（交通运输规划与管理专业论文）客运专线引入枢纽方案可拓评价研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 客运专线引入枢纽工程作为客运专线路网建设中非常重要的一环，提高其方案决策 的科学性具有重大的实际意义。 现阶段实际工作中客运专线引入枢纽方案的确定，多源白现场经验，即“大型枢纽 以站定线，中小型枢纽以线定站”。理论研究方面多采用各种综合评价法对引入站址或 方案进行评价，一次得出结论。由于经验决策的局限和评价方法运用的不恰当，降低 了方案制定的科学性。 本文认为，客运专线方案引入方案的选取是一个具有矛盾性、复杂性、不可逆性的 大型决策问题。在此基础上，提出了系统的解决方案： ( 1 ) 使用可拓学理论对方案选择中矛盾问题进行物元分析，建立物元模型； ( 2 ) 使用可拓方法的蕴含分析原理，对物元模型的复杂因素进行分解，建立目标 物元的物元蕴含系统； ( 3 ) 使用可拓思维模式中的多阶菱形思维模式，做好在方案的选取过程中多次发 散一收敛的准备，以期得到令人满意方案，减少不可逆性决策失误的风险； ( 4 ) 使用等级关联度法和优度评价法在多阶菱形思维模式每次收敛阶段，对方案 进行评价，以确定满意方案。 使用该解决方案，结合厦深客运专线引入深圳枢纽进行了工程应用。针对方案备选 集中的三个方案，定义了代表强度区域的经典域和节域，使用等级关联度法对各维度 下它们的强度进行了评价，使用优度评价法对方案进行总评价，并选出最优方案。为 验证本方案的科学性，将研究结论与常用的层次分析综合评价法以及铁路设计部门的 工程实践进行比较，具有较好的契合性，有一定的理论价值和实际意义。 关键词：客运专线；枢纽；可拓理论：物元分析；蕴含系法；菱形思维方法；优度评 价法 a bs t r a c t t h ec o n s t r u c t i o np r o j e c t so fi n t r o d u c i n gp a s s e n g e rd e d i c a t e d1 i n ei n t or a i l w a yt e r m i n a l a r eav e r yi m p o r t a n tr i n go fp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n en e t w o r k ，t h e r e b y , i ti so fp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c et or a i s et h es c i e n t i f i cs c h e m es e l e c t i o n a tp r e s e n t ，m a n ys c h e m es e l e c t i o n sa r ei u s ta d a p t e df r o mp r a c t i c a le x p e r i e n c eo f e n g i n e e r sf r o mr a i l w a yd e s i g nd e p a r t m e n t s s u c ha s “i nl a r g er a i l w a yt e r m i n a ls t a t i o np r i o rt o r o u t e ，o rr o u t ep r i o rt os t a t i o n ”o nt h eo t h e rh a n d ，t h e o r e t i c a lr e s e a r c hm a i n l yc o n c e n t r a t e do n v a r i o u sc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d st os t u d ys c h e m eo rr a i l w a ys t a t i o np o s i t i o n s e l e c t i o na n dd oas i n g l ec y c l ed e c i s i o no nt h e l i m i t a t i o n so fp r a c t i c a le x p e r i e n c ea n d i r r e l e v a n c yi nu s eo fm e t h o d s w h i c hr e s t r i c tt h es c i e n t i f i co fs c h e m es e l e c t i o n t 1 1 i sp a p e rp r o p o s e st h a ts c h e m es e l e c t i o no fi n 仃o d u c i n gp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n ei n t o r a i l w a yt e r m i n a li sal a r g es c a l ed e c i s i o np r o b l e mc h a r a c t e r i z e db yc o n