長株潭城際規劃交通西環線線路局部方案比選研究

戴 旺, 邱 冰， 鄧娟紅， 郭 昊， 李 浩

(湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南長沙 410200)

從國家政策層面，支持都市圈條件成熟，客流充足的線路建設市域郊鐵路。長株潭城際軌道交通西環線連接長株潭都市圈兩個核心城市長沙和湘潭，兩市社會聯系緊密，經濟關聯度高，建設軌道交通條件成熟。目前國內鐵路和軌道交通工程選線由于涉及因素眾多，大多基于工程師多年工作經驗，選出合理的工程方案，而不是通過系統工程科學決策手段來進行選線。關于都市圈市域郊鐵路選線科學決策的論文就更少。本文通過查閱相關資料，楊文昕等通過層次分析法結合模糊綜合評價法進行選線研究[1]，花超通過灰色理論進行鐵路選線研究[2]，譚羲、李澤宇等通過模糊可拓理論選線研究[3-4]，王宙,唐鴻鐸等通過權重反分析和模糊綜合評判法方案比選研究[5]，孫曉永綜合層次分析法和熵權法的選線研究[6]。綜上所述，眾多方法中，各有優缺點，都能夠得到科學的選線結果，但是層次分析法結合模糊綜合評判法，考慮的因素更加全面，并且層次分明，定性和定量指標能夠均衡考慮。楊文昕等采用的也是層析分析法和綜合模糊評判法，但是對噪音污染，沿線產業發展、政府財政負擔等地方政府和民眾比較關注的因素考慮不足，因此本文選擇了層次分析法結合模糊綜合評判法來進行本項目選線分析，綜合考慮了地方政府比較關心的問題和其他一些因素。

1 長株潭城際軌道交通西環線項目簡介

長株潭城際軌道交通西環線線路全長32.2 km，其中地下段長6.66 km，高架段及過渡段25.8 km，共設車站14座，其中地下站4座，高架站10座，設2座換乘站，其中山塘站與3號線一期換乘，學士路站與5號線換乘。平均站間距2.42 km，最大站間距6.47 km，位于觀音港站與黃家灣站區間，最小站間距1.20 km，位于湘潭火車站至護譚西路站區間。其中一期工程范圍為湘潭北站—山塘站(不含)，如圖1所示，線路全長約 17.53 km，其中地下段長約 6.76 km，高架段長約 9.50 km，共設車站 8 座，設北津車輛段一座，主變電所兩座，控制中心接入杜花路控制中心。本項目是盡快建設連接長沙西站和湘潭北站之間的城際軌道交通，是落實長株潭城市群建設、促進長株潭同城化發展的要求，也是優化城市空間布局，支撐重點區域發展和沿線地區開發的需要，是串聯兩市重要交通樞紐，實現兩市之間交通、旅游等重要資源共享的需要，是長沙、湘潭兩市共同的急迫訴求。

圖1 長株潭城際軌道交通西環線

2 山塘路到學士路站線路方案比選與研究

本線線路通道主要沿著潭州大道敷設，路徑較為單一且較為順直，除湘潭北站段線路之外，其余線路通道比較穩定。本次主要是對山塘路到學士路站線路敷設方式做比較和研究。本工程與3號線一期工程軌通，同時保證與3號線一期工程換乘，3號線一期工程山塘站為地下兩層島式站，站后設停車兼折返線。從地鐵3號線一期工程終點山塘站接出來，沿長沙至湘潭主干道潭州大道行進。清風路站側式地下一層站，大里程端設支線接入3號線一期工程，實現與3號線一期貫通。正線由路中轉向路側接入山塘站，山塘站位于3號線一期山塘站西側，潭州大道西側地塊內，與既有3號線山塘站換乘，站后設停車兼折返線，并預留遠期向北延伸條件。 現在需要重點研究的山塘路到學士路站的敷設方式[7]。該段主要控制因素有清風路、巡府路、學士路、規劃大王山空軌與本項目與本線相交。方案一采用地下方案線路出觀音港站后快速入地，在清風路站前采用地下方式進行敷設。該段線路全長4.76 km，高架段長約0.69 km，地下段長約4.07 km，最小曲線半徑為R=850 m，最大縱坡15 ‰。方案二采用高架方案。高架方案線路出觀音港站后由路側轉為路中，在巡撫路站前采用全高架敷設方式，出巡撫路站后快速入地至清風路站。該段線路全長4.78 km，高架段長約4.47 km，地下段長約0.31 km，最小曲線半徑為R=710 m，最大的線路坡度28 ‰。

