بهینه‌سازی یکپارچه تخصیص تراکم و کاربری زمین و طراحی شبکه حمل‌ونقل عمومی- موردپژوهی: منطقه 22 تهران

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه شهرسازی، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم‌وصنعت ایران، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم‌وصنعت ایران، تهران، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده شهرسازی، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران

5 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم‌وصنعت ایران

چکیده

با توجه به شواهد موجود از برهم‌کنش میان دو حوزه برنامه‌ریزی شهری و حمل‌ونقل شهری و هم‌افزایی بالقوه ناشی از تصمیم‌گیری یکپارچه این دو حوزه در راستای دستیابی به اهداف توسعه پایدار شهری، در این پژوهش مسئله تخصیص بهینه تراکم و کاربری و مکان‌یابی ایستگاه‌ها و کریدور حمل‌ونقل عمومی در قالب یک مسئله بهینه‌سازی ریاضی یکپارچه با اهداف چندگانه مدل‌سازی شده است. اهداف مدل با توجه به مبانی توسعه مبتنی بر حمل‌ونقل عمومی، عبارتند از: بیشینه‌سازی تراکم سکونت و فعالیت تخصیص یافته به نواحی مجاور ایستگاه‌های حمل‌ونقل، کمینه‌سازی فاصله شاخص اختلاط کاربری از مقدار مطلوب و کمینه‌سازی هزینه‌های احداث سامانه حمل‌ونقل عمومی. متغیرهای تصمیم مدل شامل کاربری و تراکم تخصیص یافته و مکان‌یابی ایستگاه‌ها و مسیرهای بهینه سامانه حمل‌ونقل عمومی هستند و محدودیت‌هایی در قالب الزامات توسعه سامانه حمل‌ونقل، عدم مغایرت اساسی با طرح‌های شهری فرادست و محدودیت‌های زیست‌محیطی به مدل افزوده شده است. به منظور حل مدل و تبدیل آن به یک مدل بهینه‌سازی تک هدفه از رویکرد نیل به آرمان استفاده شده است. مدل و رویکرد پیشنهادی در نمونهای موردی در منطقه 22 تهران پیاده‌سازی و نتایج آن تحلیل شده است. نتایج نشان میدهد که برنامهریزی همزمان کاربری و حملونقل میتواند به بهبود توام پوشش جمعیت، فعالیت و اختلاط کاربری در عین حفظ رقابتپذیری هزینهای بیانجامد. گزینه انتخابی  از مجموعه پاسخهای پارتویی مدل نشاندهنده بهبود 12.2 و 20.6 درصدی پوشش جمعیت و فعالیت و 10.2 درصدی  اختلاط کاربری نسبت به متوسط گزینههای خبرگان در عین  افزایش تنها 2.5 درصدی هزینه به نسبت متوسط هزینه پیادهسازی گزینههای خبرگان است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Integrated Land-Use Allocation and Transit Network Design Problem -Case Study: Tehran’s 22nd Region

نویسندگان [English]

  • Bahram Aminzadeh-Goharrizi 1
  • Armin Jabbarzadeh 2
  • Saeed Rastegar 3
  • Mehrdad Rahmani 4
  • Babak Aminzadeh-Goharrizi 5
1 Associate Professor, Faculty of Architecture and Urabn Development, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Assitant Professor, Department of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 PhD Candidate, Department of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
4 PhD Candidate, School of Urban Planning, University of Tehran, Tehran, Iran
5 Ph.D. Candidate, Department of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Due to interactions between land-use and transportation and potential synergies of integrated urban land-use and transit planning, in this paper an integrated land-use allocation and transit network design problem is modelled as a multi-objective optimization problem. The objectives of the model include maximizing population and activity coverage of the transit corridor, optimizing land-use diversity and minimizing total costs of transit corridor implementation. Decision variables include land-use and density allocated to each block and the location of the stations and links of the transit corridor. Furthermore, several constraints for environmental issues and maximum allowable population and activity for each neighbourhood have also been incorporated into the model. The resultant multi-objective mixed integer non-linear model is transformed into a single objective mixed integer linear programming model using goal attainment approach and a number of linearization techniques. The resultant approach is applied to a real case study in Tehran’s 22nd region and the results are analysed. The results show that the proposed model on average improves population coverage by 12.2 percent, activity coverage by 20.6 percent and land-use diversity by 10.2 percent while mainaing its cost competitiveness (with an average 2.5 percent increase in total costs).

کلیدواژه‌ها [English]

