基于AHP的綠色公路選線制約因素權(quán)重研究

魏 珍

(青海省交通建設(shè)管理有限公司 西寧 810000)

1 工程概況

G0611張掖至汶川高速公路同仁至賽爾龍段(以下簡稱本項(xiàng)目)是目前青海省全力打造的重點(diǎn)綠色品質(zhì)工程項(xiàng)目,項(xiàng)目沿線自然景觀豐富度極高,草原、雪山、彩林交相輝映,且地域文化多樣,民族文化、自然風(fēng)光相得益彰?；凇熬G色公路”“交旅融合”背景,在項(xiàng)目建設(shè)中需解決遇河架橋、逢山開路或修建隧道等功能性做法與生態(tài)景觀之間的矛盾以及典型節(jié)點(diǎn)的景觀營造,同時建設(shè)中需采用路域生態(tài)護(hù)坡建植,減少生態(tài)破壞。

2 綠色公路的概念

綠色公路是指以環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的公路建設(shè),綠色公路是綠色交通整體中的一部分,更是整個社會可持續(xù)發(fā)展中重要的一環(huán)。綠色公路不是一個單項(xiàng)的任務(wù),也不是一條公路就能完成的任務(wù),是基于未來發(fā)展的整體交通系統(tǒng)的任務(wù)。

2016年交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》,明確了綠色公路的發(fā)展思路和建設(shè)目標(biāo),要求在設(shè)計(jì)、建設(shè)中做到更加低碳、更加環(huán)保,同時綠色公路是公路建設(shè)轉(zhuǎn)型升級的必要趨勢[1]。有別于常規(guī)公路,綠色公路在建設(shè)過程中有較為鮮明的特點(diǎn):

(1)針對環(huán)保和綠色等作專項(xiàng)設(shè)計(jì)。一般公路項(xiàng)目建設(shè)程序包括工可、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)全過程。綠色公路建設(shè)主要從源頭抓起,在工可和設(shè)計(jì)階段就融入綠色公路的理念和思想,作專項(xiàng)綠色設(shè)計(jì),而不僅僅是施工階段才做一些簡單的生態(tài)修復(fù)或者綠化美化措施。

(2)生態(tài)保護(hù)貫穿公路的全壽命周期。設(shè)計(jì)階段,在項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)時提前考慮環(huán)保選線,提前避讓自然保護(hù)區(qū)、水源地等特殊的生態(tài)敏感區(qū);施工階段,推行標(biāo)準(zhǔn)化施工,有效提升施工質(zhì)量;運(yùn)營階段,將公路運(yùn)營和維護(hù)。統(tǒng)一納入設(shè)計(jì)和建設(shè)中統(tǒng)籌考慮,突出全壽命理念,有效降低公路運(yùn)營養(yǎng)護(hù)成本。

3 綠色公路選線制約因素

路線通常是公路項(xiàng)目的骨架,選線是否合理直接關(guān)系到公路在路網(wǎng)中的作用以及公路自身功能是否能夠得到很好的發(fā)揮[2]。公路選線是公路工程在建設(shè)前期非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),尤其是青海地區(qū)高速公路的選線更為重要,是關(guān)系到公路本身的投資成本、運(yùn)輸效率以及公路在整個交通網(wǎng)中能否發(fā)揮積極效應(yīng)的一項(xiàng)關(guān)鍵性工作[3]。

按照公路選線的要求,分析依托工程同賽高速的路線布設(shè)區(qū)域,分析整理影響公路選線的重要因素,并對此采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行建模、分析和計(jì)算。選擇影響公路選線的因素時主要從以下方面進(jìn)行考慮:

3.1 地形、地質(zhì)對山區(qū)高速公路選線的影響

通常工程項(xiàng)目所在地區(qū)的地形、地質(zhì)、地貌對公路的線路走向、線形設(shè)計(jì)和道路類型的確定有著很大的相關(guān)性。同賽高速公路所處山區(qū)地形坡度大,地勢高低起伏。在這種地區(qū),路線在平、縱、橫三個方面受到了較多的限制[4]。因此,在公路選線時,首先要了解清楚道路沿線水文地質(zhì)、地貌等特點(diǎn),根據(jù)路線的總體走向主要工程控制點(diǎn)和布局,進(jìn)行多方案比選。

路域的地質(zhì)現(xiàn)象不僅包括液化土、鹽漬土、軟土、采空區(qū)、巖溶等平原區(qū)的常見現(xiàn)象,還包括巖堆、碎落、滑塌、泥石流等特殊的不良地質(zhì)現(xiàn)象。通常,這些不利的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,會對道路的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生非常不利的影響,尤其在一些地質(zhì)不良地區(qū),比如淤泥沼澤地、濕陷性黃土、溶洞、地下水豐富地區(qū),在決定路線走向及橋隧布局方面都要重點(diǎn)考慮到這些不良地質(zhì)條件。此外,在進(jìn)行路線設(shè)計(jì)時,對其前置工作巖土勘察勘探要盡量詳盡,設(shè)計(jì)人員要依此切實(shí)掌握巖石的種類進(jìn)行圍巖分級,而且要對巖層走向和傾斜度有一定預(yù)判,據(jù)此設(shè)計(jì)相應(yīng)的支護(hù)措施以治理不良地質(zhì)帶來的隱患[5]。

