客運(yùn)專線預(yù)制梁場選址綜合評價決策模型研究與應(yīng)用

劉輝

（中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司 工程師，湖南 長沙 410004）

我國鐵路客運(yùn)專線建設(shè)已取得了舉世矚目的成就?？瓦\(yùn)專線具有高平順、高精度、小沉降、少維修的要求，因此，客運(yùn)專線鐵路建設(shè)中更多采用以橋代路的方案[1]。通過建立客運(yùn)專線鐵路橋梁大型預(yù)制梁場，并采用“集中預(yù)制、架橋機(jī)架設(shè)”方法，能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)同時施工，保證工期，并能夠改善現(xiàn)場施工環(huán)境，便于控制施工質(zhì)量，加快模板周轉(zhuǎn)，提高利用率[2]?？茖W(xué)合理地進(jìn)行梁場布置和設(shè)備配置，將對節(jié)約投資、保證工期及保證箱梁的質(zhì)量有重大意義。

1 梁場選址指標(biāo)體系建立

在綜合考慮各種影響因素的基礎(chǔ)上，將影響梁場選址的因素劃分為兩層指標(biāo)體系，第一層次包含4個指標(biāo)，第二層次包含12個指標(biāo)，如圖1所示。

1）經(jīng)濟(jì)因素：①拆遷成本。梁場占地面積大，征地拆遷成本是梁場選址考慮的重要因素，拆遷主要包含耕地占用及農(nóng)戶住宅拆遷的成本。②預(yù)計臨時工程費(fèi)用。制梁場選址應(yīng)選在地質(zhì)條件較好的地方，盡量減少土石方工程和基礎(chǔ)加固工程量，降低工程費(fèi)用。③預(yù)制梁運(yùn)輸成本。不同場址直接影響預(yù)制梁的運(yùn)輸距離，運(yùn)輸距離越小成本越低[3]。梁場場址應(yīng)選擇在預(yù)制梁最小運(yùn)距位置附近，盡量保證在需要架梁區(qū)段的中間，實現(xiàn)雙向架梁，使運(yùn)距達(dá)到最小。

2）交通因素：①制梁設(shè)備運(yùn)輸便利性。梁場選址應(yīng)考慮臨近既有公路或與施工便道相連，便于運(yùn)輸大型制梁設(shè)備。②原材料運(yùn)輸便利性。梁場選址應(yīng)考慮臨近既有公路或與施工便道相連，便于運(yùn)輸大量制梁材料。③預(yù)制梁運(yùn)輸便利性。梁場場址盡量選擇運(yùn)梁車運(yùn)送、轉(zhuǎn)向便利及滿足運(yùn)梁車爬坡率要求的場址。另外，梁場盡量選址在正線邊上，可以減少運(yùn)梁便道的長度，有利于節(jié)約成本。

3）工期因素：①預(yù)計拆遷工期。這里指按照正常情況和以往經(jīng)驗拆遷工期的計算，拆遷工期的長短也會對項目工期產(chǎn)生影響。②架梁工期。架梁工期受臨近工程工期的影響。比如，梁場場址位于線上隧道或者現(xiàn)澆連續(xù)橋梁之間，在隧道工程或現(xiàn)澆連續(xù)橋梁工程未完成時，預(yù)制梁難以運(yùn)送出去，場址的選擇應(yīng)避免這種情況。③制梁與架梁協(xié)調(diào)性。預(yù)制梁的預(yù)制工期一定要與架設(shè)工期協(xié)調(diào)，既不能因制梁太快導(dǎo)致存梁區(qū)不足而窩工，也不能因制梁太慢而滿足不了架梁速度導(dǎo)致工期延誤。這與梁場面積有關(guān)，選址時需要比較梁場場地條件。

4）風(fēng)險因素：①征地拆遷費(fèi)用風(fēng)險。這里指征地過程中出現(xiàn)的成本風(fēng)險，梁場場址應(yīng)選擇征地費(fèi)用風(fēng)險較少的地方。②征地工期風(fēng)險。這是場址選擇應(yīng)考慮的重要因素，征地拆遷因素導(dǎo)致整個項目工期延誤的案例很多，梁場場址應(yīng)選擇征地工期風(fēng)險因素較少的地方。③施工風(fēng)險。梁場場址應(yīng)選擇滑坡、泥石流等自然災(zāi)害及雨季施工風(fēng)險較小的地方。

