بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزیابی فنی و اقتصادی احداث روگذر و زیرگذر در محل تقاطع راههای شریانی درجه یک با استفاده از نرم افزار Aimsun
چکیده
امروزه رشد ترافیک از یک سو و قیمت بالای زمین در کلانشهرها از سویی دیگر چالشهای جدیدی را پیشروی مسئولین برای مدیریت ترافیک قـرار داده است. این مشکلات به خصوص در نواحی تقاطع مسیرهای شریانی قابل لمس هستند. تلاش برای مدیریت ترافیک با استفاده از اصلاحات سـطحی در تقاطعها، همیشه جوابگو نبوده و نیاز به راهحلهای غیرسطحی نیز مورد نیاز خواهد بود. گذرگاههای غیرهمسـطح در تقـاطعهـای شـریانی تـاثیرات قابل توجهی را بر روی رفتار ترافیکی ایجاد میکنند. گرچه عوامل زیادی هستند که در توجیه ساخت هر نوع روگذر یا زیرگذری موثر هستند. بنـابراین اجرای یک گذرگاه غیرهمسطح به مواردی محدود میشود که در آن عوامل فنی و اقتصادی میتوانند توجیه شوند. ایـن مقالـه روشـی را بـرای توسـعه مدل ارزیابی فنی و اقتصادی ساخت روگذر و زیرگذر در محل تقاطع راههای شریانی درجه یـک بـه کمـک شـبیهسـازی نـرمافـزاری ارائـه داده اسـت. متدولوژی مقاله به سه بخش اصلی شبیهسازی نرمافزاری، ارزیابی فنی و ارزیابی اقتصادی تقسیم میشود. در بخش شبیهسازی، مـدل شـبیهسـازی بـر اساس مشاهدات و برداشتهای میدانی با استفاده از نرمافزار ایمسان ساخته میشـود و 5 سـناریوی مختلـف دیگـر بـرای بخـشهـای ارزیـابی فنـی و اقتصادی از مدل شبیهسازی شده اصلی، استخراج میگردد. در بخش ارزیابی فنی، تمامی مقادیر متغیرهای مستقل از مدلهای شبیهسـازی و کـالیبره شده در مرحله قبل بدست میآیند و در نهایت با استفاده از روش تاپسیس گزینه برتر از میان سه گزینه وضعیت فعلی، تقـاطع دارای روگـذر و تقـاطع دارای زیرگذر انتخاب خواهد شد. در بخش ارزیابی اقتصادی مقدار متغیرهای مستقل برگزیده در سال ابتدایی و سال بیسـتم احـداث گـذرگاه تمامـا از مدلهای شبیهسازی شده بدست میآیند و آنالیز سود به هزینه، احداث گذرگاه منتخب در مرحله قبلی را از نظر اقتصادی ارزیابی خواهـد کـرد. جهـت اجرای این روش، مطالعه موردی در یکی از تقاطعهای شریانی شهر مشهد انجام شده است. روش مذکور در این تقاطع اجرا و نتایج ارائه میگردد.
واژههای کلیدی: ارزیابی فنی، ارزیابی اقتصادی، تقاطع، شبیهساز
مقدمه
از آنجا که تراکم ترافیکی در راههای شهری شریانی مشکل فزاینده و ناامید کنندهای شده است، نیاز به اصلاحات شریانی برای کاهش زمان تاخیر وسایلنقلیه و افزایش ایدهآل ظرفیت، از نگرانیهای تمام استفادهکنندگان شده است. از آنجاکه تقاطعهای همسطح محدودیت ظرفیتی مشخصی دارند، تقاطعهای غیرهمسطح یکی از عواملی هستند که میتوانند به خوبی مشکل کمبود ظرفیتی را برطرف کنند. در حالت کلی اصلاحات سطحی مثل بهینهسازی زمان بندی چراغهای راهنمایی، شبکه بندی و بهسازی رویه، بهترین و ارزانترین روشهای افزایش دسترسی هستند. گرچه وقتی که همهی را حلهای سطحی مربوطه به کار گرفته شوند و باز هم مشکلات از میان نرود، آنگاه راه حل تقاطع غیرهمسطح به میان خواهد آمد.
با این حال تصمیمگیری قطعی در مورد ارتقاء یا عدم ارتقاء تقاطع همسطح به وسیله گذرگاه نیازمند ارزیابی فنی و اقتصادی دقیق است تا پس از صرف بودجه نسبتا بالا، هم مشکلات ترافیکی تقاطع برطرف شود و هم در طول عمر مفید استفاده از گذرگاه منافع ناشی از کاهش تاخیر، آلودگی، تصادفات و... از هزینه اولیه ساخت بیشتر شود. شالودهی مباحث این پژوهش به بررسی و انتخاب روشی مناسب و دقیق برای ارزیابی احداث گذرگاه در محل تقاطع راههای شریانی اختصاص داده میشود.
