橋型方案比選及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究

李培駿 劉小滔 陳佳穎 王昊

摘要 為了更合理地評(píng)價(jià)橋型方案的可行性，構(gòu)建橋型方案比選的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，文章通過對(duì)橋型主要影響因素進(jìn)行研究分析，確定了技術(shù)方案、經(jīng)濟(jì)性、景觀效果、施工、生態(tài)環(huán)境、安全穩(wěn)定評(píng)估、政策與發(fā)展7個(gè)方面的一級(jí)指標(biāo)影響因素和23個(gè)二級(jí)指標(biāo)影響因素。構(gòu)建橋型方案比選及評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用層次分析法構(gòu)建一、二級(jí)指標(biāo)模型，分別從橋梁專家和建設(shè)單位的專家以不同的主體對(duì)一、二級(jí)指標(biāo)打分賦予權(quán)重系數(shù)，比較不同橋型方案的綜合得分，選出最終的推薦方案，確定該指標(biāo)體系下最終比選結(jié)果與實(shí)際選擇的方案一致，驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的可行性和適用性。

關(guān)鍵詞 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；層次分析法；橋型方案比選

中圖分類號(hào) U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）04-0172-04

0 引言

隨著我國(guó)公路的快速發(fā)展，我國(guó)公路的橋梁的數(shù)量已超過80萬座，目前世界上已建成的主跨跨徑最大的前10座斜拉橋、懸索橋、拱橋和梁式橋中，我國(guó)已經(jīng)占據(jù)了一半以上。我國(guó)橋梁特別是大跨徑橋梁的建設(shè)已成為世界的新名片，其中橋型的選擇是我國(guó)工程師設(shè)計(jì)橋梁首先考慮的因素。

目前橋型方案的比選，主要以橋梁的功能性、經(jīng)濟(jì)性、安全為主，采用設(shè)計(jì)院綜合推薦，由橋梁專家參與評(píng)審會(huì)進(jìn)行評(píng)審的方式確定橋型最優(yōu)方案，影響因素較少，具有一定的局限性。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)橋型進(jìn)行了比選和研究，彭元誠(chéng)等^[1]對(duì)大小井特大橋橋型方案展開比選，從橋型方案的經(jīng)濟(jì)性、建設(shè)周期、施工難易度，技術(shù)復(fù)雜度等多維剖析，再通過方案的層層篩選對(duì)比，最終確定采用450 m跨上承式桁架鋼管混凝土拱橋的橋型方案，馮亞成等^[2]在特大橋比選時(shí)提出了鋼桁梁矮塔斜拉橋、上加勁連續(xù)鋼桁梁及鋼箱梁矮塔斜拉橋3種公鐵兩用特大橋主橋的橋式方案，通過對(duì)結(jié)構(gòu)受力、施工、接線條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)因素比選分析，最終推薦采用公鐵分層的鋼桁梁矮塔斜拉橋方案，胡小波^[3]對(duì)城市跨河大橋橋型設(shè)計(jì)方案比選分析提出主跨205 m三跨飄帶拱橋、170 m系桿拱橋、170 m鋼桁架橋、170 m+120 m獨(dú)塔斜拉橋四種方案，并通過網(wǎng)上投票的方式最終確定推薦三跨飄帶拱橋的方案。

綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)橋梁的橋型比選做了深入的研究，并取得了一些成果，但對(duì)橋型比選的一套標(biāo)準(zhǔn)化體系研究較少，僅對(duì)每個(gè)工程所涉及的橋梁的關(guān)鍵因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，定性指標(biāo)一般沒有進(jìn)行定量的轉(zhuǎn)換，評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化還不夠完善，評(píng)價(jià)的體系不夠完整。因此，構(gòu)建一套定性與定量相結(jié)合，具有合理客觀、切實(shí)可行的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系非常必要。

1 橋型方案比選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

橋梁結(jié)構(gòu)選型受到多個(gè)因素的影響，該文根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)資料，分析總結(jié)了39個(gè)橋型影響因素，以構(gòu)建的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系為7個(gè)一級(jí)指標(biāo)影響因素和23個(gè)二級(jí)指標(biāo)影響因素為目標(biāo)，通過調(diào)研和問卷調(diào)查等方式，收集20位橋梁專家以及10位建設(shè)單位專家，從不同的主體出發(fā)征求其相關(guān)的意見來確定最終的一、二級(jí)指標(biāo)。

