基于突變級(jí)數(shù)法的綠色鐵路客站施工評(píng)價(jià)模型

王明慧，張橋，凌飛翔，倪少權(quán)

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基于突變級(jí)數(shù)法的綠色鐵路客站施工評(píng)價(jià)模型

王明慧1,2,3，張橋3，凌飛翔1，倪少權(quán)1

(1. 西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院四川 成都 610031；2. 西南政法大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，重慶 401120；3. 渝萬(wàn)鐵路有限責(zé)任公司，重慶 400014)

針對(duì)我國(guó)綠色鐵路客站施工尚未形成一套完整的綠色客站施工評(píng)價(jià)體系的情況，提出突變級(jí)數(shù)法，探討適合我國(guó)國(guó)情的綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)方法，為規(guī)范我國(guó)綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)提供理論支撐。對(duì)綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行多層次分解，然后將底層評(píng)價(jià)因素進(jìn)行無(wú)量綱化、歸一化處理，運(yùn)用不同突變模型的歸一公式進(jìn)行計(jì)算，得到突變級(jí)數(shù)值，給出評(píng)價(jià)等級(jí)。實(shí)例研究表明：突變級(jí)數(shù)法法可避免人為確定權(quán)重的主觀性，且計(jì)算簡(jiǎn)單、可靠性高，評(píng)價(jià)結(jié)果更趨于實(shí)際，可作為綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)的理論參考。

鐵路；客站；綠色施工；評(píng)價(jià)；突變級(jí)數(shù)法

為了貫徹落實(shí)綠色發(fā)展理念，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，《建筑工程綠色施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》( GB /T 50640—2010)等法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的逐步實(shí)施，使綠色施工評(píng)價(jià)逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化管理軌道。同時(shí)，我國(guó)也提出了綠色鐵路這一概念，頒布了《綠色鐵路客站評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T10429—2014)，包含了節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用以及室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、施工管理和運(yùn)行管理等7個(gè)方面[1?2]。但標(biāo)準(zhǔn)中尚未充分體現(xiàn)對(duì)綠色施工管理的評(píng)價(jià)，綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)的研究處于探索階段?，F(xiàn)有施工管理評(píng)價(jià)方法主要有層次分析方法[3]、模糊理論方法[4?5]、灰色理論方法[6?8]和集對(duì)分析方法[9?10]等。上述方法均不同程度地存在或多或少的缺陷，層次分析方法主要依靠評(píng)判專(zhuān)家的主觀意識(shí)、個(gè)人偏向和工作習(xí)慣，在進(jìn)行各指標(biāo)重要性比較分析、建立判斷矩陣的過(guò)程中，因?yàn)榭陀^上存在評(píng)價(jià)對(duì)象的復(fù)雜性和信息量的不足，使得評(píng)判專(zhuān)家難以對(duì)2個(gè)指標(biāo)或方案的重要性給出明確的結(jié)論；模糊數(shù)學(xué)方法需評(píng)判專(zhuān)家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)或方案進(jìn)行全部排序，由于評(píng)判專(zhuān)家主觀有限性和客觀復(fù)雜性，難以對(duì)指標(biāo)或方案進(jìn)行全部排序；灰色理論的關(guān)聯(lián)分析方法過(guò)度依賴于實(shí)際收集的數(shù)據(jù)，缺乏對(duì)評(píng)判專(zhuān)家主觀意識(shí)的體現(xiàn)；價(jià)值工程方法在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和評(píng)價(jià)對(duì)象的功能系數(shù)時(shí)存在一定的局限性，當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)或方案具有模糊特性，或指標(biāo)過(guò)于繁多，或指標(biāo)分層次時(shí)，主觀意識(shí)偏差就會(huì)隨之偏大；集對(duì)分析方法不足之處是和的細(xì)化問(wèn)題，原創(chuàng)聯(lián)系度((A?)=++) 雖然可以對(duì)研究對(duì)象所處狀態(tài)空間進(jìn)行“一分為三”的劃分，但顯得有點(diǎn)粗糙。針對(duì)上述問(wèn)題，本文試圖將突變理論和模糊數(shù)學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的突變級(jí)數(shù)法應(yīng)用于綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)。該方法優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，但它考慮了各指標(biāo)間的相對(duì)重要性，從而減少了主觀人為性，又不失科學(xué)性和合理性，使評(píng)價(jià)和分析結(jié)果更趨于實(shí)際，且計(jì)算簡(jiǎn)易準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣闊，很值得推廣應(yīng)用。

