基于熵權-TOPSIS決策評價法的山區(qū)鐵路越嶺方案研究

摘要：山區(qū)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(qū)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(qū)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(huán)境敏感區(qū)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(yōu)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(qū)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(qū)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(yǎng)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(huán)境影響、經濟效益、社會效益等方面進行分析，選出其中最優(yōu)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(qū)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(qū)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(qū)境內，縱貫青、隴、川三省五市八縣。西成鐵路郎木寺鎮(zhèn)至合作市之間航空距離約103 km。兩地之間大部分區(qū)域屬于碌曲縣轄區(qū)。本段地貌上屬于秦嶺中高山區(qū)，山峰林立，溝壑縱橫，地面高程2 700～3 700 m。區(qū)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(qū)、洮河扁咽齒魚特種種質資源保護區(qū)和則岔石林省級地質公園等環(huán)境敏感區(qū)；碌曲縣城為區(qū)域經過的最大的經濟據點；區(qū)域礦產豐富，礦區(qū)分布較為密集；區(qū)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(huán)境保護、結合地形地勢條件和區(qū)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(yōu)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(yōu)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(yōu)劣程度而言，4個方案各有優(yōu)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(yōu)。

3 結束語

隨著經濟社會的不斷發(fā)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(qū)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(qū)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(qū)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

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