基于G1-CRITIC突變級(jí)數(shù)的公路隧道綠色施工評(píng)價(jià)

DOI：10.19327/j.cnki.zuaxb.1007-1199.2025.01.004

摘 要：為推動(dòng)隧道建設(shè)綠色低碳發(fā)展，聚焦建設(shè)集成節(jié)約的綠色交通體系，結(jié)合綠色施工原則，從節(jié)能、減排、科學(xué)管理、施工安全以及設(shè)計(jì)優(yōu)化五個(gè)維度選取20個(gè)綠色低碳關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，構(gòu)建公路隧道綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用G1法和CRITIC法計(jì)算指標(biāo)主客觀權(quán)重，引入距離函數(shù)判別法優(yōu)化得到組合權(quán)重對(duì)傳統(tǒng)突變級(jí)數(shù)法并做出改進(jìn)，采用改進(jìn)突變級(jí)數(shù)法建立評(píng)價(jià)模型并對(duì)重慶某特長(zhǎng)隧道案例進(jìn)行實(shí)證分析。結(jié)果表明：該隧道最終突變級(jí)數(shù)值為0.932，綠色施工水平為優(yōu)Ⅴ級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果與項(xiàng)目實(shí)際調(diào)研情況一致。該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型可為后續(xù)公路隧道綠色施工方面的研究提供一條量化分析新途徑。

關(guān)鍵詞：綠色施工；公路隧道；G1-CRITIC；突變級(jí)數(shù)法

中圖分類號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-1199（2025）01-0023-06

0 引 言

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)使我國(guó)的道路交通基礎(chǔ)設(shè)施蓬勃發(fā)展，高速公路里程逐年攀升。根據(jù)交通運(yùn)輸部的統(tǒng)計(jì)，截至2021年末，全國(guó)公路總里程達(dá)528萬(wàn)公里，其中高速公路建設(shè)總里程16.91萬(wàn)公里，公路密度55.01公里/（百平方公里）；全年完成道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資25 995億元，其中隧道23 268處、2469.89萬(wàn)延米增加1952處、269.96萬(wàn)延米，特長(zhǎng)隧道1599處、717.08延米，長(zhǎng)隧道6211處、1084.43萬(wàn)延米。［1］我國(guó)已是世界上隧道數(shù)量最多、建設(shè)規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國(guó)家。由于山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境脆弱，且公路隧道工程量大、施工技術(shù)復(fù)雜，建設(shè)易導(dǎo)致資源消耗多、環(huán)境擾動(dòng)大等問題。而綠色施工作為綠色建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)減少隧道建設(shè)對(duì)資源環(huán)境的擾動(dòng)作用，達(dá)到資源節(jié)約、環(huán)境友好的目的起關(guān)鍵引領(lǐng)作用。因此，對(duì)高速公路隧道綠色施工進(jìn)行評(píng)估，展現(xiàn)綠色施工水平和工程品質(zhì)，有助于建設(shè)綠色城市，從而更好地助力落實(shí)國(guó)家的“雙碳”目標(biāo)任務(wù)，推動(dòng)綠色建筑的切實(shí)發(fā)展。

目前，學(xué)者們從不同角度對(duì)公路隧道綠色施工評(píng)估進(jìn)行研究。工程綠色施工評(píng)價(jià)對(duì)象主要集中在高速公路［2-3］、鐵路［4-5］和裝配式建筑［6-7］中。其中大多以傳統(tǒng)綠色施工中的“四節(jié)一環(huán)?！弊鳛樵u(píng)價(jià)指標(biāo)，但隨著新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝的發(fā)展，這些指標(biāo)還不夠全面。而在工程綠色施工綜合評(píng)價(jià)方面的方法較多，如灰色聚類法［8］、云模型［9-11］和基于組合賦權(quán)的可拓理論［12-15］等。文獻(xiàn)中的這些確定性分析方法和不確定性分析方法都在一定程度上推動(dòng)了隧道施工方面研究的進(jìn)步，但仍存在很多問題，每種評(píng)價(jià)方法各有側(cè)重和優(yōu)缺。對(duì)于隧道施工評(píng)價(jià)方面主要涉及隧道施工階段的坍塌［16］、通風(fēng)［17］、穩(wěn)定性［18］及安全性［19-21］等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；少數(shù)從施工方案［22-23］、施工碳排放［24-26］的維度對(duì)公路隧道施工階段進(jìn)行研究，以及基于“雙碳”目標(biāo)對(duì)工程項(xiàng)目綠色施工驅(qū)動(dòng)因素的研究。［27］

