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1、西北工业大学轻轨线路设计及其建成模型编程：王泽；建模：李华东；论文设计：杜春林（西北工业大学 航空学院 飞行器设计与工程）摘要 西北工业大学长安校区位于长安区秦岭北麓下，距离草堂科技产业基地5.7公里，距离三星半导体产业基地12.1公里，附近还有西安建筑科技大学、明德学院等高校，人口流量巨大。单就西北工业大学而言，目前学校实行两校区运营机制，每天都有大量的教工与学生由于上课、实习等原因往返于新老校区之间，学校为此已经购入校车20辆，日均接送师生在1200人次以上，耗费极大；且由于交通拥堵，单趟运营时间也从几年前的50分钟增加到1小时以上，消耗了师生大量的时间与精力，对学校的教学、科研、学生培养
2、、交流等产生了不小影响。相信随着轻轨的建成，在方便师生的同时，必将对西北工业大学的教育教学、科学研究等产生深远的影响。关键词: 轻轨线路 ，客流量，费用预算，综合效益。一、 问题重述:1.0 规划线路中西留村沿正太、西太路一线通至草堂科技产业基地。其间西太路线路距西北工业大学长安校区最短距离约3.8km，现在要在西留村至草堂科技产业基地两站点间选定一点，支路直通至西北工业大学长安校区。请从线路中标定一点，设计出一条线路。1.1 计算该线路采用地面与高架两种方式铺设的费用。费用主要包括民房拆迁，征地与工程建设等费用。可参考其它地方修建的相关费用，并结合实地考察。最后给出费用最小的道路及施工方式，
3、费用预算。1.2 该线路一旦修建成功，预测其给全校学生带来的便利，对学校交通费用产生的直接影响。以及对学校教学、科研、学生培养等综合效益的影响。1.3 还有什么可以研究的问题？你有何建议？（例如：运营方式的建议）问题分析： 轻轨的轨道有地面线、高架线与地下线三种形式,其土建费的比例大致是1 : 2 : 3.4.影响工程造价的主要因素是设备费与土建费两大部分。根据我国实践, 前者约占工程总投资的25 30 % ,后者占35 4 5 %。 综合提出的问题与西北工业大学长安校区环境条件、人为背景、便利条件、以及轻轨的造价与适合的条件，我们分析了影响与决定整个工程的环境因素、人为因素、路线因素以及资金
4、因素。环境因素 西工大长安校区周围土质为距今约3.5亿2亿年的石炭系岩层，分布于周至、户县一线秦岭山地，有砂岩及少量火山喷发岩。 施工时对环境的破坏损失，施工时对环境的污染程度，环境的方便与质量（地面平整与软硬程度）。人为因素 居民的迁移可行性，与居民经济上与施工噪音以及轻轨运行噪音的协调与沟通（协调不好会影响工程的进行，造成损失，减少工程的可行性）。路线因素 设计的路线与共路的距离长远，决定材料来源的方便程度之一，选择与公路较近比较方便，可以节省更多运费，节省时间，减少施工难度。资金因素 路线设计的合理性，决定资金的消耗程度，设计应当合理，人性化，考虑对其他客运的影响与冲突。问题一 西工大新
5、校区的地质根据实地勘察与测量，考虑到居民区的房屋比较多，应尽量避开居民区，从而减少拆迁与与居民的冲突以及轻轨建设过程与运行过程产生的噪音以及污染对居民的影响。二 、基本假设：2.0 假设在在预期时间内西工大周围人口数量保持不变。2.1 假设天气影响施工损失以及与居民产生冲突造成延期与损失忽略。2.2 假设此段土质均匀相同，采用同一种施工方法。三 、符号说明3.0 L1、L2、L3 为轻轨的总长度；3.1 i 为居民区；3.2 X 地面轻轨每公里的造价；3.3 U 每平方米的拆迁所需总费用（包括赔偿费）；3.4 W 为轻轨造价总费用；3.5 W1 设备费；3.6 W2 征地费；3.7 W3 土建
6、费；四 、模型建立问题一4.10根据题目要求，在西留村至草堂科技产业基地两站点间选定一点，考虑到经济性与实效性，应该选择比较接近公路地段，才能使交通方便、轻轨更容易建造，所以选择西留村至草堂科技产业基地两站点间的路线与秦岭东八路交点处为起点，建立直角坐标系，如图1.0。图1.0 建立坐标系以西留村至草堂科技产业基地两站点间的路线与秦岭东八路交点为原点O，正东方向为X轴方向，正北为Y轴方向，因为西工大新校区正北有一条街，不易建站，又考虑路线最短，因此以西工大西北角为终点站（图1.0所示）。设红色虚线范围为i（居民区i包括1、2、3、4、5、6、7）。 连接起点与终点站，与1与2交l1与l2 （l
7、1与l2为居民区与轻轨相交的长度）两条线段，而与其他居民区不相交，因此只考虑居民区1与2的情况，从而简化了问题。只考虑：方案一 与1与2不相交；方案二 与1相交；方案三 与2相交；根据这四种条件，从而得出最优解。又因为这四种情况的设立对方案四 与1与2相交；秦岭东八路段1.84公里段影响很小，基本可以忽略，因此把原点O向东秦岭东八路段1.84公里段固定不变路段末为P点，因此OP=1.84 km只考虑P到终点站M的距离，更把问题简化了，于是把P点为一个起点，考虑PM段的四种可能模型。由图知又OP与OM不平行，连接PM与2不相交，因此方案四可以舍去，考虑方案一、方案二、方案三。问题二4.11所在区
