基于AHP和灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法的川藏鐵路物資保障基地選址決策

李 浩 佘培培 楊莉瓊 古 松 劉筱玲

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010)

高海拔地區(qū)的川藏鐵路建設(shè)面臨比平原地區(qū)更大的挑戰(zhàn)。極端的地理環(huán)境和氣候特征、脆弱的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)資源保護(hù)等難題嚴(yán)重影響物資調(diào)度效率，為了保障川藏鐵路各施工站房和部分重難點(diǎn)控制性工程的建設(shè)進(jìn)度，物資保障基地的選址決策尤為重要。

目前，關(guān)于施工物資基地選址決策的研究大部分集中在一般性工程，對(duì)于類似川藏鐵路的極端工程研究較少。張錦等[1]針對(duì)川藏鐵路甲供物資基地選址問題，從決策者心理角度提出基于改進(jìn)前景理論的直覺模糊多屬性決策方法，得到不同決策偏好下的最優(yōu)選址方案排序。張超等[2]針對(duì)特長(zhǎng)隧道工程物資需求研究物資儲(chǔ)備基地選址。郭建寧等[3]綜合考慮物資需求、材料分布、材料來源、物資運(yùn)輸通道建設(shè)期適應(yīng)性等因素提出物資基地選址應(yīng)與車站貨場(chǎng)、站前廣場(chǎng)等永臨結(jié)合。以上研究未從戰(zhàn)略角度統(tǒng)籌考慮全線(不考慮已通車的成雅段)站房和川藏鐵路的部分重難點(diǎn)控制性工程建設(shè)物資保障基地選址問題。本文提出一種基于層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法的物資保障基地選址決策模型，綜合考慮影響物資保障基地選址因素，并通過實(shí)證研究完成選址決策，提高物資基地選址的合理性和科學(xué)性，為鐵路物資保障基地選址提供決策依據(jù)。

1 基于AHP和灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法的物資保障基地選址決策

1.1 物資保障基地選址流程

高原地區(qū)鐵路施工資源物資基地選址應(yīng)與高原地區(qū)特有環(huán)境條件、既有路網(wǎng)結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，并且要考慮其服務(wù)的可持續(xù)性及建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。具體選址決策流程如圖1所示。

圖1 物資保障基地選址決策流程Fig.1 Decision process of determining the location of material support bases

1.2 物資保障基地選址評(píng)價(jià)方法

系統(tǒng)評(píng)價(jià)常用的定量方法[4]有層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法、熵權(quán)法(TOPSIS)、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)等。但針對(duì)多方案選擇時(shí)單一的評(píng)價(jià)方法容易由于經(jīng)驗(yàn)主義而失效，降低決策的可靠性，同時(shí)也會(huì)因?yàn)閭€(gè)人主觀判斷影響評(píng)價(jià)結(jié)果。因此，本文選擇基于AHP法和灰色評(píng)價(jià)法的綜合評(píng)價(jià)方法[5-6]。一方面可充分發(fā)揮AHP法量化指標(biāo)權(quán)重的優(yōu)勢(shì)，又可以利用灰色關(guān)聯(lián)分析法實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系，提高評(píng)價(jià)的科學(xué)性和精確性。具體物資保障基地選址求解流程如圖2所示。

圖2 物資保障基地選址求解流程Fig.2 Solving process of determining the location of material support bases

1.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征、服務(wù)能力及建設(shè)選址是物資基地選擇時(shí)考慮的主要因素[1-3,9]。本文基于文獻(xiàn)調(diào)研，歸納總結(jié)了學(xué)者們?cè)谙嚓P(guān)研究中確定的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖3所示(圖中比例指參考文獻(xiàn)中涉及相關(guān)指標(biāo)的引用頻次所占比例)。對(duì)川藏鐵路參建單位中鐵、中交等施工企業(yè)的項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目總工、材料采購(gòu)人員進(jìn)行問卷調(diào)查，綜合分析后確定4個(gè)維度12項(xiàng)指標(biāo)[21]，具體見表1。

表1 物資保障基地選址標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Site selection standards of material support bases

圖3 文獻(xiàn)[1,3,7-20]基地選址標(biāo)準(zhǔn)歸納Fig.3 Summary of site selection criteria

2 基于川藏鐵路的實(shí)證研究

2.1 川藏鐵路工程概況與物資基地初選

川藏鐵路東起成都西站、西至拉薩，途經(jīng)蒲江、雅安、瀘定、康定、理塘、昌都、波密、林芝、澤當(dāng)、拉薩等地區(qū)，采取分段式建設(shè)(成雅段、雅林段、拉林段)。其中，成雅段已經(jīng)修建完畢通車；雅安至林芝段總長(zhǎng)1 011 km，全線建26座車站；拉薩至林芝段沿雅魯藏布江而下，全程435 km，共計(jì)47座隧道，如圖4所示。為了解西藏地區(qū)施工資源調(diào)度對(duì)項(xiàng)目帶來的影響，解決施工企業(yè)項(xiàng)目管理中資源配置不足、調(diào)度效率低下等問題，本文用問卷調(diào)查方法得到施工資源主要采購(gòu)點(diǎn)位置，如圖5所示。