綜上所述，目前在隧道綠色施工評(píng)價(jià)方面的研究尚屬空白，且尚未形成一套集指標(biāo)體系建立、指標(biāo)權(quán)重確定、綜合評(píng)價(jià)方法為一體的較為完善的評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確率還有待進(jìn)一步提高。鑒于此，引入突變級(jí)數(shù)法，運(yùn)用融合主客觀權(quán)重的G1- CRITIC法，綜合考慮公路隧道綠色施工技術(shù)、安全、環(huán)保等影響，構(gòu)建更為全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為隧道綠色施工評(píng)價(jià)提供一種新的可能。

1 公路隧道綠色低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

隨著基礎(chǔ)設(shè)施的完備、施工技術(shù)的進(jìn)步以及意識(shí)到環(huán)境保護(hù)也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益中的一種表現(xiàn)后，綠色安全施工這一理念開始逐漸貫徹到隧道建設(shè)領(lǐng)域中，并隨著時(shí)代發(fā)展賦予綠色建造明確的定義。綠色施工不僅要求質(zhì)量，還要在保證安全的前提下，通過加強(qiáng)管理和優(yōu)化施工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好的綠色工程建設(shè)。

本研究以綠色安全理念為指導(dǎo)，結(jié)合綠色施工原則，從節(jié)能、減排、科學(xué)管理、施工安全以及設(shè)計(jì)優(yōu)化五個(gè)維度構(gòu)建20個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，公路隧道綠色低碳技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示，對(duì)公路隧道設(shè)計(jì)與施工過程中的綠色性能進(jìn)行全面評(píng)估。

參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和專家訪問調(diào)查，對(duì)節(jié)能減排兩個(gè)方面建立二級(jí)指標(biāo)，基于在建項(xiàng)目的施工組織設(shè)計(jì)文件和文獻(xiàn)歸納總結(jié)出施工安全與科學(xué)管理兩方面的二級(jí)指標(biāo)，經(jīng)過對(duì)重慶某公路隧道實(shí)地考察，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)在隧道的設(shè)計(jì)優(yōu)化方面建立二級(jí)指標(biāo)，形成最終公路隧道綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中涉及的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范有《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3660—2020）、《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2019）、《建設(shè)工程綠色施工與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-221-2023）等。

2 G1-CRITIC組合賦權(quán)法

G1法是基于AHP法提出的一種改進(jìn)的主觀權(quán)重賦值法，無(wú)須在權(quán)重確定過程中構(gòu)造判斷矩陣，從而省略了一致性檢驗(yàn)，可簡(jiǎn)單高效地確定指標(biāo)獨(dú)立權(quán)。［28］而CRITIC法是一種基于綜合考慮指標(biāo)之間對(duì)比強(qiáng)度和指標(biāo)之間沖突性的指標(biāo)權(quán)重法，使用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)衡量同一指標(biāo)內(nèi)部的差異程度，同時(shí)還通過相關(guān)系數(shù)來(lái)反映指標(biāo)之間的相關(guān)性。［29］G1-CRITIC組合賦權(quán)法綜合主客觀兩方面來(lái)計(jì)算權(quán)重，兼顧了評(píng)價(jià)指標(biāo)的多樣性和一些隱性關(guān)系，能夠?qū)匪淼谰G色施工性能做出客觀而又有效地評(píng)價(jià)。

2.1 G1確定主觀權(quán)重

（1）確定指標(biāo)之間的序關(guān)系。邀請(qǐng)N位專家對(duì)公路隧道綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)重要程度打分，依據(jù)結(jié)果得到指標(biāo)序關(guān)系數(shù)據(jù)X1，X2，···，Xn。

