基于灰靶決策的道路改擴建工程施工組織方案評價

摘要：采用灰靶決策法對道路改擴建工程施工組織方案進行評價。首先，采用主客觀結合法確定評價指標權重，將各指標最優值組成的方案作為靶心；其次，根據評價方案與靶心的貼近度對評價方案進行優劣排序；最后，以某工程為例，進行道路改擴建工程施工組織方案比選，驗證其正確性，為施工組織方案評價提供一種新思路。

關鍵詞：道路改擴建工程；施工組織；方案評價；指標權重；靶心；貼近度

0 引言

隨著社會經濟的發展，交通需求量不斷增長，我國不少路段出現了交通擁堵現象，嚴重影響了經濟的發展，因此各地區紛紛通過啟動道路改擴建工程提升道路等級。道路改擴建工程既要不中斷交通，又要保證行車安全和施工人員安全；既要保障施工質量，又要保證施工單位的經濟效益，因此，施工組織方案選擇十分重要。

國內道路改擴建工程施工組織方案的比選通常根據工程量、工期、施工成本、工程質量、通行能力等指標進行定性分析，從而選擇一個相對合理的施工方案[1-8]，而相關的定量研究較少。張含飛[9]和胡空[10]參考Lee[11]和Harb等[12]的研究成果，運用VISSIM交通仿真技術，對高速公路改擴建工程施工組織方案對平均車速、平均延誤等通行能力指標的影響進行了探討，但對于其他指標的影響沒有論及。王學軍等[13]將備選方案的各項技術指標分為5個等級評分，根據評價方案各指標得分的總和對備選方案進行優劣排序，但指標權重的確定和方案比選方法的主觀性太強，極大依賴于使用者的經驗和學識。朱文浩等[14]根據評價方案與正、負理想方案的距離對備選方案進行優劣排序，但當兩個評價方案與正、負理想方案的距離均相等時，該方法無法判斷其優劣[15]。以上研究在確定評價指標權重時，有的僅考慮評價指標重要度的差異，而沒有考慮離散度的差異；有的僅考慮評價指標離散度的差異，而沒有考慮重要度的差異。本文采用主客觀結合法確定評價指標的權重，將各指標最優值組成的方案作為靶心，用灰靶決策法對道路改擴建工程施工組織方案進行評價，為施工組織方案評價提供一種新思路。

1 灰靶決策法

設有m個評價方案（D1，D2，…，Dm），n個評價指標（G1，G2，…，Gn），方案Di在指標Gj下的觀測值為xij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），評價指標的權向量為W=（w1，w2，…，wn）T。

1.1 數據的規范化處理

不同指標有不同的量鋼，為了使不同的量鋼數據能夠進行比較，在進行評價之前，應將評價指標進行規范化處理。

對效益型指標規范化處理公式如下

x′ij=xij－minixijmaxixij－minixij（1）

對成本型指標規范化處理公式如下

x′ij=maxixij－xijmaxixij－minixij（2）

為了方便起見，無量綱化處理后的數據仍記作xij。

1.2 確定評價指標的權重

指標權重的確定方法主要有主觀法、客觀法和主客觀結合法，本文采用主客觀結合法。

1.2.1 離散度權

利用客觀法確定的指標權重稱為指標的離散度權。本文采用方差法確定指標的離散度權，其基本原理是：評價對象在某個指標下的觀測值差異越小，說明該指標在評價過程中所起作用越小，理應賦予較小權重；評價對象在某個指標下的觀測值差異越大，說明該指標在評價過程中所起作用越大，理應賦予較大權重。

先計算各評價對象在同一指標下觀測值的樣本方差，然后對各指標的樣本方差進行歸一化處理，得到該指標的權重，計算公式如下

1.2.2 重要度權

利用主觀判斷法確定的指標權重稱為指標的重要度權。本文采用AHM模型（屬性層次分析）確定指標的重要度權。AHM繼承了層次分析法（AHP）的優點，同時無需計算判斷矩陣的特征值，也無需進行一致性檢驗，因此，該方法在計算和運用上比AHP更簡單，其一般步驟如下[16]：