2 梁場選址綜合評價決策模型

2.1 AHP確定各級評價指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)1-9標(biāo)度法（見表1）構(gòu)造以選擇最佳預(yù)制梁場場址為準(zhǔn)則的判斷矩陣，如表2所示。其中，aij是表示元素i與元素j重要性的比值，其含義為相對于預(yù)制梁場場址選擇最佳，經(jīng)濟(jì)因素、運(yùn)輸因素、工期因素、風(fēng)險因素4個因素之間重要性兩兩比較。如，a13=1/3表示經(jīng)濟(jì)因素比工期因素稍微重要。

表1 判斷矩陣標(biāo)度的含義

表2 一級指標(biāo)判斷矩陣權(quán)重計算表

一級指標(biāo)的一致性檢驗如下：

λmax=4.118，CI=(λmax-n)/(n-1)=0.039，CR=CI/RI=0.043＜0.1，滿足一致性檢驗。

對一級指標(biāo)權(quán)重的計算結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，工期因素的權(quán)重最大（權(quán)重為0.361），其次是風(fēng)險因素（權(quán)重為0.326），接著是成本因素（權(quán)重為0.175）和交通因素（權(quán)重為0.137）。

同理，二級指標(biāo)的判斷矩陣構(gòu)建如R1—R4。

二級指標(biāo)權(quán)重計算及一致性檢驗結(jié)果如下：

在經(jīng)濟(jì)因素下的二級指標(biāo)中，預(yù)制梁運(yùn)輸成本權(quán)重最大，權(quán)重值為0.581；拆遷成本的權(quán)重次之，權(quán)重值為0.309；預(yù)計臨時工程成本的權(quán)重最小，權(quán)重值為0.110。在交通因素下的二級指標(biāo)中，預(yù)制梁運(yùn)輸?shù)谋憷詸?quán)重最大，權(quán)重值為0.648；原材料運(yùn)輸?shù)谋憷詸?quán)重次之，權(quán)重值為0.230；設(shè)備運(yùn)輸?shù)臋?quán)重最小，權(quán)重值為0.122。在工期因素中，架梁工期與制梁工期協(xié)調(diào)性的權(quán)重最大，為0.615；架梁工期的權(quán)重為0.292；預(yù)計拆遷工期權(quán)重最小，權(quán)重值為0.093。在風(fēng)險因素中，征地時間風(fēng)險的權(quán)重最大，權(quán)重值為0.581；施工風(fēng)險的權(quán)重值次之，權(quán)重值為0.309；征地費(fèi)用風(fēng)險的權(quán)重最小，權(quán)重值為0.110。

2.2 預(yù)制梁場選址綜合評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 確定評價子集

根據(jù)設(shè)計評價體系有兩層，第一層的評價指標(biāo)值由第二層評價指標(biāo)值計算得到，因此第二層為評價操作層，評價指標(biāo)有4個，即X1={X11,X12,X13}，X2={X21,X22,X23}，X3={X31,X32,X33}，X4={X41,X42,X43}。

2.2.2 確定指標(biāo)評分等級

在本文中采用10分值進(jìn)行評價，即對每個二級指標(biāo)進(jìn)行1至10分打分，打分標(biāo)準(zhǔn)見表3所示。在表中評分分為5個等級，如果指標(biāo)等級處于兩個等級之間，可以取 2、4、6、8分值，具體打分靠決策者根據(jù)具體情況確定。

表3 二級指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 預(yù)制梁場選址綜合評價模型構(gòu)建

預(yù)制梁場選址綜合評價二級指標(biāo)評價值(D1,D2,D3,D4)計算：

預(yù)制梁場選址綜合評價一級指標(biāo)計算：

針對不同選址方案來計算一級指標(biāo)綜合評價值，比較其大小便可判斷方案的優(yōu)劣。

3 模型應(yīng)用

3.1 隆回制梁場場址方案

隆回制梁場主要負(fù)責(zé)滬昆客專湖南段Ⅴ標(biāo)簡支箱梁的預(yù)制、架設(shè)。梁部結(jié)構(gòu)形式是雙線簡支箱梁，有32 m、24 m兩種孔跨形式。橋面寬12 m，高3.05 m。施工任務(wù)為劉塘中橋到大心田特大橋（里程段為DK229+981—DK242+579）簡支箱梁209孔（其中32 m梁183孔，24 m梁26孔）。靠線路布置，縱向平行于線路中心線，制梁臺座5個，存梁臺座25個。