圖4 川藏鐵路部分站房Fig.4 Some stations of Sichuan-Tibet Railway

圖5 川藏鐵路周邊路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、施工資源采購(gòu)城市Fig.5 Procurement cities of road network structure and construction resources around Sichuan-Tibet Railway

從擬建站房規(guī)模大小、站房所屬區(qū)域城市規(guī)模、施工資源采購(gòu)可獲得性考慮物資備選地址，考慮從拉林段、雅林段擬建站房途經(jīng)城市中選取。從道路通行能力、環(huán)境影響、建設(shè)成本、配送能力等因素考慮，初選結(jié)果為拉薩、貢嘎、澤當(dāng)、郎縣、林芝、波密、邦達(dá)、昌都、江達(dá)、白玉、理塘、康定和雅安共計(jì)13個(gè)地點(diǎn)。綜合考慮成本控制、物資保障基地服務(wù)能力、覆蓋范圍和調(diào)度距離等因素并結(jié)合專家建議擬在全線(不考慮已通車的成雅段)建立4個(gè)施工資源物資保障基地，近期可服務(wù)于川藏鐵路各施工站房的施工物資調(diào)度，后期可服務(wù)于川藏地區(qū)其他工程項(xiàng)目。

2.2 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)川藏鐵路拉林段、雅林段的施工資源物資保障基地備選點(diǎn)，結(jié)合道路服務(wù)水平、交通運(yùn)輸條件、公路層級(jí)、選址社會(huì)環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)災(zāi)害、服務(wù)站房數(shù)量、資源配送能力、場(chǎng)地成本、選址規(guī)模、建設(shè)工期和建設(shè)成本12項(xiàng)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)模型，通過層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法進(jìn)行川藏鐵路施工物資保障基地的選址。

2.2.1 計(jì)算影響因素的權(quán)重

根據(jù)1.3節(jié)所構(gòu)建的物資保障基地選址評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合參與川藏鐵路相關(guān)工程的從業(yè)人員及相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜掖蚍郑?jì)算各位專家打分的平均值，從而構(gòu)建出施工資源物資保障基地選址評(píng)價(jià)的各級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣及各選址評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相對(duì)判斷矩陣，最后通過計(jì)算得出一致性檢驗(yàn)參數(shù)值和各選址決策指標(biāo)權(quán)重。

(1)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層判斷矩陣如表2所示。

表2 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層判斷矩陣Table 2 Judgment matrix of level 1 evaluation index layer

λmax=4.1537，CI=0.0534，CR=0.0534。λmax是最大特征值；CI是一致性指標(biāo)；CR是一致性檢驗(yàn)判別式；W為指標(biāo)權(quán)重。

(2)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層B1-B12判斷矩陣方法和一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層一樣，根據(jù)專家打分算出權(quán)重。二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層權(quán)重如表3所示。物資保障基地選址評(píng)價(jià)模型中因素層各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重如表4所示。

表3 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)層權(quán)重Table 3 Weight of secondary evaluation index layer

表4 物資保障基地選址評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 4 Evaluation index weight of material support base site selection

2.2.2 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度

Step 1：通過專家打分構(gòu)建原始評(píng)價(jià)樣本矩陣。

Step 2：對(duì)原始評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行無量綱化處理，確定參考數(shù)列，并通過計(jì)算得出所需的極大值和極小值，通過取絕對(duì)值，進(jìn)一步組成差值序列矩陣。

Step 3：計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，將求得的系數(shù)組成矩陣。

Step 4：結(jié)合AHP法算出權(quán)重，計(jì)算各指標(biāo)的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，具體如表5所示。

表5 物資保障基地備選點(diǎn)加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度Table 5 Weighted grey correlation degree of alternative points of material support base

加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度越大，地點(diǎn)越優(yōu)。根據(jù)加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度大小排序選擇拉薩、林芝、昌都、雅安建立川藏鐵路(未完工標(biāo)段)施工資源物資基地，服務(wù)于附近各站房和部分重難點(diǎn)控制性工程建設(shè)。通過實(shí)地調(diào)研川藏鐵路沿線城市的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征以及基地建設(shè)條件驗(yàn)證了該結(jié)論的有效性。其中，拉薩和林芝可主要服務(wù)于拉林段，林芝、昌都和雅安可主要服務(wù)于林雅段。

3 結(jié)論

本文針對(duì)極端環(huán)境條件下的川藏鐵路施工資源調(diào)度難題，提出了基于層次分析和灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)的物資保障基地選址決策方法。主要結(jié)論如下：(1)綜合考慮道路通行能力、環(huán)境影響、建設(shè)成本及配送能力對(duì)物資基地選址決策的影響，構(gòu)建了4個(gè)維度12項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。(2)針對(duì)川藏鐵路沿線各站房工程施工物資調(diào)度需求，基于文中方法得出了加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度排序，擬在拉薩、林芝、昌都、雅安建立施工資源物資保障基地。通過實(shí)證研究驗(yàn)證了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及方法的科學(xué)有效性。