مقاله حاضر تحقیقی کمی است از به کارگیری گذرگاه (روگذر یا زیرگذر) در راههای شریانی. فرآیند تحقیق در این مقاله با هدف پاسخ به این سوال است که چه زمانی میتوان از زیر/روگذر در تقاطعهای شریانی استفاده کرد؟ برای پاسخ به این سوال روشی جدید پیشنهاد شده است. ارزیابی ساخت زیرگذر و روگذر در محل تقاطعها معمولا به صورت تک بعدی (ارزیابی فنی یا اقتصادی صرف) انجام میشود که این نوع ارزیابی از قابلیت اطمینان پایینی برخوردار است. در این مقاله روشی سهمرحلهای پیشنهاد شده است که میتواند به طرز مناسبی برای ارزیابیهای فنی و اقتصادی استفاده شود.
متدولوژی
اولین مرحله متدولوژی پیشنهادی شبیهسازی نرمافزاری است. برای ساخت مدل شبیهسازی شده نیاز به دادههای زیادی داریم. این دادهها را میتوان در دو گروه دسته بندی کرد: استاتیکی (ثابت) و دینامیکی (وابسته به زمان). جهت استخراج دادههای استاتیکی تقاطعها پارامترهایی نظیر عرض و تعداد خطوط عبور، مساحت تقاطع، شیب مسیر، طول قوس در رابطها و ... با برداشتهای میدانی و از عکسهای هوایی موجود در سایت اینترنتی Google Earth برداشت میشوند. دادههای دینامیکی عموما شامل پارامترهایی نظیر حجم ترافیک، ترکیب ترافیک، زمانبندی چراغها، میانگین سرعت در هر رویکرد، میزان تاخیر و طول صف، فاصله مابین وسایل نقلیه و ... هستند که با برداشت میدانی یا آمارگیری از سازمانهای ترافیکی قابل دسترسی هستند.
در مرحله دوم ارزیابی فنی احداث گذرگاه انجام میشود. برای ارزیابی فنی یک تقاطع، میزان تاخیر، سـرعت، انتشـار آلاینـدگیهـا، مصرف سوخت، هزینه و مدتزمان ساخت گذرگاه غیرهمسطح در تقاطع مهمترین پارامترهای مـد نظـر هسـتند. بـرای ارزیـابی فنـی، مقادیر پارامترهای مذکور از شبیهسازی تقاطع مورد نظر در حالت قبل و بعد از احداث گذرگاه از مدل شبیهسازی و کالیبره شده توسط نرم افزار Aimsun بدست میآیند، در پایان با وزندهی به پارامترها و استفاده از روش تاپسیس در مورد اینکه کدامیک از گزینههای کاندید شده (وضعیت فعلی، ساخت روگذر، ساخت زیرگذر) از نظر فنی قابل توجیه است، اظهار نظر میشود.
نهایتا در مرحله سوم ارزیابی اقتصادی احداث گذرگاه غیرهمسطح مدنظر است. در ارزیابی اقتصـادی، پارامترهـایی چـون تغییـرات میزان تاخیر، مصرف سوخت و آلودگی هوا در حالتهای وجود و عدم وجود گذرگاه غیرهمسطح در تقاطع بررسی میشوند. نتایج مـورد نیاز در این قسمت نیز با استفاده از خروجیهای مدل شبیهسازی شده و کالیبره شده با نرمافزار Aimsun بدست میآیند.
برای استفاده از شاخصهای اشاره شده در مدل ارزیابی اقتصادی، ارزش اقتصادی و منافع سالانهی ناشـی از تغییـر در هـر یـک از شاخصها با توجه به رشد سالانه ترافیک برای عمر مفید پروژه محاسبه شده و در مدل ارزیابی اقتصادی قـرار داده مـیشـوند. منـافع و هزینه بر اساس اصل سود هزینهی مدت دار محاسبه میشوند (یعنی منافع سالانه تقسیم بر هزینه سرمایهگذاری سـالانه بـرای ارتقـاء). برای توجیه اقتصادی ساخت یک تقاطع غیرهمسطح، یک نسبت مطلق حداقل سود به هزینهی برابر با یک مورد نیاز است. هر مقـداری بالاتر از یک باعث محکمتر شدن توجیه اقتصادی ساخت غیرهمسطح خواهد شد .(Lang & Machemehl, 1995)
برای توجیهپذیری احداث غیرهمسطح لازم است هم ارزیابی فنی و هم اقتصـادی دارای جـواب مثبـت باشـند، در غیـراین صـورت احداث گذرگاه منتفی خواهد شد.
