮小及松弛變量的模型進(jìn)行計(jì)算，其具體模型如下：

對具有非阿基米德無窮小量的CCR對偶輸入模型，可以根據(jù)以下規(guī)則判斷DEA有效性：

城市軌道交通線路DEA分析與評價(jià)

在DEA評價(jià)中，不需要將指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，直接采用城市軌道交通的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化過程中的信息流失，解決了當(dāng)前軌道交通評價(jià)定量化不足的問題；也不需要人為確定指標(biāo)權(quán)重，避免了在評價(jià)過程中主觀因素對評價(jià)結(jié)果的影響。并且，DEA評價(jià)指標(biāo)中輸入輸出指標(biāo)是廣義的，并不嚴(yán)格定義為投入產(chǎn)出，只要符合投入產(chǎn)出優(yōu)劣判別標(biāo)準(zhǔn)即可。DEA方法能夠評價(jià)決策單元的綜合技術(shù)效率，并判斷非有效的原因和程度，城市軌道交通的綜合評價(jià)作為多指標(biāo)評價(jià)體系，顯然十分適用于DEA方法，并可以得到客觀、合理的評價(jià)結(jié)果。

運(yùn)用DEA方法進(jìn)行城市軌道交通線路評價(jià)時，可將每一個線路作為一個決策單元（DMU），在確定輸入輸出指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過定量指標(biāo)綜合評價(jià)軌道交通效能，通過對模型評價(jià)結(jié)果的分析，對非有效的線路非有效原因，針對性的提出改進(jìn)意見。

輸入輸出指標(biāo)

在輸入輸出指標(biāo)選取時，我們考慮所選取的指標(biāo)盡量能夠涵蓋線路客運(yùn)、運(yùn)行、服務(wù)、能耗、財(cái)務(wù)以及外部效益等多個方面。同時，為適應(yīng)DEA評價(jià)時投入產(chǎn)出比小則優(yōu)的特點(diǎn)，將城市軌道交通評價(jià)指標(biāo)依據(jù)優(yōu)劣判別條件分別歸為輸入輸出指標(biāo)，小而優(yōu)的為輸入指標(biāo)，大而優(yōu)的為輸出指標(biāo)。

表1中指標(biāo)間具有一定的關(guān)聯(lián)性，并且指標(biāo)數(shù)量較多，根據(jù)指標(biāo)區(qū)分度、指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得性對表1指標(biāo)進(jìn)行篩選。結(jié)合指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性，在能夠較為全面的反映城市軌道交通線路效能的前提下，簡化指標(biāo)體系，提高評價(jià)體系的可操作性，如下表2所示。

針對確定的輸入輸出指標(biāo)，明確指標(biāo)的內(nèi)容。

（一）輸入指標(biāo)

1.可靠度

可靠度=5min以上延誤次數(shù)/運(yùn)營列公里。即統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，5min以上延誤次數(shù)與全部列車總行車?yán)锍讨取？煽慷戎笜?biāo)從事故發(fā)生頻率的角度來衡量地鐵的可靠性表現(xiàn)，而不考慮事故造成延誤的長短（只要延誤超過5分鐘就計(jì)算在內(nèi)）。

2.單位運(yùn)營成本

單位運(yùn)營成本=運(yùn)營成本/線路客運(yùn)量，即平均到每個乘客人次上花費(fèi)的運(yùn)營成本。這個指標(biāo)能夠很大程度上體現(xiàn)地鐵的投入產(chǎn)出效益，也能體現(xiàn)線路在成本控制方面的成效。結(jié)合票款收入數(shù)據(jù)，能夠體現(xiàn)地鐵客運(yùn)服務(wù)的利潤情況。

3.單位能耗

單位能耗=總能耗/線路客流量，地鐵運(yùn)送單位乘客所產(chǎn)生的能耗，即總能量消耗和總客流的比值。本指標(biāo)從客流量產(chǎn)出的角度考察能耗效率?；诳土鞯那闆r及乘客的需求來反映線路的能耗水平。

（二）輸出指標(biāo)

1.負(fù)荷強(qiáng)度

負(fù)荷強(qiáng)度=線路日均客運(yùn)量/線路運(yùn)營程度。統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，單位運(yùn)營長度上平均的載客量。負(fù)荷強(qiáng)度一方面體現(xiàn)了線路資源利用的有效性，即單位線路資源所承載的乘客數(shù)，其值越大說明線路資源的利用效率越高；另一方面體現(xiàn)了軌道交通的發(fā)展策略及服務(wù)水平，如高負(fù)荷、低密度及低負(fù)荷、高密度的發(fā)展策略服務(wù)水平也各不相同。對于我國城市而言，軌道交通是城市公共交通的骨干，更加強(qiáng)調(diào)資源利用的有效性。