（2）確定相鄰指標(biāo)重要度比值[RK]。假設(shè)綠色施工公路隧道某評(píng)價(jià)指標(biāo)為[Xk]，相鄰指標(biāo)為[Xk-1]，則有：

[Rk=Xk-1Xkk=1，2，…，n]" " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

（3）計(jì)算指標(biāo)獨(dú)立權(quán)重[Wk]。

[Wk=11+k=2ni=knRi]" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

2.2 CRITIC確定客觀權(quán)重

分別對(duì)正負(fù)指標(biāo)進(jìn)行極值標(biāo)準(zhǔn)化，正項(xiàng)指標(biāo)取值越大越優(yōu)，負(fù)向指標(biāo)取值越小越優(yōu)，其公式如下：

正向指標(biāo)：[Xij=Xj-XminXmax-Xmin]" " " " " " " " " " " " " " " （3）

負(fù)向指標(biāo)：[Xij=Xmax-XjXmax-Xmin]" " " " " " " " " " " " " " " （4）

（1）計(jì)算每一指標(biāo)的對(duì)比強(qiáng)度[σi]。

[σi=Χij-Χi-2n-1]" " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（5）

（2）計(jì)算各指標(biāo)間的線性相關(guān)系數(shù)[Si]，表示第[i]個(gè)指標(biāo)與其他指標(biāo)沖突性量化的結(jié)果。而[Ci]表示指標(biāo)的信息量，其值越大，即該指標(biāo)的相對(duì)重要程度越高。

[Si=j=1m1-rij]" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （6）

[Ci=σiSi]" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （7）

（3）計(jì)算最終權(quán)重[Wi]。

[Wi=Cii=1nCi]" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（8）

2.3 距離函數(shù)判別法確定組合賦權(quán)系數(shù)

為實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)重和關(guān)聯(lián)權(quán)重的有效融合，引入距離函數(shù)判別法[30]，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行組合賦權(quán)，使評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重賦值更科學(xué)。設(shè)α、β分別為G1法和 CRITIC法對(duì)應(yīng)的權(quán)重分配系數(shù)，以確定指標(biāo)權(quán)重WG和WCR的權(quán)重系數(shù)，二者的距離函數(shù)T及組合權(quán)重W表示為：

[T=WG，WCR=12i=1nWiG-WiCR212W=αWiG+βWiCR]" " " " " （9）

約束條件：[TWG，WCR2=α-β2α+β=1]" " " " " " "（10）

3 構(gòu)建突變理論評(píng)價(jià)模型

突變級(jí)數(shù)法是以矛盾點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過歸一化處理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)判的方法。該方法的思想是構(gòu)建一個(gè)包括要判斷的問題和影響因素兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的系統(tǒng)，基于這個(gè)系統(tǒng)建立一個(gè)整體的評(píng)價(jià)體系模型，然后將該系統(tǒng)進(jìn)行分解，得到每個(gè)層次的指標(biāo)。將這些指標(biāo)的數(shù)值通過相應(yīng)的歸一化公式進(jìn)行歸一化處理，最終將多指標(biāo)的問題簡(jiǎn)化為單參數(shù)得出一個(gè)總隸屬函數(shù)，然后基于這個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。［31-33］

突變理論主要應(yīng)用于指標(biāo)權(quán)重確定之后，根據(jù)各層指標(biāo)個(gè)數(shù)選擇適應(yīng)的突變模型以計(jì)算總突變級(jí)數(shù)值，常用的幾種突變級(jí)數(shù)模型及歸一公式如表2所示。

突變級(jí)數(shù)法的實(shí)現(xiàn)過程如下：

（1）建立層次分析結(jié)構(gòu)模型。對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分解形成一個(gè)層次分析結(jié)構(gòu)，每層內(nèi)的指標(biāo)因素順序按照重要程度進(jìn)行排列。

（2）確立結(jié)構(gòu)模型各層次的突變模型。結(jié)合表 2確定結(jié)構(gòu)模型中各層次指標(biāo)所屬的基礎(chǔ)突變模型。

（3）無(wú)量綱化指標(biāo)。進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，會(huì)考慮到很多不同類型的指標(biāo)具有不同的單位，避免各指標(biāo)的量綱和參數(shù)范圍對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生的影響，便于各評(píng)價(jià)指標(biāo)比較。

