層次分析法在某工程生態護坡選型研究中的應用

柴先墩

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

作為生態環境建設的重要組成部分，生態型河道建設近些年在全國受到了高度重視，尤其是生態護岸[1]的理念在水利工程中得到了大力弘揚。為改善生態環境，提升城市水平，廣州市南沙區政府實施了某河涌綜合整治工程。整治河涌全長5 524.3 m，河道須采用生態護坡。以往對于具體工程中生態護坡選型一直有主觀性強、各因子權重不科學等問題。因此，此工程采用層次分析法對生態護坡選型進行研究，為生態護坡的選型提供依據。

1 層次分析法[2-4]

以深入分析問題為基礎，將分析對象的因素建立起彼此相關因素的層次系統結構，可以清晰反映出相關因素（目標、準則、對象）的彼此關系，使決策者能夠把復雜的問題進行逐一比較、判斷，從中選擇最優方案。運用層次分析法大體分成四個步驟：建立層次結構模型、構造比較判別矩陣、單準則下層次排序及其一致性檢驗、層次總排序及其一致性檢驗。

步驟1 建立層次結構模型[5]：層次分析法先將決策的目標、評價準則和行動方案按它們之間的相互關系分為最高層、中間層和最低層，給出層次結構模型圖，模型中目標、評價準則和行動方案處于不同層次，彼此之間關系用線段表示，評價準則可細分多層。典型層次結構模型如圖1 所示。

圖1 典型層次結構模型圖

步驟2 構造判別矩陣：對每一層級因素集A=｛A1，A2，A3，…，An｝，請有經驗的專家按照1～9 標度法進行兩兩比較，構成判斷矩陣a。

其中，aii=1，aij＞0，aji=1/aij，n 為因素的個數。

步驟3 單準則下層次排序及其一致性檢驗：單準則下層次排序及其一致性檢驗就是求解同一層次各要素對于其上一層次要素的相對重要性的排序權值，并對各判斷矩陣的一致性進行檢驗。

將判斷矩陣的列向量歸一化，即：

式中：λ 為A 的最大特征值；ω 為歸一化特征矩陣列向量。

步驟4 總排序一致性檢驗：層次總排序就是從最高層到最低層，逐層確定同一層次各要素對于最高層要素的排序權值，并檢驗各判斷矩陣的一致性。計算方法與層次單排序及其一致性檢驗相同，只是將式中的層次ωk替換為層次總排序權值ωkA。依此類推，直至最后一層指標為止。

步驟5 確定評價指標的權重值：最后一層要素的總排序權值計算結果，即可作為評價管理等實際問題的決策依據。

2 工程應用

2.1 項目概況

該工程為特色水上居住區的水系重構和景觀建設，為更好的營造居住生活區奠定基礎，建設河涌總長度5 524.3 m。

景觀水位：4.70~5.30 m。

設計高水位：6.30 m。

規劃河口寬度：50 m。

設計河底高程：1.90 m。

該工程河涌整治工程設計與生態、景觀工程設計緊密結合，著重進行分區、分段設計。護岸滿足河道的基本功能要求的同時，更注重對原有河道自然生態系統的保護，改善了河道水質，有效提升了濱水生態景觀，并與城市生活有機融合，力圖成為內水整治工程的典范。因此，護坡型式最終采用生態型護坡。

2.2 建設理念

（1）疏通水系，節點強化，實現防洪補強。

（2）結合周邊環境特點，明確河段功能定位，制定河涌護岸設計方案。

（3）結合景觀規劃，豐富河道斷面要素。

（4）結合沿河生態景觀建設，打造貫通濱水廊道。

2.3 生態型護坡基本型式[6-7]

目前，國內生態型護坡主要以有以下幾種型式：

（1）生態混凝土護坡

生態混凝土護坡以水泥、單粒級碎石、摻合料等為原料，制備出滿足25%～30%孔隙率和強度要求的無砂大孔隙混凝土，在用復合改性營養材料進行處理后，在面層種植植物，植物在混凝土孔隙內發芽和生長。生態混凝土厚度為180 mm，強度等級為C15。該類型護坡表面可植草綠化，但綠化效果一般，且二次播種難度大（見圖2）。

