(湖南省交通科學(xué)研究院有限公司, 湖南 長沙 410015)

0 引言

當(dāng)前公路項目設(shè)計中大都只關(guān)注技術(shù)與經(jīng)濟情況，導(dǎo)致新建公路與社會、生態(tài)之間的關(guān)系不協(xié)調(diào)[1]。因此，在公路項目的設(shè)計過程中，如何在設(shè)計階段科學(xué)、合理地選取路線方案就顯得尤為重要。

關(guān)于路線的方案比選，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量研究：寧向向等[2]針對山區(qū)公路建設(shè)特點構(gòu)建了路線比選決策指標(biāo)體系，并通過熵權(quán)法確定了決策因子權(quán)重；張志軍[3]將質(zhì)量功能指標(biāo)劃入決策指標(biāo)體系中，通過分析公路的質(zhì)量特征，對路線方案進(jìn)行優(yōu)選；趙勇等[4]結(jié)合高速公路建設(shè)特點，采用對比分析法，從定性、定量兩方面建立了高速公路環(huán)境影響的評價體系，并比選出最終路線方案。

為科學(xué)地對倘甸至祿勸一級公路岔河至崇德段2種路線方案進(jìn)行比選，本文選取了預(yù)算費用、橋隧比、施工難易等10個指標(biāo)構(gòu)建路線比選決策指標(biāo)體系，綜合模糊評價法與層次分析法的優(yōu)點，運用模糊層次分析法對指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，最終通過計算各方案的總權(quán)值來確定最優(yōu)路線。此法能夠滿足公路設(shè)計時路線方案比選的需求，為路線方案的確定提供理論依據(jù)。

1 路線方案概況

昆明市尋甸倘甸至祿勸一級公路工程項目是嵩待高速公路和昆武高速公路的橫向連接線，也是昆明市北部地區(qū)“三縱兩橫一環(huán)”中重要的一橫。根據(jù)前期地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，影響岔河至崇德段路線走向的主要因素有：地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模、崇德工業(yè)園區(qū)規(guī)劃及環(huán)保問題。根據(jù)控制因素初步擬定K、D 2條線路，K線沿掌鳩河邊布線，D線設(shè)隧道穿越山梁。

K線方案：起于上六科對面山坡，掌鳩河輸水管道南側(cè)(K58+556.66)，順普渡河右案布線，設(shè)橋分別跨越掌鳩河輸水管道及普渡河；經(jīng)平田村，于K63+387設(shè)10×30 m大橋跨至掌鳩河左岸鐵礦廠，止于板橋村南側(cè)(K70+940)，路線長12.383 34 km。

D線方案：起于上六科對面山坡，掌鳩河輸水管道南側(cè)(K58+556.66)，順普渡河右案布線，設(shè)岔河長隧道穿越山梁至鐵礦廠對門，路線順掌鳩河右岸布線，過新房子電站生活區(qū)；止于板橋村南側(cè)(K70+940)，路線長11.445 04 km，較K線短0.938 3 km。

2 模糊層次分析決策理論

2.1 模糊互補判斷矩陣的構(gòu)建及權(quán)重的確定

2.1.1模糊互補判斷矩陣的構(gòu)建

采用模糊層次分析法的時候，一般采用某個因素對比其它因素的相對重要性來對2個因素進(jìn)行重要性的定量判斷，將各因素兩兩進(jìn)行對比得到矩陣A=(aij)n×n，并判斷其是否具有以下2種性質(zhì):

1)aij=0.5(i=1，2，…，n);

2)aij+aji=1(i=1，2，…，n;j=1，2，…，n)。

如果矩陣滿足以上性質(zhì)要求，那就稱這個矩陣為模糊互補判斷矩陣。為了定量描述各指標(biāo)的重要程度，常用的方法是用0.1～0.9標(biāo)度法來標(biāo)定指標(biāo)之間的相對重要程度[5],其標(biāo)度含義見表1。

表1 標(biāo)度法中數(shù)量標(biāo)度含義標(biāo)度定義說明0.5同等重要兩因素相對比,同等重要0.6稍微重要某個因素與另一個因素相比,稍微重要0.7明顯重要某個因素與另一個因素相比,明顯重要0.8重要得多某個因素與另一個因素相比,重要得多0.9極端重要某個因素與另一個因素相比,極端重要0.1、0.2、0.3、0.4反比較若因素ai與aj相比較得到rij,則因素aj與ai相比較得到的判斷為rji=1-rij

