戴 旺, 邱 冰， 鄧娟紅， 郭 昊， 李 浩

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410200)

從國(guó)家政策層面，支持都市圈條件成熟，客流充足的線路建設(shè)市域郊鐵路。長(zhǎng)株潭城際軌道交通西環(huán)線連接長(zhǎng)株潭都市圈兩個(gè)核心城市長(zhǎng)沙和湘潭，兩市社會(huì)聯(lián)系緊密，經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)度高，建設(shè)軌道交通條件成熟。目前國(guó)內(nèi)鐵路和軌道交通工程選線由于涉及因素眾多，大多基于工程師多年工作經(jīng)驗(yàn)，選出合理的工程方案，而不是通過(guò)系統(tǒng)工程科學(xué)決策手段來(lái)進(jìn)行選線。關(guān)于都市圈市域郊鐵路選線科學(xué)決策的論文就更少。本文通過(guò)查閱相關(guān)資料，楊文昕等通過(guò)層次分析法結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行選線研究[1]，花超通過(guò)灰色理論進(jìn)行鐵路選線研究[2]，譚羲、李澤宇等通過(guò)模糊可拓理論選線研究[3-4]，王宙,唐鴻鐸等通過(guò)權(quán)重反分析和模糊綜合評(píng)判法方案比選研究[5]，孫曉永綜合層次分析法和熵權(quán)法的選線研究[6]。綜上所述，眾多方法中，各有優(yōu)缺點(diǎn)，都能夠得到科學(xué)的選線結(jié)果，但是層次分析法結(jié)合模糊綜合評(píng)判法，考慮的因素更加全面，并且層次分明，定性和定量指標(biāo)能夠均衡考慮。楊文昕等采用的也是層析分析法和綜合模糊評(píng)判法，但是對(duì)噪音污染，沿線產(chǎn)業(yè)發(fā)展、政府財(cái)政負(fù)擔(dān)等地方政府和民眾比較關(guān)注的因素考慮不足，因此本文選擇了層次分析法結(jié)合模糊綜合評(píng)判法來(lái)進(jìn)行本項(xiàng)目選線分析，綜合考慮了地方政府比較關(guān)心的問(wèn)題和其他一些因素。

1 長(zhǎng)株潭城際軌道交通西環(huán)線項(xiàng)目簡(jiǎn)介

長(zhǎng)株潭城際軌道交通西環(huán)線線路全長(zhǎng)32.2 km，其中地下段長(zhǎng)6.66 km，高架段及過(guò)渡段25.8 km，共設(shè)車站14座，其中地下站4座，高架站10座，設(shè)2座換乘站，其中山塘站與3號(hào)線一期換乘，學(xué)士路站與5號(hào)線換乘。平均站間距2.42 km，最大站間距6.47 km，位于觀音港站與黃家灣站區(qū)間，最小站間距1.20 km，位于湘潭火車站至護(hù)譚西路站區(qū)間。其中一期工程范圍為湘潭北站—山塘站(不含)，如圖1所示，線路全長(zhǎng)約 17.53 km，其中地下段長(zhǎng)約 6.76 km，高架段長(zhǎng)約 9.50 km，共設(shè)車站 8 座，設(shè)北津車輛段一座，主變電所兩座，控制中心接入杜花路控制中心。本項(xiàng)目是盡快建設(shè)連接長(zhǎng)沙西站和湘潭北站之間的城際軌道交通，是落實(shí)長(zhǎng)株潭城市群建設(shè)、促進(jìn)長(zhǎng)株潭同城化發(fā)展的要求，也是優(yōu)化城市空間布局，支撐重點(diǎn)區(qū)域發(fā)展和沿線地區(qū)開(kāi)發(fā)的需要，是串聯(lián)兩市重要交通樞紐，實(shí)現(xiàn)兩市之間交通、旅游等重要資源共享的需要，是長(zhǎng)沙、湘潭兩市共同的急迫訴求。

