交通樞紐規(guī)劃與設(shè)計(jì)5課件

1、交通樞紐港站布局規(guī)劃交通樞紐港站的選址與總體布局，是根據(jù)對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通需求的預(yù)測結(jié)果，利用交通規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化理論，對所規(guī)劃的交通樞紐的港站數(shù)量、大小和位置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)調(diào)整樞紐內(nèi)部及相互的關(guān)系。第一節(jié) 交通樞紐港站布局原則與思路交通樞紐港站布局的原則充分考慮規(guī)劃區(qū)域（城市）在全國綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的地位：港站布局不僅應(yīng)從該規(guī)劃區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通運(yùn)輸需求出發(fā)，還要滿足全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)布局和對外開放對全國綜合交通網(wǎng)的需要。引導(dǎo)需求：積極引導(dǎo)城鄉(xiāng)一體化、多中心分散組團(tuán)式城鎮(zhèn)體系的形成和發(fā)展，形成合理的交通結(jié)構(gòu)適度超前：從交通運(yùn)輸?shù)挠^點(diǎn)看，交通基礎(chǔ)實(shí)施投資可分為“追隨型投資”和“開發(fā)型投資

2、”。若交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，則會(huì)阻礙經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展；反之，若過分超前，則會(huì)降低投資效益，造成投資成本的損失。滿足規(guī)劃區(qū)域（主要為城市）總統(tǒng)規(guī)劃原則： 在土地利用方面與城市用地功能保持一致，并留有發(fā)展余地，做到“新舊兼容，節(jié)省投資”并注意減少污染，保護(hù)環(huán)境交通樞紐港站布局的思路在站場布局原則的指導(dǎo)下，根據(jù)樞紐客貨適站量的預(yù)測結(jié)果，分析影響樞紐站場布局的各相關(guān)因素，宏觀確定客貨站場的總數(shù)量及其理論分布位置，然后，參照交通部頒發(fā)的有關(guān)站級標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外樞紐站設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)，充分考慮現(xiàn)狀的實(shí)際情況和城市規(guī)劃中可能提供或預(yù)留的用地，綜合確定客貨樞紐站的布局方案。交通樞紐港站布局方法概述

3、交通樞紐港站的布局，通常采用定量計(jì)算與定性分析相結(jié)合的方法。在規(guī)劃實(shí)踐中，人們最早采用了單純的數(shù)學(xué)物理模型，如重心法、微分法以及交通運(yùn)輸效益成本分析法等。隨著運(yùn)籌學(xué)、物流學(xué)的完善和發(fā)展，出現(xiàn)了線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃等樞紐布局優(yōu)化的方法布局規(guī)劃的主要內(nèi)容與影響因素：交通樞紐是組織交通運(yùn)輸并保證交通網(wǎng)絡(luò)通暢的基本條件。交通樞紐港站的合理布局是以整個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，用系統(tǒng)工程的理論和方法，綜合考慮交通發(fā)生吸引源的分布情況、交通運(yùn)輸條件以及自然環(huán)境等因素，對交通樞紐港站的數(shù)量、地理位置、規(guī)模和與其它樞紐的互相關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整布局規(guī)劃方法發(fā)展概論：隨著60年代初“物流”概念

4、的產(chǎn)生和歐美、日本各國對物流研究的深入，以及運(yùn)籌學(xué)原理和模型在物流網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃中的應(yīng)用不斷改進(jìn)和推廣，物流理論中逐漸形成了一套用于物流網(wǎng)點(diǎn)選址的模型和方法貨運(yùn)交通樞紐的港站布局量化計(jì)算模型的研究，大致分為三個(gè)發(fā)展階段：單一的數(shù)學(xué)、物流模型和效益成本分析法；運(yùn)籌學(xué)模型;交通規(guī)劃理論與前兩者相結(jié)合的樞紐港站優(yōu)化布局模型第二節(jié) 數(shù)學(xué)物理模型與效益成本分析法一元交通樞紐港站布局的重心法原理：是一種模擬方法，它將運(yùn)輸中的交通發(fā)生點(diǎn)和吸引點(diǎn)看成是分布在某一平面范圍內(nèi)的物體系統(tǒng)，各點(diǎn)的交通發(fā)生、吸引量分別看成該店的重量，物體系統(tǒng)的重心就是樞紐港站設(shè)置的最佳點(diǎn)數(shù)學(xué)模型 設(shè)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)有n個(gè)交通發(fā)生點(diǎn)和吸引點(diǎn)，各點(diǎn)的

