AHP模糊綜合評價在永龍高速公路路線方案比選中的應用?

郭鳳平，侯云飛

（1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南　長沙　410004；2.湖南交通職業技術學院，湖南　長沙　410004）

AHP模糊綜合評價在永龍高速公路路線方案比選中的應用?

郭鳳平1，2，侯云飛1

（1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙410004；2.湖南交通職業技術學院，湖南長沙410004）

結合永龍（永順—龍山）高速公路的實際特點，從社會效益、生態和諧、技術設計和美觀舒適4個方面構建評價指標體系，運用層次分析法計算各評價因素的權重，并以此為基礎建立模糊綜合評價模型；運用該模型，通過定性與定量分析相結合，對永龍高速公路路線設計方案進行比選，得出了最優路線設計方案。

工程管理；公路；路線選擇；層次分析法；模糊綜合評價

路線設計及選取的好壞直接影響高速公路項目的經濟效益及社會效益，也影響項目建設投資的總目標。當下高速公路項目建設中只重視經濟、速度與結果，導致高速公路項目與環境、社會、生態等間的關系不協調。因此，在項目建設前期選取科學、合理的線路方案尤為重要。

關于高速公路路線方案比選，國內外學者進行了不少研究：Sadek S.等通過建立多目標決策模型，從技術層面保證了公路路線方案評價技術及優選技術的科學合理性；美國AASHTO深入分析了公路幾何要素與交通量的關系，所建立的交互式公路安全設計模型被普遍應用于雙車道公路路線設計檢查與評價；Li Li-ping等針對平原地區公路路線比選構建決策指標體系，通過專家經驗打分和模糊數學理論確定決策因子的權重，將定性、定量分析結合起來，既保證了評價指標的科學性、合理性和可獲得性，也消除了評價過程中主觀判斷的模糊性和不確定性；趙勇等結合高速公路項目的特點，利用對比分析法，結合定性、定量分析手段，建立了兩條高速公路線路對生態環境影響程度評價體系，并比選出最終高速公路路線方案；張光輝等將綜合費用作為路線網絡中的流量參數，結合具體工程，應用施工組織設計中的進度控制原理，建立了公路路線選取模型——關鍵線路法；楊存亮等通過分析比較國家、地區未來路網規劃及其他路線方案，采用價值工程的相關理論確定最佳高速公路路線方案；高進科結合山區公路路線實況，用層次分析法找出影響路線方案實施的關鍵因素，避免比選過程中的盲目性、片面性及主觀性，進而選擇出最優路線；張志軍將質量功能引入高速公路路線比選，通過分析高速公路對其利益相關者的影響，得出高速公路的功能需求及質量特征，對高速公路路線方案優選進行研究。

上述關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濟性，沒有考慮與自然環境、社會環境的和諧性。2）選取的評價指標以定性分析居多，缺少定量研究成果，導致各指標的選取具有較多的主觀性。3）路線方案設計需考慮經濟與技術相結合，設計過程中要正確處理技術與經濟的關系，方案比選也需兩者兼顧。

1　永龍高速公路路線方案設計影響因素

1.1地區自然地理狀況

平原地區地形寬廣、平坦且起伏不大，路線可直線延伸，而地形地貌復雜的山區路線崎嶇，其工程技術要求較高。因此，在高速公路路線選取過程中應盡可能繞開地形地勢較復雜的區域。

永龍（永順—龍山）高速公路位于湘西苗族、土家族、白族等少數民族集聚地，經濟較落后，農耕地較少，交通十分不便，信息也時常受阻。其路線走廊帶地處湖南省西北部的低山丘陵地區，總體來看，地勢西高東低，呈階梯狀分布，路線走向設計過程中應綜合考慮，盡量將施工階段的難度降到最低，同時將運營階段的效益發揮到最佳。

1.2區域路網規劃

高速公路路線選取中，首先要對已建成的高速公路、鐵路及整個路網的分布現狀進行分析，同時納入未來路網規劃一并考慮，其建設既不能影響已建成公路、鐵路網，也要滿足相關規范及技術要求。

該項目區域內的交通干線眾多，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協調、合理布局，路線的選取需充分考慮多方面因素，充分提高區域交通運輸條件和路網可靠性。

