基于SWOT-AHP的城市快速交通规划
房瑞伟, 张谢东, 姜攀
武汉理工大学 交通学院, 武汉 430063
通讯作者:张谢东(1964-),男,教授,博士生导师.研究方向:桥梁设计理论.E-mail:whurban@163.com

作者简介:房瑞伟(1982-),男,博士研究生,工程师.研究方向:交通规划.E-mail:1371455096@qq.com

摘要

应用SWOT分析法分析了快速路自身所具有的优势和劣势,以及快速路发展所面临的机遇和威胁。在此基础上,提出城市快速交通发展战略和具体措施,并应用层次分析法(AHP)法对SWOT因素和战略措施进行定性评价以进行选择和决策,对SWOT-AHP模型进行数学描述并给出相关定义的数学表达式,对模型进行分析计算得到战略选择流程图和灵活的求解思路。最后,以武汉市快速路发展规划为例证明了本文方法的可行性。本文方法结合了SWOT法和AHP法的优点,可用于快速交通的发展规划决策。

关键词: 交通运输系统工程; 战略规划模型; SWOT-AHP分析; 快速路; 综合评价
中图分类号:U121 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2017)04-1055-06
Planning of urban rapid transportation based on SWOT-AHP analysis
FANG Rui-wei, ZHANG Xie-dong, JIANG Pan
School of Transportation, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063,China
Abstract

Strengths, Weaknesses, Opportunities and Threats (SWOT) analysis method was used to analyze the advantages and disadvantages of expressway, the opportunities and threats faced by the rapid development of expressway. Then the development strategies and measures of urban rapid transportation were proposed, and the qualitative evaluation of SWOT elements and strategic measures was carried out using the Analytic Hierarchy Process (AHP) method to make the choice and decision. Mathematical description of the SWOT-AHP model and mathematical expressions of relevant definitions were given. The model was analyzed and calculated, the flow chart of strategic decision and flexible ideas of solution were obtained. A case study of the development planning of Wuhan expressway was carried out. Results show that the proposed method is feasible, which combines the advantages of SWOT method and AHP method, and can used in decision-making of the development planning of urban rapid transportation.

Keyword: engineering of communications and transportation system; strategic planning model; SWOT-AHP analysis; expressway; comprehensive evaluation
0 引 言

SWOT分析法又称态势分析法, 它全面分析企业内部外部的有利因素和不利因素, 并与企业战略目标相结合, 是一种战略规划方法[1]。层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)是美国运筹学家Saaty提出的一种定性分析和定量分析相结合的综合评价方法, 并在交通规划中得到应用[2, 3]。其他一些方法, 如BP神经网络、TOPSIS法、熵权法等也被用于交通评价研究[4, 5, 6]。单飞等[7]建立了基于FAHP赋权和加权的灰色关联度定量评价区域交通一体化的组合评价方法。袁牧等[8]从城市规划和旅游规划的角度, 提出战略方位和战略四边形的概念, 并提出基于SWOT分析法的城市战略规划的目标规划法。Kahraman等[9]以土耳其为案例, 用SWOT分析法和层次分析法研究电子政务战略, 并进行优先级和敏感性分析。Jiang等[10]用SWOT-AHP混合模型分析中石油总公司的车辆润滑油国内外竞争因素, 并制定发展战略以赢得更多市场份额。Ding等[11]对传统雨洪管理模式和低影响开发模式在中国应用的可行性进行SWOT分析。Zavadskas等[12]在态势分析法的基础上, 用层次分析法和多准则分析得到建筑企业未来的最佳发展战略。

快速路是城市快速交通的主要组成部分, 随着城市的建设、经济社会的发展和交通需求的提高, 快速路在我国城市中越来越多出现, 其发展十分迅速, 快速交通发展战略规划研究对城市交通的发展具有重要意义。本文在现有研究的基础上, 结合SWOT分析和AHP方法, 建立了SWOT-AHP战略选择模型, 并进行求解。最后以武汉市快速路交通规划为实例, 研究了城市快速交通的发展规划问题。

1 SWOT-AHP建模
1.1 SWOT分析法模型

SWOT分析法即态势分析法, 它将研究对象的各种因素按照内外关系和利害关系进行划分, 然后以矩阵的形式列举各因素, 用系统的思想把上述各种因素进行交叉组合分析, 得出具有决策性的结论。SWOT分析是一种定性分析法, 它具有全面、系统、准确、简明的优点, 可以用于各种发展战略、计划以及对策决策等, SWOT分析矩阵如表1所示, SWOT分析的战略类型有WO战略、SO战略、WT战略和ST战略。

