（交通运输规划与管理专业论文）铁路枢纽内客运站布局优化.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第l 页 摘要 铁路是国家重要的基础设施，在我国的综合交通体系中处于骨干地位，在经济社 会发展中具有特殊、重要的地位和作用，铁路的发展事关国民经济全局。随着经济与 社会的快速发展和运输市场竞争的日益激烈，铁路如今正面临着严峻的市场挑战。为 了应对市场挑战，铁路除了“提速”改革外，还在大力发展客运专线。随着客运专线 引入铁路枢纽并参与城市交通一体化的建设，铁路枢纽内客运站势必进行重新布局， 其布局合理与否不仅对枢纽自身的发展有影响，也对城市的发展有影响。因此研究客 运专线引入铁路枢纽后铁路客运站布局有重要意义。 本文以铁路枢纽内客运站的宏观布局优化为目标，运用系统分析的思想，借鉴相 关现有理论，采取定性与定量相结合的方法，对铁路枢纽客运站布局规划中的研究思 路、枢纽客运需求、客运站布局影响因素、客运站布局与选址理论模型等关键问题进 行深入的分析和研究。 首先，本文从客运站与铁路枢纽的关系入手，分析了枢纽内客运站布局的影响因 素，在此基础上，明确了枢纽内客运站布局优化的定义及原则。在枢纽内客运站布局 的原则内，提出了本文进行枢纽内客运站布局的方法与步骤，确定了本文研究方向与 思路。 其次，对铁路枢纽客运站布局的影响因素如何量化确定进行了研究，提出了量化 的方法，为铁路枢纽客运站布局优化模型的建立做好准备。 然后，建立了以旅客出行费用、铁路客运站投资费用和铁路运营费用三者之和最 小为目标的0 1 混合整数规划模型，之后提出了基于l i n g o 编程的计算机算法。并 以成都枢纽为例，利用模型对其进行优化。 最后，总结全文，提出了一套比较完整的铁路枢纽内客运站布局方法和理论，对 于铁路枢纽客运系统的整合发展具有较好的现实意义和借鉴作用。并对未来的研究工 作给予了展望。 关键词：客运专线；铁路枢纽；客运站；布局；优化模型； a b s t r a c t r a i l w a ya st h eb a c k b o n eo fs t a t u si nc h i n a sc o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m i s a ni m p c i r t a n tn a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ，a n dh a sas p e c i a la n di m p o r t a n tp o s i t i o na n dr o l ei nt h e d e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m y , i t i sa l s oa f f e c tt h en a t i o n a le c o n o m y w i t ht h er a p i d e c o i l o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ta n di n c r e a s i n g l yf i e r c ec o m p e t i t i o ni nt r a n s p o r tm a r k e t ， r a i l w a yi sf a c i n gt o u g hm a r k e tc h a l l e n g e sn o w i no r d e rt or e s p o n dt om a r k e tc h a l l e n g e s ， r a i l w a yp u t sg r e a te f f o r tt od e v e l o pp a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e s ( p d l ) w i t ht h er e f o r mo f “r a i s i n gs p e e d ”w h i l ep d li s i n t r o d u c e di n t or a i l w a yt e r m i n a la n dp a r t i c i p a t ei n h e c o n s t r u c t i o no fu r b a ni n t e g r a t e dt r a n s p o r t ，p a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nt h et e r m i n a li sb o u n d t o r e 1 a y o u t t h el a y o u t i sr e a s o n a b l eo rn o ti sn o to n l yi m p a c to nt h et e r m i n a lo fi t so w n d e v e l o p m e n t ，b u ta l s oa ni m p a c to nt h ed e v e l o p m e n t o ft h ec i t y t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho n t h el a y o u to fr a i l w a yp a s s e n g e rs t a t i o nh a sa ni m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ea f t e rp d l i n t r o d u c e d i n t or a i l w a yt e r m i n a l i nt h i sp a p e r , t h em a c r o 1 a y o u to p t i m i z a t i o no fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nt e r m i n a li s s e e na st h eg o a l u s i n gs y s t e m a t i ca n a l y s i so fi d e a s ，d r a w i n go nr e l e v a n te x i s t i n gt h e o r i e s ， t a 虹n gac o m b i n a t i o no fq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v em e t h o d s ，w ed oa l o tr e s e a r c ho nt h e k e vi s s u e so ft h e o r e t i c a lm o d e l si n d e p t ha n a l y s i s ，s u c ha st h el a y o u tp l a nr e s e a r c hm e t h o d s o fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nt e r m i n a l ，h u bp a s s e n g e rd e m a n d ，l a y o u tf a c t o r so fp a s s e n g e r s t a t i o n ，p a s s e n g e rt e r m i n a ll a y o u ta n dl o c a t i o nt h e o r y f i r s to fa 1 1 t h i sp a p e rd i s c u s s e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et e r m i n a la n dr a i l w a y t e n n i n a l a n a l y z e st h el a y o u tf a c t o r so fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nt h et e r m i n a l t h e no nt h i s b a s i s t h ed e f i n i t i o na n dp r i n c i p l eo fp a s s e n g e rs t a t i o nl a y o u to p t i m i z a t i o ni sd e t e r m i n e d w i t h i nt h e s e m e t h o d sa n ds t e p so fl a y o u to fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nt e r m i n a la r ep r o p o s e d ， t h e nr e s e a r c hd i r e c t i o n sa n di d e a sa r ed e t e r m i n e di nt h i sp a p e r s e c o n d l y , aq u a n t i t a t i v em e t h o do fl a y o u ti m p a c tf a c t o r so fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i n r a i l 、a vt e r m i n a li ss t u d i e da n dp r o p o s e di no r d e rt op r e p a r ef o rt h ee s t a b l i s h m e n to ft h e l a y o u to p t i m i z a t i o nm o d e lo fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nt e r m i n a l t h i r d l y , t h e0 - 1m i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e l i se s t a b l i s h e d ，i nw h i c ht h eo b j e c t i st om i