基于层次分析法的城际轨道交通构架研究

康学东，陈 燕

(1.天津大学管理与经济学部，天津 300142;2.铁道第三勘察设计院集团有限公司运输规划处，天津 300142)

基于层次分析法的城际轨道交通构架研究

康学东1，陈 燕2

(1.天津大学管理与经济学部，天津 300142;2.铁道第三勘察设计院集团有限公司运输规划处，天津 300142)

交通运输系统是一个由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂而又缺少较多定量数据的系统，城际轨道交通是交通运输系统的重要组成部分，其线网构架受众多因素制约，应按层次结构逐步研究，最后确定客流主通道，从而建立较为合理的构架方案。结合京津冀城市群城际轨道交通系统研究实践，基于层次分析法，对交通网构架方案研究方法进行分析和总结，提出建立交通线网构架方案应从交通节点、城市经济引力、区域交通区位线、通道类别和层次以及区域空间布局等五个主要方面着手，并提出了研究方法的主要要点。

城际轨道交通;线网;交通节点;通道类别;客流通道;构架方案

对城市群城际轨道交通运输体系而言，交通通道的网络化是实现各方利益最大化的最佳选择，但考虑到投入-产出比的要求，交通网络通常需要逐步加以完善，那么这一交通网络采用何种形态、运输层次的构成以及网络中各节点的建设顺序如何安排等就成了控制网络建设的重要指标。鉴于交通运输系统是一个由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂而又缺少较多定量数据的系统，因而采用层次分析法(AHP)，开展对交通节点、主要城市经济引力分析等研究，从而进一步研究综合运输网构架是较为简洁而实用的方法。

1 交通节点分析

节点重要度是研究交通网络代表节点运输集散能力的量化指标。它是综合交通网规划中衡量城市或交通枢纽重要程度的主要依据。本文将节点重要度这一指标引入，借此对城市群各城市节点的建设时机加以分析。

运输节点功能与城市群政治、经济及交通状况密切相关。因此，各城市人口、国内生产总值、工业总产值等即为决定节点重要度的基本指标。同时，相关的交通运输指标则对节点重要度产生直接影响，如铁路网规划中选取与城市衔接的铁路方向客货运量等。

1.1 节点重要度评价指标

根据层次分析法可以建立影响节点重要度的目标层(运输网络节点重要度)、指标层(社会经济指标、交通运输指标)和次指标层(人口、国内生产总值、工业总产值;客货运量、节点衔接的交通方向等)。一般采用节点重要度主要分析指标见表1。

表1 节点重要度分析指标

1.2 指标权重的确定

确定指标权重即为明确各指标层的影响程度。指标层各要素目标层的影响程度往往只能根据经验进行定性判断，使权重具有一定主观性。而层次分析法则使这一过程定量化，减少权重确定的主观性，提高准确度。其层次结构模型见图1。

图1 节点重要度权重计算层次结构模型

确定权重的具体计算程序主要包括权重的初值设定、归一化和调整3个阶段。如京津冀城市群节点重要度分析指标平均权重计算结果见表2。

表2 节点重要度分析指标权重

1.3 节点重要度计算

获得各指标权重后，可计算综合交通网络中节点i(i=1，2，…，n)的重要度指数 Di

式中，n为节点数量;m为所选取的评价指标数量;Pij为节点 i处 j(j=1，2，…，m)指标值;ω为各指标的权重。

例如，利用2012年京津冀城市群各城市的相关指标，分析计算各节点(即各城市)在综合交通网中的重要度，见表3。

表3 京津冀城市群综合交通网络节点重要度

由表3可以看出，重要度最高的城市为北京市，其次为天津市、石家庄市、唐山市。可见，京津两个中心市、省会城市、沿海组团以及紧依京津的城市重要度要高于其他城市。根据城市节点在政治、经济、交通等方面的地位，结合节点重要度指数，将这些节点划分为3个等级，见图2。