圖1 長(zhǎng)株潭城際軌道交通西環(huán)線

2 山塘路到學(xué)士路站線路方案比選與研究

本線線路通道主要沿著潭州大道敷設(shè)，路徑較為單一且較為順直，除湘潭北站段線路之外，其余線路通道比較穩(wěn)定。本次主要是對(duì)山塘路到學(xué)士路站線路敷設(shè)方式做比較和研究。本工程與3號(hào)線一期工程軌通，同時(shí)保證與3號(hào)線一期工程換乘，3號(hào)線一期工程山塘站為地下兩層島式站，站后設(shè)停車兼折返線。從地鐵3號(hào)線一期工程終點(diǎn)山塘站接出來(lái)，沿長(zhǎng)沙至湘潭主干道潭州大道行進(jìn)。清風(fēng)路站側(cè)式地下一層站，大里程端設(shè)支線接入3號(hào)線一期工程，實(shí)現(xiàn)與3號(hào)線一期貫通。正線由路中轉(zhuǎn)向路側(cè)接入山塘站，山塘站位于3號(hào)線一期山塘站西側(cè)，潭州大道西側(cè)地塊內(nèi)，與既有3號(hào)線山塘站換乘，站后設(shè)停車兼折返線，并預(yù)留遠(yuǎn)期向北延伸條件。 現(xiàn)在需要重點(diǎn)研究的山塘路到學(xué)士路站的敷設(shè)方式[7]。該段主要控制因素有清風(fēng)路、巡府路、學(xué)士路、規(guī)劃大王山空軌與本項(xiàng)目與本線相交。方案一采用地下方案線路出觀音港站后快速入地，在清風(fēng)路站前采用地下方式進(jìn)行敷設(shè)。該段線路全長(zhǎng)4.76 km，高架段長(zhǎng)約0.69 km，地下段長(zhǎng)約4.07 km，最小曲線半徑為R=850 m，最大縱坡15 ‰。方案二采用高架方案。高架方案線路出觀音港站后由路側(cè)轉(zhuǎn)為路中，在巡撫路站前采用全高架敷設(shè)方式，出巡撫路站后快速入地至清風(fēng)路站。該段線路全長(zhǎng)4.78 km，高架段長(zhǎng)約4.47 km，地下段長(zhǎng)約0.31 km，最小曲線半徑為R=710 m，最大的線路坡度28 ‰。

按照線路方案比選列方案對(duì)照表見(jiàn)表1。

表1 清風(fēng)路站至山塘站敷設(shè)方式對(duì)比

3 運(yùn)用AHP-模糊綜合評(píng)判法來(lái)進(jìn)行方案比選分析

城際軌道交通項(xiàng)目由于影響項(xiàng)目線路方案的因素眾多[8]，有車輛轉(zhuǎn)彎半徑、爬坡能力等技術(shù)因素，有客流、工程建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)期間的費(fèi)用、車輛費(fèi)用以及貸款費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)因素[9]，有噪音、電磁輻射等環(huán)境影響因素，還有城市規(guī)劃、國(guó)防等社會(huì)影響[10]。由于評(píng)價(jià)對(duì)象屬性多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有工造造價(jià)等定量的指標(biāo)，還有環(huán)境影響等定性的指標(biāo)，難以完全單獨(dú)用定量或定性的方法進(jìn)行優(yōu)化分析和評(píng)價(jià)。AHP法能夠把復(fù)雜的問(wèn)題分解成各個(gè)組成因素，然后將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)比較，確定層次中諸多因素的相對(duì)重要性[11]。

3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

通過(guò)對(duì)線路方案進(jìn)行分析，線路方案要考慮的因素主要分?jǐn)?shù)技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素、環(huán)境因素和社會(huì)因素等四大類別，通過(guò)分析四大類別中的主要影響因子，并查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，綜合考慮各種因素，在眾多指標(biāo)中選取了典型指標(biāo)征詢專家意見(jiàn)，以此建立了線路方案評(píng)價(jià)的目的、準(zhǔn)則和影響因子三個(gè)層次[12]，如圖2所示。

圖2 決策分析模型

3.2 兩個(gè)方案在準(zhǔn)則層上的比較

(1)從技術(shù)準(zhǔn)則層面上的比較。從地質(zhì)情況來(lái)看，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、頁(yè)巖、礫巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r等為主，主要地質(zhì)問(wèn)題是灰?guī)r區(qū)存在溶洞不良地質(zhì)情況，對(duì)工程影響較大。從溶洞處理措施和費(fèi)用來(lái)看，方案二高架橋梁方案占據(jù)優(yōu)勢(shì)[13]。

從線路長(zhǎng)度、車輛轉(zhuǎn)彎半徑來(lái)看，兩個(gè)方案相當(dāng)。從爬坡能力來(lái)看，方案二坡度更大，對(duì)耗能來(lái)說(shuō)，較為不利。

(2)從經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則層面上的比較。從工程建設(shè)費(fèi)用來(lái)看，方案一采用地下工程方案，工程建設(shè)費(fèi)用較方案二高將近一倍。從拆遷費(fèi)用來(lái)看，方案二較高。從運(yùn)營(yíng)費(fèi)用來(lái)看，方案一從牽引能力，動(dòng)力照明能耗、維修養(yǎng)護(hù)和人員配置等方面的費(fèi)用均要高于方案二。貸款利息方面，由于現(xiàn)在地鐵建設(shè)普遍采用貸款模式，大約按30 %的資本金來(lái)算，方案一后期還貸的壓力要明顯大于方案二。因此從經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則防范來(lái)看，方案二有明顯優(yōu)勢(shì)。