1.1 一、二級(jí)影響指標(biāo)確認(rèn)方法

該文采用概率判斷方法，30位專家對(duì)39個(gè)影響因素進(jìn)行打分，分值為（1～100）分，其中70%專家打分超過80分，去掉最低分和最高分后加權(quán)平均，指標(biāo)因素排名前7位的影響因素確定為一級(jí)指標(biāo)，否則循環(huán)此步驟直到確定一級(jí)指標(biāo)為止；二級(jí)指標(biāo)確定規(guī)則為除去一級(jí)指標(biāo)后超過60%的專家打分位于前23位，去掉最低分和最高分后加權(quán)平均排位，否則循環(huán)此步驟直到確定二級(jí)指標(biāo)為止，概率指標(biāo)體系框架詳見圖1，一級(jí)指標(biāo)分析確認(rèn)表詳見表1。

二級(jí)指標(biāo)依照一級(jí)指標(biāo)確定方式執(zhí)行，最終確定的一、二級(jí)指標(biāo)影響因素詳見表2。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

1.2.1 專家權(quán)威程度判斷

由30位專家進(jìn)行每間隔兩輪權(quán)威程度的咨詢，對(duì)特定的橋型項(xiàng)目進(jìn)行權(quán)重打分，每個(gè)一級(jí)方案和二級(jí)方案的權(quán)重由1～9分組成，越高表示越重要，兩次誤差為20%以內(nèi)，為專家權(quán)威有效。專家意見相對(duì)一致，即為打分有效，取加權(quán)平均，否則需再次進(jìn)行兩輪打分，直到專家意見相對(duì)一致為止。

1.2.2 建立層級(jí)結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)專家所得權(quán)重，建立層次結(jié)構(gòu)模型。目標(biāo)層為橋型方案比選評(píng)價(jià)，準(zhǔn)則層為7個(gè)一級(jí)指標(biāo)；方案層為23個(gè)二級(jí)指標(biāo)，確定權(quán)重后再由專家根據(jù)橋型方案依據(jù)上述相關(guān)影響因素進(jìn)行打分，分值由1～100分組成，分值越高表示越重要。

2 案例分析

該文案例采用攀枝花鹽邊縣S470項(xiàng)目中的所需橋型作為比較，橋位位于力馬河處，提出三個(gè)橋型比選方案，方案一采用主跨190 m上承式鋼管拱橋，方案二采用75 m+140 m+75 m連續(xù)鋼構(gòu)，方案三采用20 m+4×60 m+2×20 m鋼混組合梁+預(yù)應(yīng)力小箱梁。參照上述制定的一二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行方案比選，利用層次分析方法建立影響因素模型詳見圖2，橋型各方案圖詳見圖3。

專家根據(jù)S470項(xiàng)目橋型的特點(diǎn)依據(jù)上述影響因素進(jìn)行1～9分的打分，利用判斷矩陣的形式進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，得出判斷矩陣一致性比例為0.096 2

綜上可知，采用方案一190 m上承式混凝土箱拱橋的總得分是最高的，與該項(xiàng)目實(shí)際采用的橋型方案一致，評(píng)價(jià)結(jié)果可行，說明該評(píng)價(jià)體系方法可行。

3 總結(jié)與展望

該文研究通過梳理橋型比選文獻(xiàn)，并結(jié)合專家意見，初步構(gòu)建了橋型方案比選指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用定性與定量相結(jié)合的方法，細(xì)化了橋型方案比選的各種影響因素，但該研究尚存在一定的局限性：

（1）該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為初步的探索性構(gòu)建，需進(jìn)一步構(gòu)建多項(xiàng)更為精確的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（2）該次構(gòu)建的橋型方案比選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并未通過大規(guī)模使用與反饋。

總之，該文從多層次、多維度確定了橋型方案的影響因素，對(duì)工程上的橋型比選有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]彭元誠(chéng)， 丁德豪， 宗昕， 等. 大小井特大橋橋型方案比選[J]. 公路， 2019（9）： 146-149.

[2]馮亞成， 陳應(yīng)陶， 張小坤， 等. 濟(jì)陽黃河公鐵兩用特大橋橋位及橋式方案比選[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2023（8）： 75-81.

[3]胡小波. 城市跨河大橋橋型設(shè)計(jì)方案比選分析[J]. 工程技術(shù)研究， 2023（9）： 178-180.

收稿日期：2023-12-07

作者簡(jiǎn)介：李培駿（1990—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：橋梁工程。