圖2 生態混凝土護坡

（2）格賓石籠護坡

格賓石籠護坡是在網片中填石構成的護坡結構。該類型護坡整體性好，可有效適應地基變形，抗沖刷能力較強，結構安全穩定。石籠鋼絲通過特殊的防腐處理，強度高，耐腐蝕性強，結構使用壽命長。石塊間隙內可長草，有效改善護岸綠化效果。配合新穎的金屬網格及石塊元素，大氣現代，景觀效果良好（見圖3）。

圖3 格賓石籠護坡

（3）生態袋護坡

生態袋護坡是通過生態袋三維排水聯結扣把抗紫外線生態袋緊密聯結，形成三角復合內摩擦緊鎖的柔性護坡結構。該護坡有生態、環保、節能等特點。這種護坡結構對岸坡的坡度適應性能力較強，可用于較陡的邊坡防護，綠化效果好，生態景觀良好。但該型護坡施工維護期景觀效果稍差，且工程投資偏高（見圖4）。

圖4 生態袋護坡

（4）三維水土保護毯護坡

三維水土保護毯護坡是新型柔性生態護坡結構，具有強度高（不低于2.0 kN/m）、耐老化等優點。三維水土保護毯鋪設在土坡上，并通過一定間距布置的鋼釘與土坡完全貼合，確保土體穩定。保護毯表面覆土，并在上部種植綠化植物，植物生長完全后根系會和保護毯纏繞在一起，可達到較好的抗沖刷效果（見圖5）。

圖5 三維水土保護毯護坡

（5）塑筋水保抗沖椰墊護坡

塑筋水保抗沖椰墊是以椰絲纖維為原材料的一種柔性生態護坡結構。其采用簡單實用的結構設計，具有透水、透氣保水，植物根系便于穿過，強度高的優點。同時，它能夠使邊坡具有良好的抗沖能力，從而能夠很好的防止土壤砂石流失，使設備具有良好的保護效果，能夠有效的提高土壤滲透力、保土保肥。塑筋水保抗沖椰墊施工簡便，施工周期短，施工技術不復雜，投資較省，具有較高的性價比（見圖6）。

圖6 塑筋水保抗沖椰墊

2.4 工程應用

（1）層次結構模型圖

將AHP 法應用于某工程生態護坡選型進行研究，首先建立層次結構模型，如下圖7 所示。

圖7 生態護坡層次結構模型圖

其中，B1 為生態性；B2 為經濟性；B3 為抗沖刷性；P1 為生態混凝土護坡；P2 為格賓石籠護坡；P3為生態袋護坡；P4 為三維水土保護毯護坡；P5 為塑筋水保抗沖椰墊護坡。

（2）構造比較判別矩陣

本工程屬于內河涌，河涌為排澇、調蓄和景觀型河道，河涌護坡以生態、經濟性為主，抗沖刷性為輔，通過業主單位及專家打分對方案評價準則層、方案層價值矩陣進行賦值：

（3）層次單排序、總排序及其一致性檢驗

依表1 中的數據，通過進一步計算可得CR（3）=0.076＜0.1，因此，四個層次單排序CR 的值及總排序一致性檢驗均滿足要求。第三層（P 層）相對于總目標的排序向量為：

表1 生態護坡選型計算結果表

=（0.087，0.108，0.184，0.321，0.300）T

式中：W 為準則層矩陣歸一化特征列向量。

（4）結論

對生態護坡的選型這一總目標，所考慮五種方案的相對優先排序為：

a. P4（三維水土保護毯護坡），權重為0.321；

b. P5（塑筋水保抗沖椰墊護坡），權重為0.300；

c. P3（生態袋護坡），權重為0.184；

d. P2（格賓石籠護坡），權重為0.108；

e. P1（生態混凝土護坡），權重為0.087。

綜上，本工程生態護坡型式選用三維水土保護毯護坡。

3 結語

（1）在生態護坡的選型中引入層次分析法，用以解決工程中生態護坡設計選形，能提高生態護坡在具體工程中選型的科學性，減少由設計人員主觀性帶來的局限，提高決策的合理性。

（2）實例應用表明，該算法計算方便，結果穩定，在生態護坡的選型中具有可行性和適用性。