1.3景觀與環保設計

高速公路的建設會對周邊自然及社會環境造成一定影響，對周邊環境的影響是高速公路評價中的一個重要指標，在設計之初就應將景觀與環保設計一起考慮。在高速公路路線選取中還應考慮施工處周圍的地理地質條件、社會人文景觀及路容景觀要求等，注重路基防護形式、景點設計等。

1.4城鎮規劃及生產力布局控制

高速公路項目應與區域內的城鎮有效銜接，在保證路線總體走向的前提下，盡可能方便沿線城鎮，以促進區域社會、經濟發展。根據該項目的功能定位，路線方案研究主要考慮連接的城鎮有永順縣和龍山縣。

龍山縣以山地地貌居多，地勢北高南低，位于武陵山脈西側。縣城位于酉水河谷的平坦地區，是沒有規劃高速公路的縣城，目前與外界連接的主要道路是東西向S305及南北向G209。該項目考慮在龍山縣東側布線，與S305相交，并設置互通，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，形成了以張吉國家二級路、G209 和S230、S306省道為骨架，各縣鄉道交錯縱橫的公路網絡。永順縣是該項目影響區內重要的縣城，應考慮修建永順連接線，解決從城區南部過往車流快速上下高速公路的問題，同時解決過境交通從南部進入城區的交通銜接。

2　永龍高速公路路線方案設計

該項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、鄂兩省西部地區的一條主要路線。項目地處湘西，境內為武陵山脈，萬山聳立，地勢高低懸殊，地形條件異常復雜，困難的地形是制約路線方案的重要因素之一。根據路網布局分析，其主要控制點為安康、平利、鎮坪、巫溪、建始、恩施、來鳳、龍山、吉首。在研究路線走廊帶時，充分分析安吉（安康—吉首）高速公路規劃的路線走向，結合該項目沿線的主要城鎮分布和主要控制點所確定的總體走向，通過對項目區域數字高程模型圖的研究，確定有價值的路線走廊帶有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—農車。路線的起點位于龍山縣石羔鎮甘壁寨，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，抵達田家園子后下穿越黔張常鐵路，在黃土坡設龍山互通、龍山連接線與龍山縣城及茨巖塘相接；再沿S305方向布線，經興隆街至茨巖塘，在茨巖塘與在建龍永二級公路對接；之后沿龍永二級公路布線，在西湖設互通與龍永公路相接，沿龍永公路經紅巖溪、青龍界至農車。

（2）中線走廊帶（沿G209走廊帶），即新城—洗洛—王家灣（茅坪）—紅巖溪—農車。路線起點位于來鳳公路終點甘壁寨，抵達田家園子后，下至黔張常鐵路，在設有龍山互通交匯處的黃土坡與龍山縣城的茨巖塘相對接；之后向東延伸，沿G209國道方向經洗洛、水沙坪，在水沙坪設置互通，使茅坪與G209相接；穿越洗車河后，通過建設隧道到達青龍界，沿龍永二級公路的方向布線；經農車互通后穿過伴湖、首車，與龍永二級公路相接；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—歐溪坪—召市—洛塔—農車。路線至洗洛后，折向西南方，沿S231布線至歐溪坪，設三尖山長隧道至召市；之后折向東南方，設長隧道穿越洛塔景區，跨越洗車河，再設長隧道穿越限制勘察規劃區，經張家界至農車。

三方案的主要工程量見表1。

3　永龍高速公路路線方案評價與比選

3.1構建評價指標體系

利用層次分析-模糊綜合評價法對永龍高速公路路線設計方案進行比選，該方法將定性描述和定量計算有機結合，能將人為主觀性判斷降到低，做到有理有據。評價指標體系見圖1。

表1　路線方案的主要工程量

圖1　永龍高速公路路線設計方案評價指標體系

3.2層次分析法確定指標權重

（1）構造判斷矩陣。邀請4位工程咨詢專業人員及6位設計方面專家對路線方案進行評審，根據評審結果得出判斷矩陣（見表2～6）。

表2　目標層的判斷矩陣

表3　社會效益準則層的判斷矩陣

表4　生態和諧準則層的判斷矩陣

表5　技術設計準則層的判斷矩陣

表6　美觀舒適準則層判斷矩陣

（2）判斷矩陣的一致性檢驗。經過計算，得目標層判斷矩陣的λmax=4.246 5。判斷矩陣偏離一致性的指標CI=（λmax-n）/（n-1）=（4.246 5-4）/（4-1）=0.082 2，隨機一致性比率CR=CI/RI =0.082 2/0.9=0.009 1<0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗。同理，對其他矩陣進行一致性檢驗，結果顯示均具有滿意的一致性。