t r a d i c t i o n c o m p l e x i t y a n di r r e v e r s i b i l i t y b a s e do nt h a t ，t h i st h e s i sp u t sf o r w a r das y s t e m a t i cs o l u t i o n ： ( 1 ) r e f e rt ot h et h e o r yo fe x t e n s i o nb u i l d i n gm a t t e r - e l e m e n tm o d e lt oa n a l y s i st h e c o n t r a d i c t i o no fs c h e m es e l e c t i o n ( 2 ) u t i l i z ei m p l i c a t i o ns y s t e ma n a l y t i cp r i n c i p l eo fe x t e n s i v em e t h o dd e c o m p o s et h e c o m p l e xf a c t o r s ，a n db u i l dt h ee l e m e n ti m p l i c a t i o ns y s t e mo ft h eg o a lm a t t e r - e l e m e n t ( 3 ) u t i l i z et h em u l t i l e v e lr h o m b u st h o u g h tm o d e l so f e x t e n s i o nt h i n k i n gm o d e s ，g e tr e a d y t om u l t i p l ed i v e r g e n c e c o n v e r g e n c ei nt h ep r o c e s so fs c h e m es e l e c t i o ni no r d e rt og e t s a t i s f a c t o r ys o l u t i o n ，a n dr e d u c et h er i s ko fd e c i s i o n m a k i n gm i s p l a y ( 4 ) u t i l i z el e v e l - c o r r e l a t i o nd e g r e em e t h o da n ds u p e r i o r i t ye v a l u a t i o nm e t h o dt oe v a l u a t e t h es c h e m ec o n v e r g e n c ei np h a s eo ft h em u l t i l e v e lr h o m b u st h o u g h tm o d e l s i no r d e rt o d e t e r m i n et h es a t i s f a c t o r ys c h e m e a c c o r d i n gt ot h i ss o l u t i o n ，c o m b i n ew i t hx i a m e n - - s h e n z h e np a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e i n t r o d u c e di n t os h e n z h e nr a i l w a yt e r m i n a le n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n , a i ma tt h r e es c h e m eo f c a n d i d a t es c h e m e s e t s ，d e f i n i n gt h ec l a s s i c a lf i e l da n d c o n t r o l l e df i e l dw h i c h e x p r e s st h el e v e l u t i l i z el e v e l c o r r e l a t i o nd e g r e em e t h o dt oe v a l u a t et h es c h e m el e v e li ne v e r yd i m e n s i o n a n d u t i l i z es u p e r i o r i t ye v a l u a t i o nm e t h o dt oe v a l u a t et h e m f o rt h es a k eo f v e r i f y i n gt h es c i e n t i f i c o fs o l u t i o n ，u s ec o n c l u s i o n st o c o m p a r ew i t ht h ec o n c l u s i o n so fa h pc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o da n dt h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o no fr a i l w a yd e s i g nd e p a r t m e n t a 1 lo ft h e m h a v ep r e f e r a b l ec o n s i l i e n c e w i t hi m p o r t a n tt h e o r yv a l u ea n do fp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e 。 