四川省高速路网规划与加油站站点布局的关系研究

2016-02-13 09:25王浩庆高雁四川交投中油能源有限公司四川成都610023

化工管理 2016年36期

王浩庆高雁（四川交投中油能源有限公司，四川成都 610023）

王浩庆高雁（四川交投中油能源有限公司，四川成都 610023）

中国石油四川销售分公司下属的二级公司在进行加油站站点规划和建设时，以公司所辖区域的油品需求预测为出发点，在确定加油站数量总规模的基础上，再根据区域加油站站点的实际建成情况、区域综合概况（经济、人口、交通等）来综合确定新建加油站的布局。四川交投中油能源有限公司作为一个全新的合资公司，其加油站站点分布区域广泛（全省范围内）、站点分散，若按照上述研究方法来进行加油站站点的布局分析必然存在一定的技术缺陷，难以适应公司的实际发展需要。公司的加油站站点遍布于全省高速公路沿线，该布局模式具有明显的特殊性，在加油站行业内非常少见，在进行加油站站点建设时没有相关的经验、类似的模式可以借鉴，本研究课题提出了“微观—宏观—微观”的研究思路，建立了以高速路网成熟度为基础的加油站布局模型，填补了行业领域的空白，为公司加油站站点布局提供新的参考指标，以供支撑可行性研究报告编制时的参数选取，具有一定的理论深度和实际应用价值。

加油站；城市规模；高速路网；成熟度

1 研究概述

四川交投中油能源有限公司是四川省交通投资集团有限责任公司和中国石油四川销售分公司积极响应省委、省政府开展的“央企入川”活动，本着“平等互利、优势互补、共同发展”的原则，共同出资组建的。

根据公司的投资计划和发展战略，到2020年末，遍布四川省高速公路沿线加油站的数量将达到100座以上，加油站站点的网络化布局基本形成。在进行加油站站点规划和建设时，普遍采用“宏观—微观”的传统研究方法，相较而言，公司现有以及拟建加油站站点全部分布在全省高速公路沿线，站点分布的路网依赖性极强，呈现路网决定站点的显著特点，若按照传统方法来进行加油站站点的布局分析必然存在技术缺陷，缺乏一定的科学性、合理性。

本研究课题提出了“微观—宏观—微观”的研究思路，首先从全省高速路网的研究角度出发，提出了省域城市节点重要度、高速路网成熟度的概念，在建立相应评价模型的基础上结合路网流量、区域概况综合确定加油站的布局方案，以期达到科学谋划布局，为公司加油站建设提供合理建设方案，增加公司效益的目的。

开展课题研究是行业融合、企业体质改革对公司发展提出的必然要求；是实现公司集约化、规模化、专业化管理要求的需要；是着眼全局，创效增优，提升公司综合效益的有力保障。课题的研究正是为了探索符合公司实际发展需要的理论模型，为公司加油站的建设提供科学可靠的决策支撑；同时，课题的研究填补了行业领域的空白，对行业类似的发展模式具有一定的借鉴意义，也具有一定程度上的先导性、前瞻性。

图1-1 技术路线图

2 四川省城市节点重要度

2.1 四川省城市概况

四川省东邻重庆，北连青海、甘肃、陕西，南接云南、贵州，西衔西藏。是西南、西北和中部地区的重要结合部，是承接华南华中、连接西南西北、沟通中亚南亚东南亚的重要交汇点和交通走廊。四川省辖区面积48.6万平方公里，居中国第五位，辖1副省级市，17地级市，3个自治州，183个县（市、区）。

表2-1 2013年末四川省地市州人口汇总表

表2-2 2013年末四川省地市州城区常住人口汇总表

表2-3 2013年末四川省地市州地区生产总值（GDP）汇总表

3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21德阳市宜宾市南充市达州市凉山州泸州市乐山市资阳市内江市自贡市眉山市广安市攀枝花市遂宁市广元市雅安市巴中市阿坝州甘孜州1395．9 1342．9 1328．6 1245．4 1214．4 1140．5 1134．8 1092．4 1069．3 1001．6 860．0 835．1 800．9 736．6 518．8 418．0 415．9 234．0 201．2 10．0 8．1 11．0 10．2 10．2 11．2 10．4 10．6 10．3 11．3 10．8 10．8 10．7 11．1 10．5 3．9 10．7 10．2 12．1