این روش در ادامه روی نمونه مورد مطالعه برای ارزیابی فنی و اقتصادی استفاده شده و نشان داده میشود کـه آیـا ارزیـابی فنـی و اقتصادی بر اساس روش پیشنهادی روشی مناسب است یا خیر و نتایج و پیشنهاداتی بر پایهی نتایج بـه دسـت آمـده از آنـالیز منـافع و شبیهسازی ارائه میشود.
تئوری ارزیابی فنی
جهت ارزیابی فنی اعمال تغییرات در تقاطع شریانی، پارامترهای میزان مصرف سوخت، تولید آلایندهها، سرعت، زمان تاخیر، هزینـه ساخت و مدت زمان ساخت در حالات قبل و بعد از احداث زیرگذر و روگذر در تقاطع در نظر گرفته میشوند. برای اینکه تاثیر هر یک از معیارهای تصمیم بر گزینه انتخابی مشخص شود، عملیات وزندهی توسط کارشناسان ترافیک و مطالعات گذشته انجام میشود. نهایتـا به روش تاپسیس گزینه برتر از میان گزینههای پیشنهادی انتخاب شده و ارزیابی اقتصادی، روی گزینه برتر اجرا میشود.
فرایند روش تاپسیس مورد استفاده برای ارزیابی فنی در این مقاله به ترتیب زیر میباشد (مومنی :(1390
ساخت ماتریس مقادیر پارامترهای تصمیم
پارامترهای تصمیم جهت ارزیابی فنی آنچنان که در بخش 0 توضیح داده شـد، عبارتنـد از مصـرف سـوخت، انتشـار آلاینـدگیهـا، سرعت، تاخیر، هزینه ساخت گذرگاه غیرهمسطح و مدت زمان ساخت. ابتدا مقادیر هر یک از معیارهای تصـمیم را بـرای سـه گزینـهی کاندید شده (وضعیت فعلی، تقاطع دارای روگذر و تقاطع دارای زیرگذر) از خروجیهای شبیهسازی انجام شده توسط نـرمافـزار بدسـت میآوریم.
کمی کردن و بی مقیاس سازی ماتریس تصمیم
با استفاده از معادله (1-0) معیارهای تصمیم را بیمقیاس (نرمالایز) میکنیم.
(1-0)
وزندهی به ماتریس نرمال شده
وزن دهی بر اساس روش AHP انجام میشود (ابراهیمی & عسگری پور, .(1391 به این ترتیب کـه مـاتریس مقایسـات زوجـی از معیارهای تصمیم بر اساس نظرات کارشناس ترافیک تهیه شده و ماتریسی مشابه رابطه (2-0) ایجاد میشود.
برای ایجاد ماتریس مقایسات نرمال شده از رابطه (3-0) استفاده میشود.
و ماتریس رابطه (4-0) بدست میآید.
در نهایت میانگین اعداد هر سطر از ماتریس مقایسات نرمال محاسبه شده که وزن نسبی معیارهای تصمیم میباشد. با داشـتن وزن معیارهای تصمیم، آنها را در ماتریس نرمال شده ضرب میکنیم.
تعیین راه حل ایده آل مثبت و راه حل ایده آل منفی
بسته به نوع شاخص و اثر گذاری آن روی هدف تصمیم گیری، ایده آل مثبت و ایده آل منفی تعیین میشود. برای شـاخص هـایی که دارای تأثیر گذاری مثبت بر روی هدف مسئله می باشند، ایده آل مثبت، بیشترین مقدار آن شاخص خواهد بود و بالعکس.
به دست آوردن میزان فاصله هر گزینه تا ایده آل های مثبت و منفی
فاصله اقلیدسی هر گزینه از ایده آل مثبت و فاصله هر گزینه تا ایده آل منفی، بر اساس روابط (5-0) محاسبه می شود:
(5-0)
تعیین نزدیکی نسبی (CL) هر گزینه به راه حل ایده آل
بعد از یافتن فاصله های مثبت و منفی برای هر گزینه، فاصله نسبی گزینه های تصمیم گیری به کمـک رابطـه (6-0) تعیـین مـی-گردد:
رتبه بندی گزینه ها
آخرین مرحله تاپسیس رتبه بندی گزینه های پیش روی و تعیین بهترین گزینه میباشد. برای این منظور کافی است فاصله نسـبی هر گزینه، به ترتیب بزرگ به کوچک مرتب شود. در این حالت گزینهای که دارای بزرگترین فاصله نسبی نسبت به سایر گزینههـا مـی-باشد، بالاترین رتبه را به خود اختصاص میدهد.