k e yw o r d s ：p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ；r a i l w a yt e r m i n a l ；t h e o r yo fe x t e n s i o n ；m a t t e r - e l e m e n t m o d e l ；e l e m e n ti m p l i c a t i o ns y s t e m ；r h o m b u st h o u g h tm o d e l ；s u p e r i o r i t ye v a l u a t i o nm e t h o d 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密马磕用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文储躲禾蝻指导老师虢 日强：d 。6j 毯 日期： o 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 本文将可拓学理论与方法运用于客运专线引入枢纽方案选取决策研究中，对客运 专线引入枢纽方案进行物元分析，建立其物元蕴含系统，使用等级关联度法对备选集 各方案的各个维度进行强度评级，使用优度评价法对备选集各方案进行优劣排序，结 合基于菱形思维方法进行多次迭代的思想，最终得到满意方案。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 粼一躲冰澎牙 日期、2 。1 0 多、岔 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 现实基础与发展需求 第1 章绪论 1 1 1 高速铁路的产生与发展 铁路是国家的重要基础设施，在综合运输体系中起着骨干作用。随着经济和社会的 迅速发展和人们生活水平的不断提高，工作和生活节奏的加快，时间价值观念的增强， 缩短在途旅行时间成为普遍的愿望，人们对旅行的质量有了更高的要求。高速公路和 航空运输发展到今天，已经显示了它们在高能耗量、高污染度和低安全性等不符合可 持续发展和我国建设和谐节约型社会的趋势。客运专线以其速度快、运能大、耗能低、 污染小、占地少和安全性好等一系列突出的技术经济优势，成为解决该难题的关键所 在。 高速铁路h i g h s p e e d r a i l w a y ( h s r ) 的主要定义【1 】【2 】：1 9 7 0 年日本政府的定义为： 列车在主要区间能以2 0 0 k m h 以上速度运行的干线铁路称为高速铁路；1 9 8 5 年欧洲对 高速铁路的最高速度规定为客运线3 0 0 k m h ，客货共线线路2 5 0 k m h ；1 9 8 6 年国际铁 路联盟( u i c ) 的定义高速铁路的最高速度至少为2 0 0 k m 1 1 ；我国定义为新建铁路旅客 列车设计最高行车速度达到2 5 0 k m h 及以上的铁路。 高速铁路的问世而产生了深远的影响，它以其优异的特性大大提高了运输能力和运 输市场份额，增强了面对航空、公路系统的竞争能力，拉动了沿线当地的经济，有着 良好的经济和社会效益【1 】【2 】。 1 提供优质的客运服务：高速列车发车最小间隔时间为3 4 m i n ，只有普速列车的 一半；速度快，在2 5 0 k m h 左右时，2 0 0 0 k i n 以内的旅行极具优势；安全性、准点率 远远高于公路与航空；同等输送能力因素下，一条客运专线的客运能力比高速公路大 6 7 倍。 2 良好的社会经济效益：大城市通过高速铁路连接后，形成密切的区域经济圈，有 利于人员的互动，资源的互补，减少旅行时间，提高工作效率；把中小城市和大城市 更加紧密的联系起来，提高中小城市的城市服务水平和经济指数，繁荣当地经济，产 生波动效益，最终推动社会经济的全面发展。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 3 有力的竞争地位：铁路客运站一般位于城市较核心区域，对比航空运输有其区位 优势；高速列车运行速度快，相对高速公路有其速度优势；结合其优良的客运服务品 质，高速铁路具备在合适距离内与航空与公路竞争的能力。国外近几十年的运营实际 情况也证明了这一点。 4 较好的企业经济效益：国外经验证明，高速铁路修成后，在旅客运输中分担率提 高，客运量的充足带来了明显的经济效益，往往只需要十年左右即还清了建设成本， 甚至还可以用来抵消普速铁路的亏损。