梁場場址方案一：

該方案梁場的位置里程為DK237+500，該處為居民較聚集區(qū)，需要搬遷的住戶20余戶，還有多戶靠近梁場，耕地∶土地∶其他=7∶2∶1，征地的難度大，成本高，施工過程人為因素干擾大，后期的復(fù)墾費(fèi)高，拆遷完成時間不定。梁場建在云溪河特大橋和新竹灣隧道之間。云溪河特大橋原設(shè)計有一 （48+80+48）m連續(xù)梁采用懸灌，同時墩高均在33 m以上，預(yù)估最短工期在14個月。新竹灣隧道為潛埋隧道，施工難度大，導(dǎo)致沒有先架方向，受線下工期制約較大。只要線下施工出現(xiàn)不順的情況，就可能使梁場施工安排受影響，施工計劃嚴(yán)重滯后，影響整體工期。采用提升站，需要多投入的大型設(shè)備有提升龍門吊2臺500 t，同時運(yùn)行提升站油料多，安全風(fēng)險大，提升站基礎(chǔ)要加強(qiáng)，且在墩側(cè)面多施工3個出梁臺座，投入較大。另外，采用提升站，不能使用運(yùn)架一體機(jī)，只能采用運(yùn)梁車，而現(xiàn)在可租賃到的運(yùn)梁車式的架橋機(jī)整體高度較高，無法直接過隧道，都需解體再拼裝，過3個隧道，需多拆、拼3次。

梁場場址方案二：

該方案梁場位于DK238+500處路基段，主要為林地，與居民住宅較遠(yuǎn)，先架方向為大里程。設(shè)計征地面積比方案一小，需要緊縮梁場各功能區(qū)的面積。同時，不能采用運(yùn)梁便道增加投入，只能利用現(xiàn)有路基段做出梁通道。梁場范圍內(nèi)需要的坡度為平坡，整體標(biāo)高為394.38 m，而線路縱坡0.49%，在梁場范圍段標(biāo)高高差250×0.49%=1.23 m，需要橋臺端超填50 cm，大里程側(cè)靠近辦公區(qū)少填70 cm。該方案需要將該路基段填成縱向平坡，夾角回填密實，并需要開挖路基本體。

3.2 場址方案評價

對兩個預(yù)制梁場選址方案的二級評價指標(biāo)打分，見表4所示。

表4 兩方案的二級指標(biāo)打分表

將表2中二級指標(biāo)分值代入式（1）中，經(jīng)計算，方案一的一級指標(biāo)評價值為：經(jīng)濟(jì)因素為3.382、交通因素為6.230、工期因素為4.366、風(fēng)險因素為3.655，將表2中二級指標(biāo)分值代入預(yù)制梁場綜合評價模型式（3）中，得到方案一的綜合評價值D=4.21；同理，方案二的一級指標(biāo)評價值為：經(jīng)濟(jì)因素為5.435、交通因素為3.582、工期因素為4.102、風(fēng)險因素為6.565，方案二綜合評價值D=5.06。方案二優(yōu)于方案一，應(yīng)按照方案二來進(jìn)行預(yù)制梁場選址安排。

4 結(jié)束語

客運(yùn)專線梁場選址方案決策是施工承包商和業(yè)主共同關(guān)注的重點難點問題之一，選址方案的好壞不僅關(guān)系到客運(yùn)專線橋梁施工能否順利進(jìn)行，也直接影響承包商的經(jīng)濟(jì)效益，對節(jié)約投資、保證箱梁的質(zhì)量及工程工期都起著重要作用。本文建立的客運(yùn)專線預(yù)制梁場選址綜合評價模型，利用綜合評價法、層次分析法兩個基本方法對模型求解，可應(yīng)用于客運(yùn)專線梁場選址方案決策。在實際工程應(yīng)用中，進(jìn)行各個方案的二級指標(biāo)打分時，最好采用多人打分取平均值的做法，這樣可以避免個人決策失誤。另外，梁場選址評價指標(biāo)體系中的一、二級指標(biāo)權(quán)重亦可根據(jù)項目自身特殊情況，利用AHP方法進(jìn)行調(diào)整，使得實際工程梁場選址方案決策更具針對性和準(zhǔn)確性。

[1]姜麗雯.鐵路客運(yùn)專線預(yù)制梁場的規(guī)劃設(shè)計研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007（6）：8-12

[2]劉維慶，韓同銀，官正本.基于隨機(jī)賦權(quán)的客運(yùn)專線梁場規(guī)劃設(shè)計方案模糊評價[J].鐵道學(xué)報，2009（6）：112-116

[3]張新文.客運(yùn)專線工地制梁場的設(shè)置體會[J].鐵道勘察與設(shè)計，2003，130（2）：58-60