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王鹏耀 周静 易莉 | 喀斯特山地城市轨道交通线路选线综合评价研究
发布日期:2022-08-02 作者:王鹏耀 周静 易莉 信息来源:中咨研究 访问次数: 字号:[ ]

喀斯特山地城市轨道交通线路选线综合评价研究

王鹏耀  周静  易莉

摘要:喀斯特山地城市因其特殊的地形地貌特征,导致城市地形高低起伏、落差较大,地下溶洞较多,地下水丰富,建设用地较少、较分散,道路狭窄且不规则,市政区域地下管线错综复杂,造成喀斯特山地城市修建轨道交通难度较高。采用科学、合理的指标体系对轨道交通线路方案进行评价决策,能够使轨道交通这一重大基础设施达到适应规划、方便出行、适应城市地形地貌、节约投资、工程实施安全方便、环境影响小的目的,实现最佳综合效益。本文以贵阳市为例,对喀斯特山地城市轨道交通线路选线综合评价进行研究,旨在为喀斯特山地城市轨道交通线路选线提供理论与实践指导。

关键词:喀斯特;山地城市;轨道交通;线路选线;评价指标体系;AHP;模糊综合评价法

一、研究背景

喀斯特地貌(Karst Landform),是地下水与地表水对可溶性岩石溶蚀与沉淀,侵蚀与沉积,以及重力崩塌、坍塌、堆积等作用形成的地貌,中国称之为岩溶地貌,为中国五大造型地貌之一[1]

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喀斯特地貌(Karst Landform)示意图

山地城市(Mountain cities),国外又叫斜面城市或坡地城市,可以理解为修建在倾斜的山坡地面上的城市[2]。山地城市一般包含狭义和广义两种类型:狭义山地城市是指城市选址修建在倾斜的山地坡面上,如重庆、兰州、延安、拉萨、香港等城市[3];有些城市尽管修建在平坦的地域,但因其周围地貌条件复杂,从而对城市的空间发展、布局结构、气候环境及交通组织产生影响,即广义山地城市,这类城市也视为山地城市,如昆明、贵阳、杭州、南京等[4]

喀斯特山地城市是指同时具有喀斯特地貌和山地城市特征的城市。

城市轨道交通是一项投资大、涉及面广、综合性强的基础设施项目。它的建设对城市发展将产生长远影响,是城市发展的百年大计。然而,在城市轨道交通项目中,选线专业是工程设计的前置专业,大部分设计工作需在选线工作完成后才能开展,线路方案的优劣直接影响着工程的投资和设计,属于决策性影响因素。目前,国内外开展城市轨道交通线路选线的研究工作不多,专门针对喀斯特山地城市轨道交通线路选线的研究更少,故开展喀斯特山地城市轨道交通线路选线研究工作很有必要。

二、影响因素分析

影响喀斯特山地城市轨道交通线路选线的因素很多,宏观因素如城市规划,微观因素如站点地质条件和管网情况,均会对站点选址起到不同程度的影响。根据城市轨道交通线路工程规范要求及城市轨道交通选线常规外部要素,结合贵阳市轨道交通1、2、3号线一期工程实施及调研情况,并根据轨道交通专家对于喀斯特地区建设意见等,分析总结出影响喀斯特山地城市轨道交通线路选线的主要因素如下:

(一)地形地貌和地质条件

喀斯特山地城市地形起伏大,而轨道交通线路纵坡又必须满足相关规范和运营特点,故喀斯特山地城市地形会对轨道交通线路纵坡选择产生影响。此外,由于喀斯特山地城市岩溶强烈发育,施工中经常发现岩溶破碎带、大型溶洞和溶腔、岩溶管道水和暗河,这对轨道交通线路走向、车站选址、车站埋深等将产生较大影响。

(二)城市规划及建设情况

1.城市规划

与喀斯特山地城市轨道交通线网规划及线路选线等有关的城市规划主要有城市总体规划、城市土地利用规划。与城市总体规划是否相符,会直接影响轨道交通项目是否能通过审批。与土地利用规划的协调度,会影响喀斯特山地城市轨道交通线路前期手续办理周期及工程建设费用。

2.城市建设

与城市建设的结合,会对轨道交通线路局部走向产生影响。因此,轨道交通线路选线应与城市建设相结合是规划决策层的常规建议。若在选线阶段没有考虑城市建设因素,而在后期决策过程中要求轨道交通与城市建设结合,则对线路方案会产生一定影响。国内近十年结合城市规划实施的轨道交通TOD模式(以公共交通为导向的发展模式)就是与城市建设的深度融合。与TOD发展规划、新区发展等计划的匹配性会直接影响项目客流条件和投资效益。