1.2.3 綜合權重

若某個指標的重要度很小（幾乎等于0），則不管其離散度多大，其權重理應很小；若某指標的離散度很小，則不管其重要度多大，其權重也應該很小。根據這一原則，取重要度權和離散度權的乘積w1j×w2j，并將其進行歸一化處理，得該指標的綜合權重。

1.3 評價方案優劣

設Di=（xi1，xi2，…，xin），D0=（x01，x02，…，x0n），x0j為第j個評價指標的最優值，D0為理想方案，也稱“靶心”。

經過規一化處理，每個指標的最大值為1，最小值為0，因此，靶心D0=（1， 1， …， 1），加權決策方案Ai=（w1xi1，w2xi2，…，wnxin）（i=1，2，…，m），加權理想方案A0=（w1， w2， …， wn）。

評價方案與靶心更貼近，則其方案最優。方案的貼近程度在數學上就是向量的貼近程度。本文采用評價方案與靶心的夾角余弦和距離計算評價方案的優劣。

2 應用實例

2.1 項目概況

S232滎陽境G310以北段道路改擴建工程起始自楊寨村黃河大橋南岸，終止于三里莊S232與國道310平面交叉處，建設里程為16.199km。原道路為雙向兩車道，路基寬7.000m，改擴建方案為將原道路拓寬為雙向六車道，路基寬33.500m，設計行車速度100.000km/h，計劃工期18月。

2.2 施工組織備選方案

結合施工條件和設計要求，項目組提出如下4個施工組織備選方案：

方案1：分段半幅施工，封閉施工區段的西側交通，東側南北交替放行。按新設計標準，先鋪筑西側兩個新建車道。待西側新建車道完工后，再將交通轉移至西側兩個新建車道。接著銑刨原路面，鋪筑東側兩條新建車道基層，設置中央隔離帶。最后鋪設東側兩條新建車道和兩條原車道的面層。

方案2：分幅施工，一側設置臨時路面。先在道路東側修建一條臨時車道，東側形成雙向兩車道。然后封閉施工區段的西側交通，將西側交通轉移至東側，鋪筑西側兩條新建車道。待西側新建車道完工后，將交通轉移至西側兩條新建車道。接著銑刨原路面，刨掉臨時路面，鋪筑東側兩條新建車道基層，設置中央隔離帶。最后鋪設東側兩條新建車道的上面層和兩條原車道的面層。

方案3：分幅施工，一側設置過渡路面。先鋪筑東側兩條新建車道，新建路面鋪筑至中面層后，在中面層上方設置稀漿封層，形成過渡路面。然后封閉施工區段西側交通，將西側交通轉移至東側過渡路面，西側兩條新建車道開始施工，待西側兩條新建車道完工后，將交通轉移至西側兩條新建車道。接著銑刨原路面，設置中央隔離帶。最后鋪設東側兩條新建車道的上面層和兩條原車道的面層。

方案4：分幅施工，雙側設置過渡路面。先在原路面兩側分別鋪筑兩條新建車道，新建路面鋪筑至中面層后，在中面層上方設置稀漿封層，形成過渡路面。然后封閉原道路，將交通轉移至東西兩側過渡路面，接著銑刨原路面，設置中央隔離帶，鋪筑原路面的面層。最后封閉過渡路面，將交通轉移至原路面兩條車道，鋪設四條新建車道的上面層。

2.3 評價指標體系

考慮道路改擴建工程特點，選取施工成本、工期、工程質量、通行能力4個評價指標。其中，施工成本和工期為定量指標，工程質量和通行能力為定性指標，定性指標采取專家打分法（分值為1～10分）。通行能力指施工期間施工路段在不中斷交通情況下的通行能力。施工組織方案指標值見表1。

