交通枢纽规划与设计

q m
q m
m n
约束方程为：

q
X
q
k 1
ik


m
n
Z Z
j1
ij
a bi
k
i
Y
q
k 1
kj
i1
ij
X
q
k 1
ik
X X
k
k
d d
ij k
Y
k 1
kj
X i k ， Y k j， Z
0
式中，dk为备选网点k最大可能设置的规模，Xk为备选
n
x y

n
n
j 1 n
C jW j x j / [( x x j ) 2 ( y y j ) 2 ]1/ 2 C jW j / [( x x j ) 2 ( y y j ) 2 ]1/ 2

j 1

j 1 n
C jW j y j / [( x x j ) 2 ( y y j ) 2 ]1/ 2 C jW j / [( x x j ) 2 ( y y j ) 2 ]1/ 2
交通枢纽港站布局规 划

交通枢纽港站的选址与总体布局，是根据 对社会经济发展和交通需求的预测结果， 利用交通规划和网络优化理论，对所规划 的交通枢纽的港站数量、大小和位置进行 优化，同时调整枢纽内部及相互的关系。
第一节 交通枢纽港站布局原则与思 路

交通枢纽港站布局的原则
充分考虑规划区域（城市）在全国综合交通运
布局规划方法发展概论：随着60年代初“物流”
概念的产生和欧美、日本各国对物流研究的深 入，以及运筹学原理和模型在物流网点规划中 的应用不断改进和推广，物流理论中逐渐形成 了一套用于物流网点选址的模型和方法
货运交通枢纽的港站布局量化计算模型的研究，
大致分为三个发展阶段：单一的数学、物流模 型和效益成本分析法；运筹学模型;交通规划理 论与前两者相结合的枢纽港站优化布局模型
例：
P1 P2
运输费用表
P3
P4
适站量
F1
F2 F3 F4 吸引量
8.00
7.65 7.15 7.08 4000
7.80
7.50 7.05 7.20 8000
7.70
7.35 7.18 7.50 7000
7.80
7.15 7.65 7.45 6000
7000
5500 12500 12500
在F3处设置站场时的适站量分配表

运输规划模型
从一个较长的时间段来考虑，港站枢纽的基建投资对
整个选址过程的经济效益影响并不大，可以不考虑， 模型可简化为
m i n F ( C C ) X C Y C Z i k k i k k j k j i j i j
i 1 k 1 i 1 k 1 i 1 j 1
网点k的闲置能力 该方法叙述明确，但事先需要确定备选站点集合的数 量及位置，以及节点之间的运输价格，由于不同区域、 不同运输方式、不同货物的运输价格差异较大，使得 运输价格的确定具有相当难度，模型中通常取一个宏 观的统计值来统一表征运输价格，这样做的缺点是无 法对运输价格的变化产生相应的反应，同时也无法衡 量交通枢纽所处交通网络的变化对枢纽规划的影响。
而且用一定的准则已经得到m个待选港站位置 (P1,P2, ,…Pm)，每个港站的建设运营成本为 (R1,R2, ,…Rm)，单位吨千米运费相同为F，各交通发生 点到港站的距离用矩阵D{dij}(i=1,2, ,…n)表示，则每个 待选站点的总费用为：
Ci Ri dijWj F
j 1
n

布局规划的主要内容与影响因素：交通枢纽是
组织交通运输并保证交通网络通畅的基本条件。 交通枢纽港站的合理布局是以整个交通运输系 统和社会经济效益为目标，用系统工程的理论 和方法，综合考虑交通发生吸引源的分布情况、 交通运输条件以及自然环境等因素，对交通枢 纽港站的数量、地理位置、规模和与其它枢纽 的互相关系进行优化和调整
这种方法在理论上是非常完善的，但仍然是对
实际问题的大大简化，没有考虑枢纽站点规模 的限制、建设成本、运营费用的非线性等实际 影响因素。