5、發(fā)生量和吸引量為Wj(j=1,2, n)，坐標(biāo)為（xj,yj）,其中 j=1,2, n，需設(shè)置樞紐港站的坐標(biāo)為(x,y)，樞紐系統(tǒng)的運(yùn)輸費(fèi)為Cj。根據(jù)平面物體求重心的方法，樞紐港站最佳位置的坐標(biāo)為：例：交通發(fā)生（吸引）點(diǎn)j發(fā)生（吸引）量Wj運(yùn)輸費(fèi)率Cj坐標(biāo)xjyj120000.05038230000.05082325000.07525410000.07564515000.07588一元樞紐港站布局的微分法系統(tǒng)的總費(fèi)用：成本分析法本分析方法是在已經(jīng)具有一個(gè)樞紐港站位置的選擇集的前提下，以樞紐系統(tǒng)的總成本最小為目標(biāo)，通過簡單的財(cái)務(wù)計(jì)算，比較最佳的位置。假設(shè)n個(gè)交通發(fā)生點(diǎn)，分別具有發(fā)生量(W1,W2

6、,Wn)，而且用一定的準(zhǔn)則已經(jīng)得到m個(gè)待選港站位置(P1,P2, ,Pm)，每個(gè)港站的建設(shè)運(yùn)營成本為(R1,R2, ,Rm)，單位噸千米運(yùn)費(fèi)相同為F，各交通發(fā)生點(diǎn)到港站的距離用矩陣Ddij(i=1,2, ,n)表示，則每個(gè)待選站點(diǎn)的總費(fèi)用為：上述三類方法的缺點(diǎn)：在求解過程中都以靜態(tài)的總費(fèi)用為選優(yōu)目標(biāo)，運(yùn)輸費(fèi)率為固定值，既沒有考慮實(shí)際的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也沒有考慮客貨流在道路上的相互交織混雜對交通流在路網(wǎng)上分配結(jié)果的影響，實(shí)際上，路網(wǎng)上每個(gè)路段的流量不同，其通行時(shí)間、運(yùn)輸費(fèi)用也不同，單一費(fèi)率無法反映樞紐運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際情況。重心法和微分法是純粹的數(shù)學(xué)解析方法，它求解采用的距離是平面上的幾何距離，而實(shí)際的交通網(wǎng)

7、絡(luò)并非如此，所求數(shù)學(xué)解沒有實(shí)際意義，只能作為下一步分析的最粗略的初始解成本分析法實(shí)際只是一個(gè)簡單的港站選址成本比較法，除了具有上述費(fèi)用計(jì)算的不足外，由于它必須得到一個(gè)待選站點(diǎn)集合，又面臨如何合理劃分樞紐所在區(qū)域的客貨流通服務(wù)區(qū)，如何得到待選站點(diǎn)初始解等問題。第三節(jié) 運(yùn)籌學(xué)模型與方法多元樞紐港站布局的混合整數(shù)規(guī)劃法在交通樞紐的貨運(yùn)系統(tǒng)中，由于存在著貨種的差別，不同貨種在樞紐內(nèi)部流動(dòng)的費(fèi)用和對港站布置的要求不同，因此樞紐貨運(yùn)港站的布局比客運(yùn)港站的布局要復(fù)雜，不確定運(yùn)輸也更多。但從區(qū)域整體的角度看交通樞紐的布局，可以從貨流整體的角度來進(jìn)行規(guī)劃，多元樞紐港站布局的模型應(yīng)運(yùn)而生。設(shè)在一個(gè)供需平衡的系統(tǒng)中