（4）歸一化公式推導(dǎo)。

（5）歸一化綜合評(píng)判原則。確定每一狀態(tài)變量對(duì)應(yīng)的控制變量之間的“互補(bǔ)”與“非互補(bǔ)”關(guān)系，“非互補(bǔ)關(guān)系”采用“大中取小”決策原則，“互補(bǔ)關(guān)系”采用“取均值”原則。

4 應(yīng)用案例分析

以重慶某特長(zhǎng)隧道為例進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)時(shí)調(diào)研，運(yùn)用改進(jìn)突變級(jí)數(shù)模型開展綠色施工評(píng)估。該隧道左線里程范圍：K37+855～K50+241，全長(zhǎng)12 386m；右線里程范圍：YK37+857～YK50+179，全長(zhǎng)12 322m。其進(jìn)出洞口均位于斜坡底部，隧道縱向地形起伏較大，洞口段地形坡度較緩。進(jìn)洞口位于斜坡下部，其坡向314°，坡度角為10°～25°。出洞口位于斜坡中下部，坡向約179°，坡度角為20°～30°。隧道區(qū)內(nèi)地面高程825～1940m，最大相對(duì)高差約1115m。

4.1 隧道綠色施工評(píng)價(jià)等級(jí)

參考重慶《建設(shè)工程綠色施工與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》DBJ50/T-221-2023、建筑與市政工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合調(diào)查專家意見和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮公路隧道綠色施工狀況，將其評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為極差、差、中、良、優(yōu)5個(gè)等級(jí)（見表3）。

4.2 指標(biāo)重要度排序

根據(jù)公路隧道綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，邀請(qǐng)137位隧道工作人員對(duì)相關(guān)綠色施工指標(biāo)進(jìn)行專業(yè)打分。其中包括隧道領(lǐng)域?qū)＜?、隧道施工技術(shù)人員以及管理人員，約66.42%的工作人員擁有本科及本科以上學(xué)歷，從事公路隧道工程工作年限10年以上的人員占比45.26%，而3—5年的工作人員約占31.39%。

對(duì)137份數(shù)據(jù)求均值排序和極值標(biāo)準(zhǔn)化，分別采用G1法和CRITIC法算取相關(guān)權(quán)重，再利用距離函數(shù)判別法確定對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)α為0.5815，β為0.4815，由2.3公式得到組合權(quán)重值（如表4所示）。

4.3 隧道綠色施工評(píng)價(jià)

各指標(biāo)根據(jù)綜合權(quán)重排序?yàn)閧A1，A4，A3，A2，A5}，{B2，B3，B1}，{C1，C4，C3，C2}，{D2，D1，D4，D3}，{E3，E4，E2，E1}。通過對(duì)重慶某特長(zhǎng)隧道項(xiàng)目的訪問搜集到了128份問卷，該項(xiàng)目工作人員結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況對(duì)隧道綠色施工指標(biāo)進(jìn)行專業(yè)打分。將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，采用極大值極小值法將其取值的范圍轉(zhuǎn)化為0—1之間，借助歸一化公式并結(jié)合歸一化綜合評(píng)判原則，計(jì)算出各指標(biāo)突變級(jí)數(shù)值（如表5所示）。

其中，綜合評(píng)判原則包括“互補(bǔ)型”和“非互補(bǔ)型”，當(dāng)每個(gè)控制變量不能相互替代，且控制變量的影響都是相互獨(dú)立的，不足之處是不能相互彌補(bǔ)，取值的方式為“最小值”。而控制變量之間的不足可以相互彌補(bǔ)，為了指標(biāo)值可以取到較高水平的均值，此時(shí)使用互補(bǔ)原則，需用“求均值”的方法取值。

