AHP模糊綜合評(píng)價(jià)在永龍高速公路路線方案比選中的應(yīng)用?

郭鳳平，侯云飛

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南　長(zhǎng)沙　410004；2.湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南　長(zhǎng)沙　410004）

AHP模糊綜合評(píng)價(jià)在永龍高速公路路線方案比選中的應(yīng)用?

郭鳳平1，2，侯云飛1

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004；2.湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

結(jié)合永龍（永順—龍山）高速公路的實(shí)際特點(diǎn)，從社會(huì)效益、生態(tài)和諧、技術(shù)設(shè)計(jì)和美觀舒適4個(gè)方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重，并以此為基礎(chǔ)建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型；運(yùn)用該模型，通過定性與定量分析相結(jié)合，對(duì)永龍高速公路路線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，得出了最優(yōu)路線設(shè)計(jì)方案。

工程管理；公路；路線選擇；層次分析法；模糊綜合評(píng)價(jià)

路線設(shè)計(jì)及選取的好壞直接影響高速公路項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，也影響項(xiàng)目建設(shè)投資的總目標(biāo)。當(dāng)下高速公路項(xiàng)目建設(shè)中只重視經(jīng)濟(jì)、速度與結(jié)果，導(dǎo)致高速公路項(xiàng)目與環(huán)境、社會(huì)、生態(tài)等間的關(guān)系不協(xié)調(diào)。因此，在項(xiàng)目建設(shè)前期選取科學(xué)、合理的線路方案尤為重要。

關(guān)于高速公路路線方案比選，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了不少研究：Sadek S.等通過建立多目標(biāo)決策模型，從技術(shù)層面保證了公路路線方案評(píng)價(jià)技術(shù)及優(yōu)選技術(shù)的科學(xué)合理性；美國(guó)AASHTO深入分析了公路幾何要素與交通量的關(guān)系，所建立的交互式公路安全設(shè)計(jì)模型被普遍應(yīng)用于雙車道公路路線設(shè)計(jì)檢查與評(píng)價(jià)；Li Li-ping等針對(duì)平原地區(qū)公路路線比選構(gòu)建決策指標(biāo)體系，通過專家經(jīng)驗(yàn)打分和模糊數(shù)學(xué)理論確定決策因子的權(quán)重，將定性、定量分析結(jié)合起來，既保證了評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性、合理性和可獲得性，也消除了評(píng)價(jià)過程中主觀判斷的模糊性和不確定性；趙勇等結(jié)合高速公路項(xiàng)目的特點(diǎn)，利用對(duì)比分析法，結(jié)合定性、定量分析手段，建立了兩條高速公路線路對(duì)生態(tài)環(huán)境影響程度評(píng)價(jià)體系，并比選出最終高速公路路線方案；張光輝等將綜合費(fèi)用作為路線網(wǎng)絡(luò)中的流量參數(shù)，結(jié)合具體工程，應(yīng)用施工組織設(shè)計(jì)中的進(jìn)度控制原理，建立了公路路線選取模型——關(guān)鍵線路法；楊存亮等通過分析比較國(guó)家、地區(qū)未來路網(wǎng)規(guī)劃及其他路線方案，采用價(jià)值工程的相關(guān)理論確定最佳高速公路路線方案；高進(jìn)科結(jié)合山區(qū)公路路線實(shí)況，用層次分析法找出影響路線方案實(shí)施的關(guān)鍵因素，避免比選過程中的盲目性、片面性及主觀性，進(jìn)而選擇出最優(yōu)路線；張志軍將質(zhì)量功能引入高速公路路線比選，通過分析高速公路對(duì)其利益相關(guān)者的影響，得出高速公路的功能需求及質(zhì)量特征，對(duì)高速公路路線方案優(yōu)選進(jìn)行研究。

上述關(guān)于高速公路路線方案比選的研究存在以下不足：1）高速公路路線選取涉及的方面很多，需考慮的因素很廣，以往研究都著重考慮經(jīng)濟(jì)性，沒有考慮與自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境的和諧性。2）選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)以定性分析居多，缺少定量研究成果，導(dǎo)致各指標(biāo)的選取具有較多的主觀性。3）路線方案設(shè)計(jì)需考慮經(jīng)濟(jì)與技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)過程中要正確處理技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，方案比選也需兩者兼顧。

1　永龍高速公路路線方案設(shè)計(jì)影響因素

1.1地區(qū)自然地理狀況

平原地區(qū)地形寬廣、平坦且起伏不大，路線可直線延伸，而地形地貌復(fù)雜的山區(qū)路線崎嶇，其工程技術(shù)要求較高。因此，在高速公路路線選取過程中應(yīng)盡可能繞開地形地勢(shì)較復(fù)雜的區(qū)域。