2.滿載率

滿載率=客運(yùn)量/標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)能。即統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，路網(wǎng)各線路列車的平均滿載情況。滿載率是列車的平均載客率，反映的是實(shí)際運(yùn)能與地鐵運(yùn)營商可提供的潛在最大運(yùn)能之間的比值，體現(xiàn)了運(yùn)營企業(yè)提供運(yùn)能的充足程度。同時，滿載率也是反應(yīng)列車制式選擇合理性的指標(biāo)，只有選擇適當(dāng)?shù)木€路制式，才能具有滿意的列車滿載率，而不是將運(yùn)能空置。

3.日均節(jié)約乘客時間

指乘客選乘城市軌道交通而不乘地面公交車輛所節(jié)省的出行時間。

其中，F(xiàn)地鐵表示線路年均載客量；

L平均表示線路平均運(yùn)距；

V地鐵，V公交表示地鐵和公交的平均速度。

城市軌道交通相較于地面交通的優(yōu)勢在于其更加方便、快捷、舒適，這也是城市軌道交通對周邊客流的吸引力所在。本指標(biāo)從城市軌道相較于地面交通節(jié)約的乘客時間來反應(yīng)城市軌道交通運(yùn)營效果。

表2　城市軌道交通線路輸入輸出指標(biāo)

表3　決策單元投入產(chǎn)出原始數(shù)據(jù)表

案例分析

數(shù)據(jù)計(jì)算

以A市城市軌道交通6條線路為例，根據(jù)上文確定的輸入輸出指標(biāo)，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的原始數(shù)據(jù)。如下表3所示。

綜合技術(shù)有效性分析

根據(jù)表3可以看出：線路2、線路5的解中 ，且松弛變量 ，，根據(jù)DEA評價(jià)原理可知，這幾個決策單元是相對有效的。而線路1、線路3、線路4、線路6的解中 ，為非DEA有效。也就是說，線路2、線路5目前的綜合效能較為優(yōu)秀，而線路1、線路3、線路4、線路6則存在改進(jìn)的余地。

無效原因分析

非DEA有效的四個線路∑λ均大于1，表示規(guī)模收益遞減，說明無效線路并不能通過單純的規(guī)模倍增而獲得更好的效能，而是應(yīng)當(dāng)通過技術(shù)改進(jìn)和管理水平的提高來提高綜合效率。而各個線路的情況不一，需要改進(jìn)的方面也有所不同，那么，就需要確定目前對該無效線路提升線路運(yùn)營效能的限制和瓶頸，從而有針對性的突破。

以線路1為例，指標(biāo)中最小值對應(yīng)的可靠度和負(fù)荷強(qiáng)度是制約該軌道交通線路達(dá)到DEA有效的最大因素。則其短期內(nèi)改進(jìn)的重點(diǎn)可以放在運(yùn)行可靠度提升上，通過加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、維修，加強(qiáng)線路、車輛狀態(tài)的監(jiān)控，加強(qiáng)管理車站人流等措施，降低車輛延誤次數(shù)。遠(yuǎn)期改進(jìn)的目標(biāo)可以放在吸引客流，增加線路負(fù)荷強(qiáng)度上。

整體看，可靠度、單位運(yùn)營成本、負(fù)荷強(qiáng)度是線路無效性影響最大的指標(biāo)。表明非有效線路的管理水平和技術(shù)水平有待提升，對現(xiàn)有資源的利用率不足，需要挖掘潛力，提升線路效能。

改進(jìn)方案分析

對所有非有效線路進(jìn)行松弛變量計(jì)算，得到如表6所示的指標(biāo)調(diào)整建議表，表中建議值為非有效方案的改進(jìn)目標(biāo)。

以線路1為研究對象，由于本文建立CCR模型是基于投入的CCR模型，因此，根據(jù)有效性的經(jīng)濟(jì)意義以及DEA方法的原理，構(gòu)造一個新的DMU，使得其DEA有效。也就是說，對線路1的指標(biāo)重新組合，使得其更加有效。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，構(gòu)造過程如下：

