基于熵權-TOPSIS決策評價法的山區鐵路越嶺方案研究

摘要：山區鐵路線路存在地形艱險、地質條件復雜、工程布設困難等特點，對不同越嶺方案進行研究是鐵路建設工作中需明確的重要內容。為解決山區鐵路越嶺方案定量指標綜合評價問題，引入熵權-TOPSIS決策評價法的綜合評價模型。為評價山區鐵路越嶺方案，建立正線長度、征用土地、拆遷建筑物、橋梁投資、隧道投資、軌道投資6個定量指標，以及帶動沿線經濟點、與環境敏感區關系、工程地質、工程施工條件、工期及施工風險等定性指標，構建方案評價指標體系；運用熵權法確定各指標權重，采用TOPSIS決策評價法對方案進行評價和排序，基于Python進行計算，確定各方案優劣程度；最后通過西成線秦嶺越嶺方案的比選進行實例分析。結果表明：該模型為復雜艱險山區鐵路線路方案比選問題提供了科學依據和技術支持。

關鍵詞：越嶺方案； 熵權法評價估計； TOPSIS決策評價法； 方案評價

中國分類號：U212.35A

［定稿日期］2022-03-31

［作者簡介］王宙（1994—），男，碩士，助理工程師，從事鐵路選線工作。

0 引言

選定越嶺方案的走向是山區鐵路選線設計中最根本的任務，方案合理與否，直接影響鐵路本身建設工程投資、運營養護費用等一系列因素。傳統的方案評價、比選方法，主要是在經濟上尋求折算工程（建設費）運營費最省，并就該方案對環境影響、經濟效益、社會效益等方面進行分析，選出其中最優方案。這種傳統的評價方法，專家的主觀偏好信息占據主要影響因素，一味追求減少工程造價或提高技術標準，缺乏科學的決策體系與方法［1］。基于此，本文引入熵權-TOPSIS決策評價方法，建立鐵路越嶺方案綜合評價指標模型，將定性指標定量化，為決策者提供量化的決策支持。

1 建立綜合評價模型

山區鐵路越嶺方案的綜合評價和比選，是一個復雜的多目標評價決策問題，針對關于山區鐵路越嶺方案綜合評價方面研究的不足，本文引入熵權-TOPSIS評價法構建綜合評價模型。此過程主要由數據資源收集、權值計算與模型評價3個內容組成。

這樣，利用式（3）和式（4）將定量指標都轉換為直覺模糊數后，與定性指標轉化的直接模糊數一起，即可構成直覺模糊決策矩陣K=［（αij，βij）］m×n。

2 實例分析

西成（西寧—成都）鐵路位于青海、甘肅和四川省區境內，縱貫青、隴、川三省五市八縣。西成鐵路郎木寺鎮至合作市之間航空距離約103 km。兩地之間大部分區域屬于碌曲縣轄區。本段地貌上屬于秦嶺中高山區，山峰林立，溝壑縱橫，地面高程2 700～3 700 m。區域內的最大河流——洮河的流向為自西向東流向；西成鐵路的郎木寺至合作段分布有尕海則岔國家級自然保護區、洮河扁咽齒魚特種種質資源保護區和則岔石林省級地質公園等環境敏感區；碌曲縣城為區域經過的最大的經濟據點；區域礦產豐富，礦區分布較為密集；區域的交通基礎設施公路主要有國道G213，民航有夏河機場。綜合考慮沿線的經濟據點、旅游景點，環境保護、結合地形地勢條件和區域地質情況等因素分別研究了距離碌曲30 km設站方案（CK）記作方案I；距離碌曲20 km設站方案（C14K），記作方案II；靠近縣城長隧道取直方案（C89K）記作方案III；靠近縣城沿國道方案（ICK），記作方案IV［6～8］，如圖2所示。

通過對西成鐵路可研報告整理，并根據本工程評價需要，選取正線長度、征用土地、拆遷建筑物、橋梁投資、隧道投資、軌道投資等指標，各指標取值基礎數據見表2。

1. 根據熵權-TOPSIS決策評價基本原理，基于Python計算。將表1各線路方案對應的費用指標，利用式（2）進行去優量綱化處理，結果如表3所示。利用式（9）、式（10），根據定性變量對方案影響，借助Python與評價語言，隨機產生直覺模糊數，將定性變量定量化，結果如表4所示。
2. 根據熵權-TOPSIS決策評價法原理，方案優劣程度依次為方案Igt;方案IIgt;方案IIIgt;方案IV。

（6）結果分析。

通過對各越嶺方案分析可知：①就各評價指標而言，土地征收權重較大，對方案影響最大；路基費用與隧道費用、拆遷建筑物與軌道費用指標相對接近，對方案影響較為均衡；橋涵費用所占權重最小，對方案影響最小。②方案I拆遷、橋涵、軌道費用在各方案中所占比重最高，表示該方案拆遷、橋涵、軌道投資最少；方案II征地以及路基費用在案中所占比重最高，表示該方案新建路基長度最短；方案III各指標在各方案中所占比重均適中；方案IV隧道費用在案中所占比重最高，表示該方案隧道長度最短，隧道投資最少。③就方案優劣程度而言，4個方案各有優勢，但由于方案I拆遷以及橋涵費用所占比重明線高于其余方案，且這個指標重要性更高，因此經綜合評價和比選后距離碌曲30 km設站方案（方案I）最優。

3 結束語

隨著經濟社會的不斷發展，在走向方案綜合評價和比選過程中，要求決策者結合鐵路建設的意義、所經區域經濟特征、資源分布、地形地質條件、客貨流方向等因素。秦嶺越嶺是西成線重要的組成部分，越嶺方案的確定，對工程前期建設投資以及后期運營具有重要的意義。本文針對山區鐵路越嶺方案特點，基于熵權-TOPSIS決策評價法建立綜合評價指標模型，并將定性指標定量化，能夠清晰的確定各指標對方案確定的重要程度，使得決策結果更加明確化。通過實例分析，熵權-TOPSIS決策評價法可為山區鐵路越嶺方案比選提供決策支持，具有較好的可靠性和實用價值。

參考文獻

［1］ 羅圓，朱穎，張小強，等.基于變權理論的鐵路選線方案評價模型［J］.鐵道工程學報，2018，35（8）：16-20+37.

［2］ 王馨， 陳妮， 趙雅雯. 基于熵權 TOPSIS 法的企業創新型技術人才價值評價［J］. 東北大學學報 （自然科學版）， 2020， 41（12）： 1788.

［3］ 劉淺奎， 王文圣， 余思怡， 等. 熵權模糊集對分析法在溪洛渡水庫汛期分期中的應用［J］. 水利水運工程學報， 2020 （6）： 16-22.

［4］ 潘振興，韓峰. 基于熵權灰色關聯法的新疆鐵路網擴張規律研究［J］. 鐵道運輸與經濟， 2021，43（3）：61-65.

［5］ 尹傳忠，張祥棟，曲思源，等. 基于熵權TOPSIS模型的長三角［J］. 鐵道運輸與經濟， 2021，43（1）：77-82.

［6］ 新建鐵路西寧至成都線西寧至黃勝關段可行性研究［R］. 西安：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2019.

［7］ 國家鐵路局.鐵路線路設計規范：TB10098—2017［S］.北京：中國鐵道出版社，2017：12-17.

［8］ 國家鐵路局.鐵路車站及樞紐設計規范：TB10099—2017［S］.北京：中國鐵道出版社，2017：54-56.