تئوری ارزیابی اقتصادی
همانطور که اشاره شد، زمان تاخیر، میزان مصرف سوخت و آلودگی هوا سه پارامتر اصلی برای ارزیابی اقتصادی پروژه در این مقالـه هستند. عواملی که در آنالیز اقتصادی ارتقاء مسیر در این مقاله نظر گرفته شوند، آنهایی هستند که از طراحی مسیر و شرایط ترافیـک تاثیر میپذیرند. این عوامل شامل (1) هزینههای مربوط به زمان سفر و تاخیر (2) هزینههای مربـوط بـه میـزان مصـرف سـوخت و (3) هزینههای آلودگی هوا هستند. نحوه محاسبه ارزش اقتصادی هر یک موارد اشاره شده در بخش 0 توضیح داده شدهاند.
فرضیات زیر برای محاسبه میزان صرفهجویی اقتصادی در نظر گرفته میشوند :(Lang & Machemehl, 1995) (1 منافع سالانه بر اساس 250 روز کاری محاسبه میشود.
(2 عمر پروژه 20 سال در نظر گرفته میشود.
(3 فرض شده که اولین سال از دوره آنالیز با افتتاح تقاطع غیر همسطح آغاز شده است. (4 تعداد میانگین سرنشین در هر وسیلهنقلیه برابر 2 برآورد شده است.
همانطور که پیشتر اشاره شد عمرمفید پروژه 20 سال فرض شده است. به این معنی که گذرگاه پس از صرف بودجهی اولیـه بـرای ساخت، تا 20 سال نیاز به هزینههای تعمیرات و نگهداری قابل توجهی ندارد.
با داشتن مقدار ADT تقاطع در سال اول، مقادیر روزانهی زمان سفر، مصرف سوخت و آلودگی هوا در سال اول برای حالت دارای گذرگاه و بدون آن از مدل شبیهسازی شده بدست میآیند.
سپس مقدار ADT را برای ترافیک سال بیستم نیز با استفاده از رابطه (7-0) بدست میآوریم.
که در آن ADT :xt سال tام؛ ADT :x0 سال اول؛ :r درصد رشد ترافیک سالانه و :t سال طرح است.
برای محاسبه منافع حاصله در طول عمر مفید پروژه، مقادیر زمان سفر، مصرف سوخت و آلودگی هوا به منافع اقتصادی معادل تبدیل شده و تفاوت میان مقادیر سالانهی شاخصهای مورد نظر (تاخیر، مصرف سوخت، آلودگی) برای تقاطع دارای گذرگاه و بدون آن، برای سال یکم و بیستم محاسبه خواهد شد. سپس با استفاده از رابطه (8-0) مقدار منافع سالانه برای سالهای دوم تا نوزدهم نیز محاسبه میشود.
که در آن :Bn منافع سال nام؛ :B1 منافع سال اول و :Bt منافع سال پایانی طرح هستند.
برای ارزیابی اقتصادی، ارزش منافع در طول 20 سال به ارزش حال حاضر تبدیل میشوند، برای محاسبه ارزش حال حاضر از رابطه (9-0)، که به روش ارزش کنونی1 معروف است، استفاده میشود .(Lang & Machemehl, 1995)
(9-0)
×
که در آن R(t) میزان منافع بدست آمده در بازه زمانی مشخص شده، N تعداد دورهها و i نرخ میزان منافع در بازه زمانی مورد نظـر میباشد.
نرخ سود2 بانکی سالانه طبق اعلام بانک مرکزی ایران برابر با 20 درصد3 برای محاسبهی ارزش فعلی منافع در ارزیابی اقتصادی استفاده میشود.
در انتها با استفاده از منافع حاصله در طول عمر مفید پروژه و هزینهی ساخت گذرگاه غیرهمسطح، نرخ سود به هزینه با استفاده از رابطه (10-0) محاسبه میشود.
مطالعه موردی
برای اجرای تئوری توضیح داده شده، باید نمونه موردی انتخاب شود که خصوصیات اجرای تئوری مورد نظر را داشـته باشـد. بـرای این منظور یکی از تقاطعهای شهر مشهد مورد بررسی قرار گرفته است. برای انتخاب مطالعهی موردی، ابتدا نقشهی تقاطعهای شریانی شهر مشهد مشاهده شد و پس از بررسی یکسری از شروط اولیه، نمونه مورد مطالعه انتخاب شد.
