基于AHP和灰色關聯評價法的川藏鐵路物資保障基地選址決策

李 浩 佘培培 楊莉瓊 古 松 劉筱玲

(西南科技大學土木工程與建筑學院 四川綿陽 621010)

高海拔地區的川藏鐵路建設面臨比平原地區更大的挑戰。極端的地理環境和氣候特征、脆弱的路網結構和生態資源保護等難題嚴重影響物資調度效率，為了保障川藏鐵路各施工站房和部分重難點控制性工程的建設進度，物資保障基地的選址決策尤為重要。

目前，關于施工物資基地選址決策的研究大部分集中在一般性工程，對于類似川藏鐵路的極端工程研究較少。張錦等[1]針對川藏鐵路甲供物資基地選址問題，從決策者心理角度提出基于改進前景理論的直覺模糊多屬性決策方法，得到不同決策偏好下的最優選址方案排序。張超等[2]針對特長隧道工程物資需求研究物資儲備基地選址。郭建寧等[3]綜合考慮物資需求、材料分布、材料來源、物資運輸通道建設期適應性等因素提出物資基地選址應與車站貨場、站前廣場等永臨結合。以上研究未從戰略角度統籌考慮全線(不考慮已通車的成雅段)站房和川藏鐵路的部分重難點控制性工程建設物資保障基地選址問題。本文提出一種基于層次分析法和灰色關聯評價法的物資保障基地選址決策模型，綜合考慮影響物資保障基地選址因素，并通過實證研究完成選址決策，提高物資基地選址的合理性和科學性，為鐵路物資保障基地選址提供決策依據。

1 基于AHP和灰色關聯評價法的物資保障基地選址決策

1.1 物資保障基地選址流程

高原地區鐵路施工資源物資基地選址應與高原地區特有環境條件、既有路網結構相協調，并且要考慮其服務的可持續性及建設的經濟性。具體選址決策流程如圖1所示。

圖1 物資保障基地選址決策流程Fig.1 Decision process of determining the location of material support bases

1.2 物資保障基地選址評價方法

系統評價常用的定量方法[4]有層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)、模糊綜合評價法、灰色關聯評價法、熵權法(TOPSIS)、數據包絡分析(DEA)等。但針對多方案選擇時單一的評價方法容易由于經驗主義而失效，降低決策的可靠性，同時也會因為個人主觀判斷影響評價結果。因此，本文選擇基于AHP法和灰色評價法的綜合評價方法[5-6]。一方面可充分發揮AHP法量化指標權重的優勢，又可以利用灰色關聯分析法實現各項指標的內在聯系，提高評價的科學性和精確性。具體物資保障基地選址求解流程如圖2所示。

圖2 物資保障基地選址求解流程Fig.2 Solving process of determining the location of material support bases

1.3 構建評價指標體系

路網結構、環境特征、服務能力及建設選址是物資基地選擇時考慮的主要因素[1-3,9]。本文基于文獻調研，歸納總結了學者們在相關研究中確定的主要評價指標，如圖3所示(圖中比例指參考文獻中涉及相關指標的引用頻次所占比例)。對川藏鐵路參建單位中鐵、中交等施工企業的項目經理、項目總工、材料采購人員進行問卷調查，綜合分析后確定4個維度12項指標[21]，具體見表1。

表1 物資保障基地選址標準Table 1 Site selection standards of material support bases

圖3 文獻[1,3,7-20]基地選址標準歸納Fig.3 Summary of site selection criteria

2 基于川藏鐵路的實證研究

2.1 川藏鐵路工程概況與物資基地初選

川藏鐵路東起成都西站、西至拉薩，途經蒲江、雅安、瀘定、康定、理塘、昌都、波密、林芝、澤當、拉薩等地區，采取分段式建設(成雅段、雅林段、拉林段)。其中，成雅段已經修建完畢通車；雅安至林芝段總長1 011 km，全線建26座車站；拉薩至林芝段沿雅魯藏布江而下，全程435 km，共計47座隧道，如圖4所示。為了解西藏地區施工資源調度對項目帶來的影響，解決施工企業項目管理中資源配置不足、調度效率低下等問題，本文用問卷調查方法得到施工資源主要采購點位置，如圖5所示。

