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城市轨道交通换乘站布局综合评价方法研究

2023-11-23 来源:爱站旅游
导读城市轨道交通换乘站布局综合评价方法研究
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都市快轨交通・第19卷第3期2006年6月 学术探讨 堪市轫追交通换乘站布局 综合评价方法研 九 究 白 雁 韩宝明 干宇雷2 (1.北京交通大学北京100044;2.广州市地下铁道总公司 广州510030) 决定着线网规划的成功与否。如果轨道交通线路在一 摘要对城市轨道交通线网交会点是否需要设置为 换乘站、换乘站设置对整体线网的优化有何影响、用什 么标准衡量和评价换乘站的布局进行深入的研究。根 个城市中只有一条或两条,线路的交叉点也只有一个 或两个,从连通轨道交通线路的角度考虑,地铁规范要 求所有交叉点均应设置为换乘站。但随着轨道交通线 网逐渐形成规模,线网将由十几条线路构成,交会点也 从最初的一两个上升为几十个,是否所有轨道交通网 据充分发挥线网整体效率、均衡客流强度、减少乘客无 效乘距的指导思想,提出从网络发展水平、居民出行条 件改善、运营效果三方面9项指标组成的轨道交通换 乘站布局方案综合评价体系,研究指标量化的方法,对 城市轨道交通换乘站布局进行多目标模糊综合分析评 价。以某市轨道交通线网规划为例,应用评价体系推 线路交会点都需要设置为换乘站?如果可以有所选 择,那么哪些交会点需要设置为换乘站?如何布设整 个线网中的换乘站?换乘站的合理数量、布局与线网 的形式、规模存在什么样的关系?这些都是需要研究 荐出最优布局方案。 关键词 城市轨道交通线网 换乘站 综合评价 指 标系统布局方案 的问题。由于轨道交通建设周期长、各条线路不能同 时修建,且建成后不易改动,因此在线网规划阶段,就 l 城市轨道交通换乘站布局概述 当前,我国城市轨道交通正从单线规划建设进入到 网络化整体规划建设,从整个线网协调统一、整体优化 的角度考虑,在线网的交会或交叉地段处理好线间的换 应对换乘布局方案进行详细研究,以避免在实施阶段 出现难以克服的问题,引起大的调整或工程的废弃。 国外的轨道交通建设已经有上百年的历史,伦敦、巴 黎、纽约、莫斯科及东京等城市有比较成熟的轨道交通线 网,规模都在200 km以上,均由10条以上轨道交通线构 乘和相互联络等的问题必将带来极大的社会和经济效益。 换乘站是线网构架中各条线路的交叉点,乘客通 过换乘站及其专用(或兼用)通道设施,达到换乘的目 的,换乘的便捷性直接影响整个线网的效率。换乘站 分布和换乘形式的灵活性,对轨道交通线网的整体功 能和线网构架的稳定性有着较大影响,轨道交通要成 成。我国近些年才开始加强轨道交通线网规划和规模性 发展,对换乘站的布局和形式等的研究还处于起步阶段。 纵观国内外对于轨道交通换乘站的研究成果,其 主要着眼点为以下几个方面:换乘站的形式;换乘站的 内部布设,如通道、自动扶梯、售检票设备的设置对客 流组织的影响;车站的位置,包括所处的地理位置、土 地利用形式、与其他交通工具换乘的便捷性等,以及对 出行者选择轨道交通方式的影响;改善城市轨道交通 为城市主导的交通方式,必须充分满足乘客对方便性、 舒适性和安全性等方面的各种要求。在这些要求中, 除旅行时间、准时性、减少事故以外,其他大部分要在 一车站换乘条件的投资效益分析评价;定时换乘(timed— transfer)枢纽的规划设计和运营管理,如何通过调整发 车密度来控制车辆到达换乘枢纽的准时性,从而提高 换乘便捷性,最小化乘客的换乘时间;轨道交通车站选 址和确定规模大小的方法,以及对换乘站经济效益和 体化运营以及交通方式之间换乘的方便、舒适和快 捷的基础上才能达到。可以说,换乘布局方案的好坏, 收稿日期:2005‘09-01 修回日期:2006-02‘28 作者简介:白雁,女,土建学院讲师,在读博士,主要研究方向为城市 轨道交通规划设计,bai.yan@263.net 环境效益的评价方法等。这些研究成果均是从微观层 维普资讯 http://www.cqvip.com

城市轨道交通换乘站布局综合评价方法研究 面研究换乘站的可实施性、与其他交通方式的衔接,换 乘站的选址与土地利用的关系,换乘站内部布局和设施 目标层 准则层 指标层 广可达性0.33 0.67 对乘客换乘时间、效率、流量的影响,以及车站换乘条件 攀 l鳝厂网络发展水平zl  0.24— L携曛站 的投资效益评价等。本文从宏观层面(即提高线网效 率)来研究换乘站布局,并对换乘站布局方案进行评价。 轨道交通线网的换乘站布局涉及因素较多,主要 包括换乘站的客流规模、周边用地情况、与周边环境的 协调性、与城市总体线网规划及交通战略问的协调性、 与未来轨道线网结构问的相互适应性、与其他交通方 式问的衔接合理性、充分利用原有设施的经济性、地理 空问上分布的相对均衡性、施工难易度等,是多因素、 多层次的复杂系统工程。