基于可达性的机场外部路网分层规划方法

包丹文; 程昊; 朱婷; 田诗佳; 张天炫

doi:10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.018

基于可达性的机场外部路网分层规划方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.03.018

1.
中国民航大学机场综合交通研究所天津 300300
2.
南京航空航天大学民航学院南京 211106

基金项目:

中国民航大学机场综合交通研究所（智库）开放基金项目 20JCZHJT-1

详细信息

通讯作者:
包丹文（1982—），博士，副教授.研究方向：交通运输规划与管理.E-mail: baodanwen@nuaa.edu.cn

中图分类号: U8
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出版历程
- 收稿日期: 2020-09-29

A Method for Hierarchical Planning of Ground Access Network of Airports Based on Accessibility

1.
Airport Comprehensive Transportation Research Institute, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
2.
College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China

摘要

摘要: 机场外部路网的规划影响旅客的出行效率及体验。为提升旅客出行效率与体验，在传统路网规划方法的基础上，根据机场外部路网的不同特征，引入了机场可达性理论，提出了1种机场外部路网分层规划模型。根据机场外部路网结构特征，将机场外部路网划分为机场快速道层与机场支线道层，并给出具体定义。对于机场快速道层，以旅客加权平均出行时间为目标进行优化；对于机场支线道层，以可达性最大为目标进行优化，并使用模拟退火算法进行求解。以北京大兴国际机场外部路网为例，使用该方法进行验证，并与北京市未来规划的道路网进行了对比。实例验证表明，在路网规模的相当的情况下，该方法的机场快速道层的旅客加权平均出行时间为39 min，相较北京市总体规划减少了7.1%，规划后的机场支线道层的可达性为0.77，相较北京市总体规划提升了7.0%，较好地反映了该方法的可行性。
- 交通工程 /
- 机场外部路网 /
- 分层规划 /
- 模拟退火算法 /
- 可达性
Abstract: The planning of ground access network of airports affects the efficiency and experience of passengers.The traditional road-network planning method is used to propose a hierarchical planning of the ground access network of airports based on accessibility and different characteristics to improve travel and passengers'experience.The ground access network is divided into the highway and branch layers for their different characteristics and specific definitions.For the highway layer, the optimization aims at the weighted average travel time of passengers; for the brunch layer, the optimization aims at maximum accessibility.Meanwhile, a simulated annealing algorithm is used to solve the problem.The ground access network of Beijing Daxing International Airport is taken as a case study to verify the planning method, and the road planning for the future in Beijing is compared.The results show that the weighted average travel time of passengers at the highway layer is reduced by 7.1%, and the accessibility of the branch layer increases by 7.0%, which reflects the feasibility of this method.
- ground transportation /
- ground access network of airports /
- hierarchical planning /
- simulated annealing algorithm /
- accessibility

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图 1 机场外部路网分层规划流程

Figure 1. Hierarchical planning process of the ground access system of airports

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图 2 模拟退火流程

Figure 2. Simulated annealing process

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图 3 大兴机场快速道路网

Figure 3. Daxing airport's current highway network

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图 4 道路建设约束条件

Figure 4. Daxing airport's current brunch network

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图 5 未来大兴机场快速道层

Figure 5. Daxing Airport's future highway layer

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图 6 未来大兴机场支线道层

Figure 6. Daxing Airport's branch layer

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图 7 大兴机场备选快速道

Figure 7. Daxing Airport's alternate highway

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图 8 快速道层求解迭代过程

Figure 8. Iterative solution at the highway layer

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图 9 快速道层布设结果

Figure 9. Final layout of highway layer

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图 10 大兴机场备选支线道

Figure 10. Daxing Airport's alternate brunch roads

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图 11 支线道层求解迭代过程

Figure 11. Iterative solution at the highway layer

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图 12 支线道层布设结果

Figure 12. Final layout of the branch layer

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表 1 机场外部路网不同道路层的特征

Table 1. Characteristics of the ground access system of airports

特征指标	机场快速道层	机场支线道层
设计车速/(km/h)	80~120	60~120
通达性	直接到达	间接到达
途径节点	大型枢纽、人流密集区、高速公路交叉点等	城镇、小型枢纽、偏远住宅区等
运输环境	封闭	受其它车辆的影响

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表 2 重要枢纽点

Table 2. Huge hubs

序号	节点名称	序号	节点名称
1	大兴国际机场	10	南苑机场
2	大礼桥	11	亦庄
3	京台-廊涿	12	马家楼桥
4	大广-廊涿	13	北京南站
5	廊涿-京福	14	南沙窝桥
6	邵各庄立交桥	15	北京西站
7	涿州	16	通州
8	京石-廊涿	17	东直门
9	京台-廊沧	18	马甸桥

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表 3 一般枢纽点

Table 3. Normal hubs

序号	节点名称	序号	节点名称
19	北京站	32	化工桥
20	北京北站	33	北辛屯桥
21	双源桥	34	世纪森林公园
22	肖官营乡	35	安定镇
23	门头沟	36	徐庄桥
24	海淀	37	东湾-廊涿
25	房山	38	魏善庄
26	石景山	39	庞各庄
27	南环-廊霸	40	宫村镇
28	东环-京福	41	固安东收费站
29	四元桥	42	采育
30	永清县	43	李天桥
31	平房桥