圖4 川藏鐵路部分站房Fig.4 Some stations of Sichuan-Tibet Railway

圖5 川藏鐵路周邊路網結構、施工資源采購城市Fig.5 Procurement cities of road network structure and construction resources around Sichuan-Tibet Railway

從擬建站房規模大小、站房所屬區域城市規模、施工資源采購可獲得性考慮物資備選地址，考慮從拉林段、雅林段擬建站房途經城市中選取。從道路通行能力、環境影響、建設成本、配送能力等因素考慮，初選結果為拉薩、貢嘎、澤當、郎縣、林芝、波密、邦達、昌都、江達、白玉、理塘、康定和雅安共計13個地點。綜合考慮成本控制、物資保障基地服務能力、覆蓋范圍和調度距離等因素并結合專家建議擬在全線(不考慮已通車的成雅段)建立4個施工資源物資保障基地，近期可服務于川藏鐵路各施工站房的施工物資調度，后期可服務于川藏地區其他工程項目。

2.2 確定評價指標權重

根據川藏鐵路拉林段、雅林段的施工資源物資保障基地備選點，結合道路服務水平、交通運輸條件、公路層級、選址社會環境、氣候條件、地質災害、服務站房數量、資源配送能力、場地成本、選址規模、建設工期和建設成本12項指標建立評價模型，通過層次分析法和灰色關聯評價法進行川藏鐵路施工物資保障基地的選址。

2.2.1 計算影響因素的權重

根據1.3節所構建的物資保障基地選址評價指標，結合參與川藏鐵路相關工程的從業人員及相關領域專家打分，計算各位專家打分的平均值，從而構建出施工資源物資保障基地選址評價的各級指標的判斷矩陣及各選址評價指標之間的相對判斷矩陣，最后通過計算得出一致性檢驗參數值和各選址決策指標權重。

(1)一級評價指標層判斷矩陣如表2所示。

表2 一級評價指標層判斷矩陣Table 2 Judgment matrix of level 1 evaluation index layer

λmax=4.1537，CI=0.0534，CR=0.0534。λmax是最大特征值；CI是一致性指標；CR是一致性檢驗判別式；W為指標權重。

(2)二級評價指標層B1-B12判斷矩陣方法和一級評價指標層一樣，根據專家打分算出權重。二級評價指標層權重如表3所示。物資保障基地選址評價模型中因素層各項指標的權重如表4所示。

表3 二級評價指標層權重Table 3 Weight of secondary evaluation index layer

表4 物資保障基地選址評價指標權重Table 4 Evaluation index weight of material support base site selection

2.2.2 計算灰色關聯度

Step 1：通過專家打分構建原始評價樣本矩陣。

Step 2：對原始評價矩陣進行無量綱化處理，確定參考數列，并通過計算得出所需的極大值和極小值，通過取絕對值，進一步組成差值序列矩陣。

Step 3：計算灰色關聯系數矩陣，將求得的系數組成矩陣。

Step 4：結合AHP法算出權重，計算各指標的加權灰色關聯度，具體如表5所示。

表5 物資保障基地備選點加權灰色關聯度Table 5 Weighted grey correlation degree of alternative points of material support base

加權灰色關聯度越大，地點越優。根據加權灰色關聯度大小排序選擇拉薩、林芝、昌都、雅安建立川藏鐵路(未完工標段)施工資源物資基地，服務于附近各站房和部分重難點控制性工程建設。通過實地調研川藏鐵路沿線城市的路網結構、環境特征以及基地建設條件驗證了該結論的有效性。其中，拉薩和林芝可主要服務于拉林段，林芝、昌都和雅安可主要服務于林雅段。

3 結論

本文針對極端環境條件下的川藏鐵路施工資源調度難題，提出了基于層次分析和灰色關聯評價的物資保障基地選址決策方法。主要結論如下：(1)綜合考慮道路通行能力、環境影響、建設成本及配送能力對物資基地選址決策的影響，構建了4個維度12項評價指標體系。(2)針對川藏鐵路沿線各站房工程施工物資調度需求，基于文中方法得出了加權灰色關聯度排序，擬在拉薩、林芝、昌都、雅安建立施工資源物資保障基地。通過實證研究驗證了評價指標體系及方法的科學有效性。