以上面的數(shù)字為標(biāo)度依據(jù)，對a1，…，an等因素進(jìn)行對比取值，得到模糊互補矩陣如式(1)所示：

(1)

2.1.2判斷矩陣權(quán)重的確定

對模糊判斷矩陣A按行求和：

并進(jìn)行如下的數(shù)學(xué)代換：

可以求得一致性矩陣R=(rij)n×n，且排序向量ω=(ω1，ω2，…,ωn)T滿足式(2):

(2)

2.2 模糊互補判斷矩陣一致性檢驗方法

如果Ak(k=1，2，…,n)的一致性可以接受，那么綜合判斷矩陣一致性也一樣能夠接受。其中權(quán)重向量可按如下形式表達(dá)[7]:

W=(W1，W2，…，Wn)

(3)

式中:

(4)

3 路線方案比選分析

3.1 路線方案綜合評價體系建立

路線方案比選的指標(biāo)有很多，大致可分為定性及定量指標(biāo)。入選路線方案評價體系的指標(biāo)應(yīng)該具有代表性，并不是越多越好，根據(jù)岔河至崇德段公路建設(shè)工程實際，選取經(jīng)濟性、技術(shù)性、社會及環(huán)境與工程影響指標(biāo)構(gòu)建路線綜合評價體系，各級指標(biāo)具體劃分如表2所示。

表2 路線方案評價指標(biāo)體系指標(biāo)體系目標(biāo)層A指標(biāo)體系子目標(biāo)層B指標(biāo)體系指標(biāo)層C備注路線綜合評價體系A(chǔ)經(jīng)濟性指標(biāo)B1技術(shù)性指標(biāo)B2社會及環(huán)境評價指標(biāo)B3工程影響指標(biāo)B4路基土石方量C1預(yù)算費用C2橋隧比C3平曲線最小半徑C4最大縱坡C5平面交叉C6社會影響分析C7生態(tài)環(huán)境影響C8施工條件及難易程度C9地質(zhì)條件C10定量分析定性分析

由表2可知，體系中既有定量指標(biāo)，如預(yù)算費用、橋隧比等，又有定性指標(biāo)，如生態(tài)環(huán)境影響、地質(zhì)條件等，避免了評價體系產(chǎn)生過強的主觀性。指標(biāo)層的10個評價指標(biāo)既考慮了方案的經(jīng)濟性與技術(shù)性，又考慮了其與自然環(huán)境的和諧性，兼顧了線型選擇時技術(shù)與經(jīng)濟的關(guān)系。

3.2 路線方案比選

3.2.1指標(biāo)賦值

根據(jù)建立的岔河至崇德段路線方案比選評價體系，參考設(shè)計文件對K線與D線的經(jīng)濟、技術(shù)性指標(biāo)進(jìn)行定量分析，并邀請行業(yè)專家對社會評價與工程影響指標(biāo)進(jìn)行打分，分值范圍為0～1，分值高代表該方案本項指標(biāo)較優(yōu)。2種方案的指標(biāo)賦值如表3所示。

由表3可知，專家對D線的環(huán)境及工程影響評價均高于K線，這是由于K線占用土地、房屋拆遷較D線多，且崇德壩子為良田，對當(dāng)?shù)鼐用裆钣绊戄^大，K線對地方道路及新房子電站35 kV輸送線干擾段落較長，橋梁隧道較多，施工難度也更大。

表3 路線方案綜合賦值表路線路線方案綜合評價經(jīng)濟性指標(biāo)技術(shù)性指標(biāo)環(huán)境評價指標(biāo)工程影響指標(biāo)路基土石方量/(1 000 m3)預(yù)算費用/萬元橋隧比/(m·km-1)平曲線最小半徑/m最大縱坡/%平面交叉/處社會影響分析/分生態(tài)環(huán)境影響/分施工條件及難易程度/分地質(zhì)條件/分K線2 443.68469 531.854 7350.230 222513.320.40.40.30.4D線1 310.62575 405.956266.062 84260.75.020.60.60.70.6

由于表3定量指標(biāo)的單位制是不同的，因此需對其進(jìn)行無量綱處理，無量綱公式如式(5):

