地鐵站與市政橋隧合建模式多方案決策研究

胡 霞，賀昌全

（1.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司成都分公司，四川 成都 610041；2.西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院，四川 成都610041）

在一體化建設(shè)的實際工程中，涉及兩線換乘的地鐵站與市政橋、隧道合建，當(dāng)限制條件較多時，決策各方案往往依靠主觀經(jīng)驗在成本、功能和各部分關(guān)系等方面做出綜合判斷。這種決策判斷具有較強的主觀性，也存在較高的風(fēng)險。目前，對于多方案的優(yōu)選許多學(xué)者做了許多探索：孔凡國[1]對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在多方案優(yōu)選的應(yīng)用做了研究；雷剛等[2]探討了AHP法在地鐵隧道工程中的應(yīng)用；頡棟棟等[3]將AHP法與TOPSIS法結(jié)合建立新模型并對鐵路物流中心設(shè)計方案進行比選；楊振興等[4]討論了功效系數(shù)法在TBM選型定量化決策中的應(yīng)用。然而，對地鐵車站與市政橋隧的多方案決策還缺少功能與成本的體系考量。對此，文章嘗試采用價值工程法建立地鐵車站與市政橋隧一體化設(shè)計的多方案輔助決策模型，并初步探討其應(yīng)用，旨在為一體化設(shè)計的多方案定量輔助決策提供參考。

1 研究對象

本研究以成都市4號線與7號線換乘的文化宮站為例。經(jīng)前期分析，在站臺組合型式上優(yōu)先選擇島-島站臺組合型式，橋站關(guān)系方面推薦選擇橋側(cè)方案，隧站關(guān)系方面推薦選擇隧下方案，換乘站型式方面推薦T型方案；在選擇整合廳還是分離廳方面，由于兩者成本差異較大，可作為比較方案分析，分別為橋側(cè)隧下T型島-島整合廳（方案一）和橋側(cè)隧下T型島-島分離廳（方案二）兩個方案，均采用地下3層結(jié)構(gòu)。

1.1 方案簡介

（1）橋側(cè)隧下T型島-島整合廳（方案一）。該方案采用橋側(cè)隧下T型島-島整合廳（見圖1），技術(shù)上將埋深增加到約2.8m使站廳層不被隧道分割。其中，將4號線的站廳層安置于地下一層；將地下二層分別配置為4號線的站臺層以及7號線的設(shè)備層；將7號線的站臺層安置于地下三層。（2）橋側(cè)隧下T型島-島分離廳（方案二）。該方案采用橋側(cè)隧下T型島-島分離廳（見圖2），不同于方案一采用增加埋深的處理手法，而是將隧道地下一層分割為東、西兩個廳；兩廳均設(shè)有到達7號線站廳層的電梯，并在西廳外掛部分空間配置設(shè)備管理用房。地下二、三層與方案一相比，地下二層的管理用房面積減少，同時增加人行交通面積來組織被隧道隔斷的交通空間。地下三層為7號線站臺層，布局與方案一相同。

圖1 文化宮站廳層平面圖（方案一）

圖2 文化宮站廳層平面圖（方案二）

2 研究方法及過程

2.1 研究方法簡介

本研究采用價值工程法（Value Engineering,VE）進行研究，也稱價值分析（Value Analysis,VA），是指以產(chǎn)品或作業(yè)的功能分析為核心，以提高產(chǎn)品或作業(yè)的價值為目的，力求以最低生命周期成本實現(xiàn)產(chǎn)品或作業(yè)使用所要求的必要功能的一項有組織的創(chuàng)造性活動[5]（見圖3）。價值工程涉及價值、功能和全生命周期成本（Life Cycle Cost,LCC）三個基本要素[6]。

圖3 價值工程法中功能與成本關(guān)系

一般來說，價值工程理論以數(shù)學(xué)式表達為：

式中：V為value，被定義為價值系數(shù)；F為function，被定義為功能重要性系數(shù)；C為cost，被定義為全生命周期成本系數(shù)。

價值工程的目的是從經(jīng)濟與技術(shù)兩方面同時對方案進行改進與創(chuàng)新，以得到最優(yōu)解。

2.2 價值工程模型建立

（1）建立功能指標體系。①確定功能指標。功能分析作為價值工程法的核心內(nèi)容，通過層次分析法從市政橋隧與地鐵車站一體化設(shè)計方案的主要功能、輔助功能、管理難度、與周邊關(guān)系等方面確定了本體功能性指標B（Body Function）、附屬功能性指標A（Attached Function）、衍生功能性指標D（Derivative Function）3個一級指標，又在一級指標下分別建立了若干二級指標（見表1），從而展開功能指標體系研究。

表1 方案一、二功能系數(shù)評價表

本體功能性指標B。本體功能性指標主要是衡量一體化設(shè)計方案的交通功能。由于市政橋隧、地鐵車站和城市地面交通存在空間隔離，故本研究將本體功能性指標聚焦于地鐵站的內(nèi)部交通功能，定義通暢性、便捷性、順暢性3個二級指標對換乘車站與市政橋、隧道的一體化設(shè)計方案進行定性、定量評價。