我国客运专线一般联结各大城市，客源充足， 旅客出行要求高，经济能力强，更能够创造良好的企业效益。 5 符合可持续发展的理念：统计数据显示，高速铁路、航空、机动车的人均能耗比 为1 ：4 6 4 ：5 2 5 ，单位运量c 0 2 的排放量指数为1 ：5 4 7 ：6 3 1 ，能减轻生存环境的污 染和能源的消耗；与同等长度的高速公路相比较，高速铁路的修建也可以节约1 3 1 2 的土地资源。 世界高速铁路技术逐步形成了以日本、法国、德国为代表的三个各自独立的、不同 的高速铁路技术体系( 表1 1 ) ，分别形成了新干线( 1 9 6 4 年) 、t g v ( 1 9 8 1 年) 、i c e ( 1 9 9 1 年) 高速铁路体系，至今仍然引领着高速铁路技术的进步和发展。 表1 1 日本、法国、德国主要高速铁路运行里程表【3 】 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 此外，西班牙、意大利等诸多欧洲国家、韩国、澳大利亚、中国台湾地区均己修建 或在建高速铁路。目前世界上运行时速在2 0 0 k i n 以上的新建高速铁路营业里程约 4 4 0 0 k m ，若包括既有线改建用以开行高速列车的线路，总营业里程已超过1 5 0 0 0 k m 。 1 1 2 客运专线的运输组织模式 目前，国外高速铁路的运输组织模式大致分为以下三种团( 表1 2 ) ： 1 全高速一换乘模式：高速线路上只运行高速旅客列车，高速旅客列车仅运行于高 速线路上。 2 全高速一下线运行模式：高速线路上仅运行高速旅客列车，但高速旅客列车不但 可以在高速线路上运行，还可以降速驶入相衔接的普速线路中运行。 3 客货混合模式：高速线路上高速旅客列车、普速旅客列车及货物列车共同协调运 行。 表1 2国外高速铁路运输组织模式表【2 】 1 9 】 根据我国中长期铁路网规划，结合我国的客运专线的建设现状与与运量需求， 确定我国客运专线运输组织将经过一个由多种速度等级列车共线混跑的运输组织模式 向“全高速、全客运 组织模式过渡的过程，即：在客运专线在修建初、近期高速线 上运行不同速度的高速列车和跨客运专线的中速列车，承担起跨线客、货流输送的任 务，在运营远期仅运行高速列车【2 0 】。 1 在客运建设的前期，当客运专线未成网络时： 本线始发终到客流量不大的前提下，为优化资源配置，缓解供需的不平衡性，可承 担部分跨线客流的输送任务。 客运专线优先组织本线高速客车，满足本线客流需要。对于需要跨线运输的客流， 可采用以客运专线运输为主，既有线运输为辅的模式。既有线仍需开行一定数量的较 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 低等级跨线列车，在缓解其能力的同时，满足不同收入水平旅客的出行需求。同时对 沿线客流，须保留相应较低等级跨线列车在既有线的开行。客运专线输送跨线客流， 应以换乘为主，上线和下线为辅的方式。当本线高速列车要下既有线时，结合本线高 速列车的实际情况，考虑选择可供下线的既有线范围，使其必须满足一定的技术条件 和运营速度。 若预留一定的运力的基础上，客运专线能力仍有富余，可允许少量满足一定速度和 技术标准要求的既有线高等级跨线列车上线运行，但必须考虑跨线列车改造成本及上 线运行时客运专线设备的额外损耗。一般来说，在既有线上运行速度达到2 0 0 k r n h 的 高等级列车，完全有条件运行在客运专线上。 2 在客运建设的后期，当客运专线逐渐成网时： 随着客运专线陆续建成、客运专线网的逐渐形成、客流的增长，跨线列车的将慢慢 减少，运输组织模式逐渐过渡到全部采取“全高速一换乘”的运行组织模式。 客运专线在铁路枢纽中的业务有以下特点【1 8 】： 1 客运专线是客运专用线路，只开行旅客列车，车站作业单一，只办理客运作业， 不办理货运业务。 2 客运专线以办理中长途旅客为主，并有较大的输送能力，要求与城市交通有较 好的配合，方便旅客快进快出。 3 根据中国铁路发展实际，客运专线在一定时期内还需开行一部分中速跨线列车。 4 客运专线一般采用动力分散的动车组，所以在大型客运站需设置专门的动车整 备和检修设备，以及综合维修基地。 5 客运专线列车不办理行包和邮件装卸业务。 1 1 3 我国客运专线的发展现状与前景 客运专线( p a s s e n g e r d e d i c a t e d l i n e ) ，是在铁路线路中专门运输旅客的线路。其对 立概念为客货混跑线路。我国中长期路网规划已明确规划了客运专线网，结合我 国地广人多的国情和运量需求大、路网密度小的路情，优化资源配置，在近期也会在 部分客运专线上采用客货混跑的运输组织模式【2 1 。 1 9 9 4 年，广深铁路( 广州至深圳) 建成并投入运营，这是我国第一条准高速铁路， 旅客运行时速为1 6 0 k m - 2 0 0 k m ，成为我国铁路高速化、现代化的起点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 0 0 3 年，秦沈客运专线( 秦皇岛至沈阳) 建成并投入运营，旅客运行时速达到了 2 5 0 k m h ，是我国第一条高速客运专线。通过这次建设和运营实践，我们获得了系统的、 适合中国国情的客运专线技术标准、施工方法、运营管理及维护的经验。这标志着我 国已经迈入了高速铁路拥有国的行列。 