根據(jù)松弛變量的計(jì)算結(jié)果，即可確定改進(jìn)的方向。因?yàn)榭土魈卣黝惖牟焕笜?biāo)調(diào)整難度較大 ，可以優(yōu)先改進(jìn)可靠度、單位運(yùn)營成本、單位能耗等指標(biāo)。通過加強(qiáng)檢修和管理，提升線路可靠度，通過合理配置人員、提升物資管理水平等措施，提高線路效能。雖然上述調(diào)整方案在現(xiàn)實(shí)中采用具有一定的困難，不過可以將此作為改進(jìn)的目標(biāo)，通過管理和技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)可靠度的提升，降低運(yùn)營成本和單位能耗，吸引更多客流。

表5　無效原因分析表

結(jié)論及建議

本文結(jié)合城市軌道交通線路評價(jià)特點(diǎn)，建立了城市軌道交通線路評價(jià)指標(biāo)體系。指標(biāo)選取以基礎(chǔ)指標(biāo)和單位指標(biāo)為主，增強(qiáng)了指標(biāo)的客觀性和對比性，較好的反應(yīng)了線路綜合效能，避免了規(guī)模造成的差異。

運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)方法對城市軌道交通線路進(jìn)行綜合評價(jià)和分析，不需要將各評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，提高了評價(jià)分析結(jié)果的客觀性和可靠性。且能夠針對各線路的具體情況，在線路綜合效率相對非有效情況下，分析限制因素和調(diào)整方向，給線路改進(jìn)提供方向。分析表明，造成城市軌道交通線路相對無效的原因主要在于單位運(yùn)營成本、單位能耗、負(fù)荷強(qiáng)度等。

尤其是城市軌道交通作為大型準(zhǔn)公益性基礎(chǔ)設(shè)施，以政府財(cái)政補(bǔ)貼維持運(yùn)營，同時還能以城市軌道交通建設(shè)拉動內(nèi)需，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在當(dāng)前以線路運(yùn)營長度為重要評價(jià)指標(biāo)，城市軌道交通建設(shè)規(guī)模不斷增大的情況下，都是影響線路效能的因素。因此，在源頭上，應(yīng)當(dāng)改變目前以線路運(yùn)營里程為主的評價(jià)觀念，多考慮線路運(yùn)營效能，才能促使線路運(yùn)營效率的整體提升。

根據(jù)非有效線路的原因分析，提升城市軌道交通運(yùn)營管理水平和技術(shù)水平，加強(qiáng)服務(wù)意識是提高城市軌道交通線路效能的措施，改進(jìn)方案分析可以作為效率提高的一個參考。針對分析結(jié)果，提出以下幾點(diǎn)建議：

1.改進(jìn)方案可以作為非有效線路改進(jìn)的參考，在實(shí)際中，可以設(shè)立近遠(yuǎn)期目標(biāo)，逐步調(diào)整，循序漸進(jìn)。在調(diào)整的措施上仍需系統(tǒng)、深入研究，本文只針對線路效能的提升，提出改進(jìn)方向。

2.結(jié)合對6個指標(biāo)多階段的DEA分析，可以發(fā)現(xiàn)，可靠度、單位運(yùn)營成本及負(fù)荷強(qiáng)度的總體效率較低。因此，在今后很長一段時間內(nèi)，控制列車故障率和運(yùn)營成本，提升城市軌道交通線路對周邊客流的吸引能力是提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

3.在控制列車故障率和運(yùn)營成本方面，非有效的線路可以向相對先進(jìn)的線路學(xué)習(xí)，尋找差距，有針對性的改善、調(diào)整。但列車故障率和運(yùn)營成本均包含較多影響因素和子項(xiàng)，從整體上較難把握。例如，運(yùn)營成本可以大致分為能耗支出成本、物耗支出成本、人員支出成本及其他支出成本，且各項(xiàng)成本又均可細(xì)分。因此，在學(xué)習(xí)改進(jìn)中，可采用基準(zhǔn)分析的方式，對各個子項(xiàng)的績效表現(xiàn)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)限制因素，從而提升線路效能。

4.城市軌道交通線路的走向、車站設(shè)置、規(guī)模都是短期內(nèi)無法改變的，因此，在提升客流吸引力方面，應(yīng)當(dāng)著重于提高服務(wù)質(zhì)量和加強(qiáng)與地面交通方式的銜接。可以在站點(diǎn)周邊適當(dāng)修建停車場，采用“停車+換乘（P+R）”模式，吸引私家車乘客；增設(shè)公共自行車自助租賃點(diǎn)，擴(kuò)大城市軌道交通對周邊客流的吸引范圍。

表6　非有效方案調(diào)整建議表

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