四川省高速路網規劃與加油站站點布局的關系研究

2016-02-13 09:25:42王浩慶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

王浩慶高雁（四川交投中油能源有限公司，四川成都 610023）

王浩慶高雁（四川交投中油能源有限公司，四川成都 610023）

中國石油四川銷售分公司下屬的二級公司在進行加油站站點規劃和建設時，以公司所轄區域的油品需求預測為出發點，在確定加油站數量總規模的基礎上，再根據區域加油站站點的實際建成情況、區域綜合概況（經濟、人口、交通等）來綜合確定新建加油站的布局。四川交投中油能源有限公司作為一個全新的合資公司，其加油站站點分布區域廣泛（全省范圍內）、站點分散，若按照上述研究方法來進行加油站站點的布局分析必然存在一定的技術缺陷，難以適應公司的實際發展需要。公司的加油站站點遍布于全省高速公路沿線，該布局模式具有明顯的特殊性，在加油站行業內非常少見，在進行加油站站點建設時沒有相關的經驗、類似的模式可以借鑒，本研究課題提出了“微觀—宏觀—微觀”的研究思路，建立了以高速路網成熟度為基礎的加油站布局模型，填補了行業領域的空白，為公司加油站站點布局提供新的參考指標，以供支撐可行性研究報告編制時的參數選取，具有一定的理論深度和實際應用價值。

加油站；城市規模；高速路網；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資集團有限責任公司和中國石油四川銷售分公司積極響應省委、省政府開展的“央企入川”活動，本著“平等互利、優勢互補、共同發展”的原則，共同出資組建的。

根據公司的投資計劃和發展戰略，到2020年末，遍布四川省高速公路沿線加油站的數量將達到100座以上，加油站站點的網絡化布局基本形成。在進行加油站站點規劃和建設時，普遍采用“宏觀—微觀”的傳統研究方法，相較而言，公司現有以及擬建加油站站點全部分布在全省高速公路沿線，站點分布的路網依賴性極強，呈現路網決定站點的顯著特點，若按照傳統方法來進行加油站站點的布局分析必然存在技術缺陷，缺乏一定的科學性、合理性。

本研究課題提出了“微觀—宏觀—微觀”的研究思路，首先從全省高速路網的研究角度出發，提出了省域城市節點重要度、高速路網成熟度的概念，在建立相應評價模型的基礎上結合路網流量、區域概況綜合確定加油站的布局方案，以期達到科學謀劃布局，為公司加油站建設提供合理建設方案，增加公司效益的目的。

開展課題研究是行業融合、企業體質改革對公司發展提出的必然要求；是實現公司集約化、規?；I化管理要求的需要；是著眼全局，創效增優，提升公司綜合效益的有力保障。課題的研究正是為了探索符合公司實際發展需要的理論模型，為公司加油站的建設提供科學可靠的決策支撐；同時，課題的研究填補了行業領域的空白，對行業類似的發展模式具有一定的借鑒意義，也具有一定程度上的先導性、前瞻性。

圖1-1 技術路線圖

2 四川省城市節點重要度

2.1 四川省城市概況

四川省東鄰重慶，北連青海、甘肅、陜西，南接云南、貴州，西銜西藏。是西南、西北和中部地區的重要結合部，是承接華南華中、連接西南西北、溝通中亞南亞東南亞的重要交匯點和交通走廊。四川省轄區面積48.6萬平方公里，居中國第五位，轄1副省級市，17地級市，3個自治州，183個縣（市、區）。

表2-1 2013年末四川省地市州人口匯總表

表2-2 2013年末四川省地市州城區常住人口匯總表

表2-3 2013年末四川省地市州地區生產總值（GDP）匯總表

3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21德陽市宜賓市南充市達州市涼山州瀘州市樂山市資陽市內江市自貢市眉山市廣安市攀枝花市遂寧市廣元市雅安市巴中市阿壩州甘孜州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車保有量匯總表

2.2 四川省城市規模分布

根據2014年國家城市規模劃分標準，構造四川省地市州城市金字塔。

表2-5 2014年國家城市規模劃分標準

圖2-1 2013年四川省地市州城市分布圖

表2-6 2013年四川省地市州城市等級分布

注：

K=下一規模等級的城市數量/上一規模等級的城市數量

圖2-2 2013年四川省地市州城市金字塔

位序-規模法則是從城市的規模和城市規模位序的關系來考察一個城市體系的規模分布。公式如下：

圖2-3 2013年四川省地市州城市規模分布圖

圖2-4 2013年四川省地市州城市位序-規模分析圖

通過位序-規模法則分析可以得到，四川省城市首位度（P1/ p2)為5.04，四城市指數(P1/(P2+P3+P4))為1.89，十一城市指數為1.41，首位度較大，呈首位分布。通過數據擬合，q=0.85＜1，城市規模中位值偏小，為86.19萬人，首位城市比較發達，但其余的中小城市人口規模相對較小，與首位城市的人口規模差距較大。總體來說，四川省地市州城市發展呈現一點突出、多點支撐的發展局面，符合城市化發展的上升階段規律。