n i m i z et h es u n lo fp a s s e n g e rt r a v e lc o s t ，t h er a i l w a yp a s s e n g e rs t a t i o ni n v e s t m e n t c o s 俗a n do p e r a t i n ge x p e n s e s ，t h e nc o m p u t e rp r o g r a m m i n gi sp r o p o s e db a s e do nl i n g o a l g o r i t h m f i n a l l y , t h em o d e li su s e d t oo p t i m i z ec h e n g - d ut e r m i n a l f i n a l l v t h ef u l lt e x ti ss u m m e du p ，a n da s e to fr e l a t i v e l yc o m p l e t el a y o u tm e t h o da n d t h et h e o r yo fp a s s e n g e rs t a t i o nw i t h i nr a i l w a yt e r m i n a la r ep r o p o s e d i th a sg o o dp r a c t i c a l 西南交通大学硕士研究生学位论文 第f ii 页 s i g n i f i c a n c ea n dr e f e r e n c ef o r t h ei n t e g r a t i o nd e v e l o p m e n to fp a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t e m w i t h i nr a i l w a yt e r m i n a l a n df u t u r er e s e a r c hw o r ki sl o o k e da h e a da tt h ee n do ft h ep a p e r 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 ；p a s s e n g e rs t a t i o n ；l a y o u t ； o p t i m i z a t i o nm o d e l ； 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 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“、”) 学位论文作者签名：苕l i 襄 日期： 、，卜5 ，l 指导老师签名： 曼 日期：弦和曩；f 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： 1 分析了影响铁路枢纽内客运站布局的几大影响因素，并且对旅客出行小区划 分、旅客出行费用确定、客运站投资费用确定及客运站运营费用确定提出了本文的计 算及确定方法。 2 在定量确定几大影响因素之后，在前人研究的基础上，去除了站点数量约束 条件，并且引入了枢纽环形联络线通过限制能力这个约束条件，建立了混合整数规划 模型，然后利用l i n g 0 1 1 程序对模型进行编程求解，并且充分利用求解的中间数据， 结合到发线数量确定方法对客运站的到发线数量进行计算。 3 引入客运站吸引片区的概念，将其和旅客出行小区相结合，提出了从几何图 形方面验证模型合理性的方法。 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己经发表或撰 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。 学位论文作者签名： 函q 崧 1 日期： ”f 口多、37 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 i i _ 一i 一一_- 一 i i i - - 皇鼍曼鼍曼 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第1 章绪论 铁路是国家重要的基础设施，在我国的综合交通体系中处于骨干地位，在经济社 会发展中具有特殊、重要的地位和作用，铁路的发展事关国民经济全局。随着经济与 社会的快速发展和运输市场竞争的日益激烈，铁路如今正面临着严峻的市场挑战。另 外我国经济建设步伐和城市化进程的加快，城市辐射能力逐渐增强和既有线提速改造 和客运专线与城际铁路的大规模建设，使得旅客运输将大量的快速增长。 近半个世纪以来高速铁路有了飞速发展，我国称高速铁路为客运专线。由于客运 专线具有速度快、运量大、效能高、社会经济效益显著、更安全可靠以及污染少等优 点，使得建设客运专线，实行客货分线运输，成为当我国铁路发展的主要方向之一。 在我国，铁路一直沿用客货共线的运输模式，在建国初期这种运输方式可以节约 资金，但随着国民经济发展和人民物质文化生活水平不断提高，经济生活节奏加快， 人们需要更迅速灵活的交通运输方式，而铁路运输方式在灵活性、适应性以及运输能 力方面越来越难以满足这种社会需要，原有的这种客货共线的运输模式造成了铁路运 输能力与运输需求的不均衡、运输质量的提高受到制约、客运和货运在线路使用上相 冲突、客运高速和货运重载相冲突等诸多问题。