图2 京津冀城市群主要节点分布示意

一级节点是网络上的核心节点，也是最重要的枢纽，在综合交通运输网络中具有最重要的政治、经济、文化、国防、应急保障意义，需要布设快速、安全、大容量的综合交通运输线路。北京是我国的首都，天津是北方经济中心，两座城市是京津冀城市群的核心城市，也是城市群的综合交通运输枢纽。

二级节点在网络中具有重要的政治、经济、文化、国防及应急保障意义，是网络中优先建设的节点。石家庄是河北省的省会城市，唐山是重要的沿海城市和河北省经济中心，保定区位优越，人口密集，前景广阔。

三级节点在综合交通运输网络中具有一般重要的政治、经济、文化、国防、应急保障的意义，在综合交通运输网络布局中需要合理考虑，分清主次。

2 各城市间经济引力分析

城市群交通需求作为一种派生性需求，与经济发展存在着极为密切的关系。因此，在进行城市群交通走廊布局分析时，引入了经济引力这一量化指标，运用城市群各个城镇密集区的人口、经济和时间距离，计算城市群内不同城镇之间的经济引力

式中 F——不同城镇间的经济引力;

PA，VA——A城镇的人口和经济指标(GDP);

PB，VB——B城镇的人口和经济指标(GDP);

γ2——不同城镇间距离的平方;

K——引力系数，综合考虑各地发展特点确定。

城市群内部、不同经济集聚体之间和城市群与外部其他城市群或经济集聚体之间存在交通高发现象，在这些经济集聚体之间，同时存在着互补(集聚)和辐射2种作用方式，表现为交通的空间集散。而且，这2种作用方式越强，对应的交通需求和城镇间的依赖越大，在国家和城市群发展战略的大背景下，对于经济引力大的城镇之间优先完善建立先进的交通基础设施很可能获得更多的社会和经济效益，使这些地区具有更大的优先发展权。

依据2011年、2020年经济引力状况，可说明京津冀城市群各地间现状和未来经济联系程度及变化，从而提出相应的交通走廊规划布局决策。现状及规划年度京津冀各城市间经济吸引力见表4、表5。

表4 2011年京津冀城市群城市间经济引力

分析表4、表5可以看出:在京津冀城市群各城市间，北京、天津、石家庄、唐山、保定、沧州等市是城市群未来发展的中心城市。北京—天津、北京—唐山、北京—廊坊、北京—保定以及天津—唐山等是该地区城镇间经济引力较大的。未来北京、天津、唐山以及保定、沧州等城市的集聚与扩散能力将直接影响着周边城镇的发展，对城市群的演化和发展将起到至关重要的作用。因此，在上述引力较大地区及通道应首先建立城际轨道交通系统，以实现城镇间资源共享、产业互补，进一步引导推进区域城镇化发展进程，促进人口及产业的合理布局。

表5 2020年京津冀城市群城市间经济引力

3 京津冀地区交通区位线研究

考虑交通区位线分布的影响因素(城市群空间结构分布、产业布局、城镇化经济发展模式、首都与各省的交流、城市群间中心城市交流以及机场和港口的分布与发展等)，借助交通区位线的布设理论和方法，提出京津冀城市群交通运输区位线图(图3)，以此为基础构筑城际轨道交通主骨架。

图3 京津冀城市群交通运输区位线

4 主要交通运输通道分类

根据运输速度和运输能力2个指标，交通运输通道主要分为4个类别。

(1)快速大能力运输通道:由高速铁路(客运专线)、主干线铁路、高速公路、干线航空等组成，为城市群对外主要运输通道以及城市群内部重要运输通道，要求各种运输方式间互补性强、可靠性高，强调服务水平、舒适性、运输能力兼顾。

(2)大能力运输通道:由干线铁路、公路、支线航空等组成，较好地满足城市群内部以及港口集疏运等大宗货物运输需求，通道以货运为主，需配置大能力运输服务，一般对速度要求不高。

(3)城市群内骨干运输通道:由城际铁路、干线铁路、干线公路等组成，是连接城市群内部各城市之间的主要运输通道，主要满足城市群内部区域间客货运需求，客货兼顾，快速与能力达到动态平衡。

