基于TOPSIS的高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)

吾斯曼·若孜，吐爾尼沙·尼亞孜，陳法安

(1.新疆維吾爾自治區(qū)交通建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401；3.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引言

高速公路軟基處理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其涉及指標(biāo)多、范圍廣、綜合性強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中很難面面俱到，一般是先擬定多個(gè)預(yù)選方案，然后根據(jù)軟土路基施工的具體情況進(jìn)行優(yōu)劣評(píng)選。目前，用于軟基處理的方案很多，包括袋裝砂井、水泥攪拌樁、塑料排水板法、預(yù)應(yīng)力管樁、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓等[1-3]。一套科學(xué)可靠的高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)方法對(duì)于選擇技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理、實(shí)施上可行的最優(yōu)方案具有重要意義。

本文在軟基處理方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的基礎(chǔ)上，探索提出一種基于TOPSIS的高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建了高速公路軟基處理方案綜合評(píng)價(jià)模型，并對(duì)佛山市一環(huán)南線軟基處理進(jìn)行實(shí)例分析，確定了各處理方案的優(yōu)劣。實(shí)踐證明，基于TOPSIS的高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)方法客觀性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、評(píng)價(jià)科學(xué)，具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 軟基處理方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

高速公路軟基處理方案確定涉及的因素多，包括技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素、生態(tài)因素。這些因素相互關(guān)聯(lián)、共同對(duì)高速公路軟基處理方案產(chǎn)生影響[4]。每類因素所確立的準(zhǔn)則層又包含若干指標(biāo)，由軟基厚度、處理費(fèi)用、處理工期、施工沉降量、工后沉降量、施工難易程度、環(huán)境影響程度等七大指標(biāo)組成[5-6]，如圖1所示。

圖1 軟基處理方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)模型

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution），即逼近理想點(diǎn)排序法，由C.L.Hwang和K.Yoon于1981年首次提出[7-8]。結(jié)合高速公路軟基處理方案，建立基于TOPSIS的高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)模型。

2.1 根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（指標(biāo)數(shù)n），建立初始評(píng)價(jià)矩陣

結(jié)合軟基處理方案指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)m個(gè)處理方案n個(gè)指標(biāo)，建立初始評(píng)價(jià)矩陣：

2.2 評(píng)價(jià)矩陣同向化

在軟基處理方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中有正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)，TOPSIS法要求指標(biāo)具有同向性，因此需將負(fù)向指標(biāo)轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)，初始評(píng)價(jià)矩陣則轉(zhuǎn)換成同向化評(píng)價(jià)矩陣，其轉(zhuǎn)化方法為：

（1）當(dāng)負(fù)向指標(biāo)為絕對(duì)數(shù)指標(biāo)，且較小時(shí)，采用倒數(shù)法：

（2）當(dāng)負(fù)向指標(biāo)為絕對(duì)數(shù)指標(biāo)，且較大時(shí)，為減少計(jì)算誤差，采用倒數(shù)值乘以100：

（3）當(dāng)負(fù)向指標(biāo)為相對(duì)數(shù)指標(biāo)，且小于1時(shí)，

采用差值法：

2.3 評(píng)價(jià)矩陣規(guī)范化

2.4 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)熵值：

指標(biāo)權(quán)重：

2.5 構(gòu)造規(guī)范化加權(quán)矩陣

2.6 確定“理想解”Z+與“負(fù)理想解”Z-

2.7 計(jì)算預(yù)選方案與“理想解”和“負(fù)理想解”的距離D及與“理想解”的相對(duì)接近度

相對(duì)接近度：

相對(duì)接近度Ci值越大，越接近“理想解”，該處理方案越優(yōu)。

3 實(shí)例分析

佛山市一環(huán)路地處珠江三角洲地區(qū)，在考慮沿線地質(zhì)發(fā)育的基礎(chǔ)上，針對(duì)軟基路段處理提出了方案①袋裝砂井、方案②塑料排水板、方案③水泥攪拌樁和方案④預(yù)應(yīng)力管樁4個(gè)預(yù)選方案，其方案概況[9]如表1所示。

表1 佛山一環(huán)軟基處理預(yù)選方案

通過模型計(jì)算，4個(gè)預(yù)選方案與“理想方案”和“負(fù)理想方案”的距離及與“理想方案”的相對(duì)接近度如表2所示。

表2 預(yù)選方案與“理想方案”的接近度

由表2可以看出，4個(gè)預(yù)選方案中，方案①＞方案③＞方案②＞方案④，方案①為最優(yōu)方案。即采用袋裝砂井是該工況下的最優(yōu)方案。該評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際施工狀況相符，準(zhǔn)確反映了預(yù)選方案的優(yōu)劣水平，說明該評(píng)價(jià)方法是可行的，評(píng)價(jià)結(jié)果是合理、可靠的。

4 結(jié)語(yǔ)

基于TOPSIS的高速公路軟基處理方案評(píng)價(jià)，從客觀實(shí)際數(shù)據(jù)入手，充分利用數(shù)據(jù)自身提供的信息，不依賴專家，有效消除了在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重因子時(shí)一般采用專家評(píng)估法或?qū)哟畏治龇ㄔ斐傻闹饔^影響，評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀；同時(shí)其操作簡(jiǎn)便，克服了一般評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)過程復(fù)雜、評(píng)價(jià)結(jié)果具有較大不確定性等缺點(diǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果更為可靠。

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