因此，在繁忙干线建设客运专线，是 我国铁路适应国民经济和社会发展需要，加快实现现代化的必然选择。在连接经济发 达地区或大城市的客货运输繁忙通道上，建设客运专线，实行客货分线运输，将大大 提高铁路的运输能力和服务质量，满足高增长的运输需求，推动铁路向更高水平发展， 并且使城市间的沟通与交流更便捷，促进城市的发展。 为此，铁道部于2 0 0 8 年调整了2 0 0 4 年发布的中长期路网规划，在原“四纵四横 客运专线基础骨架上，进一步延伸并扩大客运专线覆盖面，加强客运专线之间相互连 通和衔接；进一步扩大城际客运系统的组团建设，在环渤海、长三角、珠三角城际铁 路的基础上，加快了长株潭、成渝、中原、武汉、关中、海峡西岸城镇群等经济发达 和人口稠密地区的城际轨道交通建设步伐，客运专线及城际铁路建设目标由1 2 万公里 调整为1 6 万公里以上，并与既有线提速改造工程相衔接，未来我国将形成连接所有省 会及5 0 万人口以上的城市，覆盖全国9 0 以上人口，总里程达到5 万公里以上的快速客 运网，如图1 1 。 目前我国的人均旅客周转量仅相当于上世纪5 0 年代初的世界水平，人均交通费占 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 全部生活费支出比重低于发展中国家平均水平。2 0 1 0 年我国人均g d p 将接近2 0 0 0 美元， 城镇化率将超过5 0 ，铁路旅客运量将进入快速增长阶段。旅客对运输质量提出了更 高要求，旅客集散地以大中城市为中心的趋势也更加凸显。另外，随着经济体制改革 力度的加大，我国的产业结构正在朝着合理的方向发展，越来越多的农业剩余劳动力 转向第二、第三产业。从事不同职业的人，出行需求也不同。 幽1 - i 中长期客运专线网示意图 随着窖运专线和城际铁路引入既有铁路枢纽并参与城市交通一体化建设，会使原 有铁路枢纽的运输结构、运输组织方式及运行路径发生重大改变，形成枢纽内客货运 系统相对独立的格局，并且对枢纽内的客运站布局投各种客运设备提出更高的要求。 然而客运专线引入城市既有铁路枢纽在实际工作中出现过很多问题，如只关注客运专 线线路建设而忽略引入枢纽后高速客运站的系统研究，使我国客运站布局分工不尽合 理。同时，受到我国现行管理体制的制约，铁路客运站所属各级行政主体立场、角度 不尽相同，多部门管理，难以协调。城市内部交通与铁路客运站的衔接往往成为城市 规划建设的薄弱环节。随着我国城市和区域综合运输体系的进一步发展和完善，城市 区域交通与铁路客运站结合部的规划设计以及建设滞后所引起的问题，暴露得越来越 明显。 现有铁路客运站，特别是大型枢纽内客运站，其规模和位址都适应不了铁路快速 发展的需要，具体表现在以下几点： 1 枢纽内客运站数量少 目前，我国既有铁路枢纽内一般只有一、两个客运站，随着城市面积的扩大及城 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 - - = = = = 一= i 曼曼舅曼曼曼曼 市规划的发展，旅客前往客运站所需时间即费用都将增加，难以体现“以人为本、服 务旅客的宗旨。 2 枢纽内既有客运站规模小 既有铁路枢纽内客运站场站规模一般不大，难以满足旅客列车开行数量快速增长 及旅客候车的需要。 3 枢纽内既有客运站功能不完善 由于在客运专线和城际铁路上运行的动车组与既有的普速列车不相同，既有客运 站若需接发动车组，就需要进行大的改建和对客运设备进行必要的更新。 因此，为了适应我国快速发展的铁路事业，势必对现有的铁路枢纽客运系统进行 新的规划，对枢纽内客运站进行新的布局。 1 1 2 研究意义 虽然我国铁路近几年来有了长足的发展，但是由于我国的客运专线建设正处于起 步阶段，缺乏必要的经验积累和规划理论的指导。在我国开展大规模客运专线建设之 际，迫切需要对客运专线引入铁路枢纽的客运站布局优化理论进行系统研究，为客运 专线引入枢纽后高速客运站的规划建设提供理论依据和指导。因此，开展对高速客运 站设置的优化理论研究是十分及时和必要的。 过去，铁路枢纽客运站的建设总是立足于铁路内部自身系统的建设和发展，客运 站的建设总处于干线建设的配套工程之中，并且枢纽总图规划研究也是以铁路干线引 入、铁路路网发展规划为主要研究依据进行的【l 】。因此，枢纽内铁路客运站的建设与布 局并未很好的与城市的总体规划相结合。在客运站选址上，决策者更多的是考虑铁路 内部的投资费用与运营费用，而忽视了旅客出行的方便性与经济性，没有体现出“以 人为本，服务旅客的宗旨。 由于客运专线与城际铁路是近几年来才开始大规模建设，而大多数枢纽所在城市 在以往的规划中并未充分考虑到客运专线和城际铁路的发展，而且国内外对于高速铁 路枢纽中客运站的研究多侧重于站型及内部设计上，较少的考虑到与枢纽内其它客运 站的整体布局优化。因此，在客运专线和城际铁路大规模建设，枢纽总图需要进行修 编的形势下，对枢纽内客运站布局进行综合的优化，寻求合理、经济、便捷和社会效 益最佳的枢纽内客运站布局方案，有利于城市发展和实现铁路运输效率的最大化，满 足旅客出行需要和提高铁路服务水平。 