长株潭城际规划交通西环线线路局部方案比选研究

戴 旺, 邱 冰， 邓娟红， 郭 昊， 李 浩

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南长沙 410200)

从国家政策层面，支持都市圈条件成熟，客流充足的线路建设市域郊铁路。长株潭城际轨道交通西环线连接长株潭都市圈两个核心城市长沙和湘潭，两市社会联系紧密，经济关联度高，建设轨道交通条件成熟。目前国内铁路和轨道交通工程选线由于涉及因素众多，大多基于工程师多年工作经验，选出合理的工程方案，而不是通过系统工程科学决策手段来进行选线。关于都市圈市域郊铁路选线科学决策的论文就更少。本文通过查阅相关资料，杨文昕等通过层次分析法结合模糊综合评价法进行选线研究[1]，花超通过灰色理论进行铁路选线研究[2]，谭羲、李泽宇等通过模糊可拓理论选线研究[3-4]，王宙,唐鸿铎等通过权重反分析和模糊综合评判法方案比选研究[5]，孙晓永综合层次分析法和熵权法的选线研究[6]。综上所述，众多方法中，各有优缺点，都能够得到科学的选线结果，但是层次分析法结合模糊综合评判法，考虑的因素更加全面，并且层次分明，定性和定量指标能够均衡考虑。杨文昕等采用的也是层析分析法和综合模糊评判法，但是对噪音污染，沿线产业发展、政府财政负担等地方政府和民众比较关注的因素考虑不足，因此本文选择了层次分析法结合模糊综合评判法来进行本项目选线分析，综合考虑了地方政府比较关心的问题和其他一些因素。

1 长株潭城际轨道交通西环线项目简介

长株潭城际轨道交通西环线线路全长32.2 km，其中地下段长6.66 km，高架段及过渡段25.8 km，共设车站14座，其中地下站4座，高架站10座，设2座换乘站，其中山塘站与3号线一期换乘，学士路站与5号线换乘。平均站间距2.42 km，最大站间距6.47 km，位于观音港站与黄家湾站区间，最小站间距1.20 km，位于湘潭火车站至护谭西路站区间。其中一期工程范围为湘潭北站—山塘站(不含)，如图1所示，线路全长约 17.53 km，其中地下段长约 6.76 km，高架段长约 9.50 km，共设车站 8 座，设北津车辆段一座，主变电所两座，控制中心接入杜花路控制中心。本项目是尽快建设连接长沙西站和湘潭北站之间的城际轨道交通，是落实长株潭城市群建设、促进长株潭同城化发展的要求，也是优化城市空间布局，支撑重点区域发展和沿线地区开发的需要，是串联两市重要交通枢纽，实现两市之间交通、旅游等重要资源共享的需要，是长沙、湘潭两市共同的急迫诉求。

图1 长株潭城际轨道交通西环线

2 山塘路到学士路站线路方案比选与研究

本线线路通道主要沿着潭州大道敷设，路径较为单一且较为顺直，除湘潭北站段线路之外，其余线路通道比较稳定。本次主要是对山塘路到学士路站线路敷设方式做比较和研究。本工程与3号线一期工程轨通，同时保证与3号线一期工程换乘，3号线一期工程山塘站为地下两层岛式站，站后设停车兼折返线。从地铁3号线一期工程终点山塘站接出来，沿长沙至湘潭主干道潭州大道行进。清风路站侧式地下一层站，大里程端设支线接入3号线一期工程，实现与3号线一期贯通。正线由路中转向路侧接入山塘站，山塘站位于3号线一期山塘站西侧，潭州大道西侧地块内，与既有3号线山塘站换乘，站后设停车兼折返线，并预留远期向北延伸条件。 现在需要重点研究的山塘路到学士路站的敷设方式[7]。该段主要控制因素有清风路、巡府路、学士路、规划大王山空轨与本项目与本线相交。方案一采用地下方案线路出观音港站后快速入地，在清风路站前采用地下方式进行敷设。该段线路全长4.76 km，高架段长约0.69 km，地下段长约4.07 km，最小曲线半径为R=850 m，最大纵坡15 ‰。方案二采用高架方案。高架方案线路出观音港站后由路侧转为路中，在巡抚路站前采用全高架敷设方式，出巡抚路站后快速入地至清风路站。该段线路全长4.78 km，高架段长约4.47 km，地下段长约0.31 km，最小曲线半径为R=710 m，最大的线路坡度28 ‰。

