城市轨道交通线网规划实施评估理论与实践.doc

城市轨道交通线网规划实施评估理论与实践陈海伟，徐士伟，谢志明（广州市交通规划研究院，广州 510230）摘 要：交通规划领域缺少对城市轨道交通线网规划实施评估的技术方法与实践研究。为填补此理论和实证空白，通过广泛开展专家咨询，对所选指标进行隶属性分析、相关性分析和可靠性分析，拟订了“领域指标因子”三级评估指标体系，提出了改进的AHP法确定指标权重，并建立降半阶隶属度函数评定不同指标的等级，由此构建了一套完整的城市轨道交通线网规划实施评估体系。该体系在广州城市轨道交通线网规划实施评估中得到应用，取得了良好的效果。关键词：城市交通；城市轨道交通；改进的AHP法;线网规划；实施评估Theory and Practice of Implementation Evaluation in Urban Rail Transit Network PlanningChen Haiwei, Xu Shiwei, Xie Zhiming（Guangzhou Transport Planning Research Institute, Guangzhou, 510230）Abstract：The field of transport planning lacks the research methods and practice of implementation evaluation in urban rail transit network planning. In order to fill the blank in both theory and practice, a wide range of experts consultation is carried out, the selected indicators is analyzed through subordination, relevance and reliability, and the domain-indicators-factor tertiary evaluation index system is presented. Then, an improved AHP method to determine the index weight is proposed, and the drop half membership function is established to evaluate different grade of indexes. Thus, a set of complete system of implementation evaluation in urban rail transit line network planning is formed. The system has been applied in the implementation evaluation of Guangzhou urban rail transit network planning, which has obtained good effect.Keywords：urban traffic; urban rail transit; improved AHP method; network planning; implementation evaluation0引言住房城乡建设部关于加强城市轨道交通线网规划修编的通知指出：已有线网规划的城市，在修改或修编城市总体规划时，要开展线网规划实施评估，对线网规划实施情况进行总结1。规划实施评估是城市轨道交通线网规划修改或修编的基础和依据。但长期以来，我国城市轨道交通线网规划“重前瞻、轻顾后”、“重预测、轻反思”，缺乏对规划实施进行综合评估，缺少有效的评判方法和技术手段，导致规划部门只能根据对社会环境的感性认识来判断规划的成败，难以在规划实施评估和反馈调整之间建立有机的互动机制，从而提升规划的科学性。