8、有m個(gè)發(fā)生點(diǎn)A（i1，2，3，m），各點(diǎn)的發(fā)生量為ai；有n 個(gè)吸引點(diǎn)Bj ，各點(diǎn)的需求量為 bj ；有q個(gè)可能設(shè)置的備選港站地址Dk 。發(fā)生點(diǎn)發(fā)生的交通量可以從設(shè)置的港站中中轉(zhuǎn)，也可以直接到達(dá)吸引點(diǎn)。假定各備選地址設(shè)置樞紐港站的基建投資、中轉(zhuǎn)費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)率均為已知，以總成本最低為目標(biāo)確定樞紐港站布局的最佳方案。多元樞紐港站布局的數(shù)學(xué)模型為：約束方程為：這種方法在理論上是非常完善的，但仍然是對實(shí)際問題的大大簡化，沒有考慮樞紐站點(diǎn)規(guī)模的限制、建設(shè)成本、運(yùn)營費(fèi)用的非線性等實(shí)際影響因素。運(yùn)輸規(guī)劃模型從一個(gè)較長的時(shí)間段來考慮，港站樞紐的基建投資對整個(gè)選址過程的經(jīng)濟(jì)效益影響并不大，可以不考慮，模型可簡化

9、為約束方程為：式中，dk為備選網(wǎng)點(diǎn)k最大可能設(shè)置的規(guī)模，Xk為備選網(wǎng)點(diǎn)k的閑置能力該方法敘述明確，但事先需要確定備選站點(diǎn)集合的數(shù)量及位置，以及節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)輸價(jià)格，由于不同區(qū)域、不同運(yùn)輸方式、不同貨物的運(yùn)輸價(jià)格差異較大，使得運(yùn)輸價(jià)格的確定具有相當(dāng)難度，模型中通常取一個(gè)宏觀的統(tǒng)計(jì)值來統(tǒng)一表征運(yùn)輸價(jià)格，這樣做的缺點(diǎn)是無法對運(yùn)輸價(jià)格的變化產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，同時(shí)也無法衡量交通樞紐所處交通網(wǎng)絡(luò)的變化對樞紐規(guī)劃的影響。P1P2P3P4適站量F18.007.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500F47.087.207.507.451

10、2500吸引量4000800070006000例：運(yùn)輸費(fèi)用表P1P2P3P4適站量F165005007000F255005500F34000800050012500吸引量4000800070006000在F3處設(shè)置站場時(shí)的適站量分配表P1P2P3P4適站量F170007000F255005500F44000800050012500吸引量4000800070006000在F4處設(shè)置站場時(shí)的適站量分配表CFLP法CFLP(Capacityed Facility Location Problem)法是針對交通樞紐的港站規(guī)模有限的情況提出的。基本思想：首先假設(shè)交通樞紐的港站布局方案已經(jīng)確定，即給出一組

11、初始港站集合，根據(jù)該初始方案，按照運(yùn)輸規(guī)劃模型求出各初始港站系統(tǒng)的發(fā)生、吸引范圍，然后在各港站的服務(wù)范圍內(nèi)分別移動(dòng)港站到其他備選地址，以尋找各服務(wù)范圍內(nèi)總成本最小的新港站位置，再將新港站位置代替初始方案，重復(fù)上述過程，直至整個(gè)綜合交通樞紐的港站服務(wù)范圍內(nèi)的總成本不能再下降為止。這種方法在理論上是非常完善的，但仍然是對實(shí)際問題的大大簡化，沒有考慮樞紐站點(diǎn)規(guī)模的限制、建設(shè)成本、運(yùn)營費(fèi)用的非線性等實(shí)際影響因素。上述幾種模型在實(shí)際的綜合交通樞紐規(guī)劃應(yīng)用中還存在很多問題，例如運(yùn)輸費(fèi)用的非線性變化、交通網(wǎng)絡(luò)的改變對樞紐布局的影響、不同交通樞紐之間的相互關(guān)系等，都不能得到很好的解答。因此，我國目前的交通樞紐

12、規(guī)劃實(shí)踐中，采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量計(jì)算的并不多，或者定量計(jì)算的結(jié)果僅僅作為定性分析的參考。第四節(jié) 交通規(guī)劃理論優(yōu)化布局模型前面介紹的各種交通樞紐港站布局模型和方法，都是從數(shù)學(xué)角度進(jìn)行的分析和建模，沒有區(qū)分不同的交通方式，也不能同時(shí)計(jì)算不同交通方式的樞紐布局。這是綜合交通樞紐布局面臨的第一個(gè)問題。在綜合交通樞紐規(guī)劃中，一方面由于受自然條件的限制，使得火車站、港口和機(jī)場的選址和布局可以調(diào)整的空間比較狹窄，另一方面對綜合交通樞紐在中轉(zhuǎn)換乘、運(yùn)輸組織方面的要求，又使得一體化的考慮綜合交通樞紐中的各種交通運(yùn)輸港站的布局非常必要。所謂“綜合交通樞紐規(guī)劃”，是從綜合交通系統(tǒng)的角度，最大程度的協(xié)調(diào)各種交通樞紐的