按照线路方案比选列方案对照表见表1。

表1 清风路站至山塘站敷设方式对比

3 运用AHP-模糊综合评判法来进行方案比选分析

城际轨道交通项目由于影响项目线路方案的因素众多[8]，有车辆转弯半径、爬坡能力等技术因素，有客流、工程建设费用、运营期间的费用、车辆费用以及贷款费用等经济因素[9]，有噪音、电磁辐射等环境影响因素，还有城市规划、国防等社会影响[10]。由于评价对象属性多样，结构复杂，既有工造造价等定量的指标，还有环境影响等定性的指标，难以完全单独用定量或定性的方法进行优化分析和评价。AHP法能够把复杂的问题分解成各个组成因素，然后将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构。通过比较，确定层次中诸多因素的相对重要性[11]。

3.1 建立层次结构模型

通过对线路方案进行分析，线路方案要考虑的因素主要分数技术因素、经济因素、环境因素和社会因素等四大类别，通过分析四大类别中的主要影响因子，并查阅了相关文献，综合考虑各种因素，在众多指标中选取了典型指标征询专家意见，以此建立了线路方案评价的目的、准则和影响因子三个层次[12]，如图2所示。

图2 决策分析模型

3.2 两个方案在准则层上的比较

(1)从技术准则层面上的比较。从地质情况来看，岩性以泥质粉砂岩、页岩、砾岩、灰岩、泥灰岩等为主，主要地质问题是灰岩区存在溶洞不良地质情况，对工程影响较大。从溶洞处理措施和费用来看，方案二高架桥梁方案占据优势[13]。

从线路长度、车辆转弯半径来看，两个方案相当。从爬坡能力来看，方案二坡度更大，对耗能来说，较为不利。

(2)从经济准则层面上的比较。从工程建设费用来看，方案一采用地下工程方案，工程建设费用较方案二高将近一倍。从拆迁费用来看，方案二较高。从运营费用来看，方案一从牵引能力，动力照明能耗、维修养护和人员配置等方面的费用均要高于方案二。贷款利息方面，由于现在地铁建设普遍采用贷款模式，大约按30 %的资本金来算，方案一后期还贷的压力要明显大于方案二。因此从经济准则防范来看，方案二有明显优势。

(3)从环境准则层面上的比较。在环境准则层面上来看，方案一所产生的噪音污染明显小于方案二，水污染和空气污染都处于较低水平，并且两个方案都没有占用基本农田。因此从环境准则来看，方案一占优势。

(4)从社会准则层面上的比较。从社会稳定的角度来看，沿线居民密集区，采用地下敷设的方式，居民满意度较高，对项目支持力度更大，协调难度更小，方案一占优。从对城市总体规划的角度来看，两个方案都符合要求。从带动沿线发展的角度来看，由于方案一能与沿线商业或产业更加近距离布置，因此方案一占优。

3.3 各项指标权重计算

采用层次分析法对各项指标进行权重计算。由在城际轨道交通选线有丰富工作经验的专家进行打分，构造两两比较判断矩阵，并进行一致性验证。

首先建立目标层与准则子系统层的矩阵见表2。

表2 目标层与准则子系统层关系矩阵

(1)技术准则子系统层(表3)。

表3 技术准则子系统层关系矩阵

(2)经济准则子系统层(表4)。

表4 经济准则子系统层关系矩阵

(3)环境准则子系统层(表5)。

表5 环境准则子系统层关系矩阵

(4)社会准则子系统(表6)。

表6 社会准则子系统层关系矩阵

(5)C层的总排序结果见表7。

3.4 结合模糊综合评断理论进行分析

按照上述AHP分析结果，项目评价指标权重系数向量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]。

我们请了5名经验丰富的专家，对两个方案的影响因子进行打分，采用备择集V={V1,V2,V3,V4}={100,85,70,55}[15](表8)。

3.5 评价结论

综上分析，方案一和方案二各有优缺点，通过AHP-模糊综合评价法的结果，更为直观的反映了方案二总体优于方案一。

表7 C层总排序结果

表8 两个方案的影响因子

4 结束语

长株潭城际轨道交通西环线山塘站到学士路段影响因素众多，通过系统工程方法进行选线研究很有必要。本次通过AHP层次分析法结合模糊综合评判科学方法来首次分析都市圈市域郊铁路线路方案的合理性，以期能够为以后类似选线决策提供一种新的方法。

(1)运用AHP层次分析法结合模糊综合评判科学方法，通过分析具有城际铁路特点的社会、环境、经济和技术相关指标，经过系统评价的典型方法分析，最后得出方案二更优的结论。

(2)首次将噪音污染、水污染、空气污染、车辆转弯半径、爬坡能力、运营成本和政府财政负担等因子纳入分析指标，这些不确定的指标通过系统工程中层次分析法求出权重，然后与模糊综合评判法相结合，与定量指标结合在一起，能够更全面的分析线路方案受影响的因素，更加科学的得到分析结果。

(3)为类似的工程案例，提供了一良好的决策参考案例。