与城市轨道交通线网规划实施评估相关的研究，国外主要关注轨道线网效益以及轨道与城市发展适应性的评估，着重于定性分析，定量评估较少2。在国内，广州、北京等开展了城市轨道交通线网规划方案综合评价研究3，上海开展了城市轨道交通网络规划实施评估研究4，但存在评估层次不一、指标过多且相互关联等问题，尚未建立科学、有效的规划实施评估体系，缺少有说服力的实证分析。本文通过开展专家咨询和理论分析推导，拟订了一套城市轨道交通线网规划实施评估体系，并应用于广州，以验证其有效性。规划实施评估的总体框架如图1所示。图1 规划实施评估的总体框架1评估指标体系1.1 初选指标考虑城市轨道交通线网规划涉及的因素，广泛征求专家意见，初选规划实施评估指标体系，含4个领域、24个指标，详见表1。表1 初选评估指标体系评估领域评估指标规划目标与实施结果一致性建设规模、时空目标、投资控制规划实施过程协调性与城市规划的契合度、拆迁顺利度、资金合理性、进度可控性规划实施效果轨道比例、客运强度、高峰满载率、高峰小时系数、换乘系数、出行时间、主要枢纽连通率、轨道覆盖面积、轨道覆盖人口岗位、优化城市空间结构、道路车速和饱和度、土地增值、出行安全、环境影响规划可持续性未来建设预留、实施体制的可持续性、运营管理的可持续能力1.2 筛选关键指标对初选指标进行隶属性、相关性和可靠性分析，筛选出关键指标，如图2所示。图2 关键指标筛选流程1.2.1隶属性分析（1）指标重要性判别标准将指标的重要性划分为5个等级，详见表2。表2 指标重要性等级指标U1(1.0-0.8)U2(0.8-0.6)U3(0.6-0.4)U4(0.4-0.2)U5(0.2-0.0)评语非常重要重要一般不重要很不重要（2）定量指标1）指标无量纲化指标无量纲化是将指标属性值归一化为0，1的过程。规划实施评估指标分为逆向指标（越小越好型）和正向指标（越大越好型）。若用ui (i=1，2)表示指标集，则对于u中的n个指标来说，可分解为2个子集： （1）式中：u1为逆向指标；u2为正向指标；为空集。对于指标uiu，设其论域为di=mi，Mi，其中mi和Mi为ui的最小、最大值，定义，i=1，2，n （2）式中：ei0,1为ui的属性值xi的无量纲化值， udi（xi）为ui的无量纲化标准函数。由此，构造逆向指标和正向指标的无量纲化标准函数：，(uiU1) （3），(uiU2) （4）2）隶属度函数根据指标重要性等级和指标的形态特征，拟定隶属函数为线形函数： （5） （6） （7） （8） （9）图3 定量指标隶属度函数式中：R1，R2，R3，R4，R5表示指标“非常重要，重要，一般，不重要、很不重要”；e为指标无量纲化结果。根据隶属函数可求得单个指标的隶属度向量。（3）定性指标定性指标往往是模糊、主观的值，难以量化。本文通过构建阀值隶属度函数对专家咨询数据进行处理，使定性指标量化。1）评估值向量将指标参数的阈值划分为U=优、良、中、较差、差5个等级，分别用“9、7、5、3、1”表示其评分标准值。对于指标u，让评估者（共n人）分别对各指标进行打分，则、由此得到指标u的评估值向量H=(h1、h2、hn)。2）阀值隶属度函数根据评估集合和评估标准，不同等级g的评分标准用数字Kg来度量，则阀值K=(K1，K2，K3，K4，K5)=(9，7，5，3，1)，相邻等级之间的评分标准值取相邻评分标准的平均值，建立阀值隶属度函数Fg(hi)：，K1(g=1) （10），Kg(g=2,3,4) （11），K5(g=5) （12）图4 定性指标隶属度函数计算u隶属于等级g的评价系数。进行归一化处理，得出其隶属度。由此可得到单个指标的隶属度向量：。1.2.2相关性分析相关性分析为删除相关性高的指标，保证指标的独立性。将由隶属度分析所得的备选指标进行相关性分析，可筛选出相关度高的指标并删除，详细步骤参加文献5。1.2.3可靠性分析可靠性分析旨在提高指标的可靠性、筛选出关键指标，具体步骤包括信度和效度检验。（1）信度检验用于重复测定指标筛选结果的一致程度： （13）式中：K为子指标层所含指标个数；Si为第i个指标的标准差；S为评估总得分的标准差；R（0，1），若R 0.7，可信。