(3)從環(huán)境準(zhǔn)則層面上的比較。在環(huán)境準(zhǔn)則層面上來(lái)看，方案一所產(chǎn)生的噪音污染明顯小于方案二，水污染和空氣污染都處于較低水平，并且兩個(gè)方案都沒(méi)有占用基本農(nóng)田。因此從環(huán)境準(zhǔn)則來(lái)看，方案一占優(yōu)勢(shì)。

(4)從社會(huì)準(zhǔn)則層面上的比較。從社會(huì)穩(wěn)定的角度來(lái)看，沿線居民密集區(qū)，采用地下敷設(shè)的方式，居民滿意度較高，對(duì)項(xiàng)目支持力度更大，協(xié)調(diào)難度更小，方案一占優(yōu)。從對(duì)城市總體規(guī)劃的角度來(lái)看，兩個(gè)方案都符合要求。從帶動(dòng)沿線發(fā)展的角度來(lái)看，由于方案一能與沿線商業(yè)或產(chǎn)業(yè)更加近距離布置，因此方案一占優(yōu)。

3.3 各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

采用層次分析法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。由在城際軌道交通選線有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行打分，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，并進(jìn)行一致性驗(yàn)證。

首先建立目標(biāo)層與準(zhǔn)則子系統(tǒng)層的矩陣見(jiàn)表2。

表2 目標(biāo)層與準(zhǔn)則子系統(tǒng)層關(guān)系矩陣

(1)技術(shù)準(zhǔn)則子系統(tǒng)層(表3)。

表3 技術(shù)準(zhǔn)則子系統(tǒng)層關(guān)系矩陣

(2)經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則子系統(tǒng)層(表4)。

表4 經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則子系統(tǒng)層關(guān)系矩陣

(3)環(huán)境準(zhǔn)則子系統(tǒng)層(表5)。

表5 環(huán)境準(zhǔn)則子系統(tǒng)層關(guān)系矩陣

(4)社會(huì)準(zhǔn)則子系統(tǒng)(表6)。

表6 社會(huì)準(zhǔn)則子系統(tǒng)層關(guān)系矩陣

(5)C層的總排序結(jié)果見(jiàn)表7。

3.4 結(jié)合模糊綜合評(píng)斷理論進(jìn)行分析

按照上述AHP分析結(jié)果，項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)向量WF=(0.043,0.023,0.013,0.128,0.299,0.168,0.097,0.055,0.047,0.03,0.021,0.013,0.031,0.010,0.017,0.006)[14]。

我們請(qǐng)了5名經(jīng)驗(yàn)豐富的專家，對(duì)兩個(gè)方案的影響因子進(jìn)行打分，采用備擇集V={V1,V2,V3,V4}={100,85,70,55}[15](表8)。

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)論

綜上分析，方案一和方案二各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法的結(jié)果，更為直觀的反映了方案二總體優(yōu)于方案一。

表7 C層總排序結(jié)果

表8 兩個(gè)方案的影響因子

4 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)株潭城際軌道交通西環(huán)線山塘站到學(xué)士路段影響因素眾多，通過(guò)系統(tǒng)工程方法進(jìn)行選線研究很有必要。本次通過(guò)AHP層次分析法結(jié)合模糊綜合評(píng)判科學(xué)方法來(lái)首次分析都市圈市域郊鐵路線路方案的合理性，以期能夠?yàn)橐院箢愃七x線決策提供一種新的方法。

(1)運(yùn)用AHP層次分析法結(jié)合模糊綜合評(píng)判科學(xué)方法，通過(guò)分析具有城際鐵路特點(diǎn)的社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)相關(guān)指標(biāo)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的典型方法分析，最后得出方案二更優(yōu)的結(jié)論。

(2)首次將噪音污染、水污染、空氣污染、車輛轉(zhuǎn)彎半徑、爬坡能力、運(yùn)營(yíng)成本和政府財(cái)政負(fù)擔(dān)等因子納入分析指標(biāo)，這些不確定的指標(biāo)通過(guò)系統(tǒng)工程中層次分析法求出權(quán)重，然后與模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合，與定量指標(biāo)結(jié)合在一起，能夠更全面的分析線路方案受影響的因素，更加科學(xué)的得到分析結(jié)果。

(3)為類似的工程案例，提供了一良好的決策參考案例。