上述几种模型在实际的综合交通枢纽规划 应用中还存在很多问题，例如运输费用的 非线性变化、交通网络的改变对枢纽布局 的影响、不同交通枢纽之间的相互关系等， 都不能得到很好的解答。因此，我国目前 的交通枢纽规划实践中，采用数学模型进 行定量计算的并不多，或者定量计算的结 果仅仅作为定性分析的参考。
输网络中的地位：港站布局不仅应从该规划区 域社会经济发展和交通运输需求出发，还要满 足全国经济发展、产业布局和对外开放对全国 综合交通网的需要。
引导需求：积极引导城乡一体化、多中心分散
组团式城镇体系的形成和发展，形成合理的交 通结构 适度超前：从交通运输的观点看，交通基础实 施投资可分为“追随型投资”和“开发型投 资”。若交通基础设施建设滞后于经济发展， 则会阻碍经济的进一步持续稳定发展；反之， 若过分超前，则会降低投资效益，造成投资成 本的损失。
上述三类方法的缺点：
在求解过程中都以静态的总费用为选优目标，
运输费率为固定值，既没有考虑实际的路网结 构，也没有考虑客货流在道路上的相互交织混 杂对交通流在路网上分配结果的影响，实际上， 路网上每个路段的流量不同，其通行时间、运 输费用也不同，单一费率无法反映枢纽运转的 实际情况。
重心法和微分法是纯粹的数学解析方法，它求
A1
A2
A3
D1
D2
B1
B2
B3
B4
多元枢纽港站布局的数学模型为：
m i n F C X C Y C Z ( F W C X ) i ki k k jk j i j i j k k k i k
i 11 k i 11 k i 11 j k 1 i 1
5500 12500

CFLP法
CFLP(Capacityed
Facility Location Problem) 法是针对交通枢纽的港站规模有限的情况提出 的。
基本思想：首先假设交通枢纽的港站布局方案
已经确定，即给出一组初始港站集合，根据该 初始方案，按照运输规划模型求出各初始港站 系统的发生、吸引范围，然后在各港站的服务 范围内分别移动港站到其他备选地址，以寻找 各服务范围内总成本最小的新港站位置，再将 新港站位置代替初始方案，重复上述过程，直 至整个综合交通枢纽的港站服务范围内的总成 本不能再下降为止。
坐标 交通发生 发生（吸 运输费率 （吸引） 引）量Wj Cj 点j xj
yj 8 2
例：
1 2 2000 3000 0.050 0.050 3 8
3
4 5
2500
1000 1500
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.075
0.075 0.075
2
6 8
5
4 8

一元枢纽港站布局的微分法
系统的总费用：
2 21 / 2 F C Wx [ ( x ) ( y y )] j j j j j 1
解采用的距离是平面上的几何距离，而实际的 交通网络并非如此，所求数学解没有实际意义， 只能作为下一步分析的最粗略的初始解 成本分析法实际只是一个简单的港站选址成本 比较法，除了具有上述费用计算的不足外，由 于它必须得到一个待选站点集合，又面临如何 合理划分枢纽所在区域的客货流通服务区，如 何得到待选站点初始解等问题。
满足规划区域（主要为城市）总统规划原则：
在土地利用方面与城市用地功能保持一致，并 留有发展余地，做到“新旧兼容，节省投资” 并注意减少污染，保护环境