采用變異系數(shù)法對(duì)一級(jí)指標(biāo)A、B、C、D、E進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)權(quán)重0.2159、0.1868、0.0498、0.1427、0.1861、0.2187，其指標(biāo)權(quán)重排序?yàn)閧E，A，D，C，B}。求其歸一化結(jié)果為0.970、0.981、0.981、0.979、0.932，因一級(jí)指標(biāo)的突變級(jí)別為5，屬于非互補(bǔ)棚屋型適用互補(bǔ)原則，可計(jì)算出最終突變級(jí)數(shù)值為0.932。根據(jù)上述隧道綠色施工評(píng)價(jià)等級(jí)，龍骨坡特長(zhǎng)隧道屬于Ⅴ級(jí)，綠色施工水平為優(yōu)，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際項(xiàng)目考察結(jié)果一致。

5 結(jié) 論

在“雙碳”背景下，綠色工程項(xiàng)目的量化等級(jí)評(píng)價(jià)體系的建立迫在眉睫，本項(xiàng)目旨在通過G1-CRITIC突變級(jí)數(shù)法對(duì)重慶公路隧道綠色施工進(jìn)行考核量化，為后續(xù)的項(xiàng)目評(píng)定提供助力。

（1）傳統(tǒng)突變級(jí)數(shù)法只從主觀方面考慮了指標(biāo)間的重要排序，G1-CRITIC組合賦權(quán)法綜合主客觀兩方面來(lái)計(jì)算權(quán)重，有效減輕了人為因素對(duì)評(píng)價(jià)造成的影響，同時(shí)削弱了由于模糊數(shù)學(xué)存在的主觀不確定性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具科學(xué)性。

（2）依據(jù)隧道綠色施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用劃分為節(jié)能、減排、科學(xué)管理、施工安全以及設(shè)計(jì)優(yōu)化五個(gè)維度，建立了二級(jí)共20個(gè)指標(biāo)的隧道綠色施工評(píng)價(jià)體系。將節(jié)能、減排等兩個(gè)重要概念融入隧道具體施工中，在增強(qiáng)綠色節(jié)能環(huán)保管理意識(shí)和保障施工安全的同時(shí)，充分考慮新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用予以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（3）從二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，A、B、C、D、E五個(gè)一級(jí)指標(biāo)中，設(shè)計(jì)優(yōu)化E的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)最低，表明隧道綠色施工中設(shè)計(jì)優(yōu)化方面有待發(fā)展。以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)為支撐，形成交通系統(tǒng)智慧運(yùn)維和科學(xué)防災(zāi)的可視化管理。以實(shí)現(xiàn)公路隧道綠色性能的統(tǒng)計(jì)、分析、監(jiān)控和實(shí)時(shí)報(bào)警等功能，提升整體安全、舒適、健康及智慧體驗(yàn)感。

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（參考文獻(xiàn)[31]-[33]省略，有需要可聯(lián)系索取）

責(zé)任編校：羅 紅，杜晚霞

Evaluation of Green Construction of Highway Tunnels Based on G1-CRITIC Catastrophe Progression Method

JIN Chaoqun，LIU Rong

（School of Economics and Management，Chongqing Jiaotong University ，Chongqing 400074，China）

Abstract：In order to promote the green and low-carbon development of tunnel construction and focus on building an integrated and economical green transportation system， this paper selected 20 key green and low-carbon technical indicators from five dimensions-energy saving， emission reduction， scientific management， construction safety and design optimization， which constituted the green construction evaluation index system" for highway tunnels.G1 and CRITIC methods were used to calculate the subjective and objective weights of the indicators， and the distance function discrimination method was introduced to optimize the combined weights and improve the traditional catastrophe progression method. Based on this， an improved catastrophe progression method was used to establish an evaluation model and conduct an empirical analysis on a case study of a long tunnel in Chongqing. The results show that the final catastrophe progression value for the tunnel is 0.932， and the green construction level is rated as Excellent Ⅴ. The evaluation results are consistent with the actual investigation of the project. The evaluation index system and model can provide a new way of quantitative analysis for the subsequent research on the green construction of highway tunnels.

Key words： green construction； highway tunnels； G1-CRITIC； catastrophe progression method

收稿日期：2024-03-22

作者簡(jiǎn)介：金超群，女，重慶人，碩士生，研究方向?yàn)楣こ叹G色施工。

劉 蓉，女，重慶人，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理和工程項(xiàng)目評(píng)估。