因此，论文拟定从客运专线引入铁路枢纽后对枢纽内客运系统的影响研究，结合 城市规划、铁路客运量以及因客运专线引入枢纽造成的改扩建客运站投资费用等方面 因素入手，建立合理的铁路枢纽客运站布局理论模型，提出适当的算法，实现客运专 线引入铁路枢纽后客运站在枢纽内的合理布局。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 由于国外的高速铁路起步较早，发展较快，其客运系统已经发展的较为完善。但 是国外关于高速铁路引入城市内客运站规划设计方面的专门论著较少，关于这方面的 文献也较为分散，针对性小。其原因是国外铁路管理体制与我国完全不同。我国的管 理体制为集中管理制，全国铁路路网归铁道部指挥，铁路网中的干线和客运专线的列 车在铁路枢纽均可实现通过和上下线作业，铁路枢纽的规划和设计从理念上与国外不 同，客运站的优化目标也有所不同；国外铁路采用的是分散管理模式，铁路财产归国 家所有但铁路的运营是以企业化的方式由铁路公司自主进行的。由此，在国外铁路运 营上特别是在干线交汇处出现的是各铁路公司相对独立，以旅客换乘为主要方式的多 个客运站形成的客运枢纽，例如，目前巴黎城市中心有6 个客运站、伦敦城市中心有1 0 个客运站、柏林城市中心有9 个客运站、纽约和东京城市中心也有多个客运站。因此， 国外研究的是综合交通体，对城市对外交通枢纽以及以城市轨道交通为基础的客运交 通系统研究较多较为广泛。国外铁路客运站有如下特点： ( 1 ) 主要客运站深入城市中心，靠近城市人居、经济中心； ( 2 ) 枢纽内客运站相对集中的布置在一定的范围内，车站规模适当； ( 3 ) 枢纽内主要客运站间有联络线相连，并且与城市轨道交通系统衔接； ( 4 ) 重视交通一体化的设计，将空港、铁路、公路和城市轨道交通等多种交通方 式集中配置，立体布局，形成运营组织既协调又相互独立，旅客换乘便利、顺畅通达 的综合交通能够枢纽； ( 5 ) 铁路客运站的建筑风格与城市的景观协调，市区内的铁路采用全立交或全地 下的形式，减少铁路对城市的分割。 理论研究方面，文献 2 全面系统地论述了城市交通运输枢纽地的合理布局、各种 城市运输方式的适用范围以及运输管理自动化问题，论述城市各种运输设备的合理配 置及其相互衔接与协调问题。 文献【3 】在考虑了枢纽选址于时间和费用的关系，并建立了0 一l 线性规划模型，采 用t a b u 启发式算法对模型进行求解。该模型的优点是减少了变量和约束条件的个数， 每个需求点能够分配到多个枢纽点上；缺点是此模型的o d 只能通过最多两个枢纽点。 文献 4 】以乘客和运营者的利益成本为最小目标，以资源和需求为约束条件，建立 了接运公交线路和发车频率的优化模型，但此模型为非线性、非凸的整数规划模型， 常规方法难以求解，作者使用了结合改进的启发式程序组合方法来求解。 由此可见，国外国家在对城市客运枢纽，无论是在其规划设计、换乘组织的实际 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 操作上，还是在理论研究上都有着十分丰富的经验和成果。 1 2 2 国内研究现状 我国的铁路枢纽自形成以来，经过近5 0 年的发展和三次铁路建设高潮，有了很大 的发展，已经形成了分布全国的4 6 个枢纽和2 6 个地区。未来2 0 年，随着我国经济快速 发展、居民收入增加和城市化进程加快，我国铁路客运市场将发生巨大变化，客运中 心的逐步形成以及围绕这些中心形成“城际公交化运输圈”、“朝发夕归圈”、“夕发朝 至圈 和“一日到达圈”，并随着运行速度的不断提高，辐射范围不断扩大。客运专线 的建设投产促进客运组织的全面进步和发展，需要建设一批现代化的特大型、大型客 运站，包括北京南、南京南、虹桥、新武汉、新广州、新成都、新长沙等等，其设计 呈多样化趋势。 目前，铁路枢纽都处于大城市所在地，由于各枢纽的布置图形、铁路引入线数目、 客运量大小、所在城市性质和规模、城市本身布局、地形和面积均不相同，客运站配 置方案也各不相同，但普遍都存在枢纽内客运站布点数量不足，进入枢纽客站的进路 数少，客运站作业复杂，客运组织效率低，枢纽内客运站能力紧张，与客源的分布衔 接不够紧密，枢纽的规划和扩建与城市总体布局脱节，缺乏长远的枢纽改造规划等等 问题而无法满足运输市场的需求，迫切需要一套完善科学的理论指导其规划建设。 目前我国研究较多的是以公路枢纽为主的客运站布局优化。文献 5 以温州市综合 交通发展的实例，阐述了交通需求预测理论与方法、综合交通枢纽总体布局规划的模 型与方法、综合交通枢纽总图布局方案的评价等相关问题，提出区域综合交通网络优 化理论。 文献 6 比较了交通枢纽场站布局的重心法、微分法、成本分析法、混合整数规划 法、运输规划模型法及c f l p 法等数学模型与效益成本分析法的优缺点，侧重于以公路 交通枢纽的优化布局为目标，综合考虑综合交通枢纽的选址和布局问题。但是这些方 法都是纯数学方法，计算方法比较繁琐，得到的结果也为数学解，不一定有实际含义。 文献 7 讨论了公路客运站布局的方法，建立了公路客运站布局优化模型，该模型 以旅客集中、疏散费用与客运站建设、运营费用之和最小为目标函数，以能力、到发 量均衡为约束条件，并给出了模型的求解方法。 铁路枢纽客运站布局方面，文献 8 认为交通枢纽内、外部运输的协调与否直接影 响到交通运输枢纽客运站的布局问题和旅客运输质量，文中提出了根据集中与分散相 结合的交通运输通道理论，对枢纽中的客运站点进行布局，并结合实例，阐述了枢纽 客运站的布局方法。 