خیابان خیام، به طول حدود 5,4 کیلومتر یکی از شریانیهای درجه یک شهر مشهد بوده که از یک سمت به خیابان شریانی ملـک-آباد و از سمت دیگر به آزادراه قائم محدود میشود. این خیابان تعداد 9 مسیر شریانی و جمعکنندهی مشهد را که دارای حجم ترافیـک بالا هستند به یکدیگر متصل میکند. از طرفی نیز کاربری تجاری و اداری سرتاسری این خیابان باعـث ایجـاد سـاعات پیـک و افـزایش تاخیر در تقاطعات شده است. یکی از شریانیهای درجه یک متقاطع با خیابان خیام، خیابان سجاد با طول 2,7 کیلـومتر اسـت کـه بـه دلیل کاربری مشابه با خیابان خیام و فشردگی مجتمعهای اداری و تجاری در ناحیهی تقاطع این دو خیابان، همـواره دارای تاخیرهـای بالا بوده است. در شکل 1-0 موقعیت این تقاطع نشان داده شده است.
مدل سازی و سناریوسازی
فرآیند ساخت مدل دارای سه مرحلهی اصلی شامل ساخت مـدل از وضـعیت موجـود، اعتبارسـنجی مـدل و کـالیبره کـردن مـدل میباشد. دادههای ورودی به نرمافزار در چهار بخش طبقهبندی مـیشـوند: (1 مشخصـات هندسـی؛ (2 زمـانبنـدی و تنظیمـات چـراغ راهنمایی؛ (3 تقاضای ترافیک؛ (4 سایر اطلاعات مثل مشخصات وسیله نقلیـه و راننـده و جریـان ترافیـک ( Fang & Elefteriadou, .(2005
پس از ساخت مدل از وضعیت موجود و اعتیارسنجی و کالیبراسیون آن، برای دستیابی به دادههای مورد نیاز جهت ارزیـابی فنـی و اقتصادی به ایجاد پنج سناریوی مختلف نیاز داریم. سناریوهای مورد نیاز در این مطالعه عبارتنـد از: (1تقـاطع دارای زیرگـذر بـا حجـم ترافیک سال اول، (2تقاطع دارای روگذر با حجم ترافیک سال اول، (3 تقاطع همسطح با حجم ترافیـک سـال بیسـتم، (4 تقـاطع دارای زیرگذر با حجم ترافیک سال بیستم و (5 تقاطع دارای روگذر با حجم ترافیک سال بیستم.
ارزیابی فنی
ه مانطور که قبلا توضیح داده شد ارزیابی فنی، بر اساس وزن دهی به معیارهـای تصـمیم و بـه روش تاپسـیس انجـام خواهـد شـد. معیارهای تصمیم جهت ارزیابی فنی عبارتند از: مدت زمان ساخت، هزینه ساخت، تاخیر، سرعت، انتشار آلایندهها و مصرف سـوخت. بـا توجه به روشهای توضیح داده شده در بخش 0 مقادیر معیارهای تصمیم در حالت قبل و بعد از احداث گذرگاه، از نـرمافـزار اسـتخراج میشوند. مقادیر تاخیر، سرعت، مصرف سوخت و انتشار آلایندگیها به عنوان نمونهای از خروجی مدل شبیهسازی شده و کالیبره شـده در وضعیت تقاطع دارای روگذر در شکل 2-0 نشان داده شدهاند و خروجی شبیهسازی در سایر وضعیتها به شرح جدول 1-0 میباشد.
بنا بر تحقیق کارونانایاک، ویراکون و همکاران (2013) بودجه ساخت یک زیرگذر با تعداد لاینهـای مشـخص، 1,25 برابـر بودجـه ساخت روگذر با همان تعداد خطوط میباشد. بنابراین مدت زمان و هزینه ساخت روگذر متداول با ساعت و نیـروی کـاری مشـخص، در یک تقاطع شهری به ترتیب 24 ماه و 6 میلیون دلار و برای زیرگذر با شرایط مشابه 30 ماه و 7,5 میلیون دلار در نظر گرفته مـیشـود .(Karunanayake et al., 2013)
سپس با استفاده از معادله (1-0) مقادیر معیارهای تصمیم را بی مقیاس میکنیم.
ابراهیمی و عسگریپور (1391) در تحقیق خود وزن معیارهای تصمیم را در ارزیابی احداث تقاطعهای غیرهمسطح تعیین کردهانـد که به دلیل تشابه موضوعی قابل استفاده در این مقاله میباشد. بر این اساس وزن معیارهای تصمیم بدست آمـده از مـاتریس مقایسـات زوجی با نرخ قابل قبول ناسازگاری 0,04 به ترتیب جدول 2-0 میباشند.