永龍（永順—龍山）高速公路位于湘西苗族、土家族、白族等少數(shù)民族集聚地，經(jīng)濟(jì)較落后，農(nóng)耕地較少，交通十分不便，信息也時(shí)常受阻。其路線走廊帶地處湖南省西北部的低山丘陵地區(qū)，總體來看，地勢(shì)西高東低，呈階梯狀分布，路線走向設(shè)計(jì)過程中應(yīng)綜合考慮，盡量將施工階段的難度降到最低，同時(shí)將運(yùn)營(yíng)階段的效益發(fā)揮到最佳。

1.2區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃

高速公路路線選取中，首先要對(duì)已建成的高速公路、鐵路及整個(gè)路網(wǎng)的分布現(xiàn)狀進(jìn)行分析，同時(shí)納入未來路網(wǎng)規(guī)劃一并考慮，其建設(shè)既不能影響已建成公路、鐵路網(wǎng)，也要滿足相關(guān)規(guī)范及技術(shù)要求。

該項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的交通干線眾多，主要有常吉（常德—吉首）、常張（常德—張家界）、張花（張家界—花垣）、吉懷（吉首—懷化）、吉茶（吉首—茶洞）和規(guī)劃的張洞（張家界—洞口）高速公路及G209、S305、S230、S306等通道，其路線需與這些交通干線有機(jī)協(xié)調(diào)、合理布局，路線的選取需充分考慮多方面因素，充分提高區(qū)域交通運(yùn)輸條件和路網(wǎng)可靠性。

1.3景觀與環(huán)保設(shè)計(jì)

高速公路的建設(shè)會(huì)對(duì)周邊自然及社會(huì)環(huán)境造成一定影響，對(duì)周邊環(huán)境的影響是高速公路評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)將景觀與環(huán)保設(shè)計(jì)一起考慮。在高速公路路線選取中還應(yīng)考慮施工處周圍的地理地質(zhì)條件、社會(huì)人文景觀及路容景觀要求等，注重路基防護(hù)形式、景點(diǎn)設(shè)計(jì)等。

1.4城鎮(zhèn)規(guī)劃及生產(chǎn)力布局控制

高速公路項(xiàng)目應(yīng)與區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)有效銜接，在保證路線總體走向的前提下，盡可能方便沿線城鎮(zhèn)，以促進(jìn)區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。根據(jù)該項(xiàng)目的功能定位，路線方案研究主要考慮連接的城鎮(zhèn)有永順縣和龍山縣。

龍山縣以山地地貌居多，地勢(shì)北高南低，位于武陵山脈西側(cè)?？h城位于酉水河谷的平坦地區(qū)，是沒有規(guī)劃高速公路的縣城，目前與外界連接的主要道路是東西向S305及南北向G209。該項(xiàng)目考慮在龍山縣東側(cè)布線，與S305相交，并設(shè)置互通，解決龍山縣城與高速公路的合理銜接。

永順縣位于武陵山脈中段，是湘、鄂、渝、黔四省的重要交通樞紐，形成了以張吉國(guó)家二級(jí)路、G209 和S230、S306省道為骨架，各縣鄉(xiāng)道交錯(cuò)縱橫的公路網(wǎng)絡(luò)。永順縣是該項(xiàng)目影響區(qū)內(nèi)重要的縣城，應(yīng)考慮修建永順連接線，解決從城區(qū)南部過往車流快速上下高速公路的問題，同時(shí)解決過境交通從南部進(jìn)入城區(qū)的交通銜接。

2　永龍高速公路路線方案設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目為陜西安康至湖南吉首高速公路湖南段，是湖南省高速公路網(wǎng)中新增的一條南北向交通快速通道，也是連通湘、鄂兩省西部地區(qū)的一條主要路線。項(xiàng)目地處湘西，境內(nèi)為武陵山脈，萬(wàn)山聳立，地勢(shì)高低懸殊，地形條件異常復(fù)雜，困難的地形是制約路線方案的重要因素之一。根據(jù)路網(wǎng)布局分析，其主要控制點(diǎn)為安康、平利、鎮(zhèn)坪、巫溪、建始、恩施、來鳳、龍山、吉首。在研究路線走廊帶時(shí)，充分分析安吉（安康—吉首）高速公路規(guī)劃的路線走向，結(jié)合該項(xiàng)目沿線的主要城鎮(zhèn)分布和主要控制點(diǎn)所確定的總體走向，通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)域數(shù)字高程模型圖的研究，確定有價(jià)值的路線走廊帶有3條。