2 0 0 7 年，通过区间半径的改造，路、桥、隧道的加固与改造，提速道岔的更换， 以及列车提速系统设备、客运设施、跨线设施和相关检修设备的技术改造和提升，在 京哈、京沪、京广、陇海、沪昆、兰新、广深、胶济等1 8 条既有干线上成功实施了第 六次大面积提速调图。提速以后既有线列车最高运营速度提高到了2 0 0 k m h ，部分区间 达到了2 5 0 k m h ，从而使全国铁路时速2 0 0 k m 及以上线路里程增至6 0 0 3 k m ，其中速度 2 5 0 k m h 的线路延展长度达到8 4 0 k m 。第六次大面积提速调图为我国高速铁路的建设 奠定了技术基础，标志着中国铁路迈入了高速时代【3 】。 通过引进、消化、吸收、再创新，具有自主知识产权的国产系列时速2 5 0 k m 和谐 号动车组批量下线，并成功运用于铁路第六次大面积提速。截止2 0 0 8 年底，时速2 5 0 k m 和谐号动车组己投入运营1 4 0 余列，累计发送旅客1 4 亿人次，平均上座率1 0 2 6 3 我国客运专线发展受到上级部门的高度重视，根据2 0 0 4 年国务院审议通过的，2 0 0 8 年调整的国家中长期铁路网规划( 见图1 1 ) ，到2 0 2 0 年，全国铁路营业里程达到 1 2 万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到6 0 ，主要繁忙干线 实现客货分线，基本形成布局合理、结构清晰、功能完善、衔接顺畅的铁路网络，运 输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。建设 客运专线1 6 万公里以上，客车速度目标值达到2 0 0 k r n h 及以上，形成以北京、上海、 广州、成都等城市为中心，以京沪、京广、京哈、沪雨深及徐兰、杭长、青太、沪汉 蓉“四纵四横”等客运专线为主体的铁路快速客运网。 统计资料显示截至2 0 0 9 年底，我国铁路营业里程达到8 6 万公里，跃居世界第二 位，在建新线里程达3 3 万公里，其中，客运专线1 5 万公里；在建项目投资规模2 1 万亿元。 预计2 0 1 0 年至2 0 1 2 年，新线投产达到2 6 万公里，其中客运专线9 2 0 0 公里。到 2 0 1 2 年底，我国铁路营业里程将达到1 1 万公里以上，其中客运专线和城际铁路将达到 1 3 万公里，复线率和电气化率分别达到5 0 以上，建成新客站8 0 0 多座。 客运专线的规划和建设跨越式发展进展顺利、形势喜人，但是，客运专线在我国仍 然是新兴事物，有很多问题值得我们发现、研究和探讨。 12 问题的提出 图1 - 1 中长期铁路网规划图( 2 0 0 8 年调整) 客运专线引入枢纽方案的制定不仅仅涉及到客运专线本身的技术特性，还与枢纽运 输设备布局、枢纽所在城市的具体情况等有密切的联系，其制定受到诸多因素的影响 和制约。本文基于以上背景，结合国内外研究的成果，就客运专线在引入枢纽方案选 取的问韪进行了分析和研究，以期能为今后此类问题的解决提供理论上的依据。 13 研究的内容和技术路线 131 研究内容 本文利用可拓理论分析和研究客运专线引入枢纽方案的评价和优选问题，主要研究 内容如下： 1 论述国内外高速铁路的产生和发展，总结国内外高速铁路的建设模式、运营模式、 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 通过枢纽的方式，介绍我国客运专线的主要技术标准、发展现状和前景。 2 对现阶段客运专线引入枢纽方案工程应用和理论研究进行论述和成果分析。 3 介绍可拓学的基本概念和所需的可拓方法，对可拓学的国内外研究现状进行综述， 对客运专线引入枢纽方案进行可拓分析和研究，论述其理论特性和方法对本课题研究 的适用性。 4 利用多阶菱形思维方法对方案多次“发散一收敛”进行迭代选取，使用可拓理论 的蕴含系分析原理建立物元蕴含系统，建立方案的备选集，使用等级关联度法、优度 评价法对方案进行评价并选出较优方案。 5 结合厦深线引入深圳枢纽的方案选择进行工程应用，针对方案备选集中的三个方 案，定义了代表强度区域的经典域和节域，进行实例分析。将所得的评价结果与层次 分析法的评价结果和中铁二院相关实际研究的结论进行对比分析，验证其可行度和科 学性。 1 3 2 技术路线 图1 - 2 论文的技术路线图 西南交通大学亟研究生学位论文第8 页 第2 章客运专线引入枢纽方案选取研究综述 2 1 国外客运专线引入枢纽建设现状综述 2 1 1 国外客运专线引入枢纽建设现状概述 当今世界高速铁路修建模式主要有以下四种【2 】【6 】： 1 新建高速客运专线 客运专线一般在经济发达、人口密集、客流稳定增长的方向上修建。日本既有铁路 是窄轨铁路，但是高速铁路采用标准规矩，所以其高速铁路是典型的全部新建高速线 路模式。从1 9 6 4 年至1 9 9 0 年已经建成4 条新干线( 东海道、山阳、东北、上越) ， 总长度为1 8 3 1 5 k m 。目前正在修建的5 条新干线( 北陆、东北、北海道以及九洲2 条， 总长为1 4 4 0 k m 。日本新干线的特点是：高速线与既有线不接轨，互为独立系统。运营 与养护时间分开，白天运营，夜间养护。 2 新建客货混跑高速线路 新建高速线是客货混跑还是客运专线，完全取决于运输的需要和运营的经济效益。 