1 突變級(jí)數(shù)法及其步驟

1.1 突變理論

20世紀(jì)70年代，法國(guó)數(shù)學(xué)家勒內(nèi)·托姆 (Rene Thom)提出了研究突變(質(zhì)變)現(xiàn)象的新興數(shù)學(xué)?突變理論[11]，它是源于拓?fù)鋵W(xué)、奇點(diǎn)理論和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等數(shù)學(xué)理論。基于突變理論的突變級(jí)數(shù)法是將評(píng)價(jià)體系分解為若干個(gè)目標(biāo)，由下層指標(biāo)向上層指標(biāo)逐層綜合，將每層的控制變量代入對(duì)應(yīng)的突變模型()中，用歸一公式逐層計(jì)算，得到各層的突變隸屬函數(shù)值，經(jīng)過(guò)遞階運(yùn)算，最后得到評(píng)價(jià)對(duì)象的突變級(jí)數(shù)值，將突變級(jí)數(shù)值進(jìn)行排序，最大值對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)對(duì)象為最優(yōu)方案。在計(jì)算過(guò)程中，針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)運(yùn)用“非互補(bǔ)”(舍大取小)或“互補(bǔ)”(取平均值)的原則。

1.2 突變級(jí)數(shù)法及其步驟

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系按層次、分主次順序進(jìn)行分解，形成樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)，將評(píng)價(jià)目標(biāo)指標(biāo)到下層指標(biāo)逐級(jí)分層，每一個(gè)指標(biāo)的控制變量一般不超過(guò)4個(gè)，按照主次順序進(jìn)行排序，直至達(dá)到可以定量的子指標(biāo)為止，如圖1所示。

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)

1.2.2 突變模型

突變理論一般是指托姆提出的自然界7種突變模型形式，一般常用的有4種，即折疊、尖點(diǎn)、燕尾和蝴蝶突變模型，如圖2所示，其表達(dá)式分別為：

式中：x為突變模型中的一個(gè)狀態(tài)變量；f(x)為突變模型中狀態(tài)變量x的控制變量。

1.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的無(wú)量綱化處理

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)，一般分為2類(lèi)：一類(lèi)為定性指標(biāo)，可以通過(guò)專(zhuān)家評(píng)判法等方法進(jìn)行評(píng)判，相應(yīng)賦值；一類(lèi)為定量指標(biāo)，可以用極差變換法等方法進(jìn)行處理。定量指標(biāo)按其性質(zhì)分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)。對(duì)于正向指標(biāo)，其數(shù)值越大越好；對(duì)于逆向指標(biāo)，其數(shù)值越小越好。正向指標(biāo)表達(dá)式為：

逆向指標(biāo)表達(dá)式為：

式中：y為極差變換后的數(shù)據(jù)；x為原始數(shù)據(jù)；max(j)為行數(shù)據(jù)最大值；min(j)為行數(shù)據(jù)最小值。

1.2.4 突變模型的歸一化公式

根據(jù)突變理論，突變模型的勢(shì)函數(shù)為()，平衡曲面方程通過(guò)()一階導(dǎo)數(shù)求得，即()0；奇點(diǎn)集方程通過(guò)()二階導(dǎo)數(shù)求得，即()0。分歧點(diǎn)集方程通過(guò)()0和()0聯(lián)立求得。進(jìn)而得到折疊、尖點(diǎn)、燕尾和蝴蝶突變4種突變模型的歸一化公式分別為：

式中：x，x，x和x分別為各式中，，和對(duì)應(yīng)的值。

1.2.5 利用歸一化公式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

2 基于突變級(jí)數(shù)法的綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)

2.1 綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

綠色鐵路是指以環(huán)境價(jià)值為尺度，運(yùn)用各種綠色技術(shù)，在確保高速鐵路運(yùn)輸安全、快捷、高效的條件下，最大程度低降低高速鐵路及其配套設(shè)施對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，使鐵路成為具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)益和可持續(xù)發(fā)展的交通運(yùn)輸工具。綠色鐵路客站施工是綠色鐵路整體研究的一部分，該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可分為目標(biāo)層、多級(jí)層。結(jié)合鐵路客站施工實(shí)踐，以科學(xué)性、可操作性、實(shí)用性為準(zhǔn)則，與《綠色鐵路客站評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》相比，考慮到可操作性和實(shí)際情況，減少了人員安全與健康評(píng)價(jià)和運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)內(nèi)容，增加了綠色施工質(zhì)量管理、重要結(jié)構(gòu)及材料監(jiān)管、施工安全及薄弱環(huán)節(jié)管理的內(nèi)容，首先確定環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約和施工過(guò)程管理3個(gè)1級(jí)指標(biāo)，選取了與之相關(guān)的9個(gè)2級(jí)指標(biāo)建立3層指標(biāo)評(píng)價(jià)體系[12?13]。如圖1所示。為便于與改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行比較，也以蘭州鐵路西站為例，該站于2014?12?26正式啟用，總建筑面積23.3萬(wàn)m2，其中站房工程面積為10萬(wàn)m2，共13臺(tái)26線。根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)的要求，選擇20位客站建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、運(yùn)營(yíng)單位的高級(jí)職稱以上專(zhuān)家，由專(zhuān)家根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)施工管理進(jìn)行一維打分，將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分為優(yōu)、良、中、一般和差5個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)A，B，C，D和E 5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)應(yīng)數(shù)值為0.9，0.7，0.5，0.3和0.1，其中A表示滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)90%的要求，為最優(yōu)狀態(tài)；B 表示滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的70%要求；C 表示滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的50%要求；D表示滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的30%要求；E表示該指標(biāo)完全不滿足預(yù)定要求，為最差狀態(tài)，如表1所示，每項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定如表2所示[14?15]。