（1）東線走廊帶（沿S305+G209走廊帶），即新城—興隆街—茨巖塘—紅巖溪—農(nóng)車。路線的起點(diǎn)位于龍山縣石羔鎮(zhèn)甘壁寨，與湖北恩施至來鳳公路連通，之后向東沿酉水方向布線，途徑石羔山后跨越巖砦河，抵達(dá)田家園子后下穿越黔張常鐵路，在黃土坡設(shè)龍山互通、龍山連接線與龍山縣城及茨巖塘相接；再沿S305方向布線，經(jīng)興隆街至茨巖塘，在茨巖塘與在建龍永二級(jí)公路對(duì)接；之后沿龍永二級(jí)公路布線，在西湖設(shè)互通與龍永公路相接，沿龍永公路經(jīng)紅巖溪、青龍界至農(nóng)車。

（2）中線走廊帶（沿G209走廊帶），即新城—洗洛—王家灣（茅坪）—紅巖溪—農(nóng)車。路線起點(diǎn)位于來鳳公路終點(diǎn)甘壁寨，抵達(dá)田家園子后，下至黔張常鐵路，在設(shè)有龍山互通交匯處的黃土坡與龍山縣城的茨巖塘相對(duì)接；之后向東延伸，沿G209國(guó)道方向經(jīng)洗洛、水沙坪，在水沙坪設(shè)置互通，使茅坪與G209相接；穿越洗車河后，通過建設(shè)隧道到達(dá)青龍界，沿龍永二級(jí)公路的方向布線；經(jīng)農(nóng)車互通后穿過伴湖、首車，與龍永二級(jí)公路相接；再往北布線，途徑勺哈，在兩岔河與永順相通；之后繼續(xù)向南布線，跨越猛洞河后，止于張花高速公路海洛處。

（3）西線走廊帶（新走廊帶），即新城—洗洛—?dú)W溪坪—召市—洛塔—農(nóng)車。路線至洗洛后，折向西南方，沿S231布線至歐溪坪，設(shè)三尖山長(zhǎng)隧道至召市；之后折向東南方，設(shè)長(zhǎng)隧道穿越洛塔景區(qū)，跨越洗車河，再設(shè)長(zhǎng)隧道穿越限制勘察規(guī)劃區(qū)，經(jīng)張家界至農(nóng)車。

三方案的主要工程量見表1。

3　永龍高速公路路線方案評(píng)價(jià)與比選

3.1構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

利用層次分析-模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)永龍高速公路路線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，該方法將定性描述和定量計(jì)算有機(jī)結(jié)合，能將人為主觀性判斷降到低，做到有理有據(jù)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見圖1。

表1　路線方案的主要工程量

圖1　永龍高速公路路線設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

（1）構(gòu)造判斷矩陣。邀請(qǐng)4位工程咨詢專業(yè)人員及6位設(shè)計(jì)方面專家對(duì)路線方案進(jìn)行評(píng)審，根據(jù)評(píng)審結(jié)果得出判斷矩陣（見表2～6）。

表2　目標(biāo)層的判斷矩陣

表3　社會(huì)效益準(zhǔn)則層的判斷矩陣

表4　生態(tài)和諧準(zhǔn)則層的判斷矩陣

表5　技術(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣

表6　美觀舒適準(zhǔn)則層判斷矩陣

（2）判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。經(jīng)過計(jì)算，得目標(biāo)層判斷矩陣的λmax=4.246 5。判斷矩陣偏離一致性的指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1）=（4.246 5-4）/（4-1）=0.082 2，隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI =0.082 2/0.9=0.009 1<0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。同理，對(duì)其他矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示均具有滿意的一致性。

（3）指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算。根據(jù)AW=λmaxW求解特征根，求出正規(guī)化特征向量的分量Wi，即為相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。計(jì)算得目標(biāo)層權(quán)重向量為：

社會(huì)效益權(quán)重向量為：

生態(tài)和諧權(quán)重向量為：

技術(shù)設(shè)計(jì)權(quán)重向量為：

美觀舒適權(quán)重向量為：

3.3模糊綜合評(píng)價(jià)模型的建立

（1）建立評(píng)價(jià)集。項(xiàng)目評(píng)價(jià)小組由9人組成，其中業(yè)主代表1名，工程咨詢專業(yè)人員2名，專家6名。對(duì)各方案進(jìn)行審核后，評(píng)價(jià)小組按照評(píng)價(jià)集的給分標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)各方案打分，采取10分制，結(jié)果見表7～10。

