公路网合理规模预测和评价方法研究

刘雄伟

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

公路运输是综合交通运输中的重要组成部分，在经济社会发展的过程中发挥着重要的基础和保障作用。公路建设是一项建设周期长、投资巨大的工程，在建设资金和国土空间等发展要素刚性约束不断趋紧的情况下，科学规划公路网具有重要的现实意义。在公路网规划中，公路网规模的预测是其中的一项重要环节，对后续的公路网布局有着重要影响。2019年9月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，提出我国要由“交通大国”建设成为“交通强国”。合理地确定公路网规模既能满足交通需求，又能促进交通高质量发展，进一步推动交通发展建设由追求速度规模向更加注重质量效益转变，为交通强国的建设奠定坚实的基础。

1 公路网规模影响因素及发展规律

公路网规模包括公路网的里程和等级结构两方面，公路网总里程主要表征路网中节点之间的连通性，公路网等级结构指不同技术等级公路的里程所占比重，从量上表现为不同技术等级公路里程所占的比例，不同技术等级的公路里程组合方式会形成不同的公路网等级结构。本文主要探析如何合理公路网的总里程。

1.1 公路网规模影响因素

影响区域公路网规模的因素较多，关系比较复杂。主要包括社会经济发展水平、人口密度及分布、国土空间、城镇体系特点和公路运输需求等因素[1]，各种影响因素之间存在着相互促进、相互制约的互动关系。总体上包括以下几个主要因素。

1.1.1 社会经济发展水平

社会经济发展水平与公路网发展规模之间关系密切，经济社会发展水平不同，对交通需求有较大不同，能筹集的公路建设资金也有较大差异，而公路的发展也会促进或制约经济社会的发展。

1.1.2 人口密度及分布

人口密度的大小和居民点的分布状况对路网规模具有重要影响。人口密度和居民点数量及分布状况直接影响交通需求的大小，在同样道路服务水平下，人口密度大，居民点数量多且分布比较分散，交通需求较大，公路网总里程就较长。反之，交通需求较少，需要的路网总里程较短。

1.1.3 国土空间等发展要素

当前，国土空间与资源环境约束趋紧，对交通基础设施建设提出严峻挑战。国土空间规划、交通基础设施国土控规等相关文件对于三区三线、国土和自然资源的保护力度逐渐加强，交通基础设施建设的空间和时间要求都逐渐趋紧。公路网规划中，合理确定路网规模的要求更加迫切。

1.1.4 城镇体系特点

区域城镇体系主要包括城镇体系内城镇职能分工、规模等级和空间组织结构三部分内容。城镇体系的发育程度决定公路网的发展水平和路网形态，而公路网与城镇职能分工和规模等级相匹配，将支撑城镇空间结构的发展，引导城镇向合理方向发展，提高城镇的可达性和交通区位优势。

1.1.5 公路运输需求

主要包括客运交通需求和货运交通需求两方面，是对公路网规模最直接的影响因素，且具有随着经济社会发展水平的不同产生阶段性变化的特点。

1.2 公路网规模发展规律

发达国家的公路发展历程表明，公路发展主要包含缓慢发展期、快速发展期和饱和发展期3个阶段[2]，快速发展期和经济发展水平具有密切关系。总体上来说，公路网规模发展随着年份而逐年递增，发展前期主要以数量增长为主，而发展后期主要以质量增长为主。受国土面积等因素限制，公路网总规模具有极限性。

2 公路网规模预测方法

2.1 国土系数法

依据国土系数理论，国土系数法以公路网所在区域的国土面积、经济发展水平和人口等指标来计算研究范围内的公路网长度[3]，其计算公式为：

式中：L为预测的公路网总里程，km；P为所在区域总人口，千人；A为区域总面积，km2；K为公路网系数。

根据国内外学者研究，公路网系数K被认为与区域人均GDP呈线性关系，通常是先根据该区域历年的公路网规模、人口数和面积，利用国土系数法公式反推历年的公路网系数K，然后采用回归分析方法得出K与人均GDP间的函数关系模型：

该模型将对公路网规模影响较大的区域土地面积、人口和人均GDP等主要影响因素都考虑在内，方法简单，可操作性强。不足之处在于考虑的经济因素较少，对公路网规模预测结果的准确度有一定影响。