（2）效度检验用于评估指标能否准确反映真实情况： （14）式中：Ne为认为指标较好标识实施成效的人数；N为总人数；CRV(-1，1)，当CRV =-1表示指标体系内容不合适，CRV=1表示指标体系内容合理有效。1.3 指标体系确定根据上述步骤筛选关键指标并进行分类，建立“领域指标因子”三级指标体系，含4个领域、8类指标、14个因子，其中定量指标10个、定性指标4个，详见表3。所建立的指标体系从宏观-中观-微观三个层面反映了线网规划与城市空间、社会经济、交通出行、建设实施、运营服务等的互馈关系，同时，涵盖了与规划者、建设者、运营者、出行者等四方相关的指标，全面反映城市轨道交通线网规划实施的结果、过程、效益和可持续性。表3 评估指标体系评估领域评估指标评估因子规划目标与实施结果的一致性建设规模指标线网总里程（定量）线网密度（定量）时空指标重要组团至中心区的时间（定量）客运指标全网日均客运量（定量）轨道占公交客运量比例（定量）规划实施过程的协调性与城市发展的协调性与城市空间结构的协调（定性）对主要枢纽的连通度（定量）站点覆盖率（定量）建设难易度工程可实施性（定性）规划实施效果线网运营效益平均客运强度（定量）客流高峰小时系数（定量）社会经济效益主要走廊车速和饱和度（定量）公众满意度（定性）规划的可持续性轨道可持续发展轨道建设预留（定性）2指标权重2.1构造判断矩阵根据9标度法（详见表4）对每层的所有指标进行两两比较打分，对某层内部指标构造判断矩阵B，其中，Bij表示甲因素Bi对乙因素Bj的重要程度，详见表5。表4 相对重要性的比例标度标度含义1两个因素相比同样重要3两个因素相比，前一个因素比后一个因素稍微重要5两个因素相比，前一个因素比后一个因素明显重要7两个因素相比，前一个因素比后一个因素强烈重要9两个因素相比，前一个因素比后一个因素极端重要2、4、6、8上述两相邻判断的中值，需要折中时采用倒数若元素i和j的重要性之比为bij，则元素j与i的重要性之比为bji=1/bij表5 判断矩阵的构建B1B2BjBnB1b11b12b1jb1nB2b21b22b2jb2nBibi1bi2bijbinBnbn1bn2bnjbnn2.2判断矩阵偏离一致性对于判断矩阵B，由BW=W解出最大特征根max及其对应的特征向量W，将特征向量W归一化，得到B1、B2、BN相对于上层因素A的权重值。具体步骤如下：（1）用方根法计算W的分量（2）对进行归一化处理，得到排序权向量，其中，。（3）计算A的最大特征根。为了测试评判的可靠性和一致性，引入CR=CI/RI作为度量判断矩阵偏离一致性的指标。当CR0.10时，认为判断矩阵具有满意的一致性，否则，需要对判断矩阵进行调整，并重新计算权重值。其中，CI=(maxn)/(n 1)，1-10阶判断矩阵的RI取值见表6。表6 平均随机一致性指标阶数N12345678910RI000.580.901.121.241.321.411.451.492.3计算指标权重基于文献6，引入奇异值分解法，提出改进AHP权重确定方法： （15）式中： ui、vi为U和V阵的第i列，称为第i个奇异值对应的左右奇异值向量，wi为权重向量。2.4指标权重确定根据广州城市轨道交通线网规划实施情况，计算指标权重。为提高权重赋值的准确性，每层均作为一个整体进行评估，权重系数之和均为“1”。各指标的权重详见表7。表7 指标权重评估领域评估指标评估因子权重规划目标与实施结果的一致性（0.33）建设规模指标（0.16）线网总里程0.08线网密度0.08时空指标（0.05）重要组团至中心区的时间0.05客运指标（0.12）全网日均客运量0.06轨道占公交客运量比例0.06规划实施过程的协调性（0.32）与城市发展的协调性（0.25）与城市空间结构的协调0.09对主要枢纽的连通度0.08站点覆盖率0.08建设难易度（0.07）工程可实施性0.07规划实施效果（0.30）线网运营效益（0.15）平均客运强度0.08客流高峰小时系数0.07社会经济效益（0.15）主要走廊车速和饱和度0.07公众满意度0.08规划的可持续性（0.05）轨道可持续发展（0.05）轨道建设预留0.053评估等级采用模糊综合评价法，通过建立降半梯形隶属度函数，实现标准值0,100到决策评语集合很差、差，一般，良好，优秀的模糊映射，如下式所示。 （16）式中：Y(x)为评估得分；x为因子实际值与目标值的偏差。3.1因子层的评估等级对比广州城市轨道交通线网规划目标和实际完成情况，参考专家及规划部门意见，通过偏差分级和标准化处理各类数据，采用降半梯形隶属度函数确定不同因子的等级，详见表8。表8 因子层的评估等级等级优良一般差很差偏差范围（%）（0-20）（20-40）（40-60）（60-80）（80）得分100-9090-7575-6060-4040-03.2指标层和领域层的评估等级根据因子层的得分，采用线性加权法，确定指标层和领域层的等级标准，详见表9。表9 指标层或领域层的等级标准评估优良一般差很差得分100-9090-7575-6060-4040-03.3评估结果判定与优化调整建议综合领域层的得分，计算规划实施后评估总得分，判定评估结果并提出规划优化调整建议，详见表10。表10 评估标准与优化建议总评分100-9090-7575-6060-4040-0评语优良一般差很差说明规划实施效果很好，与城市发展、社会经济等相协调规划实施效果较好，实施中各方面比较协调规划实施效果一般，实施中各出现不协调规划实施效果较差，各方面协调较差规划实施效果很差，规划形同虚设规划优化建议不调或微调局部线路调整修编大范围修改重新编制4实例应用以广州为例，以建立的评估体系对广州市轨道线网规划的实施情况进行综合评估。4.1 规划方案广州市轨道线网规划（2011-2040）提出了“环+放射”的线网结构，共21条线，总里程905公里，如图5所示。图5 广州市轨道线网规划方案4.2 规划目标构建结构合理、换乘完善、可达性高、运营高效的轨道交通网络，实现轨道交通引领城市土地集约发展，促进城市交通、社会经济和环境的可持续发展。具体目标详见表11。表11广州市轨道线网规划目标指标目标时空目标l环城高速内30分钟到达市中心，外围副中心60分钟到达市中心客运目标l环城高速内公交占机动化比例70%，轨道占总公交比例70%。全网客运量920万人次/日（2020年），2158万人次/日（2040年）核心区线网密度1.17km/km2平均客运强度2.4万人次/日/km客流高峰小时系数13.2%轨道枢纽43个，含大型综合枢纽7个，综合枢纽16个，枢纽20个核心区站点600m覆盖面积覆盖面积和比例122.02，54.97%核心区站点600m覆盖人口覆盖人口和比例321.4，79.2%核心区站点600m覆盖岗位覆盖岗位和比例213.5，72.9%道路交通运作平均车速（km/h）33.75平均饱和度0.724.3 规划实施评估（1）评估结果参考2015年广州市交通发展年报和广州地铁2015年年报，对广州市轨道交通发展现状的相关数据进行统计分析，采用所建立的评估体系进行综合评估，结果详见下表。表12 规划目标与实施一致性评估评价指标评价因子目标实际实现率偏差得分等级建设规模指标线网总里程817km266，预计2020年564km29.39%-30.97%69.03一般核心区线网密度1.17km/km20.6，预计2020年0.92km/km251.28%-21.36%78.64良时空指标重要组团至中心区时间60分钟54分钟111.11%-10%90优客运指标全网日均客运量920万人次659万人次，预计2020年超过1000万人次71.63%9.08%90.92优轨道占公交客运量比例核心区70%核心区38.4%，预计2020年为68.5%54.86%-2.14%91.44优表13 规划实施过程的协调性评估评价指标评价因子目标要求实际实现率偏差得分等级与城市发展的协调性与城市空间结构的协调适应“同城化”与“首善之区”发展要求，推动城市空间优化提升有效支撑“十字”战略，与土地利用互相耦合，局部线路不适应行政区划调整和城市空间发展要求。