表2-4 2013年末四川省地市州汽车保有量汇总表

2.2 四川省城市规模分布

根据2014年国家城市规模划分标准，构造四川省地市州城市金字塔。

表2-5 2014年国家城市规模划分标准

图2-1 2013年四川省地市州城市分布图

表2-6 2013年四川省地市州城市等级分布

注：

K=下一规模等级的城市数量/上一规模等级的城市数量

图2-2 2013年四川省地市州城市金字塔

位序-规模法则是从城市的规模和城市规模位序的关系来考察一个城市体系的规模分布。公式如下：

图2-3 2013年四川省地市州城市规模分布图

图2-4 2013年四川省地市州城市位序-规模分析图

通过位序-规模法则分析可以得到，四川省城市首位度（P1/ p2)为5.04，四城市指数(P1/(P2+P3+P4))为1.89，十一城市指数为1.41，首位度较大，呈首位分布。通过数据拟合，q=0.85＜1，城市规模中位值偏小，为86.19万人，首位城市比较发达，但其余的中小城市人口规模相对较小，与首位城市的人口规模差距较大。总体来说，四川省地市州城市发展呈现一点突出、多点支撑的发展局面，符合城市化发展的上升阶段规律。

2.3 城市节点重要度分析

本文的核心是研究高速路沿线的加油站布局，决定加油站的建设与否最重要的因素为路段的交通量，交通需求决定交通量。因此，将人口、经济、汽车保有量三个定量因素作为影响路网节点重要度的决定性指标，本文拟采用变异系数法确定各项指标的权重，最后进行归一化处理。各项指标的变异系数公式如下：

各项指标的权重为：

在确定各项指标权重的基础上，对数据进行标准化处理，统一变换到(0,1)区间内，综合考虑上述因素，得到节点重要度的计算公式，

如下所示。

利用变异系数法综合评价四川省地市州城市节点重要度中的人口、经济、汽车保有量三个指标的权重，在此基础上，进一步计算得到各城市的节点重要度。(见表2-7、表2-8)

3 高速路网、服务区规划

3.1 四川省高速公路网规划

2009年3月2日，四川省人民政府第27常务会审议通过了《四川省高速公路网规划（2008-2030年）》。根据布局理论分析、实地调研工作，经综合分析、优化与组织专家进行论证，确定四川省高速公路网布局方案采用成都引入线和纵横网格相结合的形式，规划方案由16条成都引入线、5条南北纵向路线、5条东西横向路线和8条联络线组成，简称“16、5、5”网，总里程规模约8600公里，有23个出川高速公路通道。

2011年1月修订后的《四川省高速公路网规划（2008-2030年）》中，规划新增8纵7横、10条联络线，进出川通道增至33条，总里程约1.2万公里。路网将连接所有城镇人口超10万的城市和地级行政区政府所在地，直接连接全省158个县（市、区），高速公路网有效覆盖全省铁路集装箱中心站、高铁客运站、内河港口、枢纽机场，四川省综合运输能力将大大加强。

2013年5月，国务院批准了《国家公路网规划（2013年-2030年）》，从国家发展战略全局的视角确定了全国高速公路主通道布局。编制《四川省高速公路网规划（2014-2030年）》的主要目的是，按照四川省全面实施“三大发展战略”、奋力推进“两个跨越”的总体要求，加快构建现代综合交通运输体系，以国家高速公路网为基础，对省域高速公路网布局进行补充和完善，保障全省高速公路科学有序发展。

经过分析论证，四川省境内国家高速公路和省级高速公路共同形成的省域高速公路网，将主要由16条成都放射线、8条纵线、8条横线以及4条环线、20条联络线组成，简称“16、8、8”网。

图3-1 四川省高速公路网规划示意图1（2014-2030）

图3-2 四川省高速公路网规划示意图2（2014-2030）

3.2 四川省高速公路服务区布局规划

2011年初，四川省交通运输厅审议通过了《四川省高速公路服务区布局规划》，根据服务区的功能定位和布局要素，结合实地调查，经综合分析、优化与组织专家进行论证，在广泛调研和征求市州意见的基础上，全省高速公路网共设置A类服务区

27处、B类服务区128处。

表2-7 节点重要度评价指标权重

表2-8 四川省地市州城市节点重要度

图3-3 四川省高速公路服务区布局规划图

4 高速公路网成熟度模型研究

从目前的研究现状来看，主要停留在高速路网的评价指标体系和优化方法两个方面的研究，而针对高速路网的各项指标对路网进行综合评价的研究尚浅，导致对路网的总体认识评价模糊，难以量化。