(5)

對于路基土石方量、橋隧比等指標(biāo)，其值越低反而代表方案越優(yōu)，故對此類指標(biāo)賦值進(jìn)行交換，從而得到路線方案評估如表4所示。

表4 路線方案綜合評估表路線路線方案綜合評價經(jīng)濟性指標(biāo)技術(shù)性指標(biāo)環(huán)境評價指標(biāo)工程影響指標(biāo)路基土石方量預(yù)算費用橋隧比平曲線最小半徑最大縱坡平面交叉社會影響分析生態(tài)環(huán)境影響施工條件及難易程度地質(zhì)條件K線0.350.520.430.510.600.500.400.400.300.40D線0.650.480.570.490.400.500.600.600.700.60

3.2.2指標(biāo)權(quán)重計算

邀請4位道路設(shè)計方面專家對各項評價因素進(jìn)行對比分析，并構(gòu)建判斷矩陣，具體過程如下：

1) 目標(biāo)層-子目標(biāo)層判斷矩陣。

計算得出權(quán)重向量為：W=(0.2830.225 0.2500.242)，同時A和W相容性指標(biāo)計算結(jié)果：I(A，W)=0.065，<0.1，故A是滿意一致的，權(quán)重W的分配是正確的。

2)子目標(biāo)層-指標(biāo)層判斷矩陣。

① 經(jīng)濟性模糊判斷矩陣為：

② 技術(shù)性模糊判斷矩陣為：

③ 社會及環(huán)境評價指標(biāo)模糊判斷矩陣為：

④ 工程影響指標(biāo)模糊判斷矩陣為:

綜上所得，層次C總排序權(quán)值如表5所示。

由表5可知，目標(biāo)層中經(jīng)濟性指標(biāo)權(quán)重最大，為0.283，子目標(biāo)層中施工條件及難易程度指標(biāo)權(quán)重最大，為0.145。

表5 層次C總排序權(quán)值子目標(biāo)層權(quán)值指標(biāo)層權(quán)值權(quán)值總排序C1 0.2670.076B1 0.283C2 0.3830.108C3 0.3500.099C4 0.3670.083B2 0.225C5 0.3330.075C6 0.3000.067B3 0.250C7 0.5500.138C8 0.4500.112B4 0.242C9 0.6000.145C10 0.4000.097

3.2.3方案比選

綜上所述，將路線方案綜合評估表與總排序權(quán)值表進(jìn)行模糊判斷，得到2種方案的評分情況如表6所示。

表6 方案評分對比表基礎(chǔ)層指標(biāo)層次C總排序權(quán)值K線D線C10.0760.350.65C20.1080.520.48C30.0990.430.57C40.0830.510.49C50.0750.60.4C60.0670.50.5C70.1380.40.6C80.1120.40.6C90.1450.30.7C100.0970.40.6

根據(jù)表6計算可知，K線方案的最終評分為0.428 46，D線方案的最終評分為0.571 54。從評分結(jié)果上看，D線方案的設(shè)計較好，因此將D線方案選為岔河至崇德段的最優(yōu)路線設(shè)計方案。

4 結(jié)論

本文基于模糊層次分析法，選取技術(shù)、經(jīng)濟、社會及工程影響4大指標(biāo)，對岔河至崇德段路線K線和D線2種方案進(jìn)行了分析計算，得到了以下結(jié)論:

1) 通過層次分析法對各指標(biāo)權(quán)重的計算結(jié)果可知，路線方案評估指標(biāo)中經(jīng)濟性指標(biāo)所占權(quán)重最大，為0.283，是影響路線設(shè)計走向的首要因素，其次是環(huán)境評價、工程影響指標(biāo)，技術(shù)性指標(biāo)所占的權(quán)重最小，為0.225，對路線走向的影響作用最小。

2) 通過2種方案總評分的計算結(jié)果可知，D線方案評分較高，大于K線的評分，因此，岔河至崇德段路線的最終走向方案是D線。與原設(shè)計文件中的推薦方案一致。

3) 采用模糊綜合評價法對公路工程可行性研究階段路線方案進(jìn)行比選，以數(shù)值量化與評分相結(jié)合的方式對其進(jìn)行比較，能減少人為因素的主觀判斷，并直觀地得出評價結(jié)果，可為同類型公路路線方案比選提供參考。