2.2 生长曲线模型法

根据前面分析，公路网发展规模的递增性、极限性和3个发展阶段与生长曲线函数相符，采用生长曲线模型法预测效果较好，函数模型如式（3）所示。

式中：y为公路网总里程，km；ζ为非直线系数，取值和连通度法一致；D为公路网密度，km/百万km2；A为规划区域面积，km2；a、b为大于零的参数；t为时间参数。

生长曲线模型法一般采用类比的方法标定模型参数，定性和定量相结合，考虑的影响因素比较全面，比较符合实际。但在类比法标定模型参数时，受研究者个人主观经验影响较大，对预测结果影响较大。

2.3 连通度法

又称节点法，是从宏观上反映路网中节点之间的连通情况[4]。依据网络几何学原理，连通度法模型如式（4）所示。

式中：L为路网规模；K为路网连通度；N为区域内节点数；A为区域面积，km2；ζ为路网变形系数，即节点间公路实际长度与直线距离之比，由地形条件决定。

路网连通度K是代表公路网中节点间连接形态的参数。当K接近1时，路网布局形态大体上为树状结构，节点之间多为二路连通，节点之间的连接性较差；当K接近2时，路网布局形态大体上为方格网状，节点之间多为四路连通，规划路网中节点之间连接性较好；当K接近3时，路网布局形态为三角状，节点之间多为六路连通，节点之间的连接性好，路网布局完善。

2.4 综合模型法

综合模型法是考虑各个研究区域的不同特点，对不同预测模型的预测值赋予不同权重来计算最终的公路网规模，模型如式（5）所示。

式中：L为综合模型法确定的公路网总里程，km；ki为第i种模型的权重；m为预测模型的数量；Li为第i种模型确定的公路网里程，km。

模型的权重根据所处区域的经济社会和地理特征的不同，所取的模型权重不同，一般采取德尔菲法确定模型权重。优点是预测时能定性和定量相结合，和实际结果较相符；缺点是一定程度上受主观影响，可能导致预测结果与实际有一定偏差。

3 评价方法

单纯采用技术指标评价只能发现单方面存在的问题，不能全面评价预测结果的优劣。本文采用模糊多层次综合评判法[5]，定性与定量相结合，将多个评价指标进行综合，得到综合的评价结果。

模糊多层次综合评判法一般包括构造评价指标体系、确定评价等级、构造判断矩阵和确定权值、模糊计算并做出决策4个步骤。

4 实例验证

本文以运城市盐湖区农村公路路网规划（2019—2030）项目为例，以盐湖区农村公路网为研究对象，根据文中介绍的方法，结合盐湖区经济社会发展、农村公路现状及与综合交通运输体系的关系，预测2030年盐湖区农村公路网总里程如下。

表1 运城市盐湖区基础数据

表2 运城市盐湖区农村公路网总里程2030年推荐值 km

根据公路网规模影响因素及发展规律，结合盐湖区实际，得出盐湖区公路网规模评价指标体系如图1所示。指标体系划分采用多层次指标，一级指标主要包括技术评价、社会评价和经济评价共3个指标，并构建二级指标体系。技术评价是采用农村公路网技术指标对预测结果进行评价，主要包括公路网密度、公路网连通度和行政村通达率等公路网规模、布局等指标；社会指标主要是评价预测的结果对社会发展的影响，包括交通脱贫及交旅融合发展、环境及国土空间开发、促进乡村振兴战略实施等方面；经济评价主要是评价预测结果在经济效益方面的影响，包括里程与经济弹性系数、投资比重、节约客货运输时间和减少事故效益等指标。

图1 盐湖区农村公路网规模评价指标体系

运用层次分析法（AHP）确定各个指标权重，最后运用模糊评判法对指标体系进行模糊计算并评价，具体如表3所示。

根据Bi=Ai×Ri，一级模糊评判矩阵为：

二级综合评判向量为：

表3 盐湖区农村公路网规模评价表

根据隶属度最大原则，此次模糊计算结果最大值为0.24，对应的评价等级为较好，因此认为盐湖区农村公路网规模预测结果较好。

5 结论

公路网规模预测是区域公路网规划中的一个重要环节，预测结果的合理性和准确性对于公路网规划有着重要意义。本文在分析各种常用公路网规模预测方法优缺点基础上，采取运用德尔菲法确定权重的综合模型法确定预测的推荐值，提高预测的精确度。最后建立评价指标体系，采用模糊多层次综合评价法进行综合评价。以山西省运城市盐湖区农村公路网为例，结果表明预测方法具有较好的适用性，对公路网规模的预测具有一定的借鉴意义。