按照線路方案比選列方案對照表見表1。

表1 清風路站至山塘站敷設方式對比

3 運用AHP-模糊綜合評判法來進行方案比選分析

城際軌道交通項目由于影響項目線路方案的因素眾多[8]，有車輛轉彎半徑、爬坡能力等技術因素，有客流、工程建設費用、運營期間的費用、車輛費用以及貸款費用等經濟因素[9]，有噪音、電磁輻射等環境影響因素，還有城市規劃、國防等社會影響[10]。由于評價對象屬性多樣，結構復雜，既有工造造價等定量的指標，還有環境影響等定性的指標，難以完全單獨用定量或定性的方法進行優化分析和評價。AHP法能夠把復雜的問題分解成各個組成因素，然后將這些因素按支配關系分組形成遞階層次結構。通過比較，確定層次中諸多因素的相對重要性[11]。

3.1 建立層次結構模型

通過對線路方案進行分析，線路方案要考慮的因素主要分數技術因素、經濟因素、環境因素和社會因素等四大類別，通過分析四大類別中的主要影響因子，并查閱了相關文獻，綜合考慮各種因素，在眾多指標中選取了典型指標征詢專家意見，以此建立了線路方案評價的目的、準則和影響因子三個層次[12]，如圖2所示。

圖2 決策分析模型

3.2 兩個方案在準則層上的比較

(1)從技術準則層面上的比較。從地質情況來看，巖性以泥質粉砂巖、頁巖、礫巖、灰巖、泥灰巖等為主，主要地質問題是灰巖區存在溶洞不良地質情況，對工程影響較大。從溶洞處理措施和費用來看，方案二高架橋梁方案占據優勢[13]。

從線路長度、車輛轉彎半徑來看，兩個方案相當。從爬坡能力來看，方案二坡度更大，對耗能來說，較為不利。

(2)從經濟準則層面上的比較。從工程建設費用來看，方案一采用地下工程方案，工程建設費用較方案二高將近一倍。從拆遷費用來看，方案二較高。從運營費用來看，方案一從牽引能力，動力照明能耗、維修養護和人員配置等方面的費用均要高于方案二。貸款利息方面，由于現在地鐵建設普遍采用貸款模式，大約按30 %的資本金來算，方案一后期還貸的壓力要明顯大于方案二。因此從經濟準則防范來看，方案二有明顯優勢。

(3)從環境準則層面上的比較。在環境準則層面上來看，方案一所產生的噪音污染明顯小于方案二，水污染和空氣污染都處于較低水平，并且兩個方案都沒有占用基本農田。因此從環境準則來看，方案一占優勢。

(4)從社會準則層面上的比較。從社會穩定的角度來看，沿線居民密集區，采用地下敷設的方式，居民滿意度較高，對項目支持力度更大，協調難度更小，方案一占優。從對城市總體規劃的角度來看，兩個方案都符合要求。從帶動沿線發展的角度來看，由于方案一能與沿線商業或產業更加近距離布置，因此方案一占優。

3.3 各項指標權重計算

采用層次分析法對各項指標進行權重計算。由在城際軌道交通選線有豐富工作經驗的專家進行打分，構造兩兩比較判斷矩陣，并進行一致性驗證。

首先建立目標層與準則子系統層的矩陣見表2。

表2 目標層與準則子系統層關系矩陣

(1)技術準則子系統層(表3)。

表3 技術準則子系統層關系矩陣

(2)經濟準則子系統層(表4)。

表4 經濟準則子系統層關系矩陣

(3)環境準則子系統層(表5)。

表5 環境準則子系統層關系矩陣

(4)社會準則子系統(表6)。

表6 社會準則子系統層關系矩陣

(5)C層的總排序結果見表7。

3.4 結合模糊綜合評斷理論進行分析

按照上述AHP分析結果，項目評價指標權重系數向量WF=(0.043,0.023,0.013,0.128,0.299,0.168,0.097,0.055,0.047,0.03,0.021,0.013,0.031,0.010,0.017,0.006)[14]。

我們請了5名經驗豐富的專家，對兩個方案的影響因子進行打分，采用備擇集V={V1,V2,V3,V4}={100,85,70,55}[15](表8)。

3.5 評價結論

綜上分析，方案一和方案二各有優缺點，通過AHP-模糊綜合評價法的結果，更為直觀的反映了方案二總體優于方案一。

表7 C層總排序結果

表8 兩個方案的影響因子

4 結束語

長株潭城際軌道交通西環線山塘站到學士路段影響因素眾多，通過系統工程方法進行選線研究很有必要。本次通過AHP層次分析法結合模糊綜合評判科學方法來首次分析都市圈市域郊鐵路線路方案的合理性，以期能夠為以后類似選線決策提供一種新的方法。

(1)運用AHP層次分析法結合模糊綜合評判科學方法，通過分析具有城際鐵路特點的社會、環境、經濟和技術相關指標，經過系統評價的典型方法分析，最后得出方案二更優的結論。

(2)首次將噪音污染、水污染、空氣污染、車輛轉彎半徑、爬坡能力、運營成本和政府財政負擔等因子納入分析指標，這些不確定的指標通過系統工程中層次分析法求出權重，然后與模糊綜合評判法相結合，與定量指標結合在一起，能夠更全面的分析線路方案受影響的因素，更加科學的得到分析結果。

(3)為類似的工程案例，提供了一良好的決策參考案例。