德国是新建客货混运高速线的代表。德国人口集中程度不如日本，没有形成特别密集 的“走廊地带”，于是就把新建高速线作为既有线路网整体的一部分，不仅运行高速客 运列车也运行货物列车。 3 修建部分高速客运专线 修建部分高速客运专线，其中- d , 部分利用旧线改造而成。这种方式以法国高速铁 路为代表，法国整体地势平坦且其既有线路标准较高，改造潜力较大。较为典型的巴 黎一里昂高速线全长4 2 6 3 6 k m ，其中新线3 8 8 9 3 k m ，在巴黎郊区利用既有线改造 了2 9 3 0 k m ，在里昂附近利用既有线8 1 3 k m 。在这两大城市附近利用两段既有线是 因为市郊建筑群集，难于再建新线。 4 依靠对机车车辆的改进 这种方式是既不大规模修建新线，也不对旧有线进行大量改造，而是主要依靠对机 车车辆进行改进，利用可控倾斜电动车组即摆式列车进行提速。采用这种方式的国家 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 以英国( a p t ) 、北欧国家为代表。这种摆式列车技术，在曲线上仍然可以保持高速 运行、加速及准确制动，因此解决了既有低标准线路上提高列车运行速度的问题。 英国伦敦为放射式半环形枢纽，枢纽铁路衔接1 3 条铁路干线。铁路车站基本位于城 市核心地区，主要有8 个尽端式车站，共有1 0 4 条到发线。 法国巴黎是法国铁路网的中心，也是法国最大的客运铁路中转站，放射式环形枢纽。 巴黎共建有6 个铁路客运站，合计9 6 条到发线。 德国柏林枢纽周围有1 3 条铁路干线引入，枢纽内铁路网十分发达，有外环线和内环 线( 城市快速铁路) ，包括长途、地区短途和城市快速路，共修建了8 个铁路客站。 日本东京枢纽建设了7 个客运站，莫斯科枢纽建设了7 个客运站。 以客运专线的线位走向结合高速客运站位选择来看，基本的技术方案可归纳为以下 两种【1 】： 1 引入既有站方案：客运专线利用既有线引入既有车站或新线直接接入、利用既有 站并调整既有站分工或将既有站改建为客运专线客运站。客运专线正线多为贴近既有 线穿越市区走行。这种站位与线位的结合方式在客运专线通过大城市枢纽得到了广泛 的应用。本方案最有利的方面在于旅客集散和城市居民出行的便利上，既有站方案既 契合居民长期来的出行习惯也有利于市内交通良好的配合。但是往往拆迁成本比较高、 切割城市既有现状、施工困难。国外的高速线路通过大城市铁路枢纽除个别情况外几 乎全部是这种组合，特如日本东京地区的大宫、上野、东京枢纽、法国东南t g v 线引 入巴黎枢纽以及德国的全部枢纽都是这一方式。 2 新建客运专线客运站方案：客运专线在市区外结合城市规划发展相应的位置新建 客运站，与既有站通过联络线联结并进行分工。本方案是在引入既有站非常困难的情 况下采取的，其前提是新站区建设要密切结合城市发展的要求，统筹规划下实施。此 时客运专线线路及其客运站工程的实施比前一种方案容易，且工程造价较低；但是对 城市的综合交通布局影响较大。如国外日本东海道新干线新横滨高速站设计。 2 1 2 成果分析 从西方铁路发达国家的高速路网建设都是与其国情相适应的。欧洲国家既有路网发 达，建设标准高，高速路网建设多采用改建与新建相结合的形式；而日本由于其既有 路网的局限性，所以采取全部新建的模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 国外枢纽的发展，多经过逾百年的进程；出于历史的局限性，建设初期多没有总体 的规划；枢纽内客运站数量较多，多为尽端式车站；在高速铁路引入后，多采用改造 和利用既有站设施，形成了外货内客的格局；结合其他运输方式，并通过重新功能定 位以后，向立体化和以人为本的综合交通枢纽方向发展。 2 2 客专引入枢纽方案选取工程应用综述 2 2 1 客专引入枢纽方案选取工程应用概述 在工程领域实际工作中的研究成果，主要来自于铁路设计单位和教学科研单位，概 括来讲，这些成果可以分为两大类：第一个大类可以称为工程设计经验方法的应用与 改进，第二大类称为工程设计经验思想的概括与总结。 第一大类工程设计经验方法的应用：现阶段工程设计经验方法，主要思想是传统铁 建方案比选方法，是以铁路总体设计角度多阶段决策最优化过程，具体步骤见图2 1 ： 项目确定 城市现状研究 枢纽现状研究发展规划研究 0 提出备选方案集 咨询运营部门咨询城市确关部门其他咨询 确定方案 上 方案后评价 ， 经济合理性社会反响旅客认知其他因素 经验教训的总结 图2 1 铁路设计单位方案制定技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 文献【2 1 1 2 6 1 分别对客运专线引入秦山、沈阳、石家庄、西安、北京等枢纽，进 行了应用性研究，结合引入成本、城市需求：枢纽布局等方面，对客运专线的引入进 行了分析。其中很多成果，已经在实际工作的得到应用，有一定的实际意义。这些方 法归纳起来基本上是费用现值比较法等经济方法计算所得引入成本基础上，结合专家 法或德尔菲法的一种方案比选方案。 现阶段在铁路建设中比较常用的的设计方案经济评价方法是“费用现值比较法”。 此法系考虑货币的时间价值，将每一方案在不同时期投入的各项费用按国家规定的折 现率逐项折算成同一基准年度的数值，并相加汇总，即得各方案的工程、运营费支出 总现值( p w ) ，p w 值较小的方案即为经济上较优的方案。 