2.4 對原始數據進行規范化處理

施工成本和工期為成本型指標，工程質量和通行能力為效益型指標，利用式（1）和式（2）對數據進行無量綱化處理，規一化指標值見表2。

2.5 計算評價指標權重

將有關數據代入式（4），得到各指標的離散度權為（0.236，0.288，0.240，0.236）。

將各指標的重要度權和離散度權相乘，然后進行歸一化處理，得到各指標的綜合權重為（0.260，0.262，0.264，0.214）。

2.6 評價方案優劣排序

加權靶心為 （0.260，0.262，0.264，0.214）。由式（7）～式（9）計算得到每個評價方案與靶心的貼近度，貼近度計算表見表3。

由表3可以看出，方案3最優。方案1雖然施工成本最低，但施工時間最長，通行能力最差。方案2雖然施工質量最好，但臨時路面的設置，使施工成本最高。方案4在原道路東西兩側均鋪設了過渡路面，雖然通行能力最高，但過渡路面遭重車碾壓后再進行上面層施工，施工質量存在瑕疵。綜合考慮各方面因素，推薦使用方案3。

3 結語

本文采用主客觀結合法確定評價指標的權重，用灰靶決策法對道路改擴建工程施工組織方案進行優劣排序。靶心是由各指標最優值組成的方案，產生于參與排序方案之外，因此評價結果更客觀、更公正。將該方法應用于道路改擴建工程施工組織方案比選，驗證其結論與定性評價結果基本一致，為道路改擴建工程施工組織方案評價提供了一種新思路。

參考文獻

[1]劉興連.高速公路改擴建工程施工組織方案[J].黑龍江交通科技，2016（9）：59-61.

[2]趙建三，盧冠群，李清波.高速公路改擴建工程施工組織方案研究[J].公路與汽運，2009（2）：74-77.

[3]李競.高速公路改擴建路基路面施工期間交通組織方案研究[J].公路交通科技，2013（4）：29-33.

[4]蘭勇.G318滬青平公路改建工程施工交通組織研究[J].上海公路，202，2（4）： 143-149.

[5]魏琴云，陳林.城市高速公路改擴建工程交通組織及施工組織設計方案研究[J].交通世界，2020（35）：71-75.

[6]占輝，李宇春.佛開高速公路改擴建工程路面施工階段交通組織方案及關鍵性問題分析[J].公路，2012（2）： 71-75.

[7]王曉，楊少偉.高速公路改擴建工程交通組織方案優化設計[J].交通標準化，2010，（15）：260-265.

[8]徐靜，張志文.基于云模型的高速公路改擴建施工區交通組織方案評價模型[J].交通工程，2019（10）： 256-259.

[9]張含飛. 高速公路改擴建交通組織方案動態設計研究 [D].西安：長安大學，2015.

[10]胡空. 高速公路改擴建設計階段交通組織方案評價研究[D].武漢：武漢理工大學，2013.

[11]LEE H Y.Optimizing schedule for improving the traffic impact of work zone on roads [J].Automation in Construction，2009，18（8）：1034-1044.

[12] HARB R，RADWAN E，DIXIT V V.Comparing three lane merging schemes for short-term work zones：a simulation study[J].ISRN Civil Engineering，2012（2012）：1-18.

[13]王學軍，劉健斌，代萱，等.基于模糊綜合模型的高速公路改擴建施工組織方案評價研究[J].公路，2023（7）：10-15

[14]朱文浩， 鄒坦. 基于AHM和改進TOPSIS的綠色鐵路施工階段方案比選[J].土木工程與管理學報，2018，35（3）：187-191.

[15]張慧穎，張妍.另一種新的多指標綜合評判方法[J].數學的實踐與認識，2010，40（7）：20-24.

[16]程乾生.層次分析法AHP和屬性層次模型AHM[J].系統工程理論與實踐，1997（11）：25-28.

收稿日期：2024-02-19

作者簡介：

張妍（1988—）女，經濟師，研究方向：經濟管理。