圖3 綠色鐵路客站施工管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1 指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及取值

2.2 綠色鐵路客站施工評(píng)價(jià)的突變級(jí)數(shù)模型

根據(jù)圖1的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和圖2的典型模型系統(tǒng)構(gòu)成，各指標(biāo)評(píng)價(jià)采用的突變模型分別為：

1)1，2，3，4與1分別構(gòu)成蝴蝶突變模型，1，2，3和4互補(bǔ)。

2)5，6與2分別構(gòu)成尖點(diǎn)突變模型，1和2非互補(bǔ)。

3)7，8，9與3分別構(gòu)成燕尾突變模型，7，8和9非互補(bǔ)。

4)1，2，3與分別構(gòu)成燕尾突變模型，1，2和3非互補(bǔ)。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的無(wú)量綱化

對(duì)表1中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)先取平均值，再進(jìn)行無(wú)量綱化處理，所有指標(biāo)均為正向指標(biāo)，采用式(1)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.4 計(jì)算突變隸屬函數(shù)值

1)1，2，3，4與1分別構(gòu)成蝴蝶突變模型，按式(6)計(jì)算并考慮“互補(bǔ)”原則，則

2)5，6與2分別構(gòu)成尖點(diǎn)突變模型，按式(4)計(jì)算并考慮“非互補(bǔ)”原則，則

3)7，8，9與3分別構(gòu)成燕尾突變模型，按式(5)計(jì)算并考慮“非互補(bǔ)”原則，則

表2 指標(biāo)評(píng)定分值及無(wú)量綱化值

注：表中(+)表示下一層指標(biāo)遵循“互補(bǔ)”原則，(?)表示其下層指標(biāo)遵循“非互補(bǔ)”原則

2.5 計(jì)算突變級(jí)數(shù)值

根據(jù)2.4計(jì)算結(jié)果并考慮“非互補(bǔ)”原則，可得該鐵路客站綠色施工評(píng)價(jià)的突變級(jí)數(shù)值為

根據(jù)表1，計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)的等級(jí)為“良”，與改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[14]的評(píng)價(jià)等級(jí)一致。

3 結(jié)論

1) 該方法不需考慮各指標(biāo)的權(quán)重值，只需將各指標(biāo)按照傳統(tǒng)的重要程度進(jìn)行排序，評(píng)價(jià)等級(jí)與改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法一致，證明該方法的有效性。

2) 該方法避免了主觀因素的干擾和隨意性，因而評(píng)價(jià)結(jié)果的公認(rèn)度較高，流程更加清晰，可操作性更強(qiáng)。

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Evaluation model of railway station construction based on catastrophe progression method

WANG Minghui1,2,3, ZHANG Qiao3, LING Feixiang1, NI Shaoquan1

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. School of Economics, Southwest University of Political Science and Law, Chongqing 401120, China; 3. Chongqing-Wanzhou Railway Co., Ltd, Chongqing 400014, China)

At present, there is no integrated evaluation system for construction of green railway station. According to the actual situation in China，this paper discussed the establishment of a set of evaluation criteria for green construction of railway station catastrophe progression method, which has a strong guiding role to regulate green railway station construction. Firstly, the multi-layer evaluation objects were analyzed in this method，and standard quantization of bottom evaluation indexes was performed. Then, the ultimate catastrophe function was obtained through quantitative computation by the normalization formula of different catastrophe models. Lastly, the comprehensive evaluation of alternative was realized. The result of an evaluation example indicates that the presented method can not only avoid the subjective quantification of assessment indexes, but also be easy to perform and obtain high reliability, which improved the practicability of the catastrophe progression method. Theresearch conclusion can provide a theoretical reference for green construction evaluation of high-speed railway station.

railway station; green construction; evaluation; catastrophe progression method

TU528

A

1672 ? 7029(2018)01 ? 0263 ? 06

2016?11?30

重慶市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(cstc2016shmszx30007)

王明慧(1964?)，男，湖北京山人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，從事交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理，鐵路建設(shè)管理工作；E?mail：crccll@126.com