一善m 丽i + ，毫南却南 协。 m 建设期年限 饥计算期年限，据国家规定，一般为2 5 年 j 全部投资( 固定资产投资，机车车辆购置费) c7 年运营总成本 s 矿计算期末回收固定资产、机车车辆余值和流动资金 f 。行业基准收益率，现国家规定铁路为6 。 有学者 3 2 】结合高速客运专线的建设特点，对费用现值法进行了改进，得出客运专 线引入枢纽方案比选的相对费用现值c p y 。 第二大类工程设计经验思想的概括与总结，其中比较有代表性的是彭文盛等对“客 专引入站址的选取经验分析”、朱颖等“客运专线选线经验分析”、姚楚峰等“线路引 入客站站线路别与方向别布置 等。 彭文盛等根据实际经验【1 8 】【3 3 】，研究客运专线引入枢纽时进既有站还是新建高速站 的问题，文章从高速铁路的特点、高速铁路的运输组织模式、旅客的换乘问题、城市 的地理位置性质及规模、与城市发展规划的协调、铁路枢纽性质与格局、与总图规划 的关系、运营管理体制、引入线路及既有站改扩建的工程因素的九个方面展开了论述， 并得出结论，见表2 1 朱颖等删认为客运专线选线要坚持地质地形、重大工程优先、环境、规划、资源 节约等主要原则，提出了“强本简末 的理念，“强本”是对于建成后不宜改建且对今 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 后提高技术标准有制约性的工程，要下决心一次性建成、建好；“简末”是一些铁路运 营的辅助设施和设备，要在满足运营基本需要的前提下尽量简化。在选线工作中，该 表2 1 客运专线建议引入方式总结表 理念的体现是在确定线路走向时要做到失小得大，对重点线路与非重点线路区别对 待，做到合理配置资源，避免浪费。在线路方案比选中，要高度重视投资控制，但不 能把投资作为唯一的要素考虑。选线时应特别注意区域内的重要设施，首先应以绕避 重要设施为原则，或将线路位置移至对其影响范围以外。过分考虑工程投资，而忽略 工程项目的社会综合效益，往往会激化中央与地方选线方案的矛盾。只有投资合理、 社会综合效益最大化的线路方案才是最优方案。 姚楚峰等【3 5 1 认为枢纽内大型客运站引入线布置型式主要取决于引入线路标准、车 流特征尤其是跨线车、立刻折返车等。普通铁路与普通铁路、普通铁路与兼顾货运的 客运专线交汇形成枢纽内不同等级客运站，一般大型客运站宜采用方向别布置，但如 两线客车及跨线车对数均较大，或3 条以上线路交汇，可考虑采用线路别布置。客运 专线交汇，应优先采用线路别布置，或考虑采用分站设置。 2 2 2 成果分析 此类方法长期应用于我国铁路建设的方案比选中，方法成熟、简单易用，有一定的 科学性。随着其计算方法的不断改进和纳入因素不断增加，此类方法仍将得到大范围 应用。我国处于社会主义初级阶段，在资金紧张的条件下，工程实施的费用仍然是铁 路建设中考虑的重要方面。中国铁路在考虑其社会责任的前提上，也有其企业性的一 面，所以考虑运营的成本和经济效益有其必然性。在进行经济评价的过程中，此类方 法不但充分考虑专家的意见，而且在方案选择的过程中结合了铁路建设自身以外的其 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 他影响因素，在一定程度上提高了方案比选的科学性。 这类方案评价方法主要还是从铁路自身的建设、运营成本、经济效益方面出发，对 其他方面的因素考量无论深度与广度都不够，甚至是流于形式。在计算效益和费用的 方法上，对指标进行的量化，往往用工程费来衡量，这种方法的局限在于对不同的决 策主题对不同的指标可能有不同的量化方法，甚至很多指标无法量化。例如客运专线 线路引入时，线路、车站、养护工区的修建，引起的费用不仅仅是建设费、购置费和 拆迁费，还应该考虑线路引入后对城市的切割、对城市景观的影响、对市民出行习7 惯 的影响等等难以量化的因素。这种不全面往往会造成短视的行为。专家观点难以准确 的分析和执行，由于专家领域的不同、权威性的不同，提出的意见有被误读或忽略的 可能性；由于没有科学的方法，定量的计算和定性的思考难以结合。 2 3 客专引入枢纽方案选取理论研究综述 2 3 1 客专引入枢纽方案选取理论研究概述 在客专引入方案评价理论方面的研究成果，主要来自于铁路、公路行业教学科研单 位，总体可分为两大类：第一类是结合数学方法计算，进行客运站选址，长安大学陈 焕江“公路客运站布局选址”，清华大学袁虹“综合交通枢纽布局规划”等；第二类结 合综合评价理论对客运站的站址或客专引入方案进行综合评价，如利用层次分析法、 模糊综合评价法、灰理论综合评判、b p 神经网络法等。 第一类方法可归于连续型、离散型客运站站址选择模型： 连续型选址模型主要包括重心法、微分法。它是一种连续的模拟方法，它将运输系 统中的客流发生点和吸引点看成是分布在某一平面范围内的物体系统，各点的客流发 生、吸引量分别看成该点的重量，物体系统的重心就是客运站设置的最佳点，用几何 重心的方法来确定客运站的最佳位置。设枢纽范围内有n 个客流发生点和吸引点，各点 的发生量和吸引量为杉，坐标为 f ，”) ，其中( = l ，2 ，2 ) 。需设置客运站的坐标( 五) ，) 为，枢纽系统的运输费率为g 。