文献 9 在结合告诉铁路引入枢纽影响因素的基础上，运用层次分析法建立了铁路 枢纽内客运站选址模型，并在充分考虑综合交通效益最大化和方便旅客出行的基础上， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 提出了高速铁路客运站与各交通方式协调发展的立体布局模式。 文献 1 0 提出了基于效用矩阵的都市圈轨道枢纽客流预测模型，在枢纽布局理论 研究的基础上，研究了枢纽布局的一般方法以及枢纽布局选址的方法，并提出了大型 枢纽选址的四步骤选址方法与模型，提出了依据客流集散点及客流量大小的中、小型 枢纽选址模型与方法，并建立了由“总体评价层、评价准则层、评价指标层 组成的 三层分析评价模型。 由此可见，客运专线引入铁路枢纽条件下，目前我国对于铁路枢纽客运站布局规 划问题，大多数研究只停留在定性的分析与比选上，未考虑客运专线的新特点对客运 站布局带来的影响，并未从客运站宏观整体的布局优化展开深入的研究，缺乏合适的 理论和方法。因此，有必要加强相关方面的研究，以期为我国客运专线的发展以及铁 路枢纽新一轮的布局规划提供指导和借鉴。 1 3 研究目标和主要内容 1 3 1 研究目标 论文以铁路枢纽内客运站的宏观布局优化为目标，在客运专线和城际铁路引入既 有铁路枢纽以及铁路枢纽参与城市交通整合的新形势下，运用系统分析的思想，借鉴 相关现有理论，采取定性与定量相结合的方法，根据铁路枢纽客运站布局规划中的研 究思路、枢纽客运需求、客运站布局影响因素、客运站布局与选址理论模型等关键问 题进行深入的分析和研究，形成较为实用的枢纽场站布局规划理论步骤和技术，求得 系统化、合理化的客运站整体最优布局方案以满足城市及交通运输发展规划的需要， 并随文应用于成都市的铁路枢纽客运系统规划相关项目，证明相关理论模型的合理性 和实用性，从而提出了目前较缺乏的铁路枢纽内客运站布局的基本思路与方法，为铁 路枢纽客运系统相关规划提供一定的理论依据。 1 3 2 研究内容 论文是以客运专线引入铁路枢纽后客运站宏观布局优化为研究对象，主要研究内容 如下： ( 1 ) 枢纽内出行小区的确定。由于枢纽所在城市一般都是大城市，面积以及人口 都比较大，若将其作为一个整体研究，将十分的复杂。而通过研究城市的形态、规模 以及经济指标等因素，结合城市的发展规划，合理的将城市划分成不同的出行小区， 有利于旅客出行费用的确定。 ( 2 ) 枢纽内出行小区旅客广义出行费用的确定。由于出行小区到枢纽客运站之间 有多种出行方式可以选择，而每种出行方式所需的费用、距离、时间和舒适度都不同。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 所以在确定旅客广义出行费用时，需要考虑到费用、距离、时间和舒适度对广义出行 费用的影响。 ( 3 ) 铁路客运站投资费用与运营费用的确定。由于铁路枢纽内存在既有客运站， 如何分别确定既有客运站改扩建费用与新建客运站投资费用，会对铁路枢纽内客运站 布局产生重大影响。另外，客运站的运营费用及枢纽内客运站之间联络线通过能力确 定也是本文研究的内容之一。 ( 4 ) 枢纽内客运站布局优化模型的建立与改进。在确定了每个出行小区的旅客量 和旅客出行费用的基础上，结合各个备选客运站的投资费用以及备选客运站规模，通 过数学建模，得到旅客出行费用、客运站投资费用和铁路运营费用最省的布局方案。 另外，结合铁路运营的实际情况，对模型进行改进，使得到的枢纽内客运站布局方案 更加合理。 ， ( 5 ) 枢纽内客运站布局优化后各个客运站到发线数量确定。在对枢纽内客运站布 局进行优化确定客运站后，利用合理的方法，依据各个客运站的旅客年发送量，对各 个客运站的到发线数量进行确定。 1 4 研究方法及技术路线 论文运用系统规划的思想，采取理论分析与例证研究结合、定性分析与定量分析 并重的研究方法，在研究过程中充分借鉴和参考以往的研究成果，针对客运专线的特 点，对影响铁路枢纽客运站布局的因素进行分析，建立总费用最小的布局优化理论模 型，力求做到系统与局部结合，理论与实践结合，经验归纳与理论分析结合，对客运 专线引入后的铁路枢纽客运站宏观布局进行深入的研究。 论文的思路及框架如图1 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 图1 - 2 论文框架图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 第2 章铁路枢纽客运站布局优化概述 2 1 铁路枢纽与客运站概述 2 1 1 铁路枢纽概述 在铁路干、支线的交汇点或终端区，由各种铁路线路、专业车站以及其他为运输 服务的有关设备组成的综合体称为铁路枢纽。其是连接铁路干、支线的中枢，是为城 市、工业区或港埠区服务以及与国民经济各部门联系的重要纽带，也是交通运输枢纽 的主要组成部分】。 随着铁路的建设和发展，枢纽的布置形式也由单一发展到了多元，按枢纽的布置 图形可以将枢纽分为一站枢纽、三角形枢纽、十字形枢纽、顺列式枢纽、并列式枢纽、 环形枢纽、组合式枢纽和尽端式枢纽】。 目前，我国铁路枢纽内，客货并未分线运行，最普遍的形式为客货分站，客运站 通常为一个，通常是编组站从一站枢纽中的车站沿中轴线迁移出城市，在这种客运站、 编组站顺列布置的条件下，枢纽图形大多数为三角形、十字形和尽端式。