鐵路綠色施工節(jié)地與土地資源保護措施評價

劉鵬舉,鮑學英,趙延龍,王起才

(蘭州交通大學土木工程學院,蘭州 730070)

土地資源是人類生存彌足珍貴的自然資源，是任何物質(zhì)生產(chǎn)都不可替代的，是人類生存必須的物質(zhì)條件。鐵路在建設施工期會占用大量的土地，為了減少鐵路施工對土地資源的占用，保護和合理利用土地，在鐵路施工中節(jié)約用地與土地資源保護受到了越來越多的關注。鐵路施工階段對土地資源的占用主要包括生產(chǎn)區(qū)施工大型臨時設施占地、生活區(qū)小型臨時設施占地、取棄土(石、渣)場用地以及鐵路永久性工程占地，而在施工階段能夠節(jié)約的土地范圍主要是各種臨時設施占地以及取棄土(石、渣)場用地。

鐵路節(jié)約用地與土地資源保護(以下簡稱“節(jié)地”)是綠色鐵路的核心“四節(jié)一環(huán)保”(即節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材以及環(huán)境保護)中很重要的一部分內(nèi)容。目前綠色鐵路的研究成果還比較少，并且鐵路建設工程專業(yè)性強，技術因素復雜[1]，其施工具有一定的特殊性，要對綠色鐵路進行研究可以借鑒綠色施工相對比較成熟的建筑工程進行研究，并在建筑工程綠色施工節(jié)地的基礎上，考慮鐵路自身的特點，建立一套適合鐵路綠色施工節(jié)地措施的評價體系，然后構(gòu)建鐵路綠色施工節(jié)地措施等級評價模型，對鐵路綠色施工節(jié)地的影響因素進行研究，找出非綠色因素，這樣就可以提高鐵路綠色水平，達到節(jié)約與保護土地資源的目的，這對國家建設資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會的實現(xiàn)具有重大意義。

1 鐵路綠色施工節(jié)地評價指標體系構(gòu)建

《建筑工程綠色施工評價標準》[2]將綠色施工節(jié)地與土地資源保護評價指標分為控制項、一般項和優(yōu)選項，其中一般項主要從節(jié)約用地和保護用地兩方面考慮。《住建部綠色施工科技示范工程技術指標》把節(jié)地與施工用地保護指標分為施工用地指標、施工用地保護、施工總平面布置。根據(jù)鐵路施工特點、借鑒建筑工程相關綠色施工節(jié)地評價指標、標準和部分鐵路綠色施工期刊論文[3-5]，以及西南交通大學相關專家撰寫的《綠色鐵路理論及評價》[6]，從臨時用地節(jié)約、施工平面布置、臨時水土保持措施和永久水土保持措施四方面，利用問卷調(diào)查法、目標分解法，構(gòu)建了施工階段綠色鐵路節(jié)地措施評價指標體系，如表1所示，指標共分目標層、準則層、方案層三層。

2 評價指標體系權(quán)重的確定

由于施工階段節(jié)地的相關指標比較多，為了更容易地對不同的評價指標進行區(qū)分，必須對不同的指標賦予不同的權(quán)重。在確定指標權(quán)重的方法中，有基于客觀數(shù)據(jù)的客觀權(quán)重法，有依據(jù)專家主觀意見的主觀權(quán)重法[7]，但是二者在確定權(quán)重時均有一定的不足。這里選擇三角模糊數(shù)層次分析法主要原因如下：三角模糊數(shù)層次分析法是對層次分析的改進提高[8]，層次分析法一般不會將人們判斷時的模糊性考慮到判斷矩陣的構(gòu)造之中，其判斷區(qū)間一般都是間斷的，所以其反映的客觀事實不夠充分，并且層次分析法需要一致性檢驗，這使得計算變得很復雜，而如果把三角模糊矩陣的思想引入到層次分析法判斷矩陣的構(gòu)造之中，就可以把專家個人判斷的模糊性考慮在內(nèi)，而且使得判斷矩陣的構(gòu)造更加合理，同時又避免了一致性檢驗，所以，三角模糊數(shù)層次分析法能夠使權(quán)重計算結(jié)果更準確，更便于在實際之中應用[9]。

在應用三角模糊數(shù)層次分析法確定權(quán)重時，首先要做的就是向鐵路綠色施工領域的專家發(fā)放調(diào)查問卷，然后收集數(shù)據(jù)，整理得到各級指標的三角模糊判斷矩陣，并對各專家得出的判斷矩陣求平均值，得到各指標的綜合判斷矩陣，然后計算各評價指標的綜合重要程度值，最后對各綜合重要程度值進行歸一化處理，得到各級評價指標所占權(quán)重值，并通過逐級相乘求得評價指標的總權(quán)重Wi[10]。由于篇幅所限，三角模糊數(shù)層次分析法的詳細計算過程可參照《基于三角模糊數(shù)層次分析法的武器系統(tǒng)效能評估研究》[11]。最終，影響鐵路綠色施工節(jié)地各指標的權(quán)重見表1。