由于高速路网布局规划和高速路网沿线的服务区规划已经确定，规划具有法律和行业强制性约束效力，因此高速公路沿线的加油站布局必须要遵循上述“固化思路”，即“路网决定服务区，服务区决定加油站”。由此思路出发，本阶段重点对纯路网进行研究。

4.1 高速公路网规划特点及规划评价目标

4.1.1 高速公路网规划特点

高速公路规划和建设应引导产业布局和城市空间的发展从“适应型”逐渐向“引导型”转变；要主动促进区域内经济布局的合理发展；合理有效分担综合交通任务；以促进社会、经济持续发展为根本目的；交通骨架网的规划必须保证较高的服务水平。

高速公路网规划应重视高速公路对经济发展的推动作用，通过高速公路发展与建设规律的分析，寻求公路发展稳定成熟期的高速公路网合理规模、结构以及布局，满足社会经济现代化的需求。

4.1.2 高速公路网规划评价目标

高速公路网评价可分为技术评价、经济评价、环境评价和综合评价。由于项目社会评价在我国项目决策中的重要性日益显著，因此，项目社会评价在我国项目评价体系中应有其独立的重要地位，项目评价体系应由技术评价、经济评价、环境影响评价、社会影响评价组成。

表4-1 高速公路网评价汇总表

4.2 评价指标选取思路及原则

4.2.1 指标选取思路及步骤

在选取高速公路网评价指标时，按照如下步骤进行：首先，在公路网常用评价指标（包括技术、经济、环境、社会影响等指标）的分析基础上,针对各评价指标特性和高速公路网自身特点，遵循一定的选取原则，对评价指标进行初步筛选；然后，采用相关方法对初选结果进行优化，并确定各评价指标权重。如下图所示。

图4-1 评价指标选取步骤流程图

4.2.2 指标选取原则

由于高速公路评价指标具有多层次性、涉及面较广（经济、技术、环境及社会影响等多方面），单一评价指标较多，而且指标相互间往往缺乏可比性，因此，评价指标的选取是否合理，直接影响到评价结果的准确与否，但指标并不是选取得越多就越全面。指标太多，指标重复的可能性增大，而且有些指标间具有互相交叉或包含关系，对评价过程具有一定的干扰；指标太少，可能所选指标缺乏足够的代表性，会产生片面性。为了保证评价结果的准确性和客观性，高速公路网评价指标的选择须遵循针对性、可操作性、可比性、独立性、动态性和稳定性原则。

4.3 评价指标初步筛选

在常用评价指标特性及其优缺点分析基础上，综合高速公路网规划特点，对高速公路网评价指标体系进行初步筛选，筛选结果如下图所示。

图4-2 高速公路网技术评价指标初步筛选结果图

4.4 评价指标优化

对高速公路网评价指标的选取过程，也就是在众多有关公路网评价指标系统中选取符合高速公路网特点以及适用性和可操作性强的主要关键评价指标的过程，实质上是一个决策问题。由于不同类别的评价指标无法用一个统一尺度去衡量比较，因此，唯一可行的办法是进行两两比较。通过将两两比较后的结果填入判断矩阵，求解判断矩阵的特征值和特征向量，再确定各评价指标重要性，即权重，然后通过比较权重做出选择。

4.4.1 评价指标优化方法

（1）构造判断矩阵

判断矩阵元素aij具有性质：① aii=1；② aij=1/aji；③aij=aik·akj。判断矩阵中元素aij的值按下表确定。

表4-2 两目标重要程度比较分类表

（2）确定指标权重

由判断矩阵A确定权重Wi，本文采用特征向量中的和积法确定各评价指标权重。由矩阵理论有：AW=ηW，W为向量，且W=(W1,W2,…，Wn)T，η为判断矩阵A的特征根，W即为特征根所对应的特征向量。

对于满足判断矩阵元素的3个性质的判断矩阵，称之为完全一致性判断矩阵，此时，判断矩阵的最大特征根ηmax=n，其余特征根为0。

对于通过两两对比的方法构造出的多目标决策问题的判断矩阵，常常不满足第3个性质，因而不一定是完全一致性判断矩阵。若离完全一致性不远，则判断矩阵基本可用，但不能以n作为最大特征根。因此，在构造好了判断矩阵之后，既要检验判断矩阵的一致性，还要求最大特征根及所对应的特征向量。