(三)城市经济实力

城市经济实力决定了轨道交通线路制式的选择、线路的敷设方式,并影响项目是否可以开工建设。根据《国务院办公厅关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见》(国办发〔2018〕52号),轨道交通线路制式的选择与当地财政收入息息相关。同时,国办发52号文要求,城市政府应建立透明规范的资本金及运营维护资金投入长效机制,确保城市轨道交通项目建设资金及时足额到位。轨道交通线路敷设方式不同,其造价也大不相同,城市的经济发展,财政收入对轨道交通线路敷设方式也是有很大影响。

(四)客流吸引条件

客流吸引条件会直接影响轨道交通线路走向及车站的选址。运送乘客是轨道交通最重要的功能,客流的多少是影响轨道交通线路选线最直接的因素之一。在线路走向选择时,应充分考虑沿线既有和规划的主要客流集散点以及各类交通枢纽,并应与城市综合交通网络规划相协调,以利于最大限度地吸引客流,方便乘客出行。

(五)工程实施条件

工程实施条件对轨道交通线路局部走向会产生影响。在拆迁难度较大、下穿建(构)筑物多、交通疏解难等复杂的工程实施条件下,会导致轨道交通建设成本大幅增加,建设周期延长,施工风险增大,故通常会通过调整线路方案来降低各种风险。

(六)社会效益

在轨道交通选线阶段,应考虑轨道交通产生的社会效益,比如缓解交通拥堵、增加就业岗位、带动区域经济的发展、节约能源及保护环境等。考虑社会效益因素后,会对轨道交通线路走向、曲线半径和坡度设置等产生影响。

(七)生态环境因素

轨道交通线路的走向和敷设方式还受制于生态环境因素。喀斯特山地城市生态环境较为脆弱,在轨道交通选线阶段,为保护环境,需尽量避绕森林公园、水源保护区及风景名胜区等,从而使线路走向发生改变。

三、评价指标体系

(一)评价指标选取原则

1.系统性原则

评价体系要能全面并系统性地反映喀斯特山地城市轨道交通线路选线的特点。在选择多项指标构建评价体系时,要分析各指标是否能够全面反映评价对象各方面的特征,同时各指标之间是否相互协调、相互补充。

2.科学性原则

评价体系的建立需遵守客观科学的原则。科学性的原则一方面是指评价指标之间关系协调,不能出现相互矛盾或相互冲突的情况;另一方面,评价的标准要充分结合喀斯特山地城市的特点,以实际经验做修正,不能主观臆断。

3.定性和定量指标相结合的原则

喀斯特山地城市轨道交通线路选线的影响因素,有定量因素,也有定性因素,若要使综合评价更具客观性,就必须坚持定量和定性指标相结合的原则,这样才能既有利于系统模型的处理,又可弥补单纯定量评价的不足以及数据本身存在的某些缺陷。

4.个性与共性结合的原则

喀斯特山地城市轨道交通线路选线评价指标体系,与平原城市、山地城市的轨道交通线路选线评价指标体系有共性的指标,但也需结合喀斯特山地城市的特点,找出喀斯特山地城市的个性指标,比如地形地貌、地质条件等因素。

5.独立性原则

在选取指标时,应保证指标之间的独立性,避免指标相容。但有些指标既不完全相容,也不完全独立,即指标之间有相关性时,这样的指标是允许存在的。因此,指标的选取既要全面又要精炼,要对喀斯特山地城市轨道交通线路选线方案的评价具有明显的敏感性。

6.简易和实用性原则

评价指标体系既要言简意赅、易于掌握、避免繁琐,又要具备实际应用功能和较强的可操作性。避免指标中显见的包含关系,对隐含的相对关系,要在模型中以适当方法加以消除。

(二)评价指标体系确定

本文对喀斯特山地城市轨道交通线路选线评价指标选取原则、主要影响因素、评价标准等进行研究,提出喀斯特山地城市轨道交通线路选线评价的相关指标,建立初步的评价体系,并形成调查问卷。根据德尔菲法,发放电子问卷、纸质问卷,咨询贵阳市轨道交通建设单位、设计单位、研究院所等相关单位的专家意见。通过对专家进行问卷调查,归纳整理专家对指标的意见,调整指标体系,最终形成喀斯特山地城市轨道交通线路选线评价指标体系(26个指标),具体指标见表1。

