濱海橋梁方案比選研究

摘要 濱海橋梁方案比選涉及多方面因素。文章首先采用多層次分析法（AHP）將規(guī)范規(guī)定的安全性、耐久性、適用性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性作為方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層；然后細(xì)分子準(zhǔn)則層，包括橋型方案、旅游規(guī)劃、港口規(guī)劃、通航要求、生態(tài)敏感區(qū)、施工難度、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)、橋梁造價(jià)等8項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣；最后采用德?tīng)柗品▽＜以u(píng)分作為各指標(biāo)的評(píng)分值，乘以權(quán)重得到每個(gè)方案的總評(píng)分，比較評(píng)分大小確定最佳橋梁方案，為濱海橋梁方案遴選提供一定的參考依據(jù)，以提高方案決策的科學(xué)性和合理性。

關(guān)鍵詞 多層次分析法；德?tīng)柗品ǎ粯蛄悍桨副冗x；評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào) U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）22-0029-03

0 引言

近年來(lái)，沿海城市為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，修建了許多濱海橋梁，助力沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。濱海橋梁跨越海域，地形地質(zhì)復(fù)雜，如何確定橋梁方案，需綜合考慮水文、地質(zhì)、通航、生態(tài)敏感區(qū)、線路等因素。既包括反映橋梁功能特性的因素，如橋梁布跨方案、使用性能等；又包括經(jīng)濟(jì)因素，如建設(shè)成本、施工難度和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等；還有外部客觀要求，如環(huán)境保護(hù)、自然景觀、符合規(guī)劃等。在方案比選階段，上述大部分因素只能主觀判斷而無(wú)法具體量化，每個(gè)因素對(duì)方案的影響權(quán)重未知，同時(shí)因素之間相互糾纏影響，單憑個(gè)人主觀判斷比選最佳方案較為困難。目前，方案比選通常以工程經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，進(jìn)行調(diào)查分析，列出技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)后進(jìn)行確定，受主觀因素影響較大，比選過(guò)程煩瑣，綜合性較低，結(jié)果認(rèn)可度較差[1-3]。

橋梁方案比選應(yīng)建立一套簡(jiǎn)單快捷的評(píng)價(jià)層級(jí)體系，確保比選過(guò)程滿足規(guī)范且應(yīng)可量化、標(biāo)準(zhǔn)化。

1 建立橋梁選型評(píng)價(jià)目標(biāo)體系

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D 60—2015）相關(guān)要求，橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)符合安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的原則。該文選取“橋型方案”“旅游規(guī)劃”“港口規(guī)劃”“通航要求”“生態(tài)敏感區(qū)”“施工難度”“運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)”“橋梁造價(jià)”等8個(gè)要素作為橋梁方案比選的子準(zhǔn)則層，建立的綜合評(píng)價(jià)層級(jí)體系如圖1所示：

圖1 橋梁方案選型綜合評(píng)價(jià)層級(jí)體系

2 構(gòu)造多級(jí)判斷矩陣

根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)六大原則，結(jié)合目標(biāo)層情況，對(duì)準(zhǔn)則層各原則之間相互比較其重要程度，賦予其權(quán)重值，得到判斷矩陣R如下：

同理，結(jié)合準(zhǔn)則層情況，首先分析子準(zhǔn)則層與準(zhǔn)則層的關(guān)聯(lián)性，然后對(duì)子準(zhǔn)則層各因素之間相互比較其重要程度，賦予其相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重值，得到準(zhǔn)則層各因素的判斷矩陣分別如下：

對(duì)于目標(biāo)層的判斷矩陣R，計(jì)算其最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量WR=（0.338，0.220，0.133，0.073，0.191，0.045）T；準(zhǔn)則層安全因素M1特征向量W1=（0.230，0.648，0.122）T；耐久因素M2特征向量W2=（0.857，0.143）T；適用因素M3特征向量W3=（0.091，0.528，0.381）T；環(huán)保因素M4特征值W4=（0.599，0.280，0.121）T；經(jīng)濟(jì)因素M5特征向量W5=（0.480，0.035，0.485）T；美觀因素M6特征向量W6=（0.750，0.250）T。以上特征向量均符合一致性檢驗(yàn)要求。