3 灰色聚類法評價模型的構(gòu)建

3.1 灰色聚類法選擇依據(jù)

由表1可以看出，鐵路施工階段與節(jié)地有關的因素很多，這些影響因素對鐵路綠色施工節(jié)地的影響程度究竟多大是未知的，屬于灰色研究的范疇，因此需要選擇灰色理論對鐵路綠色施工的節(jié)地等級進行評價。在灰色理論中灰色聚類法主要應用于評價，因此選擇灰色聚類法作為鐵路綠色施工節(jié)地措施等級評價的方法。所謂灰色聚類法就是將聚類對象對于不同聚類指標所擁有的白化權(quán)數(shù)按幾個灰類進行歸納，從而判斷聚類對象屬于哪一個灰類，確定對象等級[12-14]。

表1 鐵路綠色施工節(jié)地與土地資源保護評價指標及指標權(quán)重

3.2 灰色聚類法評價的具體步驟

3.2.1 劃分綠色度評價等級

參照《綠色鐵路理論及評價》[6]，可以將鐵路施工階段節(jié)地的評價指標按綠色程度劃分為5個等級，分別為深綠色、綠色、準綠色、淺綠色、非綠色，各等級對應的分數(shù)分別為5分、4分、3分、2分、1分，然后邀請對鐵路綠色施工節(jié)地有豐富經(jīng)驗的專家，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，按照這5個等級進行打分。

3.2.2 構(gòu)建灰色矩陣

抽取s個專家對某項目U各節(jié)地指標進行評價，以指標Uij的評分等級為標準進行打分，第t個專家對評價指標Uij給出的評分記作Uijt，得到評價樣本的矩陣為

(1)

式中Uijt——第t個專家對評價指標Uij的打分；

m——一級指標的數(shù)量；

n——一級指標下的二級指標的數(shù)量；

s——專家人數(shù)。

3.2.3 構(gòu)造白化權(quán)函數(shù)

由于評價標準分為深綠色、綠色、準綠色、淺綠色、非綠色5個等級，因此，對應將評價灰類設為5個，設各灰類等級值化向量為Y=(Y1，Y2，Y3，Y4，Y5)=(5，4，3，2，1)，對應的白化權(quán)函數(shù)如表2所示。

3.2.4 計算灰色評價系數(shù)

(2)

xij為各評價指標灰類的總灰色評價系數(shù)，則有

表2 各灰類等級對應的白化權(quán)函數(shù)

(3)

3.2.5 確定指標的灰色評價權(quán)

(4)

(5)

Bi代表方案層對應的上層準則層Ui做綜合評價之后所得結(jié)果，則有

(6)

R=(B1，B2，B3，B4，B5)T

(7)

評價結(jié)果記為B=WR=(b1，b2，b3，b4，b5)，其中W是準則層權(quán)重向量。

最終，根據(jù)最大隸屬度原則確定評判結(jié)果[15]，即評價結(jié)果的節(jié)地綠色等級就是綜合評價向量B中所有元素的最大值所在的灰類等級。

4 實證研究

蘭中城鐵即蘭州至中川機場的城際鐵路，線路全長63.136 km，全線共設蘭州西站、陳官營、福利區(qū)、西固、蘭州新區(qū)和中川機場6個車站，于2015年9月30日正式運營。該線路在施工期間，合理布設施工平面，施工臨時設施和施工便道布置遵循永臨結(jié)合原則，制定了合理的水土保持措施保護鐵路沿線周邊土地資源，節(jié)約了不少臨時性用地。現(xiàn)選取參與施工及研究綠色鐵路的單位共計5家，其中施工單位2家，設計單位1家，建設單位1家，咨詢單位1家。從這5家單位中選出5名專家，這5位專家中有1位從事鐵道專業(yè)、1位從事橋梁隧道工程專業(yè)，1位從事結(jié)構(gòu)工程專業(yè)、1位從事巖土工程專業(yè)、1位從事工程管理專業(yè)，5位專家均有高級工程師及以上職稱，且從事綠色鐵路工作設計、施工或建造工作均超過8年，有3位專家擁有征地拆遷相關工作經(jīng)驗超過10年。由選中的5位專家對蘭中鐵路施工階段綠色鐵路節(jié)地的三級指標進行打分，分數(shù)依次為5分、4分、3分、2分、1分，分別對應綠色等級為深綠色、綠色、準綠色、淺綠色和非綠色，然后對每個單位所得分數(shù)進行加權(quán)平均，共得到5組數(shù)據(jù)，見表3。