随着客运专 线和城际铁路引入既有枢纽，枢纽内实现客内货外的运输模式，铁路枢纽除考虑满足 近远期运营需求，还必须考虑城市规划和发展以及旅客出行的便捷性等，做到“以人 为本、服务运输、着眼发展、强本简末、系统优化 的理念。 2 1 2 客运站概述 铁路客运站是铁路旅客运输的基本生产单位。它的主要任务是组织旅客安全、迅 速、方便地上、下车，便利旅客办理一切旅行手续，提供旅客舒适的候车条件和优质 服务，保证铁路与市内交通联系便捷，使旅客迅速集、疏等【1 2 】。由于客运站的服务对 象是旅客，因此，客运站在枢纽内布局合理与否，直接影响到旅客运输的效率和服务 质量。 由于铁路客运站在城市之中实现着出发旅客的聚集发送和到达旅客的到达疏散， 因此铁路客运站必须与城市交通相协调，满足旅客的换乘需求。但是既有客运站在设 计上并未很好的考虑到旅客换乘的方便性，当客运专线和城际铁路引进铁路枢纽后， 旅客的快速疏散将成为一个关键问题。铁路客运站的设置是否符合城市交通网络的发 展是铁路枢纽客运站布局的一个重要因素。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 2 1 3 铁路枢纽与客运站布局关系 客运站是构成铁路枢纽的基本单位之一，运输组织中客运站起着集中疏散枢纽内 客流的作用；而铁路枢纽承担客运站全部车流，起吞吐车流量的作用并通过车流与外 部连接。 根据铁路枢纽所在城市的规模大小与经济发展水平及铁路枢纽自身的特点，一个 铁路枢纽内会存在一个客运站或多个客运站，这两种不同的模式中客运站和铁路枢纽、 客运站和城市交通的关系也不相同，如图2 1 与图2 2 所示。 图2 1 一个客运站与铁路枢纽布局关系 城市内旅客运输 一一 城市问旅客运输 城市内旅客运输 一 图2 - 2 多个客运站与铁路枢纽布局关系 由上面两图可知，不论铁路枢纽内是布置一个客运站还是多个客运站，除了受铁 路系统自身的影响之外，也受到了城市的影响，下节将对影响铁路枢纽内客运站布局 的因素进行具体分析。 2 2 枢纽内客运站布局影响因素分析 铁路枢纽客运站的布局受到多方面因素的影响，例如城市的总体规划、铁路枢纽 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 自身规划、线路引入数量等。归纳起来可以将它们分为两大类，即静态影响因素和动 态影响因素。 2 2 1 静态影响因素 影响铁路枢纽内客运站布局的静态影响因素分为以下几点： 1 城市总体规划 铁路枢纽所在城市一般为我国的大、中型城市，其城市总体规划对客运站的布局 有重要影响。随着农村人口大量的进入城市，城市在不断的发展和扩大，其客运量也 随着增大。为实现铁路枢纽客运站布局的最优化，必须与城市的总体规划配合协调。 第一，从全局出发，实现与城市路网交通的良好衔接，方便旅客的集散，减轻城市交 通压力；第二，按照“客货分线、客内货外、作业集中、疏解灵活”的思路，在不影 响城市整体规划的时候尽量利用既有铁路设备，最大限度的减少铁路建设成本。 2 铁路枢纽规划 我国铁路枢纽经过5 0 多年的发展，其格局已经基本确定下来，因此，铁路枢纽客 运站布局优化必须在现有铁路枢纽现状上进行规划、调整和建设。另外，枢纽内客流 特点也会对客运站布局产生影响。 目前我国客运专线还在建设之中，并未形成客运专线路网，因此，在铁路枢纽客 运站布局优化的时候，需要考虑到近、远期客运专线的引入。客运专线引入枢纽后， 不一定会对铁路枢纽格局造成大的改变，但是，会导致部分既有设施功能的变化。由 于客运专线的特性，对客运系统的影响尤为明显。 随着客运专线引入铁路枢纽，必将对枢纽内的客流产生影响，甚至会改变客流结 构，因此，对铁路枢纽内客运站布局进行优化，使客运站的布局能更好的适应枢纽发 展和客流特征就尤为重要。 3 自然与城市环境 铁路枢纽内客运站的布局也受到自然与城市环境的影响。 由于客运站的建设面积比较大，为了节省铁路工程投资，应尽量避免高填高挖以 及不良地质地段；在选择修建区域时，也要考虑到该区域的水文条件及风向、温度的 因素。 城市设施也对客运站的布局有重要影响，客运站在布局时要尽量避开人口稠密地 区，减少拆迁量；由于铁路客运站会产生较大噪音，因此客运站在枢纽内布局时应该 尽量远离医院、学校、科研机构等单位。 2 2 2 动态影响因素 影响铁路枢纽内客运站布局的动态影响因素为以下几点 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼鼍曼鼍曼曼i i ；i ；_ ；一一= i li i i ! 曼曼曼舅 1 城市规模及功能定位 城市规模的大小直接影响到铁路客运量的大小，两者之间是动态的正比例关系。 而城市的功能定位直接影响着城市对外交流的频繁程度，程度越高的交流将产生越多 的客流量，而当城市的功能定位发生改变时，将直接影响到该城市的客流量。 2 引入枢纽客运专线的数量 引入枢纽客运专线条数的多少，将直接影响到枢纽内客运站的布局。对于枢纽来 说，不论客运专线是引入既有站还是引入新建站，都会增加枢纽内的客流量及列车运 行对数，而且其增加量与客运专线引入的条数是成正比例关系的。另外，若铁路枢纽 内客运站个数为两个或者以上时，客运专线的引入还会增加站间联络线的运行压力。 3 引入枢纽客运专线的等级 我国将时速2 0 0 k m h - 3 5 0 k m h 的铁路统称为客运专线，客运专线与普速铁路在作 业流程上、对铁路设备的要求上都不相同；不同速度的客运专线对铁路设备的要求也 不相同。