13、港站布局，使它們在整體最優(yōu)的目標(biāo)下有機(jī)銜接。因此，要求用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來囊括所有交通方式的樞紐規(guī)劃，不僅沒有必要，而且在現(xiàn)階段是不現(xiàn)實(shí)的。解決這一問題的思路是：從尋找一個(gè)與其他交通方式聯(lián)系最為密切、可調(diào)整余的較大的基本交通方式入手，通過優(yōu)化這一基本交通方式樞紐布局，來帶動(dòng)整個(gè)綜合交通樞紐的優(yōu)化。五種交通方式中，公路運(yùn)輸系統(tǒng)作為聯(lián)系其他交通方式的紐帶，其靈活性和可調(diào)整性較大，因此可以從公路交通樞紐的布局入手，對其站場數(shù)量、位置進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，在優(yōu)化過程中，把鐵路、水運(yùn)、航空和管道這幾種交通方式的樞紐作為公路站場布局的約束條件，使得公路站場的布局最大限度地保證各種交通方式的有機(jī)銜接，從而提高綜合交通

14、樞紐的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。以公路交通樞紐的站場規(guī)劃布局為基礎(chǔ)，分兩個(gè)階段進(jìn)行綜合交通樞紐港站布局規(guī)劃模型和方法。第一階段是在公路交通樞紐服務(wù)范圍內(nèi)，分別從其客、貨發(fā)生源出發(fā)，根據(jù)用戶平衡原理，選擇各自認(rèn)為最優(yōu)的路徑，到達(dá)客、貨運(yùn)站場。第二階段是旅客或貨物到達(dá)樞紐的有關(guān)港站后，有運(yùn)輸企業(yè)根據(jù)企業(yè)的運(yùn)營管理情況，按一定的時(shí)間、路線和配載方法，把它們運(yùn)到目的地。兩個(gè)階段的連接點(diǎn)就是綜合交通樞紐的港站。由于規(guī)劃者不能控制交通市場供需雙方的微觀行為，只能通過合理規(guī)劃和布局樞紐的港站，來達(dá)到宏觀引導(dǎo)需求者的選擇和供給者的運(yùn)營行為，使整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)達(dá)到社會(huì)效益最大或者廣義費(fèi)用最小的目標(biāo)。第一階段模型假設(shè)1：交通需求者對

15、不同交通方式港站的選擇，取決于該次出行的距離。假設(shè)2：每個(gè)交通港站內(nèi)部的運(yùn)營管理已達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。在第一階段，對外交通需求者是利用城市道路來實(shí)現(xiàn)從出發(fā)地到交通港站的出行，這一部分交通量與城市交通混合在一起，主要具有城市交通流的特征。因此我們采用傳統(tǒng)的四階段交通需求預(yù)測法，分析它們在城市交通網(wǎng)絡(luò)上的分布特征，并根據(jù)這一特征初步確定公路交通樞紐站場的備選集合，計(jì)算步驟如下：1、確定綜合交通樞紐的服務(wù)范圍2、以公路交通樞紐為基準(zhǔn)，根據(jù)土地使用特征劃分綜合3交通樞紐內(nèi)部的客貨交通小區(qū)3、確定交通路網(wǎng)4、公路交通樞紐交通小區(qū)的交通量發(fā)生、吸引預(yù)測5、交通分布預(yù)測6、客貨運(yùn)交通量分配7、初步確定客貨運(yùn)樞紐港站的備選位置第二階段模型得到公路交通樞紐站場的備選集合后，第二階段的模型采用物流學(xué)中求解“物流中心選址”問題的運(yùn)籌學(xué)模型和方法，從備選集合中求解合適的站場位置。由于四階段交通需求預(yù)測法預(yù)測的是道路交通量，而與交通站場各項(xiàng)指標(biāo)關(guān)系更為密切的是客貨運(yùn)的運(yùn)輸量，因此需要對綜合交通樞紐的總運(yùn)輸量、分交通運(yùn)輸方式運(yùn)輸量進(jìn)行預(yù)測，并根據(jù)我國交通部的規(guī)定，預(yù)測公路交通樞紐組織量、適站量