  • land-use planning
  • Transit Planning
  • Sustainable Urban Planning
  • Transit Oriented Development (TOD)
  • Multi-Objective Optimization (MOP)
-Bernick, M. and Cervero, R. (1997) “Transit Villages in the 21st Century”, New York: McGraw-Hill.
-Bertolini, L., Curtis, C. and Renne, J.L. (2009) “Introduction, in Transit Oriented Development: Making It Happen”, Surrey: Ashgate.
-Burggraeve, S., Bull, S., Vansteenwegen, P., and Luspy, R., (2017) “Integrating robust timetabling in line plan optimization for railway systems”, Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Vol. 77, pp. 134-160.
-Bussieck, M., Lindner, T., and Lübbecke, M., (2004) “A fast algorithm for near cost optimal line plans”, Mathematical Methods of Operations Research, Vol. 59, No. 2, pp. 205-220.
-Canca, D., De-Los-Santos, A., Laporte G., and Mesa, J. (2016) “A general rapid network design, line planning and fleet investment integrated model”, Annals of Operations Research, Vol. 246, No. 1-2, pp. 127-144.
-Chen, M., Huang, Z., and Zhang, M. (2012) “A GIS Based Model for Land Use and Transit-Integrated Corridor”, 12th International Conference of Transportation Professionals, Beijing: 3-6 August 2012.
-Cipriani, E., Gori, S., and Petrelli, M. (2012) “Transit network design: a procedure and an application to a large urban area”, Transportation Research Part C, Vol. 20, No. 1, 2-14.
-Claessens, M.T., Van Dijk, N.M., and Zwaneweld, P.J. (1998) “Cost optimal allocation of rail passenger lines”, European Journal of Operational Research, Vol. 110, No. 3, 474-489.
-Dantzig, G., Harvey, R., Lansdowne, Z., Robinson D., and Maier, S. (1979) “Formulating and solving the network design problem by decomposition”, Transportation Research Part B, Vol. 13, No. 1, pp. 5-17.
-Fan, W. and Machemehl, R. (2004) “Optimal transit route network design problem: algorithms, implementations, and numerical results”, Center for Transportation Research, University of Texas, Austin.
-Farahani, R. Z., Miandoabchi, E., Szeto, W. and Rashidi, H. (2013) “A review of urban transportation network design problems”, European Journal of Operational Research, Vol. 229, No. 2, pp. 281-302.
-Gembicki, F. and Haimes, Y. (1975) “Approach to performance and sensitivity multiobjective optimization: The goal attainment method”, IEEE Transactions on Automatic control, Vol. 20, No. 6, pp. 769-771.
-Goerigk, M. and Schmidt, M. (2017) “Line planning with user-optimal route choice”, European Journal of Operational Research, Vol. 259, No. 2, pp. 424-436.
-Grant, J. and Tsenkova, S. (2012) “New Urbanism and Smart Growth Movements”, International Encyclopedia of Housing and Home, San Diego: Elsevier, pp. 120-126.
-Hsieh, S., Schuler, N., Shi, Z., Fonseca, J., Merechal F. and Schlueter, A. (2017) “Defining density and land uses under energy performance targets at the early stage of urban planning processes”, Energy Procedia, Vol. 122, pp. 301-306.
-Khanzad, I., Seyedabrishami, S.,  Nazemi, M. and Zarrinmehr, A. (2018) “Transit Network Design Problem: An Expansion of the Route Generation Algorithm”, Advanced Concepts, Methodologies and Technologies for Transportation and Logistics, Vol. 572, Cham: Springer.
-Lee, D. and Oh, K. (2012) “A development Density Allocation Model Based on Environmental Carrying Capacity”, International Journal of Environmental Science and Development, Vol. 3, No. 5, pp. 486-490.
-Li, J., Guo X., and Hu, T. (2016) “Station Planning Model of a Transit Vllage around a Subway”, COTA International Conference of Transportation Professionals, Shanghai: 6-9 July, 2016.
-Lin, J. and Gau, C. (2006) “A TOD Planning Model to Review the Regulation of Allowable Development Densties around Subway Stations”, Land Use Policy, Vol. 23, No. 3, pp. 353-360.
-Ma, X., Chen, X., Li, X., Ding, C., and Wang, Y. (2018) “Sustainable station-level planning: An integrated transport and land use design model for transit-oriented development”, Journal of Cleaner Production, Vol. 170, pp. 1052-1063.
-Oh, K., Jeong, Y., Lee, D., Lee, W., and Choi, J. (2005) “Determining Development Density Using the Urban Carrying Capacity Assessment System”, Landscape and Urban Planning, Vol. 73, No. 1, pp. 1-15.
-Pacheco, J., Alvarez, A., Casado, S., and González-Velarde, J. (2009) “A tabu search approach to an urban transport problem in northern Spain”, Computers and Operations Research, Vol. 36, No. 3, pp. 967–979.
-Schöbel, A. and Scholl, S. (2005) “Line planning with minimal traveling time”,  ATMOS 2005-5th Workshop on Algorithmic Methods and Models for Optimization of Railways, Wadern: 7 October 2005.
-Steenbrink, P. (1974) “Transport network optimization in the Dutch integral transportation study”, Transportation Research, Vol. 8, No. 1, pp. 11-27.
-Waddell, P. (2011) “Integrated land use and transportation planning and modelling: addressing challenges in research and practice”, Transport Reviews, Vol. 31, No. 2, pp. 209-229.
-Yu, C. and Li, H. (2000) “A robust optimization model for stochastic logistic problems”, International Journal of Production Economics, Vol. 64, No. 1-3, pp. 385–397.
-Zhao, F. (2006) “Large-scale transit network optimization by minimizing user cost and transfers”, Journal of Public Transportation, Vol. 9, No. 9, pp. 107-129.
-بوم‌سازگان پایدار )1386( "طرح جامع شهر تهران: خلاصه گزارش"، وزارت راه و شهرسازی: تهران.
-رنجی، ح.، عرفانی، ج.، حق‌گو، ن. و قیومی، ز. (1392) "بررسی ویژگی‌های جمعیت و مسکن در مناطق 22گانه شهر تهران در سرشماری عمومی نفوس و مسکن 1390 و مقایسه آن با سال 1385"، پژوهشکده آمار: تهران.
-قریب، فریدون (1394) "شبکه ارتباطی در طراحی شهری"، انتشارات دانشگاه تهران: تهران.
-مرکز آمار ایران )1396( "نتایج تفصیلی سرشماری عمومی نفوس و مسکن 1395"، مرکز آمار ایران: تهران.