表1 喀斯特山地城市轨道交通线路选线评价指标体系

四、AHP—模糊综合评价模型

(一)AHP—模糊综合评价模型构建

本文所构建的AHP—模糊综合评价模型由两部分构成,即层次分析法和模糊综合评价法两个部分。

其中,第一部分层次分析法是在构建指标体系的基础上对其进行分层处理,划分结构层次,确定目标层、准则层、指标层的结构体系;再进行专家咨询,采用1—9比例标度方法,对两两指标的相对重要性进行定性的分析,构造判断矩阵,并求得矩阵最大特征值,之后再进行一致性检验,最终得到各指标的权重系数。第二部分采用多层次模糊综合评价法,对指标数据进行归一化处理,然后进行分层综合评判,再进行高层综合评判,最终得出评价结论,从而实现对喀斯特山地城市轨道交通线路选线的综合评价,评价模型如图1所示。

图1 AHP-模糊综合评价模型

(二)评价指标的权重确定

评价指标的权重通过层次分析法来完成。运用AHP法,主要按以下步骤进行。

1.建立层次结构

根据对问题的了解和初步分析,把体系中涉及的因素按性质分层次排列,如图2所示。

图2 AHP 递阶层次结构示意图

2.标度确定

目前的评分方法有很多种,本次研究常用的1-9标度法,即将相互重要程度用数值表示出来,写成判断矩阵。其中9级标度判断矩阵及其含义见表2所示。

表2  1-9级标度表

3.建立判断矩阵

利用Ai与Aj比值为aij ,Aj与Ai相比的判断为aji=1/aij ,得到一个n×n的判断矩阵A=(aij)n×n。

4.指标权重的计算

对于矩阵A,先算出其最大特征值

图片

和权向量T,并进行一致性检验,得出一致性指标CI、随机一致性指标RI和随机一致性比率CR,当CR<0.1时,表明判断矩阵具有一定的一致性。

对于1-9阶判断矩,RI的值如表3所示。

表3  RI平均随机一致性指标

5.计算指标层各项指标的综合权重

通过专家组问卷调查形成最终评价指标体系,再邀请专家组填写的方式,采用1-9级标度方法(表3)设置填写值,使指标体系中同一层次的因素进行相对重要性的两两比较,最终得出专家组对各指标的判断值。根据判断值构建出各个层次相对重要性的矩阵,运用Yaahp软件计算并得出各个指标的权重。各项指标的权重还需要用随机一致性比率(CR)进行检测。只有当CR<0.1时,表明判断矩阵具有一定的一致性。

(三)综合评价步骤

1.评价因素集合的确定

评价指标确定后,将评价因素组成一个因素集合B,B={B1,B2,B3,…,Bn},其中,Bi(i=1,2,3,…,n)为评价指标因素,n为同一层次上评价因素的个数 。

2.定性指标与定量指标的无量纲处理

对于定性指标,通过收集评价对象的基础资料,并制作调查问卷,通过整理计算,得出评价对象各个定性指标的平均分,最后再利用Z-score标准化方法对各指标平均分进行无量纲处理,即归一化处理。

对于定量指标,通过收集评价对象定量指标的实际值,再利用Z-score标准化方法对各指标实际值进行无量纲处理。

3.分层综合评判

首先利用无量纲处理后的结果构建同一准测层下的单因素评判矩阵R,再构建同一准测层下的单因素的权重矩阵A,利用模型公式B=AºR计算,其中º表示模糊算子M(·,+),即先乘后加算子。

4.高层次综合评判

对目标层下面的各准测层因素进行综合评判,方法同分层综合评判一样。

5.综合评判结果分析

根据最终得到的分值大小,可以评判各评价对象各指标的优良情况,分值越大,说明指标越好,最后还可以对整个方案进行总体评价,分值越大,方案越优。

五、贵阳市轨道交通线路选线综合评价

(一)评价体系指标权重总体分析

通过前述分析,对已建立的评价指标体系,按照层次分析法,建立判断矩阵,通过发放问卷调查,整合各专家的矩阵表,取得平均数,使用计算机软件yaahp得出贵阳市城市轨道交通线路选线评价指标体系权重列表(见表4)。

表4 贵阳市城市轨道交通线路选线评价指标体系权重列表

通过一致性指标(CI)与平均随机一致性指标(RI)的比较,对该权重列表进行一致性判别。经检验判别一致性比例小于0.1,说明该指标数据真实可靠,评价体系合理,各项指标可以作为贵阳市城市轨道交通线路选线评价指标。

(二)模糊综合评价法的因素集确定

根据前述分析得到的模糊综合评价因素集如下:

图片

(三)定性指标与定量指标的无量纲处理

1.定性指标无量纲处理

通过收集分析贵阳市轨道交通1号线、2号线、3号线一期的初步设计、环境影响评价报告、水土保持报告、客流预测报告、节能报告、地质灾害报告及用地预审等资料,制作出贵阳市轨道交通1号线、2号线一期、3号线一期线路选线评价的调查问卷,并发放给贵阳市城市轨道交通集团有限公司员工调查。通过整理计算,得出贵阳市轨道交通1号线、2号线、3号线一期工程各个定性指标的平均分,最后再利用Z-score标准化方法对各指标平均分进行无量纲处理。

2.定量指标无量纲处理

通过收集分析贵阳市轨道交通1号线、2号线、3号线一期的初步设计、客流预测报告等,得出各线路定量指标的实际值,再利用Z-score标准化方法对各指标实际值进行无量纲处理(详见表5)。

表5 贵阳市轨道交通线路选线评价指标无量纲处理汇总表

(四)分层综合评判

(五)高层次综合评判

由此可知,贵阳市轨道交通1号线、2号线、3号线一期工程线路选线综合评价按照分值排序为:贵阳市轨道交通3号线一期、贵阳市轨道交通2号线、贵阳市轨道交通1号线。

(六)评价结果分析

结合各指标的权重分析,对于整个线路选线综合评价,3号线一期线路方案最优,2号线线路方案次之,最后为1号线线路方案。从前面的研究可知,按照权重的大小排序,各准则层的重要性依次为城市规划、客流吸引条件、地形地貌条件、工程投资和工程实施条件、环境影响、社会效益。现从最重要的城市规划、客流吸引条件、地形地貌条件来分析3条线路中的最优线路。

在城市规划方面,1号线、2号线、3号线一期都非常契合贵阳市的城市发展方向,与城市总体规划相符合,同时带动沿线土地集约开发,与土地利用发展相协调,各条线路差距较小。在客流吸引方面,3号线一期工程是贵阳市南北向主要的骨干线,串联贵阳市主要区域有花溪区、经开区、云岩区、南明区、乌当区。覆盖了城市的主要客流廊道,且线路近期全日客运量为3条线路中最大的,其次为2号线,1号线客流为3条线路中最小的。在地形地貌方面,2号线最小曲线半径(300≤ R≤400)最少,1号线次之,3号线一期最多。同时,对于大于25‰的坡度,3号线一期最少,2号线次之,1号线最多。另外,1号线和2号线都从观山湖区到老城区,线路落差大,存在长大坡道,3号线一期线路无长大坡道。在地形地貌方面,2号线最优,3号线次之,最后为1号线。最后结合各指标权重进行综合分析得出,3号线一期线路方案最优,2号线线路方案次之,最后为1号线线路方案。

六、结束语

本文运用AHP-模糊综合评价法对喀斯特山地城市轨道交通线路选线建立综合评价模型。并以贵阳市为例,以该评价模型对贵阳市轨道交通1号线、2号线、3号线一期线路选线进行综合评价,准则层中七个主要影响因素重要性依次为:城市规划(权重为0.2719)、客流吸引条件(权重为0.2429)、地形地貌条件(权重为0.1684)、工程投资(权重为0.1071)、工程实施条件(权重为0.1071)、环境影响(权重为0.0618)、社会效益(权重为0.0408)。

对于B1地形地貌条件,2号线最优,3号线一期次之,最后为1号线;对于B2城市规划,1号线最优,3号线一期次之,最后为2号线;对于B3工程投资,1号线最优,2号线次之,最后为3号线一期;对于B4客流吸引条件,3号线一期最优,2号线次之,最后为1号线;对于B5工程实施条件,2号线最优,3号线一期次之,最后为1号线;对于B6社会效益,3号线一期最优,2号线次之,最后为1号线;对于B7环境影响,2号线最优,1号线次之,最后为3号线一期。经过综合评价后得出,3号线一期线路方案最优,2号线线路方案次之,最后为1号线线路方案。

参考文献

[1] 伍光和,王乃昂,胡双熙,等.自然地理学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2008:275-279.

[2] 于哲.山地城市住区用地建设的核心指标研究[D].华中科技大学,2010.

[3] 杨乐.山地城市空间扩展及其生态效应研究[D].西南大学,2011.

[4] 黄光宇.山地城市学原理[M].北京:中国建筑工业出版社.2006:9.

注:原文载自《中国咨询》2022年第7期,本次发表作者做了修改。文中图片来源于网络。




 
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