表1 SWOT分析矩阵 Table 1 SWOT analysis matrix
1.2 层次分析法模型

SWOT分析法是一种定性分析方法, 因此在SWOT因素分析、战略选择和战略评价的过程中结合应用AHP法, 可对研究对象进行量化分析, 减少主观影响。SWOT分析法各要素的AHP递阶层次结构如图1所示。

图1 SWOT分析递阶层次结构图Fig.1 Hierarchy structure of SWOT analysis

图1中各因素具体为:

S=s1, s2, , saW=w1, w2, , wbO=o1, o2, , ocT=t1, t2, , td1

各措施具体为:

SO=so1, so2, , soiST=st1, st2, , stjWO=wo1, wo2, , wokWT=wt1, wt2, , wtl2

战略方案为:

P=(so1* , , so* , st1* , , st* , wo1* , , wo* , wt1* , , wt* )=(SO* , ST* , WO* , WT* )(3)

且战略方案应满足下列条件:

s.t.   APASO* SO; ST* ST; WO* WO; WT* WT4

式中:abcd分别为优势、劣势、机遇、威胁的子因素个数; ijkl分别为SO战略、ST战略、WO战略、WT战略的措施个数; AP为战略方案P的效果。

1.3 SWOT-AHP建模步骤

SWOT法具有简单、直观的优势, 但是其对各因素的重要程度缺乏定量分析, 且在某种程度上对各种内外因素和利害因素造成孤立和割裂, 利用AHP法可以定量计算各因素和子因素的权重, 以及各战略措施对目标的权重或得分, 将定量分析和定性分析结合, 使SWOT分析法的结论更具有指导性。本文SWOT-AHP算法的具体步骤如下:

(1)明确规划模型的战略目标。

(2)实地调查, 查阅文献, 尽可能全面准确收集资料。

(3)进行SWOT分析, 得到研究对象内外部各利害因素, 形成SWOT分析矩阵。

(4)进行交叉组合分析, 得到具有针对性的战略类型和具体措施。

(5)进行AHP分析, 将以上各要素按图1所示得到AHP递阶层次结构, 计算各因素、措施的权重。

(6)进行战略定位, 选择合适的战略类型。

(7)进行战略措施的优选组合, 并对战略措施进行优化和检验。

(8)组织实施目标检验通过的战略规划, 目标检验未通过的战略规划进入第(2)步, 重新收集资料进行SWOT-AHP分析, 或对战略目标进行分析调整。

该模型综合了定性分析和定量分析的优势, 第(3)、(4)步为定性分析, 第(5)、(6)步为定量分析。战略规划是不断调整完善的, 战略规划实施后仍需不断跟踪检验实施情况, 当新的战略目标提出后应进行新的SWOT-AHP分析。

2 SWOT-AHP模型求解
2.1 要素权重确定

SWOT-AHP模型建立后需要对其进行求解, 各因素和措施的权重确定采用AHP方法, 该方法的相关研究较多, 此处仅作简要介绍。

建立如图1所示的SWOT递阶层次结构, 按式(1)(2)(3)定义各要素, 求满足式(4)的战略方案P。首先应建立层次分析法的判断矩阵, 准则层对目标的判断矩阵记为A, 如式(5)所示。

同理可得到子准则层具体因素对各准则的判断矩阵SWOT, 方案层各措施方案对子准则层各具体因素的判断矩阵S1, S2, …, Sa, W1, W2, …, Wb, O1, O2, …, Oc, T1, T2, …, Td。式(5)中ω ij的值可采用1-9标度法, Saaty[3]认为1-9标度法反映了大多数人的判断能力, 当标度过多时, 判断不准确而失去意义, 标度过少时对各因素重要程度反应不够精确, ω Sω Wω Oω T分别表示优势、劣势、机遇、威胁对目标的权重。

A=ωSωSωSωWωSωOωSωTωWωSωWωWωWωOωWωTωOωsωOωWωOωOωOωTωTωSωTωWωTωOωTωT5

对判断矩阵最大特征值所对应的特征向量进行归一化后, 即得到各要素的权重, 具体可用Matlab计算如下:

V, D=eigA6

ω=V:, 1/sumV:, 17

式中:V表示由矩阵A的特征向量组成的矩阵; D表示矩阵A的特征根组成的矩阵。

求得判断矩阵的最大特征值后, 可利用判断矩阵的一致性指标CI和一致性比率CR进行判断矩阵的一致性检验:

CI=λmax-mm-18

CR=CI/RI9

式中:m为判断矩阵的阶数; RI为同阶平均随机一致性指标, 其值可查表获得, 当CR< 0.1时, 就认为矩阵的一致性检验通过。

此外还应进行层次一致性检验和层次总排序, 得到各子因素和措施对目标的组合权重, 即可求得各战略措施的优先序列, 此处不再赘述。

2.2 战略定位

战略选择基于战略四边形(Quadrilateral of SWOT strategy)和战略向量(Strategic vector)的概念[10], 本文利用类似的方法进行战略定位, 以进行战略选择和决策(见图2)。其简化的使用方法是, 通过AHP定性分析得到SWOT各项权重和总力度swot, 求得图2中P点坐标swot, 见式(10)(11)。

s=i=1aωisiw=j=1bωjwjo=k=1cωkokpokt=l=1dωltlptl10

sw=s+w/2ot=o+t/211

式中:ω iω jω kω l为各因素权重; siwjoktl表示各因素的强度评分; pokptl表示各机遇因素和威胁因素的估计概率。强度评分可采用9级, 从-4依次到4, 优势和机遇为正值, 劣势和威胁为负值。估计概率从0%到100%, 表示机遇或威胁发生的可能性。

图2 SWOT-AHP分析战略定位Fig.2 Strategic positioning of SWOT-AHP analysis

求得swot后, 先根据sw确定P点位于OT轴的左侧或右侧, 然后根据ot确定P点位于SW轴的上方或下方, 以此得到SWOT战略类型, 再通过P点横坐标、纵坐标的比较, 确定是内因(SW)主导型战略还是外因(OT)主导型战略, 见式(12)(13)。

sw> 0, ot> 0SOsw> 0, ot< 0STsw< 0, ot> 0WOsw< 0, ot< 0WT12

|swotSW|swotOT13

战略强度比例ρ 决定采取扩张型战略还是防御型战略, 取值为(0, 1), 当ρ > 0.5时, 采取扩张型战略(Expand); 反之采用防御型战略(Defense), 采用式(14)计算。战略方位角θ 决定战略类型, ρ 具体对应8种战略类型[8], θ (0≤ θ ≤ 2π )采用式(15)计算。战略向量可用(ρ , θ )表示。

ρ=s×o/s×o+w×t14

θ=arctanot/sw, sw0, ot0arctanot/sw+π, sw< 0arctanot/sw+2π, sw0, ot015

3 SWOT-AHP模型用于城市快速交通发展规划
3.1 SWOT分析

本文用SWOT-AHP方法进行武汉快速交通发展战略分析。内部因素主要是武汉城市特色和武汉快速路所具有的优势和劣势等; 外部因素主要是快速路面临的发展机遇和威胁等。战略决策应扬长避短, 化不利为有利, 善于利用和转化各项因素, 每种战略虽然都有其方向性和针对性, 但也不能刻意孤立SWOT各种因素。参考武汉市历年统计年鉴、统计公报、各类规划报告等相关数据资料, 对武汉市快速交通发展战略进行SWOT分析, 结果如下:

SWOT战略分析因素

(1)优势(Strengths)

S1:大容量、安全、舒适、快速、连续无干扰, 行车体验好成本低。

S2:保护亲近滨水环境资源, 提升城市景观环境。

S3:适于多轴多核大城市, 多山水的滨水城市。

S4:立体发展, 适于密度大, 土地资源紧缺的城市。

S5:标准高, 以桥隧为主, 跨越江湖能力强。

S6:城市骨架和发展轴。

(2)劣势(Weaknesses)

W1:可达性较差, 造价较高。

W2:武汉自然社会因素制约线网布局, 增加了施工成本。

W3:施工占用现状道路, 带来阵痛, 滨水城市路网本就薄弱。

W4:武汉快速路基础较差, 规划前瞻性差, 配套不完善, 系统性差。

(3)机会(Opportunities)

O1.武汉经济迅速发展, 具备财力和需求。

O2:国家政策支持。

O3:土地制约, 环保安全要求, 形势需求。

O4:我国正大力建设快速路等。

O5:武汉正建设国家中心城市和交通枢纽。

O6:工程技术已比较成熟, 驻汉建设单位多。

(4)威胁(Threats)

T1:轨道交通的竞争。

T2:公共交通为导向的交通发展政策。

SWOT战略分析相应的战略

(1)利用机遇发挥优势(SO战略)

S1O1O6:利用资金技术资源优势, 高标准完善快速路网满足大量快速出行需求。

S2S3S6O5:结合武汉自然地理特色和空间格局, 引导武汉中心城市和枢纽建设。

S4S5O3:以高架桥隧为主, 节约用地, 发展过江过湖交通。

(2)抓住机遇克服限制(WO战略)