轨道交通换乘站布局方案评 价是从整个线网优化角度出发,对不同的换乘站布局 方案进行全面的定性和定量分析,以度量其相对价值, 为布局方案的比选提供科学的决策依据。在影响方案 决策的因素中,既有定量指标又有定性描述,既有客观 条件也有主观影响,而且各个因素相互关联,大部分指 标及其相互关系难以精确量化表达,在评价时表现出 一定的模糊性。针对以上特点,笔者首先建立了一套 换乘站布局评价指标体系,采用多目标模糊综合评价 方法,对布局方案进行综合评价,然后确定最优方案。 2换乘站布局评价指标体系 轨道交通换乘站布局评价涉及面广、内容多,评价 指标选取所考虑的因素也多,因此用简单的线性结构 难以描述各指标的内在联系。笔者采用层次分析法建 立树状的关系结构,运用目标层次分类展开法,由目 标一准则,直到可定量或可进行定性分析的指标层。在 评价指标体系建立的过程中,充分考虑了系统科学性 原则、可比可测性原则、公正合理原则、实用性原则,以 及敏感性、信息非重叠性和非相关性。 从轨道交通线网整体角度出发,换乘站的设置首 先应保证轨道交通线路之问的最佳换乘连接,还需要 保证与其他交通方式(公共汽车、出租车)之问的良好 衔接,以及与周边设施(商业中心、住宅、停车场等)之 问的良好联系;同时,还要考虑到居民出行的便捷性, 从而有效地吸引客流;最后,还要考虑到运营管理的问 题、设备资源的有效利用和共享及投资效益返还的经 济性。在本着充分提高线网整体效率、均衡客流强度、 减少乘客的无效乘距,最大限度地发挥轨道交通作为 大城市交通生命线作用的指导思想下,经过综合分析 和考虑,建立了一套轨道交通换乘站布局评价指标体 系,其结构如图1所示,具体指标说明如下。 扁评 l75 —+-居民出行条件改善z2 o 40_1 广 乘次数0.堡 l L居民出行时间节省0.25 禁 L l运营效果Z3 0.36—— r运酌翱激客流断面不均衡系数o.31 0.16 经济效益O 53 图1 轨道交通换乘站布局评价指标体系 1)网络发展水平 (1)可达性:是指从城市一点、一区到城市其他地 方的方便性,它反映某一节点在路网中的地位,以及节 点对外交通联系的便捷程度。 (2)换乘便捷性:轨道出行可直达目的地的人次 和在轨道线网中需中转换乘一次方能到达目的地的人 次占轨道线网总出行人次的比例,它衡量乘客直达程 度、轨道线网布局和车站布局合理程度。 2)居民出行条件改善 (1)平均换乘次数:乘坐轨道交通到达目的地所 需的平均换乘次数,它反映网络换乘条件对乘客出行 便捷性的影响。 (2)居民出行时问节省:对于有无换乘站时居民 出行的平均节省时问,它反映换乘站的设立为居民提 供的方便性。 3)运营效果 (1)运营管理难度:对于规划好不同数量的换乘 站管理中心的管理难度对比,它反映换乘站规划对运 营管理的影响。 (2)客流断面不均衡系数:轨道交通线网各线客 流断面最大值与平均值之比,它反映轨道交通线网所 承担客流的均衡程度,以评价线网的客运效率。 (3)经济效益:不同换乘站规划下资本的投入以 及对周边土地价值的影响,它评价网络的经济效益。 3 换乘站布局多目标模糊综合评价方法 3.1 模糊评价模型 设决策论域 是布局方案集,U={/z1,/z2,…,/z },m 为待评价方案个数。目标集为V={ 1, 2,…, },n为目 标个数,方案 对指标G 的属性值为p (i=1,2,…, m; =1,2,…,n),矩阵P=(P ) 表示m个目标对n 个方案的目标特征值矩阵。将矩阵P中的特征值转换 为相对隶属度,构造新的指标隶属度矩阵 为 …… ・ URBAN RAP10 RAIL 维普资讯 http://www.cqvip.com

都市快轨交通・第19卷第3期2006年6月 …, ]j 将矩阵 ,中每列的因素做单因素评价,构造理想 3)固定型指标 I r—r l r =1一——— —— maxI勺一ri 0 i=1,2,…,n ∈v3(6) 的最优和最劣方案。 最优方案rg={rg1,rg2,…,rg }= 11 V 12 V…V 1 ,…,r 1 V rn2 V…V r (1) 最劣方案rh={rh1, b2,…,rh }= l1^ 12八…八 1 ,…,r 1八rn2八・・‘八r (2) 式中,^、V分别表示两个数之间取大取小的运算。 各方案都以一定隶属度隶属于最优和最劣方案。 本文引用文献[5]中的优属度计算公式,取欧氏距离为 f ∑[Wk(i)(r 一r )] 1 rg {1+【  ——————一∑[ ( )(r 一rbki)] J}  式中, (i)为权重集中第k个指标的权值。 本文采用多级模糊评价模型,第一级模糊评判对 准则集 的每个因素进行单因素评价,其中 包括m 个指标,即Zi={ ,…, }。