若將子準(zhǔn)則層中各因素N1～N8關(guān)于R的權(quán)重記為c1，c2，…，c8，則有：

cj=∑6 i=1aibij（i=1，2，…，6；j=1，2，…，8）

其中，（a1，a2，a3，a4，a5，a6）=（0.338，0.220，0.133，0.073，0.191，0.045），記此向量為A；bij為Bj關(guān)于Nj的權(quán)重，其組成的矩陣記為B：

計(jì)算得到AB=（0.3000，0.0234，0.0702，0.2697，0.0437，0.1534，0.0470，0.0926）且符合一致性檢驗(yàn)要求，即子準(zhǔn)則層N的“橋型方案”“旅游規(guī)劃”“港口規(guī)劃”“通航要求”“生態(tài)敏感區(qū)”“施工難度”“運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)”“橋梁造價(jià)”等8個(gè)因素相對(duì)于目標(biāo)層R的權(quán)重為矩陣AB。

3 德?tīng)柗品ㄔu(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)項(xiàng)目成立預(yù)測(cè)工作組，選擇20位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥Y(jié)合子準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)指標(biāo)Bj的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和專家自身對(duì)各指標(biāo)掌握和預(yù)測(cè)分析，確定指標(biāo)的相應(yīng)分值。打分規(guī)則如下：各因素對(duì)子準(zhǔn)則層的影響分值范圍在0到100之間，0代表沒(méi)有影響，分值越大則代表影響力越強(qiáng)。

經(jīng)過(guò)德?tīng)柗品▋奢嗩A(yù)測(cè)：（1）發(fā)放調(diào)查表，請(qǐng)專家對(duì)上述評(píng)價(jià)指標(biāo)打分；（2）將第一輪得分結(jié)果總結(jié)后反饋給專家，請(qǐng)專家再次進(jìn)行選擇和判斷。對(duì)第二輪打分結(jié)果統(tǒng)計(jì)處理后，得到每個(gè)子準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)指標(biāo)分值xj，j=1，2，…，8，再分別乘以其對(duì)應(yīng)的權(quán)重后進(jìn)行相加，即可得到該方案的評(píng)價(jià)總分值，R=∑8 j=1cjxj。

依次對(duì)各方案以上指標(biāo)分值乘以權(quán)重值后進(jìn)行相加，得到各方案相應(yīng)的總分值，分值最高者即為最佳方案。

4 方案比選案例

利用前述濱海橋梁方案比選指標(biāo)體系，由20位專家對(duì)4個(gè)橋梁線位下的6個(gè)國(guó)道G228鐵山港向海大橋方案進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，選出最終橋梁方案。橋梁線位分布如圖2所示，橋梁方案概況如表1所示：

表2所示為各專家關(guān)于方案1～6的評(píng)分結(jié)果，每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)下有若干個(gè)子指標(biāo)，滿分為100。子指標(biāo)分值相加即為該方案該評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值。

表3所示為各方案按評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重乘以分值后的匯總得分。

綜上，方案2匯總分值最高，為橋梁比選的最佳方案。該例中方案2與方案3的分值差異較小，方案4與方案5的分值差異較小，分析原因?yàn)檫@兩組方案中主要由橋型方案不同引起，由于該評(píng)價(jià)指標(biāo)專家打分較為接近，且所占權(quán)重較大，匯總得分無(wú)法形成明顯差距。

5 結(jié)語(yǔ)

該文采用多層次分析法建立了濱海橋梁比選的評(píng)價(jià)層級(jí)，將橋梁方案比選中各個(gè)因素的重要程度進(jìn)行量化并計(jì)算得到其權(quán)重值，隨后發(fā)揮德?tīng)柗品ǖ膹V泛性和匿名性特點(diǎn)，得到各個(gè)因素的專家評(píng)分值；最終權(quán)重值與評(píng)分值相乘得到該方案評(píng)分值，匯總各方案評(píng)分，以得分最高者為最佳方案。該方法采用了定性與定量相結(jié)合的方式，為濱海橋梁方案的遴選提供了一定的參考依據(jù)，提高了濱海橋梁方案決策的科學(xué)性和合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范：JTG D 60—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2]張永清，馮忠局.用層次分析法評(píng)價(jià)橋梁的安全性[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（3）：52-56.

[3]姜忻良，王丙興，竇遠(yuǎn)明，等.綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在橋梁選型中的應(yīng)用研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009（7）：65-68.