-75良对主要枢纽连通度连通43个枢纽连通38个枢纽88.37%-12.2%75.6良核心区站点600米覆盖面积54.97%40.8%，预计2020达48.4%74.22%-11.88%77.76良核心区站点600米覆盖人口79.2%53.7%，预计2020达76.4%67.80%-3.54%85.84良核心区站点600米覆盖岗位72.9%54.2%，预计2020达70%74.35%-3.92%84.32良建设难易度工程可实施性按近期建设规划实施已建线路可实施性较好，局部线路进度滞后-65一般表14 规划实施效果评估评价指标评价因子预测值实际实现率偏差得分等级线网运营效益平均客运强度（万人次/日/km）2.42.5，预计2020年2.45104.17%2.08%91.68优高峰小时系数13.2%10.9%，预计2020年12.8%82.58%-3.03%87.88良社会经济效益主要道路走廊平均车速（km/h）33.7523.4969.60%-30.40%69.60一般主要道路走廊平均饱和度0.720.83115.28%15.28%69.44一般公众满意度满意比较满意-75良表15 规划的可持续性评估评价指标评价因子规划实际实现率偏差得分等级轨道可持续发展轨道建设预留广佛对接通道7条穗莞对接通道5条城轨接入预留10条建成3条、在建2条建成2条、在建1条建成2条、在建4条0.710.600.60-0.29-0.40-0.4075良（2）评估结果分析1）因子层重要组团至中心区的时间、全网日均客运量、轨道占公交客运量比例、平均客运强度等均处于优秀水平；线网总里程、与城市空间结构的协调、对主要枢纽的连通度、站点覆盖率、客流高峰小时系数、公交满意度、轨道建设预留等均处于良好水平；核心区线网密度、工程可实施性、主要走廊车速和饱和度等处于一般水平。图6 因子层评估2）指标层客运指标、时空指标：优秀水平，充分表明规划极大地增强了城市各组团之间的快速联系，满足主要客运通道的出行需求。线网运营效益、与城市发展的协调性、轨道可持续发展：良好水平，说明线网运营效益良好，规划对支撑城市发展战略、促进社会经济和轨道可持续发展具有重要作用；建设规模、社会经济效益、建设难易度：一般水平，主要原因是现状线网规模未达预期，轨道对缓解拥堵的作用仍不明显，征地拆迁和地质条件对工程可实施性产生了较大影响。图7 指标层评估3）领域层规划目标与实施结果的一致性：处于良好水平，现阶段，广州轨道发展仍是以大力新增建设轨道线路为主要目标。规划实施过程的协调性：处于一般水平，需加强轨道线网与城市空间结构的耦合，强化对核心区建设用地、人口和就业岗位的服务覆盖，以支撑“中调”战略实施。规划实施效果：处于良好水平，市民对轨道出行服务较为满意，轨道建设运营管理保持良好态势。规划的可持续性：处于良好水平，规划预留为轨道线网的优化完善提供开放、弹性的空间，有助于实现轨道的可持续发展。图8 领域层评估4）总体评估对广州城市轨道交通线网规划实施进行综合评估，其总分为78.89分，处于良好水平（详见表16），表明上一轮轨道线网规划对支撑城市发展、指导轨道建设具有积极作用，但由于线网密度较低、对局部地区的发展支撑不足等问题，轨道线网规划需进行优化提升，建议对上一轮规划进行局部线路调整。表16 总体评估结果评价领域评价指标评价因子权重偏差得分最终得分规划目标与实施结果的一致性建设规模指标线网总里程0.08-30.97%79.96.39核心区线网密度0.08-21.36%62.44.99时空指标重要组团至中心区的时间0.05-10%904.50客运指标全网日均客运量0.069.08%90.925.46轨道占公交客运量比例0.06-2.14%91.445.49规划实施过程的协调性与城市发展的协调性与城市空间结构的协调0.09-756.75对主要枢纽的连通度0.08-12.2%75.66.05站点覆盖率0.08-6.45%82.646.61建设难易度工程可实施性0.07-654.55规划实施效果线网运营效益平均客运强度0.082.08%91.687.33客流高峰小时系数0.07-3.03%87.886.15社会经济效益主要走廊车速和饱和度