2.3 城市節點重要度分析

本文的核心是研究高速路沿線的加油站布局，決定加油站的建設與否最重要的因素為路段的交通量，交通需求決定交通量。因此，將人口、經濟、汽車保有量三個定量因素作為影響路網節點重要度的決定性指標，本文擬采用變異系數法確定各項指標的權重，最后進行歸一化處理。各項指標的變異系數公式如下：

各項指標的權重為：

在確定各項指標權重的基礎上，對數據進行標準化處理，統一變換到(0,1)區間內，綜合考慮上述因素，得到節點重要度的計算公式，

如下所示。

利用變異系數法綜合評價四川省地市州城市節點重要度中的人口、經濟、汽車保有量三個指標的權重，在此基礎上，進一步計算得到各城市的節點重要度。(見表2-7、表2-8)

3 高速路網、服務區規劃

3.1 四川省高速公路網規劃

2009年3月2日，四川省人民政府第27常務會審議通過了《四川省高速公路網規劃（2008-2030年）》。根據布局理論分析、實地調研工作，經綜合分析、優化與組織專家進行論證，確定四川省高速公路網布局方案采用成都引入線和縱橫網格相結合的形式，規劃方案由16條成都引入線、5條南北縱向路線、5條東西橫向路線和8條聯絡線組成，簡稱“16、5、5”網，總里程規模約8600公里，有23個出川高速公路通道。

2011年1月修訂后的《四川省高速公路網規劃（2008-2030年）》中，規劃新增8縱7橫、10條聯絡線，進出川通道增至33條，總里程約1.2萬公里。路網將連接所有城鎮人口超10萬的城市和地級行政區政府所在地，直接連接全省158個縣（市、區），高速公路網有效覆蓋全省鐵路集裝箱中心站、高鐵客運站、內河港口、樞紐機場，四川省綜合運輸能力將大大加強。

2013年5月，國務院批準了《國家公路網規劃（2013年-2030年）》，從國家發展戰略全局的視角確定了全國高速公路主通道布局。編制《四川省高速公路網規劃（2014-2030年）》的主要目的是，按照四川省全面實施“三大發展戰略”、奮力推進“兩個跨越”的總體要求，加快構建現代綜合交通運輸體系，以國家高速公路網為基礎，對省域高速公路網布局進行補充和完善，保障全省高速公路科學有序發展。

經過分析論證，四川省境內國家高速公路和省級高速公路共同形成的省域高速公路網，將主要由16條成都放射線、8條縱線、8條橫線以及4條環線、20條聯絡線組成，簡稱“16、8、8”網。

圖3-1 四川省高速公路網規劃示意圖1（2014-2030）

圖3-2 四川省高速公路網規劃示意圖2（2014-2030）

3.2 四川省高速公路服務區布局規劃

2011年初，四川省交通運輸廳審議通過了《四川省高速公路服務區布局規劃》，根據服務區的功能定位和布局要素，結合實地調查，經綜合分析、優化與組織專家進行論證，在廣泛調研和征求市州意見的基礎上，全省高速公路網共設置A類服務區

27處、B類服務區128處。

表2-7 節點重要度評價指標權重

表2-8 四川省地市州城市節點重要度

圖3-3 四川省高速公路服務區布局規劃圖

4 高速公路網成熟度模型研究

從目前的研究現狀來看，主要停留在高速路網的評價指標體系和優化方法兩個方面的研究，而針對高速路網的各項指標對路網進行綜合評價的研究尚淺，導致對路網的總體認識評價模糊，難以量化。

由于高速路網布局規劃和高速路網沿線的服務區規劃已經確定，規劃具有法律和行業強制性約束效力，因此高速公路沿線的加油站布局必須要遵循上述“固化思路”，即“路網決定服務區，服務區決定加油站”。由此思路出發，本階段重點對純路網進行研究。