附屬功能性指標A。附屬功能性指標是采用問卷調(diào)查和專家打分形式獲取指標值的主觀性正相關(guān)指標，分別定義過街功能、車站管理難度、設(shè)備設(shè)施管理難度、車站空間一體化度及站外附屬設(shè)施一體化度5個二級指標對一體化設(shè)計方案進行評價，指標值越高則表明各附屬功能越好。

衍生功能性指標D。衍生功能性指標主要針對地鐵換乘站與市政橋、隧道一體化合建方案中利用富余空間實現(xiàn)的開發(fā)物業(yè)價值和提高周邊開發(fā)物業(yè)的銜接度，主要包括開發(fā)物業(yè)價值和周邊物業(yè)開發(fā)銜接度。指標數(shù)值越高表明衍生功能越好。

②確定各指標權(quán)重。由于在一體化設(shè)計方案中各功能指標的重要性程度存在一定的差異性，需要為各個功能指標賦予可以衡量其重要程度的權(quán)重。采用強制確定法[7-8]（0～4法）對各個指標進行評分，同時根據(jù)某項評價指標重要性得分與所有評價指標重要性得分的比值，計算出各個評價指標的重要性系數(shù)及權(quán)重系數(shù)。

③計算功能系數(shù)。根據(jù)建立的功能指標體系，給每個方案的各個指標打分（1～10分）。其中量化的指標需維持其打分之間的比值與量化數(shù)值間的比值保持不變；對于主觀打分項，可以根據(jù)專業(yè)經(jīng)驗來打分。

（2）建立全生命周期成本指標體系。①建立成本指標體系。將決策設(shè)計階段和施工建設(shè)歸納為建設(shè)階段，建立兩級指標體系。其中建設(shè)階段和回收階段的費用一般可以直接折現(xiàn)，而維護階段的費用因為其構(gòu)成的多樣與持續(xù)的時間較長，所以要單獨計算。

建設(shè)階段成本C1。通過對各因素研究分析，將施工建設(shè)階段成本歸納為5個二級指標。主要包括決策研究成本、設(shè)計階段成本、建安成本以及預(yù)留成本及設(shè)備成本。其中，決策研究成本是指建設(shè)項目決策階段的成本，包括項目策劃、信息收集、市場調(diào)查、方案優(yōu)選、資金籌措、土地獲取和可行性研究等所花費的成本；設(shè)計階段成本包括勘察成本、設(shè)計成本等，設(shè)計質(zhì)量直接影響地鐵車站的成本和效益。施工建設(shè)階段成本對建設(shè)項目后續(xù)運營維護階段的成本具有顯著影響。

維護階段成本C2。市政橋隧和地鐵車站合建項目維護階段成本主要體現(xiàn)在地鐵車站的運營管理成本上，包括人力成本、動力成本、維修成本、折舊成本、稅金成本及其他成本共計6個二級指標。由于運營維護成本控制是一個動態(tài)預(yù)測且時效性漫長的過程，因此影響因素眾多，不同的管理模式甚至通貨膨脹因素都會帶來成本控制的差異。

回收階段成本C3。報廢回收成本是項目報廢處理和再生的成本，使用不同的回收和報廢方法會產(chǎn)生不同額度的成本，同時也會對環(huán)境和社會產(chǎn)生不同的影響。

②計算成本系數(shù)。成本指標中的建設(shè)成本與回收成本一般都可以直接折現(xiàn)計算。在計算維護階段成本方面，根據(jù)王蘋等[9]的研究，針對地鐵運營作業(yè)的特點，采用基于作業(yè)成本的參考算法進行計算（見表2）。

（3）輔助決策分析。從方案分析來看，方案一采用整合廳模式，相較于分離廳而言，功能更優(yōu)。但在成本方面，方案二由于埋深較深，工程建設(shè)投資更高，比方案一多投入1583萬元；從全生命周期的運營階段來看，方案一由于是整合廳，相較于方案二的分離廳，在人力投入以及管理難度方面，按50年運營周期算，方案一的運營費用比方案二節(jié)省2492萬元；從全生命周期來看，方案一的成本比方案二少999萬。因此總體來看，方案一的價值系數(shù)是1.14，優(yōu)于方案二的0.87，建議推薦方案一（見表3）。

表2 生命周期成本指標體系及計算結(jié)果

表3 方案一、方案二價值系數(shù)一覽表

3 結(jié)束語

文章針對地鐵車站與市政橋隧合建模式多方案輔助決策，運用價值工程法建立了一套便于操作、利于反饋的指標體系，通過價值系數(shù)比較給出推薦方案，實現(xiàn)定量的多方案輔助決策方法。通過實踐案例的研究發(fā)現(xiàn)，該方法具有很強的可操作性。同時，如何使主觀性指標定量評價更具科學(xué)性還有待進一步研究。