W1O1O2O4O5O6:抓住支持和机遇完善路网, 多式联运提高可达性。

W2O1O2O5O6:优化布局, 合理降低成本。

W3O4O5O6:抓住时机, 优化工期工序, 多方统筹降低影响。

W4O1O2O5O6:高标准统筹规划。

(3)发挥优势迎接挑战(ST战略)

S1T1T2:发挥体验好成本低优势, 和公交协同发展, 满足不同需求

(4)克服限制迎接挑战(WT战略)

W1W4T1T2:优化线网, 完善系统和配套, 协同提高可达性。

3.2 计算方法

可利用AHP方法计算武汉快速路发展的优势、劣势、机遇和威胁的权重以及具体因素的权重, 然后通过计算战略方位角选择战略类型, 并对具体战略措施进行优选组合, 然后再进一步优化, 目标检验后得到最终实施的武汉快速路发展战略措施。

建立如图1所示的SWOT-AHP递阶层次结构, 用德尔菲法咨询规划师、工程师等专家意见, 经多轮汇总及修正得到如式(5)所定义的AHP法判断矩阵ASWOT, 其中判断矩阵A的一致性检验和层次单排序见表2, 同理可进行各因素判断矩阵的计算, 此处不再详细列出。18个子因素的综合权重、强度评分、估计概率和优势、劣势、机遇、威胁的总力度计算结果见表3, 强度评分和估计概率通过咨询专家意见得到, 并经汇总平均取得一致结果, 总力度按式(10)计算。

表2 SWOT-AHP判断矩阵A Table 2 SWOT-AHP judgment matrix A
3.3 计算结果

由式(11)可得:sw=(1.976-0.191)/2=0.893, ot=(0.711-0.227)/2=0.242, 由式(12)知应采用SO战略。可由式(13)或SWOT总力度分析其战略主导类型, 由式(13)知武汉快速交通发展战略为内因主导型战略, 由总力度分析可知SO战略的优势总力度大于机遇总力度, 且SW的总力度绝对值之和也大于OT的总力度绝对值之和, 故应为内因主导型战略。

表3 SWOT-AHP因素总力度计算 Table 3 Total strength of SWOT-AHP factors

按式(14)(15)计算武汉市城市快速交通发展规划的战略向量, ρ =(1.976× 0.711)/(1.976× 0.711+0.191× 0.227)=0.970, 因此应采取积极的扩张型战略。θ =arctan(ot/sw)=arctan(0.242/0.893)=0.265 rad, 为实力型SO战略。故武汉市城市快速交通发展战略向量为(0.970, 0.265)。

3.4 战略决策和发展规划讨论

由以上计算结果分析, 武汉快速交通的发展应充分发挥自身优势, 扬长避短, 采用积极的实力型SO战略, 抓住机遇发挥优势。建议武汉应结合自身城市特色和快速路优势, 抓住我国目前大力进行基建和武汉建设国家中心城市的机遇, 具体采取如下发展策略和措施:①采用积极的快速路发展战略, 高标准建设和完善快速路网; ②注重对武汉自然地理特色的保护, 注意结合山水资源进行路网布局; ③结合城市格局、功能布局和发展方向, 布局路网, 引导城市发展建设; ④以立体的高架桥梁隧道为快速路建设主要形式, 节约用地; ⑤重点布局跨江跨湖的通道建设; ⑥与常速路网、轨道交通形成合力, 优化线网和配套, 协同发展, 满足不同需求, 提高城市交通的整体效率和路网的快速可达性; ⑦与高速公路、对外交通枢纽衔接, 打造国际综合交通枢纽; ⑧高标准统一规划、统筹管理、调整实施, 提高规划的前瞻性, 建设的合理性。

4 结束语

本文针对城市快速交通规划问题, 以武汉快速交通规划为案例, 采用SWOT-AHP分析方法, 将态势分析法与层次分析法结合, 发挥定性分析和定量评价的优势, 提出了积极的武汉市快速交通发展战略。对SWOT-AHP法的数学模型进行了定义和描述, 得到了战略选择流程图和灵活的求解思路, 提出外因主导型战略和内因主导型战略的概念, 对战略四边形和战略向量进行了统一研究, 对战略方位角的求解更为细致, 深化了现有研究, 考虑了三角函数的取值范围。限于篇幅, 本文未对武汉市快速交通发展战略提出更具体的措施, 也未进行战略目标的检验。对于SWOT-AHP法, 可以结合模糊数学进行更深层次的研究。如何保证战略措施分析的全面性, 使该法的适应范围更广泛, 计算更准确, 还有待于进一步研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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