8、域工业用地最低出让价格为11.2万元/亩。出让价格与征地价格是有严格区别的，征地价格是指从农民手中获得土地时要支付的地价款。土地报批后，给财政上交相应税费，交纳征地社会保障金，同时还要进行配套建设，如供水、供电、供气、修路等一系列基础工作，才能形成企业可以进驻投资生产的用地。此时将地交给企业所收取的综合费用才是土地出让价格，在这个成本中给农民支付征地款只占其中的一部分。房屋拆迁价格评估计价方法房屋评估计价方法：以房屋建筑总面积（平方米）、按测定的重置单价计算房屋重置完全价值（原值），根据评估的房屋新旧程度，计算房屋现值（净值）。其计算公式如下：1房屋重置完全价值（原值）房屋建筑总面积房屋重置单
9、价房屋的增减价值2房屋现值（净值）房屋重置完全价值（原值）评估的房屋新旧程度（）3房屋应提折旧房屋重置完全价值（原值）房屋现值（净值）4年折旧额房屋重置完全价值（原值）（1残值率）耐用年限5年折旧率年折旧额房屋重置完全价值（原值）1006尚可使用年限房屋的耐用所限评估的房屋新旧程度（）。根据摘要信息以及问题一的模型建立条件，计算总费用主要分为高架轻轨费用加上地面轻轨费用，其总费用分为设备费、征地费以及土建费。问题三4.12 根据修建的线路，综合西工大长安校区实际情况，结合西工大每天师生往返人流量，预测出该线路给全校学生带来的便利，对学校交通费用产生的直接影响。以及对学校教学、科研、学生培养等综
10、合效益的影响的数学模型。问题四4.13 此问题要结合西工大长安区实际情况，分析每天的运营情况以及学生流量与教师流量，还要考虑寒暑假以及国家法定假日与周末。从而得出更准确的结果。模型一4.20 轻轨路权主要分为三种：C级：路轨沿著道路铺设、与一般道路混合行驶。B级：同C级，但有优先通行权；通常利用交通信号先行通过。A级：拥有自身的路线，且与一般道路分离；通常利用高架或地下化。现在不少轻轨系统都是两者的混合，但由于C、B级对交通影响较大，有减少的趋势。 所以在OP段采用高架比较合适；根据问题分析，得出四种模型图，如图1.1、图1.2、图1.3、图1.4所示四种方案。方案一：图1.1通过在A及A处设
11、拐点,使得线路与1与2不相交得出L1=OP+PA+AA+AA(其中OP=1.84 km）方案二：图1.2通过在B处设拐点,使得与与2不相交L2 = OP+ PB + BB(其OP=1.84km） PB与2交于l（居民区与轻轨相交的长度）。方案三：图1.3通过在C处设拐点,使得与与1不相交L3= OP + PC + CCCC相交于l（居民区与轻轨相交的长度）。模型二4.30根据模型一：图2.0如图2.0得通过在A及A处设拐点,使得线路与1与2不相交得出L1= OP + PA + AA+AA(其中OP =1.84 km）计算出OP高架轻轨费用加PA+AA+AA段费用即可。即；总价：W=W1（设备费
12、）+W2（征地费）+W3（土建费）;土建费：W3 = Wh（高架轻轨土建费）+Wd（地面轻轨土建费）;模型三4.40 有关校车情况西北工业大学每月在校车上的成本投入至少为526682元，每年至少需在校车方面投入6320185元。金龙牌XMQ6119Y3式客车报价454000元，只在校车购买方面就已至少花费908万元（没有计算各类杂税，只是按校车报价做简单乘法）。而实际运作方面，校车的效率也不及公共汽车，所以我们以公共汽车的日常运作成本为基数推算得校车的日常运作成本。西工大校车运营情况：经统计2014年10、11、12月份情况月均刷卡次数36750次（包含教职工与学生）日均刷卡1225次对半折返
13、后，日均拉出工大人数613次。第 页五 、模型求解模型一方案一：实际测量得： PA + AA+ AA=2.07 （km） L1 = OP +（PA+AA+AA） = 1.84 + 2.07 = 3.91 （km）此方案不考虑拆迁居民楼。方案二：实际测量得： L2 = OP + PB + BB = 1.84 + 2.05 = 3.89 （km）PB与2交于l=0.314（居民区与轻轨相交的长度）。由于房屋的不规则性，测量得需要拆迁的面积S=20000 m2因此相对于方案一L = L2 - L1 = 0.02 （km）轻轨L的长度花费的费用W1 = L * K1(每公里地面轻轨的造价为120000
14、00元/千米) = 0.02 * 12000000 = 240000（元） = 24（万元）拆迁所需要的费用：W2 = S(拆迁的面积) * U(拆迁费=3500元/平方米） = 20000 * 3500 （元） = 7000（万元）显然 W2W1因此方案二舍掉。方案三：实际测量得： L3 = OP + PB + BB = 1.84 + 2.06 = 3.90 （km）PB与2交于l=0.134（居民区与轻轨相交的长度）。由于房屋的不规则性，测量得需要拆迁的面积S=3700 m2因此相对于方案一L=L2-L1=0.01 （km）轻轨L的长度花费的费用W1 = L * K1 (为每公里地面轻轨的造价=12000000元/千米) = 0.01 * 12000000 = 120000（元）