交通枢纽港站布局的思路
在站场布局原则的指导下，根据枢纽客货适站
量的预测结果，分析影响枢纽站场布局的各相 关因素，宏观确定客货站场的总数量及其理论 分布位置，然后，参照交通部颁发的有关站级 标准和国内外枢纽站设计的有关参数，充分考 虑现状的实际情况和城市规划中可能提供或预 留的用地，综合确定客货枢纽站的布局方案。
X ik， Ykj， Z ij 0
其中Xik，Ykj，Zij表示交通量；Wk为决策变量；
Cik，Ckj，Cij为单位费用，Fk为备选港站的基建 费用；Ck为备选港站单位交通量的中转费用， M为一个相当大的正数
这种方法在理论上是非常完善的，但仍然是对
实际问题的大大简化，没有考虑枢纽站点规模 的限制、建设成本、运营费用的非线性等实际 影响因素。
q m
q m
m n
q
m
约束方程为：
X
k 1 q k 1 m
q
ik
Z ij a i
j 1 m ij
n
Y Z
kj i 1
bi
X
i 1 m
ik
Ykj
j 1
n
X
i 1
ik
M W k 0; W k 1表 示 选 中 ， W k 0 表 示 淘 汰
x C jW j x j / C jW j j 1 j 1 n n y C W y / C W j j j j j j 1 j 1
n n
特点：简单，但是它将纵向和横向坐标视为独立的变 量，与实际交通系统的情况相去甚远，求出的解往往 是不精确的，只能作为初步参考。
设在一个供需平衡的系统中有m个发生点A（i
＝1，2，3，…，m），各点的发生量为ai；有 n 个吸引点Bj ，各点的需求量为 bj ；有q个可 能设置的备选港站地址Dk 。发生点发生的交通 量可以从设置的港站中中转，也可以直接到达 吸引点。假定各备选地址设置枢纽港站的基建 投资、中转费用和运输费率均为已知，以总成 本最低为目标确定枢纽港站布局的最佳方案。
强调多交通方式的综合协调：港站的布局规划
应结合整个交通系统中的分担比率，通过交通 枢纽的布局使各种交通方式有机衔接 布局建设和管理运用并重：港站布局既要重视 发展“硬件”，建设必要的运输服务设施，又 要研究“软件”的开发设计，建立科学合理的 组织管理系统，使港站的硬、软件系统结合为 一个有机整体
第三节 运筹学模型与方法

多元枢纽港站布局的混合整数规划法
在交通枢纽的货运系统中，由于存在着货种的
差别，不同货种在枢纽内部流动的费用和对港 站布置的要求不同，因此枢纽货运港站的布局 比客运港站的布局要复杂，不确定运输也更多。 但从区域整体的角度看交通枢纽的布局，可以 从货流整体的角度来进行规划，多元枢纽港站 布局的模型应运而生。
确定港站布局原则
分析影响港站布局的因素
确定港站的个数和理论位置
结合实际和用地规划综合研究
确定港站布局方案

交通枢纽港站布局方法概述
交通枢纽港站的布局，通常采用定量计算与定
性分析相结合的方法。在规划实践中，人们最 早采用了单纯的数学物理模型，如重心法、微 分法以及交通运输效益成本分析法等。随着运 筹学、物流学的完善和发展，出现了线性规划、 整数规划、混合整数规划等枢纽布局优化的方 法

j 1
微分法需要以重心法的结果为初始解，不断迭代， 直到前后两次迭代的误差不超过设定范围，从而得 到最佳结果。

成本分析法
本分析方法是在已经具有一个枢纽港站位置的
选择集的前提下，以枢纽系统的总成本最小为 目标，通过简单的财务计算，比较最佳的位置。
假设n个交通发生点，分别具有发生量(W1,W2,…Wn)，
第二节 数学物理模型与效益成本分 析法

一元交通枢纽港站布局的重心法
原理：是一种模拟方法，它将运输中的交通发
生点和吸引点看成是分布在某一平面范围内的 物体系统，各点的交通发生、吸引量分别看成 该店的重量，物体系统的重心就是枢纽港站设 置的最佳点
数学模型
设规划区域内有n个交通发生点和吸引点， 各点的发生量和吸引量为Wj(j=1,2, ……n)，坐 标为（xj,yj）,其中 j=1,2, ……n，需设置枢纽港 站的坐标为(x,y)，枢纽系统的运输费为Cj。根 据平面物体求重心的方法，枢纽港站最佳位置 的坐标为：
P1 F1 F2 F3 吸引量 4000 4000
P2
P3 6500
P4 500 5500
适站量 7000 5500 12500
8000 8000
500 7000 6000
在F4处设置站场时的适站量分配表
P1 F1 F2 F4 吸引量 4000 4000
P2
P3 7000
P4
适站量 7000
5500 8000 8000 7000 500 6000