(4)运输通道间联络线路:由干支线铁路和公路组成，是连接城市群内各县市乃至乡镇的重要纽带，以及衔接相邻通道和枢纽与通道的连接线，以提高城市群运输网络通达性和便捷性为目的，对速度和能力要求均相对较低。

可见，城市群内城际轨道交通主要定位于城市群内部区域骨干运输通道，以客运为主。

5 区域空间布局

区域空间布局由城市群内国家批复的各相关规划确定，如京津冀城市群主要有:

北京:形成“两轴、两带、多中心”的城市空间新格局，改变目前单中心均质发展的状况，通过对城市空间结构的调整，解决中心城过度聚集所带来的诸多问题。同时，通过构筑新的城市空间结构，充分发挥中心城、新城和镇的辐射带动作用，保障城乡协调发展、区域协调发展的实现。

天津:加强区域协调，统筹城乡发展，保护生态环境，规划形成“一轴两带三区”的市域空间布局。其中“一轴”是指“武清新城—中心城区—滨海新区核心区”的城市发展主轴;“两带”是指“宁河、汉沽新城—滨海新区核心区—大港新城”的东部滨海发展带和“蓟县新城—宝坻新城—中心城区—静海新城”西部城镇发展带。

河北沿海地区:“有序推进人口和产业向城市化地区集聚和布局，形成由滨海开发带和秦皇岛、唐山和沧州组团构成的‘一带三组团’空间开发格局”，其中城市化地区主要包括秦皇岛、唐山、沧州三个中心城市及其曹妃甸新区(唐山湾生态城)、渤海新区和北戴河新区等。

另外还有各地城市总体规划、国家对北京新机场的批复以及正在研究的首都经济圈规划等。

6 京津冀城市轨道交通构架方案

6.1 客流主通道

基于层次分析法，融合分析研究上述五大主要因素，确定京津冀城市群城际轨道交通客流主通道，见表6。

表6 京津冀城市群城际轨道交通客流主通道

6.2 京津冀城市轨道交通构架方案

基于上述客流主通道，构筑城际轨道交通线网构架方案(图4)，未来在主要规划较为稳定的前提下，将对京津冀地区城镇化发展起到重要的支撑和引导作用。

图4 京津冀城市群城际轨道交通线网构架方案示意

7 结论

(1)城际轨道交通线网构架方案受众多因素制约，应按层次结构逐步研究，最后确定客流主通道，从而建立较为合理的构架方案。

(2)本研究通过对京津冀城市群城际轨道交通网构架方案的研究实践，提出了建立构架方案应从交通节点、城市经济引力、区域交通区位线、通道类别和层次、以及区域空间布局五个主要方面着手，并提出了主要研究方法。

(3)交通节点重要度的计算，尤其是指标权重的确定基于层次分析法含有较高的定性分析，研究中尤需加强考量。

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Study of Intercity Rail Transit Architecture Based on Analytic Hierarchy Process

KANG Xue-dong1，CHEN Yan2
(1.Shool of Management and Economy，Tianjin University，Tianjin 300142，China;2.The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300142，China)

The transportation system is a complex system，restricted by the lack of more quantitative data，and constituted by numerous factors which are interrelated and conditioned with each other.In turn，the intercity rail transit is an important part of the transportation system;its line network architecture is restricted by many factors，and should be gradually researched according to hierarchical architecture，so as to finally determine the main pasenger-flow channel;and as a result，a more reasonable architecture scheme can be established.Combining the research on the intercity rail transit system of the Beijing-Tianjin-Hebei city group，based on the analytic hierarchy process，analyzing and summarizing the research methods of architecture scheme of traffic network，the paper draws conclusion that for the establishment of transit network architecture scheme，the five main aspects should be paid attention to:the transit juncture，city economic attraction，regional traffic location，channel type and hierarchy，and the regional spatial layout.The paper also puts forward the key points of research methods.

intercity rail transit;line network;traffic juncture;channel type;passenger flow channel;architecture scheme

U113

A

1004-2954(2013)09-0040-04

2013-05-30

康学东(1962—)，男，教授级高级工程师。