如果不同等级的铁路同时引入同一枢纽，会存在不同速度的列车进入同一个 车站的情况，增加了车站作业难度。因此，若引入一个枢纽不同等级的线路过多时， 出于对客运站分工不同的需要，必定对既有客运站布局造成重大影响 2 3 铁路枢纽内客运站布局规划 2 3 1 铁路枢纽内客运站布局规划定义 铁路枢纽客运站布局是指在铁路枢纽区域范围内，结合国民经济、社会发展长远 计划和区域的自然条件、交通运输条件，对枢纽客运站的建设规模、数量和功能定位、 层次划分等进行全面的发展规划，并对枢纽站场进行合理空间布局，使其满足社会经 济发展及运输服务效能的需要，并且和运输网络协调发展，从而提高运输效率、降低 运输成本【1 3 】。 客运站布局规划包括宏观和微观两个方面。宏观布局是指在结合旅客出行方便程 度、铁路工程投资费用及铁路运营费用等方面，对枢纽内客运站的数量和位置，及每 个车站的规模做出正确的选择；而微观布局是指单独考虑枢纽内每一个车站，在结合 旅客换乘便利性、旅客候车环境和车站各系统协调性等方面，对客运站的空间布局、 内部设施等做出正确的规划。 本论文主要研究的是宏观布局。 2 3 2 铁路枢纽内客运站布局规划原则 结合前文所提到的影响布局的静态及动态因素，可以确定铁路枢纽内客运站布局 规划原则为： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 3 页 ( 1 ) 客运站布局上坚持“以人为本”的原则。客运站是为旅客提供出行的集散场 所，“以人为本”就是客运站在布局上要充分考虑旅客从出发地到客运站的出行时间和 出行费用，力求做到大部分旅客的出行时间短和出行费用低。因此，客运站在布局上 要与城市交通网络良好的衔接，形成有效快捷的综合交通体系。 ( 2 ) 客运站布局要符合路网规划及枢纽总图规划。客运站布局规划要考虑枢纽在 路网中的地位及作用，要有利于枢纽客车的开行方案，符合枢纽内客流特点。客运站 布局要满足路网发展需要，适应枢纽发展，能够良好的衔接个方向线路，减少列车在 枢纽内的走行距离，实现客运站空间分布均衡。 ， ( 3 ) 充分利用既有设备，合理选择新建客运站位址，严格控制新建客运站的规模。 为了节约投资，对于枢纽内既有客运站，应该充分挖掘其潜能，在条件允许的情况下 进行合理的改造，以满足客运专线的引入。由于铁路客运站是一项庞大的基建工程， 需要耗费大量的人力物力，因此新建客运站的站址要经过系统的分析和技术经济比较， 选出最有位址，另外，对于新建客运站的规模也要严格控制，不能一味的求大求全。 ( 4 ) 客运站布局要充分考虑环境保护。由于客运站的修建需要占用大量的土地， 因此，在满足上述三条的情况下，客运站应尽量避开人口稠密地区，远离科研文教、 医疗卫生等单位，以减少对周围环境其它生产、生活的干扰。 2 4 铁路枢纽内客运站布局规划方法及步骤 2 4 1 铁路枢纽内客运站布局规划方法 从国内外己有的研究资料看，枢纽站场选址与布局通常采用定量计算模型，早期 的方法多为单纯的数学物理模型如解析重心法、微分法，以及交通运输的效益成本分 析法等；随着运筹学的完善和发展，出现了用线性规划、整数规划、混合整数规划等 进行枢纽布局优化方、法【1 3 j 。 本文将采用混合整数规划的方法，对铁路枢纽内布局进行定量和定性分析，在考 虑旅客出行费用、铁路建设投资和运营费用的情况下，结合枢纽的近、远期运量，得 出最佳的铁路枢纽内客运站布局方案。 2 4 2 铁路枢纽内客运站布局规划步骤 通过上面的分析可以得出，要得到一个比较的优化的铁路枢纽客运站布局方案， 必须经过大量的资料收集，然后进行定量和定性分析，具体步骤如图2 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 图2 - 3 铁路枢纽客运站布局规划的基本步骤 1 资料收集和分析 收集枢纽所在城市的人口及社会经济状况，枢纽内既有客运站的现状资料以及拟 引入客运站的客运专线资料，并对其进行分析整理。 2 枢纽内客运量预测 在收集资料的基础上，结合铁路枢纽的往年运量，对近、远期运量做出预测，并 根据枢纽所在城市的总体规划，将枢纽所在城市划分为若干个旅客出行小区，将预测 运量合理分配到各个旅客出行小区。 3 确定备选站站址和个数 结合枢纽现状图，对可能设置客运站的站址进行统计，得出备选站在枢纽内的位 址和个数，并且依据枢纽的发展规划确定各个备选站的规模。 4 费用计算公式确定 利用第3 步的旅客出行小区的划分，确定旅客出行小区至枢纽内备选站的旅客广 义出行费用公式；对第2 步中确定的备选站进行分类，分为既有客运站及新建客运站 两类，确定既有客运站站的改扩建费用及新建客运站的新建费用计算公式；依据我国 铁路运营的现状，对客运站的运营费用公式进行确定。 5 铁路枢纽内客运站布局优化模型建立 在第4 步中各个公式确定之后，结合第3 步的客运量，考虑引入枢纽的客运专线 的情况，建立以旅客出行费用、铁路客运站投资费用和运营费用三者之和最小为目标 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 的优化模型。 6 铁路枢纽内客运站布局方案初步确定 利用第3 步中预测的枢纽客运量及枢纽自身特点，确定模型中的各个参数，并通 过计算机编程