根据平面物体求重心的方法，枢纽内客运站的最佳位 置的计算公式如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 ( 2 3 ) 微分法是在重心法改进基础上提出的，它的前提条件与重心法相i 司，以重心法的结 果为初始解，不断迭代，以总费用最小为目的，直到前后两次迭代的解误差不超过设 定范围，即可认为是最佳结果。系统的总费用f 为： f = k 。) 2 + ( y - y j ) 2 l 2 ( 2 - 4 ) 需得出对总费用，的极小值，则f 对x 和y 的偏微分为零，即得到新的极值点。 陈焕江、袁虹【3 6 】【3 7 】分别提出在根据布局和选址原则经验比选备选站址的基础上， 以获得最佳经济效益为目标建立客运站布局和选址模型，并探讨参数确定和计算步 骤，可用于公路客运站和综合交通枢纽布局和选址的优化决策。郭垂江、方亚玲【3 8 】【3 9 】 等对模型进行了创新研究，改进并运用到客运专线引入枢纽的客运站站址比选中，取 得了一定研究成果。与连续性方法相比，该法认为枢纽内客运站站址的各选点是有限 的，须按照预定的目标从备选集中选取，减少结果无效的可能性。 设在一个供需平衡的系统中有m 个发生点4 ( f = 1 ，2 ，m ) 各点的发生量为口；有n 个吸引点哆( j = l ，2 ，珂) ，各点的需求量为协；备选集中有g 个备选站址 包( k = 1 ，2 ，q ) 。发生点发生的客流量可以从设置的客运站中转，也可以直接到达吸 引点。假定备选集内的备选站址的基建投资、中转费用和运输费率己知，以总成本最 低为目标确定枢纽内客运站选址和布局的最佳方案。其数学模型为： 蚴栌：m qg 墨+ r a q + 芝芝g 乞+ 妻fe + g 芝瓦1 ( 2 5 ) t = lk = lt = lk = l t = l j ；l k = l k 1 ：；，x , k + ：。z u 巳，f = 1 ，2 ，朋 ( 2 6 ) ：；，+ ：。乙a j , 歹= l ，2 ，刀 ( 2 - 7 ) 二。戤+ ：；。- a y ，k = l 州2 ：g ( 2 8 ) 二。x a + 柳：0 ；形= 1 表示选中，哌= o 表示淘汰( 2 9 托，乙0 ( 2 - 1 0 ) k 一从发生点i 到备选站址k 的客流量； 喁喁 雠雠 y ，杉 q q 。一。闩 ，哺。抄、 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 一从备选站址后到吸引点歹的客流量； 乙一直接从发生点f 到吸引点的客流量； 一各选站址七是否被选中的决策变量； g 一从发生点f 到备选站址七的单位费用； g 一从备选站址尼到吸引点的单位费用； e 一直接从发生点f 到吸引点的单位费用； e 一各选站址后被选中后的基建投资； g 一备选站址尼中单位客流量的中转费用； 膨一一个足够大的正数。 这是一个混合整数规划模型，可以用“分支定界法”求解模型，求得置。，圪，互，和哌 的值。五表示了备选站址后与发生点之间的关系，三。如决定了该站址的规模； 表示了各选站址七与吸引点之间的关系，：。吸为枢纽内应建客运站的数目。 通过上述对枢纽内客运站选址模型的研究可知，对连续型选址模型而言，重心法的 特点是简单，不限于特定的备选站址进行选择，灵活性较大；微分法选址模型可以从 数学上给出对外客运枢纽的具体位置；混合整数规划选址模型在理论上是非常完善， 具有较好的理论意义，但这些模型在实际应用中均存在一定问题： ( 1 ) 用这类模型的出发点在于寻找最合理站址的位置，但是没有考虑到客运专线 引入问题的系统性，即线位和站位应该综合考虑，不能单纯以站位定线位。 ( 2 ) 连续型选址模型在运用中只考虑客流需求和总费用，而不考虑与自然环境、 城市的协调性的问题，得出的结论往往失之偏颇。 ( 3 ) 离散型选址模型，在备选集确定的条件下，理论上可解。但实际上建模过程 往往经过一定的简化，指标完备性低；即使在这种简化的情况下，所设定的很多指标 值难以确定和量化，只有通过替代指标来进行计算，计算结果的可信度较低。 第二类是结合综合评价理论对客运站的站址或客专引入方案进行的综合评价，从有 限的站址或引入方案中选出较优的方案。 1 层次分析法 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 在客专引入方案评价与优选研究中，文献 4 0 】综合考虑各方面的要求，从工程投资 低、技术标准好、地质条件好、经济效益高、工期短、施工，作业干扰小、符合城市 规划、易于维护等角度，尽可能与实际情况相符，调整判断矩阵各值的重要性并使其 通过一致性检验，使结果更有客观性和科学性。计算判断矩阵中各因素的权重，逐层 向上计算，最终求得各方案关于总目标的综合权重。通过综合权重大小的排序得到最 优方案。 该方法( 图2 2 ) 针对客专引入方案中不确定性、模糊性、随机性因素及其相互关 系，提出量化决策方法，并将定性与定量方法结合起来，对复杂的决策问题进行替代 简化，减少了定量计算的工作量和难度。通过运用层次分析法解决线路方案引入问题 比建立复杂数学模型时间短、求解问题方便，有一定的实用性。 层次分析法的缺点主要是很大程度上依赖于人们的经验，主观因素的影响很大，只 是一种半定量的方法，只能排除思维过程中的严重非一致性，无法排除决策者个人可 能