表7　社會(huì)效益準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)集

表8　生態(tài)和諧準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)集

表9　技術(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)集

表10　美觀舒適準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)集

（2）對(duì)準(zhǔn)則層進(jìn)行模糊判斷。方法為權(quán)重向量×評(píng)價(jià)集矩陣。社會(huì)效益的模糊判斷為：

生態(tài)和諧的模糊判斷為：

技術(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則層的模糊判斷為：

（3）對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行模糊判斷。方法為目標(biāo)層權(quán)重向量×準(zhǔn)則層模糊判斷矩陣，即：

美觀舒適的模糊判斷為：

運(yùn)用層次分析-模糊綜合評(píng)價(jià)法得出方案1的功能評(píng)分為7.571 2，方案2的功能評(píng)分為8.121 2，方案3的功能評(píng)分為7.991 8。從指數(shù)上看，路線設(shè)計(jì)方案2的設(shè)計(jì)最好，其次是方案3，方案1沒有優(yōu)勢(shì)，故將方案2選為最優(yōu)路線設(shè)計(jì)方案。

3.4結(jié)果分析

（1）根據(jù)層次分析法得出的權(quán)重值，社會(huì)效益功能在永龍高速公路項(xiàng)目路線選擇上占據(jù)較大權(quán)重，為0.402 7，方案2的社會(huì)效益功能方面還有待完善與提高。如路線穿過的區(qū)域相對(duì)來說地形較平緩，大部分是農(nóng)業(yè)區(qū)，路線走向應(yīng)減小對(duì)農(nóng)田灌溉的影響，或給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，這樣即使工期加快，也能增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入。

（2）技術(shù)設(shè)計(jì)功能的權(quán)重值為0.284 8，永龍高速公路項(xiàng)目實(shí)際情況表現(xiàn)出來的問題是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重脫節(jié)，應(yīng)擴(kuò)大專業(yè)設(shè)計(jì)人員和經(jīng)濟(jì)分析人員的知識(shí)面，使專業(yè)設(shè)計(jì)人員掌握技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析的基本原理和方法，經(jīng)濟(jì)分析人員熟悉各專業(yè)方案選型中的相關(guān)知識(shí)，促進(jìn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的緊密結(jié)合，提高項(xiàng)目的效益。不僅是永龍高速公路，全國(guó)各地的高速公路項(xiàng)目建設(shè)也應(yīng)如此，不能讓技術(shù)與經(jīng)濟(jì)脫節(jié)。

（3）生態(tài)和諧功能的權(quán)重值為0.228 9，所占比重也不容忽視。永龍高速公路的建設(shè)對(duì)于當(dāng)?shù)刈匀慌c生態(tài)環(huán)境的破壞不可避免，方案2盡量避免繞開人口密集的區(qū)域，減少了對(duì)當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｉ畹挠绊?，但這只是被動(dòng)控制，關(guān)鍵是應(yīng)在選線之后的具體設(shè)計(jì)中加以體現(xiàn)。如路基路面工程的施工應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，杜絕偷工減料，盡量保證路面的平整度，使行車舒適，從而降低尾氣排放；在穿過人口相對(duì)稠密的區(qū)域時(shí)設(shè)置隔音帶，保證居民的夜間睡眠質(zhì)量等。如今，由于拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而帶來的環(huán)境惡化問題越來越多，發(fā)展高速公路項(xiàng)目不能僅著眼于眼前利益，應(yīng)考慮改善居民生活條件、緩解交通擁擠、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等方面，還應(yīng)考慮促進(jìn)自然和諧發(fā)展，引導(dǎo)整體經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展。

（4）美觀舒適功能的權(quán)重值較小，并不是說其不重要，而是相比其他功能而言不是那么重要。在方案2的具體設(shè)計(jì)中，可考慮減少一部分不必要的附屬設(shè)施建設(shè)，不要讓過多的人力、財(cái)力、物力耗費(fèi)在該功能的實(shí)現(xiàn)上，也就是說減小對(duì)于美觀舒適功能的成本投入，將其轉(zhuǎn)換到其他功能的實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，以取得最佳效果。

4　結(jié)語(yǔ)

該文依據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建原則，結(jié)合永龍高速公路的具體情況，從社會(huì)效益、生態(tài)和諧、技術(shù)設(shè)計(jì)及美觀舒適4個(gè)功能角度建立了高速公路路線設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，然后運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)的思路，通過專家打分得出各準(zhǔn)則層、各指標(biāo)的得分，由此計(jì)算出各比選方案的最終得分，從而得出最優(yōu)方案。在進(jìn)行路線方案優(yōu)選時(shí)將這4項(xiàng)功能綜合考慮并進(jìn)行定性、定量綜合分析，為高速公路路線設(shè)計(jì)方案比選提供了新思路，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速公路項(xiàng)目更快、更好的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

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湖南省交通運(yùn)輸廳科研項(xiàng)目（2023）