4.1 高速公路網規劃特點及規劃評價目標

4.1.1 高速公路網規劃特點

高速公路規劃和建設應引導產業布局和城市空間的發展從“適應型”逐漸向“引導型”轉變；要主動促進區域內經濟布局的合理發展；合理有效分擔綜合交通任務；以促進社會、經濟持續發展為根本目的；交通骨架網的規劃必須保證較高的服務水平。

高速公路網規劃應重視高速公路對經濟發展的推動作用，通過高速公路發展與建設規律的分析，尋求公路發展穩定成熟期的高速公路網合理規模、結構以及布局，滿足社會經濟現代化的需求。

4.1.2 高速公路網規劃評價目標

高速公路網評價可分為技術評價、經濟評價、環境評價和綜合評價。由于項目社會評價在我國項目決策中的重要性日益顯著，因此，項目社會評價在我國項目評價體系中應有其獨立的重要地位，項目評價體系應由技術評價、經濟評價、環境影響評價、社會影響評價組成。

表4-1 高速公路網評價匯總表

4.2 評價指標選取思路及原則

4.2.1 指標選取思路及步驟

在選取高速公路網評價指標時，按照如下步驟進行：首先，在公路網常用評價指標（包括技術、經濟、環境、社會影響等指標）的分析基礎上,針對各評價指標特性和高速公路網自身特點，遵循一定的選取原則，對評價指標進行初步篩選；然后，采用相關方法對初選結果進行優化，并確定各評價指標權重。如下圖所示。

圖4-1 評價指標選取步驟流程圖

4.2.2 指標選取原則

由于高速公路評價指標具有多層次性、涉及面較廣（經濟、技術、環境及社會影響等多方面），單一評價指標較多，而且指標相互間往往缺乏可比性，因此，評價指標的選取是否合理，直接影響到評價結果的準確與否，但指標并不是選取得越多就越全面。指標太多，指標重復的可能性增大，而且有些指標間具有互相交叉或包含關系，對評價過程具有一定的干擾；指標太少，可能所選指標缺乏足夠的代表性，會產生片面性。為了保證評價結果的準確性和客觀性，高速公路網評價指標的選擇須遵循針對性、可操作性、可比性、獨立性、動態性和穩定性原則。

4.3 評價指標初步篩選

在常用評價指標特性及其優缺點分析基礎上，綜合高速公路網規劃特點，對高速公路網評價指標體系進行初步篩選，篩選結果如下圖所示。

圖4-2 高速公路網技術評價指標初步篩選結果圖

4.4 評價指標優化

對高速公路網評價指標的選取過程，也就是在眾多有關公路網評價指標系統中選取符合高速公路網特點以及適用性和可操作性強的主要關鍵評價指標的過程，實質上是一個決策問題。由于不同類別的評價指標無法用一個統一尺度去衡量比較，因此，唯一可行的辦法是進行兩兩比較。通過將兩兩比較后的結果填入判斷矩陣，求解判斷矩陣的特征值和特征向量，再確定各評價指標重要性，即權重，然后通過比較權重做出選擇。

4.4.1 評價指標優化方法

（1）構造判斷矩陣

判斷矩陣元素aij具有性質：① aii=1；② aij=1/aji；③aij=aik·akj。判斷矩陣中元素aij的值按下表確定。

表4-2 兩目標重要程度比較分類表

（2）確定指標權重

由判斷矩陣A確定權重Wi，本文采用特征向量中的和積法確定各評價指標權重。由矩陣理論有：AW=ηW，W為向量，且W=(W1,W2,…，Wn)T，η為判斷矩陣A的特征根，W即為特征根所對應的特征向量。

對于滿足判斷矩陣元素的3個性質的判斷矩陣，稱之為完全一致性判斷矩陣，此時，判斷矩陣的最大特征根ηmax=n，其余特征根為0。

對于通過兩兩對比的方法構造出的多目標決策問題的判斷矩陣，常常不滿足第3個性質，因而不一定是完全一致性判斷矩陣。若離完全一致性不遠，則判斷矩陣基本可用，但不能以n作為最大特征根。因此，在構造好了判斷矩陣之后，既要檢驗判斷矩陣的一致性，還要求最大特征根及所對應的特征向量。

