“十”字型铁路地区高铁站选址及辅助决策研究

俎保峰

(中铁第一勘察设计院集团有限公司 陕西西安 710043)

1 引言

随着我国高铁规划建设事业的蓬勃发展，涌现出越来越多的“十”字型高铁地区。对于两条高铁干线“十”字型交叉的铁路地区而言，通道客流流向四通八达，交通组织复杂，高铁车站选址既要着重考虑运输组织顺畅，又要兼顾地方客流便利出行、节省工程投资等因素，技术难度大，在很大程度上决定了高铁项目规划建设的成败。

针对高铁站选址及其辅助决策技术，专家学者等开展了大量的研究工作。于剑等[1]研究提出高铁站选址的五方面影响因素，分析了高铁站选址的要求及方案综合比选，为高铁站科学选址提供借鉴。谈进辉等[2]基于对交通可达性模型的研究，选择空间相互作用模型构建高铁站选址模型，并以东莞市为例计算2035年东莞市各交通小区的可达性。刘玲[3]基于引入地区和线路走向相结合的综合选线方法，从旅客乘车便捷性、对城市规划的适应性、工程设置条件及工程投资等方面对西十高铁引入商洛地区不同线路走向方案和选址方案进行了综合比选分析。可见，已有的研究暂未针对近年大量涌现出来的、更具特色也更为复杂的“十”字型高铁地区开展。在参考上述文献成果的基础上，基于模糊层次分析法(FAHP)，以延安至榆林至鄂尔多斯高速铁路(以下简称“延榆鄂高铁”)引入绥德地区高铁站选址为研究背景，通过梳理“十”字型地区高铁站选址方案比选和论证，以期实现该类地区高铁站选址方案决策的程序化和标准化；探索适合“十”字型地区高铁站选址的辅助决策技术，以期实现定量化方案评价，进而确保站址方案决策的科学性、合理性。

2 工程设计实践中的站址方案决策

2.1 延榆鄂高铁概况

延榆鄂高铁是国家高速铁路网“八纵八横”高铁通道之包(银)海通道的重要组成部分，也是陕西省“米”字型高铁网纵向脊梁骨的主要区段。项目位于陕西省北部和内蒙古自治区西南部，线路自在建西(安)延(安)高铁终点延安站贯通引出北行，依次经延安市宝塔区、延川县，榆林市清涧县、绥德县、米脂县、横山区、榆阳区和神木市，鄂尔多斯市伊金霍洛旗，引入鄂尔多斯站至项目终点，并预留向包头方向延伸条件。新建线路长度389.82 km。设计速度目标值350 km/h。

2.2 绥德铁路地区概况

绥德地区位于延榆鄂高铁中部，现状衔接包西、太中银两条铁路。现状分布绥德一处车站，车站布置为曲线中间站，包西、太中银铁路分方向别合场布置，车站规模3台12线。

根据《中长期铁路网规划》(2016年版)，地区规划引入延榆鄂高铁(包(银)海通道)以及绥德至太原高铁(青银通道)，两条高铁呈“十”字型交汇。绥德地区将构成典型的“十”字型高铁地区，连通东、西、南、北四个方向，即太原(青岛)、银川、延安(西安、海口)、榆林(包头)，理论上存在多达12个方向的旅客交流。

根据地区客运量预测，银川-榆林之间基本无交流，延安-银川之间交流量非常小(远期开行动车1对/d)，因此，地区主要客流方向为延安-榆林(远期开行动车59对/d)、延安-太原(远期开行动车37对/d)、银川-太原(远期开行动车12对/d)和榆林-太原(远期开行动车10对/d)4对、8个方向。

2.3 站址方案研究的提前条件

(1)地区高铁站数量

绥德县城区现状常住人口约18.6万，2030年城区规划人口23.5万，属于小城市。此外，地区已有普速客运站一处。因此，考虑客运设施布局与城市规模的匹配性，地区高铁站数量应为一处。

(2)高铁通道首选短直方向

绥德高铁站作为衔接两条“十”字型交叉高铁通道的接轨站，受控于高铁选线的技术参数，东西、南北方向仅能保证其中一个方向相对短直，而另一方向势必相对迂回。根据客流预测，为提高地区整体客运效率，应将动车开行对数多的南北方向即延榆鄂高速铁路方向作为首选短直方向。

(3)疏解、联络线工程规划

根据地区客流预测，延安-榆林方向的交流(远期59对/d)由延榆鄂高铁承担，而延安-太原方向的交流(远期37对/d)通过绥德地区高铁站引出疏解线解决。

根据《中长期铁路网规划》对青银通道的规划定位:绥德以东段新建高铁线路、绥德以西段利用既有太中银铁路改造[4]，因此，银川-太原方向的交流(远期12对/d)考虑利用既有绥德站办理地方客运作业，并设置高、普联络线工程实现互联互通。

榆林-太原方向开行动车对数较少(远期10对/d)，考虑在高铁站内组织折角运输，不考虑设置联络线工程。

2.4 站址方案综合比选

(1)方案比选思路及层次

结合铁路地区现状及规划，站址方案研究分为两个层次:第一层次研究引入既有站、新建高铁站两大类方案；第二层次研究引入既有绥德站以及分别新建绥德东、西、南、北高铁站共计5个子方案。绥德站址方案构成情况如图1所示。