表3 專家對節(jié)地各項指標的打分匯總

該項目在進行評價時樣本中共有4個二級指標，14個三級指標，由表4中各專家的打分可得到該項目評價樣本矩陣如下

根據(jù)評價樣本矩陣，在表3中找到各指標對應灰類等級的白化權(quán)，利用公式(2)、公式(3)求出各級指標對應的總灰類評價系數(shù)，最后利用公式(4)和公式(5)可計算得到各準則層指標的評價矩陣如表4所示。

表4 準則層各指標矩陣

對二級指標各指標做綜合評價，得

同上，利用公式(6)可分別得到B2、B3、B4，由以上矩陣組成矩陣R如下。

則該項目綠色鐵路施工階段節(jié)地的總體評價結(jié)果為

由于max{B}=0.308，由最大隸屬度原則可得，蘭中城際鐵路綠色施工節(jié)地與土地資源保護方面總體的評價等級為“準綠色”，同時也可得到工程綠色施工節(jié)地的綜合得分為2.855，取整得3，對應的評價等級為“準綠色”，具體計算過程如下

T=B×YT=

5 結(jié)論

(1)通過總結(jié)前人對綠色鐵路節(jié)地的研究成果，借鑒相關綠色施工規(guī)范并結(jié)合鐵路施工特點，從臨時用地節(jié)約、施工平面布置、臨時水土保持措施、永久水土保持措施4個方面，構(gòu)建了一套完整的鐵路綠色施工節(jié)地的措施評價指標體系。

(2)將鐵路節(jié)地的綠色施工等級劃分為5個等級深綠色、綠色、準綠色、淺綠色、非綠色，首先能夠較容易地對鐵路綠色施工節(jié)地的綜合綠色度進行評價，其次還有利于對施工階段節(jié)地的各項指標的綠色度進行區(qū)分，找出淺綠色和非綠色的指標對其綠色程度進行改善，進而提高項目節(jié)地的整體綠色等級。

(3)通過運用蘭中城際鐵路這一實例進行論證，證明了運用三角模糊層次法和灰色聚類法相結(jié)合對鐵路綠色施工節(jié)地措施進行評價是完全可行的，為鐵路綠色施工節(jié)地措施評價提供了一個科學合理的評價方法。

[1] 趙紅星.層次分析法在鐵路工程評標指標權(quán)重中的應用[J].鐵道工程學報，2012，10(10):120-123.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB/T 50640—2010 建筑工程綠色施工評價標準[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[3] 陳虎.綠色鐵路客站節(jié)地與室外環(huán)境評價方法的研究[J].鐵道科學與工程學報，2016，13(7)：1433-1438.

[4] 畢志超，梁青槐，程霄楠.我國鐵路建設節(jié)約集約用地技術措施研究[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2009，31(2)：76-78.

[5] 程霄楠.鐵路建設節(jié)約用地及用地合理性評價研究[D].北京：北京交通大學，2007.

[6] 楊立中，賀玉龍，熊春梅，等.綠色鐵路理論及評價[M].成都：西南交通大學出版社，2014.

[7] 茍敏，李夏苗，趙杰群.基于Vague集的鐵路應急預案評價方法[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2016，12(1):75-79.

[8] 鄧雪，李家銘，曾浩健，等.層次分析法權(quán)重計算方法分析及應用研究[J].數(shù)學的實踐與認識，2012，42(7):93-100.

[9] 焦松，李偉，楊明.基于三角模糊數(shù)的仿真模型驗證方法[J].中南大學學報(自然科學版)，2014，45(1):124-131.

[10] 許偉，常曉波，王繼忠，等.基于可變模糊集的綠色施工評價[J].沈陽工業(yè)大學學報，2016，37(6)：690-694.

[11] 吳軍，董星，方強，等.基于三角模糊數(shù)層次分析法的武器系統(tǒng)效能評估研究[J].中國機械工程，2013，24(11):1442-1446.

[12] 胥旋，鐘茂華，史聰靈，等.基于灰色聚類法的地鐵運營安全趨勢分析[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2013，9(9):64-68.

[13] Huang W H， Tserng H P， Jaselskis E J， et al. Dynamic threshold cash flow-based structural model for contractor financial prequalification[J]. Journal of Construction Engineeringand Management， 2014，140(10):890-914.

[14] Song Shijie， Zhao Xiaoguang， Xie Juan， et al. Grey correlation analysis and regression estimation of mining subsidence in Yu-Shen-Fu mining area[J]. Procedia Environmental Sciences，2011，10(2) :1747-1752.

[15] 鮑學英，楊姝，王起才.基于灰色聚類法的鐵路綠色施工等級評價研究[J].鐵道工程學報，2016，7(7):106-110.