（1）将判断矩阵每一列归一化：

（2）将每一列经归一化后的矩阵按行相加：

（3）将向量M=(M1,M2,…，Mn)T归一化，即得到指标权重矩阵：

（3）一致性检验

表4-3 RI系数表

4.4.2 指标优化框架设计

按照以上分析方法，按如下步骤对评价指标初选结果进行优化。

（1）对初步选出的各评价指标在所属指标类别内进行两两对比，构造出相应的判断分矩阵；

（2）采用特征向量中的和积法计算评价指标权重；

（3）计算判断矩阵的一致性指标和检验系数；

（4）检验判断矩阵的一致性，若具有较好的一致性，转步骤（5）；否则，对判断矩阵进行调整，调整后转步骤（2）。

（5）根据各评价指标权重计算结果，对各层次指标权重进行排序，若某指标权重小于给定的筛选界值（为了不使被筛选出来的指标数量过多、避免过大的交叉性，又不使被筛选出来的指标数量过小、所选指标有足够的代表性，建议筛选界值取0.08）则被删除，转到步骤（1）；否则，输出指标优选最终结果。评价指标优化过程如下图所示。

图4-3 评价指标优化流程图

4.4.3 评价指标优化结果及指标权重

应用上述指标优化方法，计算各层次评价指标权重和一致性指标及检验系数，并对计算结果加以分析判断，如下表所示。

表4-4 评价指标权重、一致性检验计算结果表

在以上分析计算基础上，删除指标权重小于给定筛选界值的指标和该指标在判断矩阵中所对应的行与列，重新计算各指标权重，得到评价指标优化结果及其权重汇总如下图所示。

图4-4 评价指标优化结果汇总图

4.5 路网成熟度

4.5.1 路网连通度

所谓路网连通度，是指规划区域内各节点依靠公路相互连通的强度。公式如下：

4.5.2 路网密度

路网密度反映一个国家或地区的路网发展水平，在某种程度上体现了路网的内部结构及其合理性。按照分担对象的不同，分为面积路网密度和人口路网密度。

4.5.3 路网可达性

（1）节点的可达性

表示从路网中某一点i通达另一节点j的难易程度。路网中某一点的可达性可用该点到网中所有各点的平均出行时间Ti（或平均出行距离Di）表示。公式如下：

（2）路网的可达性

整个路网的可达性以全路网的平均出行时间T（或平均出行距离D）表示。公式如下：

4.5.4 路网成熟度

本文提出高速路网成熟度的概念，意在通过定量指标来衡量现状路网相对规划路网的完成进度，为沿线加油站的布局规划及投放时机提供相关的理论依据。

从上文的分析可以得出，对于高速公路而言，路网连通度、路网密度、路网可达性为衡量高速公路网成熟度最重要的三个指标。本文拟分别采用模糊数学方法的数学模型和权重模型对现状高速路网的成熟度进行评价，并在此基础上对高速路网成熟度进行组合评价。

（1）模糊数学模型

采用模糊数学原理，运用模式识别的办法来评价现状路网的成熟度。在日常生活中，经常需要进行各种判断和预测。例如：图像文字识别、故障（疾病）的诊断、藏矿情况的判断等，其特点就是在已知各种标准类型条件下，判断识别对象属于哪个类型的问题，这样的问题就是模式识别。

模式识别的问题在模糊数学形成之前就已经存在，传统的做法主要是用统计方法或者语言的方法进行识别。但在多数情况下，标准类型常可用模糊集表示，用模糊数学的方法进行识别更为合理可行，以模糊数学为基础的模式识别方法称为模糊模式识别。

模式识别主要包括三个步骤：

第一步：提取特征，首先需要从识别对象中提取与识别有关的特征，并度量这些特征。

第二步：建立标准类型的隶属函数。

第三步：建立识别判决准则，确定某些识别原则，以判定识别对象属于哪一个标准类型。

高速路网成熟度的模型为：

上式中：

W=(w1,w2,…，wn)为一级评价因素的权重；

D=(d1,d2,…，dn)为评价等级对应的水平。

下面求D=(d1,d2,…，dn)。假设某个评价因素ui有m个二级评价指标，记为Vi=(vi1,vi2,…，vim)，权重分别为Qi=(qi1,qi2,…，qim)，有t种评价等级，记为P=(p1,p2,…，pt)，与各等级对应的水平是F= (f1,f2,…，ft)，则Di=(i=1,2,…，n)为各矩阵的乘积。

假设有六个评估小组评定四川省高速路网的成熟度，评价指标分别为：路网连通度、路网密度、路网可达性，评价等级有很成熟、成熟、基本成熟、不成熟四个等级，所对应的水平分别为0.90，0.75，0.55，0.30。具体见下表。