图1 延榆鄂高铁绥德站址方案构成示意

对于引入既有站方案，考虑到既有绥德站衔接包西、太中银两条铁路、四个方向，四个方向之间客货车流均有交叉；车站布置为曲线站，依山傍河而建，地形条件复杂，两端咽喉均设置在曲线桥梁工程上，车站改扩建极其困难，不具备高铁引入既有车站条件[5]。因此，予以舍弃。

对于新建高铁站方案，结合城区分布、城市规划及周边地形、地貌等因素，研究比选了新建东、西、南、北高铁站4个子方案。经研究，绥德东站方案线路穿越饮用水水源地一级保护区，不符合《水污染防治法》相关规定，予以舍弃。绥德北站方案站址地处太中银铁路、包西铁路、无定河及山体围合而成的封闭区域，且距离城区远达14 km，交通联系极其不便；同时拆迁村落工程量大，地方反对意见强烈，也予以舍弃。

因此，重点对新建高铁站系列方案中的绥德西站、绥德南站两个有价值的备选方案进行深入比选论证，方案示意图分别如图2、图3所示。

图2 绥德西站方案示意

图3 绥德南站方案示意

(2)绥德西站、绥德南站方案比选

针对绥德“十”字型高铁地区的突出特点，结合地区实际情况，主要从地区客运效率、地区规划建设线路总规模及工程投资、相关客运通道引入条件、客流吸引能力、地方客流出行便利性、与城市规划相容性、站址地形条件以及综合开发用地条件等8个方面进行全面、深入的比选论证[6-10]。

两个方案的优缺点分析比较情况如表1所示。

表1 绥德高铁站位选址方案优缺点分析

综上所述，绥德西站方案主要客流方向线路短直，地区客运效率高；虽规划建设的疏解、联络线工程较长，但近期建设的高标准延榆鄂高铁线路明显短直，考虑资金的时间成本，其经济性更优；客流吸引能力更强，较好地兼顾邻县客流，地方客流乘车也更为便利；对城市规划带动作用更明显，设站地形条件及综合开发用地条件均较好，因此，推荐采用绥德西站方案。

3 基于模糊层次分析法的辅助决策研究

高铁引入“十”字型地区的站址方案比选作为复杂的多目标决策问题，适用于模糊层次分析法(FAHP)进行辅助决策。

3.1 综合评价指标体系

结合工程设计实践，构建“十”字型地区高铁站选址方案的综合评价指标体系如表2所示。

表2 综合评价指标体系

3.2 基于模糊层次分析法的数学模型

(1)评价指标的权重向量

运用1～9级标度法和专家调查法，发放专家调查表，进行多轮专家调查，汇总、整理调查表；对于调查结果进行分析处理，并达成一致意见后构建判断矩阵[11-13]，如表3所示。

表3 “十”字型地区高铁站位选址方案判断矩阵

运用“方根法”计算并进行“归一化处理”得各项评价指标的权重向量:

对计算结果进行一致性检验:

式中，CR为判断矩阵随机一致性比率，当其值小于0.1时判断矩阵具有较好的一致性；CI为一般一致性指标，RI为平均随机一致性指标，其值均由大量试验确定。

由式(2)可见，构建的判断矩阵具有较好的一致性。

(2)基于模糊层次分析法的数学模型

构建用于高铁站选址方案决策的模糊层次分析法数学模型:

式中，B为综合评价结果；W为综合评价指标权重向量；R为相对优属度矩阵，其元素为各个方案的各项评价指标；“◦”为模糊合成算子；bj为各个方案的综合优越度。

根据最大优属度原则，根据bj的数值大小对于各个方案进行优选排序，选取数值最大的方案作为建议推荐方案。

3.3 应用数学模型辅助决策结论

根据绥德西、绥德南两个站址方案的各项评价指标的优缺点对各项评价指标进行赋值，经“极差正规化”处理，得出两个方案的相对优属度矩阵，通过矩阵模糊计算得出综合优越度如下:

绥德西方案:b1＝0.740

绥德南方案:b2＝0.261

由于b1＞b2，且差值较明显，故推荐采用绥德西站位方案。

可见，辅助决策结论与工程设计实践中方案比选结论一致。

4 结束语

(1)对于延榆鄂高铁绥德高铁站选址方案研究，通过合理划分方案层次，采用逐层分解的方法，研究提出2类、5个子方案，经初步比选，遴选出有价值的备选方案，全面、综合、有针对性地选取8项主要影响因素，对备选方案进行深入细致的比选论证，推荐的绥德西站址方案确保了较高的地区总体运输效率，兼顾了青银高铁通道的引入条件，方便了地方客流，吸引了周边客流，降低了工程难度和近期投资，并与城市规划相辅相成、相得益彰，符合“以人为本、服务运输”、“统筹兼顾、开放共享”的先进设计理念，也符合“全面、协调、可持续”科学发展理念，为项目决策与建设提供了有力的技术支持。初步实现了“十”字型地区高铁站选址方案决策的程序化和标准化，可供类似工程项目参考、借鉴，并为进一步开发铁路技术方案比选系统提供了技术储备和方法借鉴。

(2)针对“十”字型高铁地区的突出特点，紧密结合工程设计实践中方案研究，选取8项主要影响因素构建综合评价指标体系，基于模糊层次分析法(FAHP)建立数学模型进行辅助决策研究。研究结果表明，提出的思路和方法将这一定性问题转化为定量化处理，其结论与传统方案比选结论一致。该项辅助决策技术可用于验证传统的方案比选结论，有助于确保“十”字型地区高铁站选址决策的科学性、合理性，对于类似项目具有一定的指导意义和借鉴作用。