3.2 地標(biāo)物對公路選線的影響

地標(biāo)物是社會環(huán)境的一個總稱,主要包括房屋、城市規(guī)劃區(qū)、耕地、文物和水域等。修建公路必然要占領(lǐng)一定的土地資源,而土地資源作為最基本的自然資源之一,是人們賴以生存的基礎(chǔ)。公路布線應(yīng)適當(dāng)處理同各種地物之間的關(guān)系,要合理利用有限的土壤資源。一般在選線時必須對紅線內(nèi)的林草地、需拆遷的房屋建筑、地下管線設(shè)施、河流狀況、人文景觀等資源的使用狀況和相關(guān)規(guī)劃進(jìn)行調(diào)查、分析、評價,然后在取得相關(guān)主管部門批示文件的基礎(chǔ)上,邀請相關(guān)業(yè)內(nèi)專家論證,最終確定路線線位。

3.3 植被對山區(qū)高速公路選線的影響

同賽高速路域境內(nèi)植被稀少而且珍貴,對生態(tài)起到保護(hù)作用,公路選線對它的影響主要在于所選定的路線,公路修建占用植被資源,造成植被生物量損失。同時,對野生動植物及其棲息地也產(chǎn)生影響,以及加劇水土流失侵蝕強(qiáng)度,遭到破壞后將很難再恢復(fù)。因此,對于高原峽谷區(qū)植被非常珍貴的地區(qū),一般采用最小環(huán)境成本法來確定線路方案,以此來限制公路建設(shè)對植被的破壞程度[6]。

4 基于AHP確定選線制約因素

4.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)層次分析法原理和結(jié)構(gòu)模型建立的步驟、方法,針對研究內(nèi)容建立綠色公路選線模型。如圖1所示,其中最高層綠色公路選線是待定的決策,最低層中所列出的高程、坡度、地標(biāo)物、地質(zhì)是在公路選線決策時的備選方案,中間層中所列的設(shè)計(jì)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)合理、綠色環(huán)保、社會意義是綠色公路選線時所考慮和決策的準(zhǔn)則。圖中高層為目標(biāo)層,最低層為因素層。

圖1 綠色公路選線層次結(jié)構(gòu)模型

4.2 構(gòu)造判斷矩陣

在綠色公路選線的結(jié)構(gòu)模型中確定各個不同因素的權(quán)重時,不能僅僅依靠一些表觀的、定性的結(jié)論,這類結(jié)論對決策結(jié)果的輸出影響較小。一般采用矩陣法對各個因素進(jìn)行相互比較,并按其重要性程度評定等級[7]。

根據(jù)上述原理,建立綠色公路選線制約因素重要性量化值一覽表,初步形成判斷矩陣。

4.3 層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

對應(yīng)于判斷矩陣最大特征根λmax的特征向量,經(jīng)歸一化(使向量中各元素之和等于1)后記為W[8]。W的元素為同一層次因素對于上一層次因素某因素相對重要性的排序權(quán)值,這一過程稱為層次單排序[8]。其中,n階一致矩陣的唯一非零特征根為n;n階正互反陣A的最大特征根λ≥n, 當(dāng)且僅當(dāng)λ=n時,A為一致矩陣[8]。

一致性指標(biāo)用EI表示,EI越小,說明一致性越大。

EI=(λ-n)/(n-1)

(1)

EI=0,有完全的一致性;EI接近于0,有滿意的一致性;EI越大,不一致越嚴(yán)重。為衡量EI的大小,引入隨機(jī)一致性指標(biāo)FI:

FI=(5EI1+EI2+…In)/n

(2)

其對應(yīng)關(guān)系如下表1—7:

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)FI標(biāo)準(zhǔn)值

表3 環(huán)境影響判斷矩陣

將EI和表1中的指標(biāo)FI進(jìn)行比較,得出檢驗(yàn)系數(shù)EF:

EF=EI/FI

(3)

在判定時,若ER<0.1 ,即該判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn),否則就不具有滿意一致性[9]。

5 結(jié)論

綜上所述,同賽高速沿線地形復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境脆弱、沿線房屋建筑較密集,針對項(xiàng)目路域環(huán)境特征,在選線過程中再考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、地質(zhì)安全諸因素的基礎(chǔ)上,正確把握公路選線與技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、社會性、環(huán)保性等制約關(guān)系,遵循最大程度減少環(huán)境破壞和節(jié)約成本的原則,對青海地區(qū)綠色公路選線決策進(jìn)行研究。篩選出制約高原峽谷區(qū)公路選線因素,選擇了地質(zhì)、地標(biāo)物、高程和坡度四個因素作為層次決策基礎(chǔ),通過層次分析法得出各影響因素的最終權(quán)重值,為下一步的選線提供參考依據(jù)。在確定公路選線關(guān)鍵因素時采用層次分析法具有一定的局限性和主觀性,可以采用更為客觀的科學(xué)方法確定因素權(quán)重,以減少主觀因素的干擾。