（3）指標的權重計算。根據AW=λmaxW求解特征根，求出正規化特征向量的分量Wi，即為相應指標的權重。計算得目標層權重向量為：

社會效益權重向量為：

生態和諧權重向量為：

技術設計權重向量為：

美觀舒適權重向量為：

3.3模糊綜合評價模型的建立

（1）建立評價集。項目評價小組由9人組成，其中業主代表1名，工程咨詢專業人員2名，專家6名。對各方案進行審核后，評價小組按照評價集的給分標準分別對各方案打分，采取10分制，結果見表7～10。

表7　社會效益準則層的評價集

表8　生態和諧準則層的評價集

表9　技術設計準則層的評價集

表10　美觀舒適準則層的評價集

（2）對準則層進行模糊判斷。方法為權重向量×評價集矩陣。社會效益的模糊判斷為：

生態和諧的模糊判斷為：

技術設計準則層的模糊判斷為：

（3）對目標層進行模糊判斷。方法為目標層權重向量×準則層模糊判斷矩陣，即：

美觀舒適的模糊判斷為：

運用層次分析-模糊綜合評價法得出方案1的功能評分為7.571 2，方案2的功能評分為8.121 2，方案3的功能評分為7.991 8。從指數上看，路線設計方案2的設計最好，其次是方案3，方案1沒有優勢，故將方案2選為最優路線設計方案。

3.4結果分析

（1）根據層次分析法得出的權重值，社會效益功能在永龍高速公路項目路線選擇上占據較大權重，為0.402 7，方案2的社會效益功能方面還有待完善與提高。如路線穿過的區域相對來說地形較平緩，大部分是農業區，路線走向應減小對農田灌溉的影響，或給當地農民提供更多的就業機會，這樣即使工期加快，也能增加當地農民的收入。

（2）技術設計功能的權重值為0.284 8，永龍高速公路項目實際情況表現出來的問題是技術與經濟嚴重脫節，應擴大專業設計人員和經濟分析人員的知識面，使專業設計人員掌握技術、經濟分析的基本原理和方法，經濟分析人員熟悉各專業方案選型中的相關知識，促進技術與經濟的緊密結合，提高項目的效益。不僅是永龍高速公路，全國各地的高速公路項目建設也應如此，不能讓技術與經濟脫節。

（3）生態和諧功能的權重值為0.228 9，所占比重也不容忽視。永龍高速公路的建設對于當地自然與生態環境的破壞不可避免，方案2盡量避免繞開人口密集的區域，減少了對當地居民日常生活的影響，但這只是被動控制，關鍵是應在選線之后的具體設計中加以體現。如路基路面工程的施工應嚴格按規范執行，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；在穿過人口相對稠密的區域時設置隔音帶，保證居民的夜間睡眠質量等。如今，由于拉動經濟增長而帶來的環境惡化問題越來越多，發展高速公路項目不能僅著眼于眼前利益，應考慮改善居民生活條件、緩解交通擁擠、適應經濟增長等方面，還應考慮促進自然和諧發展，引導整體經濟的良性發展。

（4）美觀舒適功能的權重值較小，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的具體設計中，可考慮減少一部分不必要的附屬設施建設，不要讓過多的人力、財力、物力耗費在該功能的實現上，也就是說減小對于美觀舒適功能的成本投入，將其轉換到其他功能的實現當中，以取得最佳效果。

4　結語

該文依據指標體系構建原則，結合永龍高速公路的具體情況，從社會效益、生態和諧、技術設計及美觀舒適4個功能角度建立了高速公路路線設計方案評價指標體系，采用層次分析法對評價指標進行權重分析，然后運用模糊綜合評價的思路，通過專家打分得出各準則層、各指標的得分，由此計算出各比選方案的最終得分，從而得出最優方案。在進行路線方案優選時將這4項功能綜合考慮并進行定性、定量綜合分析，為高速公路路線設計方案比選提供了新思路，對于實現高速公路項目更快、更好的發展具有現實意義。

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U412.3

A

1671-2668（2016）01-0224-05

2015-12-04

湖南省交通運輸廳科研項目（2023）