评判结果Bi为 B WiR (b 1,b ,…,b ) (3) 式中, 为指标层对准则层的权重, ={鲫1,鲫2,…,鲫 }, 其中鲫 >0,Yw 1; =( 溉) ,rijk为第i类准则集 中的第_『个指标%关于方案集 第k个元素的隶属度。 第二级模糊评判在对z的m个指标均做出单因素 评价后,对上一级因素进行综合评价,最后得出方案的 优属度向量比 (ul,“2,…,u )。 3.2指标特征值的量化 多目标决策的显著特点之一是目标间的不可公度 性,即各个目标之间没有统一的度量标准(价值体系、 评价尺度),因而难以比较;而且指标来自不同方面、不 同层次,不能将它们放在同一层面上考虑。所以,在进 行综合评价前,应先将评价指标的特征值无量纲化,统 一变换到[0,1]范围内,计算其隶属度。 布局方案评价体系中的定量指标有效益型指标(越 大越优型,如居民出行时间节省等)、成本型指标(越小 越好型,如平均换乘次数等)和固定型指标(越接近某一 数值越优型,如可达性),相应的指标集分别为 、 、 。根据指标的不同特点,采用以下方法进行处理。 1)效益型指标 = 1,2,…,n j e V1(4) 2)成本型指标 = r n je V2(5)—r i=1,2,…,、  RANSIT —式中,r 为Vi指标的最佳稳定值。 对于定性指标,评定值的模糊矩阵由专家评判确 定。首先建立评语集,这里为{好,较好,一般,差,较 差},相应的评价值假定为E={1,0.8,0.6,0.4,0.2}。 对于目标下准则 的第 个指标,请h个专家依次给 出评价值Js1,Js2,…,Js^,得到h个评价值,并取其平均 数,则得到目标下 的第 个指标的隶属度r为 r=(S1+Js2+…+S^)/h (7) 将定量和定性的特征值合并在一起,m个方案的n 个评价指标值组成一个模糊矩阵。 3.3 旨标评价体系暇重 礁≯ 方案的优劣是由各评价指标反映出来的,但是每 个指标对总体方案的影响程度各不相同,所以需要根 据各指标对总体方案评价的重要程度确定其权重。在 实际应用中,确定权重的主要方法包括Delphi法、专家 调查法、频数统计法系法和层次分析法(AHP)法,本文 采用比较成熟的AHP法确定各指标的权重。AHP方 法的信息基础是判断矩阵,利用排序原理,求得矩阵排 序矢量,可计算各指标权重系数,计算步骤为 (1)计算判断矩阵 的每一行元素的积 =n b i=1,2,…,n (2)计算各行 的n次方根值 = i=1,2,…,n 式中,n为矩阵阶数。 (3)将向量( 1, ,…, ) 归一化 最终得到的权重值见图1。 4实例分析 以我国某市轨道交通线网建设规划为例,利用上 述方法对其换乘站布局进行综合评价和分析。该市轨 道交通线网建设规划为9条城市轨道交通线的全线或 部分路段开通运营,总线网长度255 km,车站164个: 城际轨道交通线1条,长度17.4 km,车站10个。本文 主要针对近期规划开通和在建的10条城市轨道交通 线路进行分析,即272.4 km线网,174个车站,其中30 个车站为线网交会点。根据各交会点车站在整个线网 中的重要程度,通过聚类分析方法,首先确定了4个换 乘布局方案进行评价。 由于换乘站布局评价指标系统分为两个层次,计 维普资讯 http://www.cqvip.com

城市轨道交通换乘站布局综合评价方法研究 算首先从第一层(最底层)开始算起。利用前面求出的 一的方案评价体系,在这一过程中注意了以下几点:① 权重,结合多目标模糊优选模型,计算单因素的评价优 属度向量:再利用多层次多目标系统模糊优选方法,计 算高层次的评价优属度。 从网络发展水平对应的指标计算隶属度矩阵,得 确立评价准则,这是选择具有针对性指标的前提及基 础;②指标体系反映布局方案的主要影响效果;③指标 独立性强,尽可能少地相互包含或相关;④以客观性指 标为主;⑤指标的一致性强。 (2)本文采用多目标模糊综合评价方法对换乘站 布局方案进行了优选,该方法能够避免评价过程中主 观片面和个人偏好的影响,通用性比较好,并且可操作 足(1)0・635 0・622 0・624 0・6101 : l 1 0.66 0.66 0 I 1 0.6l3 0.892 0.532J 式中,最优方案Rg1=(0.635,1,1),最劣方案Rg1= (0.610,0,0.532)。 性强,能够对布局方案做出科学合理的评价决策。 (3)换乘站布局方案评价的研究在国内才刚刚开 由图1得指标权值为0.24、0.40、0.36,得到优属 度向量为 u1=(1,0.52,0.83,0) (8) 始,笔者在指标体系的建立和评价方法的选择中借鉴 了很多轨道交通线网规划及评价的研究成果,为换乘 站布局方案的评价方法研究提供了一种新的尝试。 参考文献 [1]朱沪生,轨道交通网络化建设中大型换乘枢纽的探讨.