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表 4 道路建设约束条件

Table 4. Road-construction constraints

类别	公路等级	设计车速/(km/h)	路网密度上限(km/km²)	路网密度下限(km/km²)
机场支线道	高速公路	120	0.24	0.09
	一级公路	80
	二级公路	60
机场快速道	高速公路	120	0.15	0.07
机场快速道	一级公路	80	0.15	0.07

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表 5 不同等级道路新建、改造费用

Table 5. Construction and reconstruction costs for roads of different levels

性质	新建、改造前等级	新建、改造后等级	单车道造价/ (百万元/km)
		高速公路	10
新建		一级公路	5
		二级公路	3
	一级公路	高速公路	5.2
改建	二级公路	高速公路	6.3
	二级公路	一级公路	2.6

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表 6 各重要枢纽点2025年预测OD出行量

Table 6. OD volume of huge hubs in 2025

重要衔接点	大兴机场旅客流量/ (万人/年）	重要衔接点	大兴机场旅客流量/ (万人/年）
大礼桥	110	亦庄	320
京台-廊涿	210	马家楼桥	400
大广-廊涿	340	邵各庄立交桥	350
廊涿-京福	310	南沙窝桥	380
涿州	360	北京西站	1 040
北京南站	1 200	通州	450
京石-廊涿	100	东直门	500
京台-廊沧	170	马甸桥	410
南苑机场	550

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表 7 一般枢纽点附近人口

Table 7. Population near the normal hubs

节点名称	人口/万人	节点名称	人口/万人
北京站	1.97	化工桥	1.04
北京北站	3.98	北辛屯桥	0.48
双源桥	0.61	世纪森林公园	0.46
肖官营乡	0.48	安定镇	0.66
门头沟	0.96	徐庄桥	1.04
海淀	3.03	东湾-廊涿	0.34
房山	0.67	魏善庄	0.58
石景山	3.54	庞各庄	0.49
南环-廊霸	0.54	宫村镇	0.45
东环-京福	0.32	固安东收费站	0.51
四元桥	1.01	采育	0.83
永清县	0.68	李天桥	0.30
平房桥	0.92

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表 8 未来大兴机场路网规划

Table 8. Final result of Daxing's ground access system

起点编号	起点名称	终点编号	终点名称	原道路等级	规划后等级	路段长度/km
11	亦庄	16	通州		一级公路	25.4
2	大礼桥	25	房山		高速公路	27
2	大礼桥	38	魏善庄		一级公路	21.5
1	大兴国际机场	9	京台- 廊沧	一级公路	高速公路	34
2	大礼桥	4	大广- 廊涿	一级公路	高速公路	14
2	大礼桥	12	马家楼桥	一级公路	高速公路	31.9
11	亦庄	33	北辛屯桥	二级公路	一级公路	9.7
9	京台-廊沧	35	安定镇	二级公路	一级公路	20.6
16	通州	31	平房桥	二级公路	一级公路	13.7
10	南苑机场	19	北京站	二级公路	一级公路	15.3
16	通州	36	徐庄桥	二级公路	高速公路	11.8
14	南沙窝桥	34	世纪森林公园	二级公路	高速公路	10.8
4	大广- 廊涿	41	固安东收费站	二级公路	高速公路	12.1

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表 9 大兴机场道路规划最终结果

Table 9. Final result of Daxing's ground access system

起点编号	起点名称	终点编号	终点名称	原道路等级	规划后等级	路段长度/km
1	大兴国际机场	3	京台-廊涿		一级公路	10.0
1	大兴国际机场	41	固安东收费站		高速公路	9.7
2	大礼桥	25	房山		二级公路	27.0
3	京台-廊涿	28	东环-京福		二级公路	13.6
22	肖官营乡	41	固安东收费站		二级公路	33.6
9	京台-廊沧	10	南苑机场	一级公路	高速公路	6.0
9	京台-廊沧	13	北京南站	一级公路	高速公路	12.7
10	南苑机场	12	马家楼桥	一级公路	高速公路	8.0
12	马家楼桥	15	北京西站	一级公路	高速公路	10.1
17	东直门	18	马甸桥	一级公路	高速公路	8.4
1	大兴国际机场	38	魏善庄	一级公路	高速公路	15.6

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表 10 不同方法规划后大兴机场外部路网特征

Table 10. Characteristics of different planning of Daxing's ground access

	目前大兴机场外部路网	北京市未来规划路网	本文规划后的机场外部路网
总里程/km	1990.2	2063.2	2084.1
快速道层旅客平均加权出行时间/min	48	42	39
支线道层可达性	0.60	0.70	0.77
高速公路占比	23.5	26.7	25.8
一级公路占比	53.2	56.7	48.2
二级公路占比	23.3	16.6	25.8

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表 11 不同方法规划后的新建/改造道路长度

Table 11. Lengths of new/renovated roads after planning by different methods km

	新建快速道长度	改造快速道长度	新建支线道长度	改造支线道长度	新建道路总长度	改造道路总长度
本文规划方案	10.0	44.2	83.9	16.6	93.9	60.8
北京市规划方案	25.4	79.9	47.4	94.0	72.8	173.9

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