（1）將判斷矩陣每一列歸一化：

（2）將每一列經歸一化后的矩陣按行相加：

（3）將向量M=(M1,M2,…，Mn)T歸一化，即得到指標權重矩陣：

（3）一致性檢驗

表4-3 RI系數表

4.4.2 指標優化框架設計

按照以上分析方法，按如下步驟對評價指標初選結果進行優化。

（1）對初步選出的各評價指標在所屬指標類別內進行兩兩對比，構造出相應的判斷分矩陣；

（2）采用特征向量中的和積法計算評價指標權重；

（3）計算判斷矩陣的一致性指標和檢驗系數；

（4）檢驗判斷矩陣的一致性，若具有較好的一致性，轉步驟（5）；否則，對判斷矩陣進行調整，調整后轉步驟（2）。

（5）根據各評價指標權重計算結果，對各層次指標權重進行排序，若某指標權重小于給定的篩選界值（為了不使被篩選出來的指標數量過多、避免過大的交叉性，又不使被篩選出來的指標數量過小、所選指標有足夠的代表性，建議篩選界值取0.08）則被刪除，轉到步驟（1）；否則，輸出指標優選最終結果。評價指標優化過程如下圖所示。

圖4-3 評價指標優化流程圖

4.4.3 評價指標優化結果及指標權重

應用上述指標優化方法，計算各層次評價指標權重和一致性指標及檢驗系數，并對計算結果加以分析判斷，如下表所示。

表4-4 評價指標權重、一致性檢驗計算結果表

在以上分析計算基礎上，刪除指標權重小于給定篩選界值的指標和該指標在判斷矩陣中所對應的行與列，重新計算各指標權重，得到評價指標優化結果及其權重匯總如下圖所示。

圖4-4 評價指標優化結果匯總圖

4.5 路網成熟度

4.5.1 路網連通度

所謂路網連通度，是指規劃區域內各節點依靠公路相互連通的強度。公式如下：

4.5.2 路網密度

路網密度反映一個國家或地區的路網發展水平，在某種程度上體現了路網的內部結構及其合理性。按照分擔對象的不同，分為面積路網密度和人口路網密度。

4.5.3 路網可達性

（1）節點的可達性

表示從路網中某一點i通達另一節點j的難易程度。路網中某一點的可達性可用該點到網中所有各點的平均出行時間Ti（或平均出行距離Di）表示。公式如下：

（2）路網的可達性

整個路網的可達性以全路網的平均出行時間T（或平均出行距離D）表示。公式如下：

4.5.4 路網成熟度

本文提出高速路網成熟度的概念，意在通過定量指標來衡量現狀路網相對規劃路網的完成進度，為沿線加油站的布局規劃及投放時機提供相關的理論依據。

從上文的分析可以得出，對于高速公路而言，路網連通度、路網密度、路網可達性為衡量高速公路網成熟度最重要的三個指標。本文擬分別采用模糊數學方法的數學模型和權重模型對現狀高速路網的成熟度進行評價，并在此基礎上對高速路網成熟度進行組合評價。

（1）模糊數學模型

采用模糊數學原理，運用模式識別的辦法來評價現狀路網的成熟度。在日常生活中，經常需要進行各種判斷和預測。例如：圖像文字識別、故障（疾?。┑脑\斷、藏礦情況的判斷等，其特點就是在已知各種標準類型條件下，判斷識別對象屬于哪個類型的問題，這樣的問題就是模式識別。

模式識別的問題在模糊數學形成之前就已經存在，傳統的做法主要是用統計方法或者語言的方法進行識別。但在多數情況下，標準類型常可用模糊集表示，用模糊數學的方法進行識別更為合理可行，以模糊數學為基礎的模式識別方法稱為模糊模式識別。

模式識別主要包括三個步驟：

第一步：提取特征，首先需要從識別對象中提取與識別有關的特征，并度量這些特征。

第二步：建立標準類型的隸屬函數。

第三步：建立識別判決準則，確定某些識別原則，以判定識別對象屬于哪一個標準類型。

高速路網成熟度的模型為：

上式中：

W=(w1,w2,…，wn)為一級評價因素的權重；

D=(d1,d2,…，dn)為評價等級對應的水平。

下面求D=(d1,d2,…，dn)。假設某個評價因素ui有m個二級評價指標，記為Vi=(vi1,vi2,…，vim)，權重分別為Qi=(qi1,qi2,…，qim)，有t種評價等級，記為P=(p1,p2,…，pt)，與各等級對應的水平是F= (f1,f2,…，ft)，則Di=(i=1,2,…，n)為各矩陣的乘積。

假設有六個評估小組評定四川省高速路網的成熟度，評價指標分別為：路網連通度、路網密度、路網可達性，評價等級有很成熟、成熟、基本成熟、不成熟四個等級，所對應的水平分別為0.90，0.75，0.55，0.30。具體見下表。