都 市快轨交通,2004,17(5):1—5 同理,从居民出行条件改善和运营效果两个准则 出发,分别计算优属度向量为 R(2)=l 0.862 0.855 0.864 0.850 l u2=(0.99,0.45,0.88,0) 『o‘775 o‘437 o‘662 o‘ 5] l 1 0.917 0.775 0.648J (9) [2]Schneider J B,Deardorf R,Deffebach C,et a1.Planning, designing and operating multi。。center timed。。transfer transit systems:guidelines from recent experience in six cities R(3)=lL _0.225 0.123 0.213 0.375 l 0.64 0.48 0.55 0.37 J u3:(0.41,0.05,0.13,0.75) 『o‘437 o‘252 o‘252 ] (10) [OL].Seattle:Washington Univ.,1983:121. [3]Kato H,hoh M,Kato S.Cost—beneift ana1 vsis for improvement of transfe r at urban railway stations[C/OL].9th World Congress on Transport Research,2001. 根据三个准则层优属度的计算结果,求得最终方 案的优属度向量为 u=(0.96,0.31,0.83,0.16) (11) [4]Henry E,Kuhn F.The development of metro variants lessons rfom Mexico and other countries[C/OL].The French National Research Institute for Transport and Safety Research. [5]陈守煜.系统模糊决策理论与应用[M].大连:大连理工 大学出版社,1994:1—101. [6]易思蓉.地铁路网规划的多目标综合评价[J].城市轨道 交通研究,2002f2):3卜35. 由式(11)得出方案综合评价的最终排序,方案1 最优,方案3次之,方案4最差。 5结语 (1)本文根据换乘站布局规划的特点,建立了统 责任编辑:郭洁 A Fuzzy Synthetic Evaluation Method for Layout of Urban Rail Transit Interchange Stations Bai Yanl Han Baomingl Gan Yulei2 (1.Beijing Jiaotong University,Beijing 100044;2.Guangzhou Metro Corporation,Guangzhou 510030) Abstract:This paper expounds whether each intrchange peoint of urban rail Wansit network needs to be an interchange stationand ,how the intrchange steation layout h,Lfluences the network optimization.To maximize the eficifency of the whole networkbalance ,passenger flow and minmize the nvaliid riding distance by the passenger,a synthetic evaluation systemwhich consists of9 indicators on ,het part ofnetwork devebpment,knprovement ofpassenger呻conditois nnd aoperation results,is proposed ni this paper.Amethod for quantifying het indicators is put forward or fmulti—objective fuzzy synthetic evaluatoin ofthe nitrechange statoin layout、This evaluatoin method is ernpbyed to identify the best possible design for an urban rail transit line in a c cited as an example. Key words:rail transit network;interchange station layout;synthetic evaluaton;iindicator system;layout plan u 一。 .r s 

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