基于多目標(biāo)的道路選線評(píng)價(jià)研究

廖 斌

（江西省新余市公路管理局渝水分局，江西 新余 338000）

0 引言

道路選線是進(jìn)行道路建設(shè)之前必不可少的環(huán)節(jié)，亦受諸多因素的影響。結(jié)合科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，從自然條件、環(huán)境因素及工程經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)道路選線方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以有效地得出最優(yōu)方案，為道路建設(shè)提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 道路選線影響因素分析

1．1 自然條件影響

道路建設(shè)及使用過(guò)程中受自然條件的影響較大，因此在道路選線中應(yīng)充分考慮自然條件的影響。影響道路選線的自然條件主要包括氣候、地形、地質(zhì)、水文等，只有對(duì)該部分自然條件的實(shí)際情況及相互作用進(jìn)行綜合分析，才能為道路選線及綜合評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

首先，氣候條件是道路選線中重點(diǎn)考慮的自然因素。選線地區(qū)的氣候狀況直接影響了該地區(qū)的地下水位及地表水的狀況，同時(shí)氣候條件也能夠直接影響到施工的難易程度及施工進(jìn)程，并且對(duì)建成道路的狀況也會(huì)產(chǎn)生重要影響。其次，地形條件對(duì)于道路建設(shè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、難易程度及工程造價(jià)等起著決定性作用，在地形起伏較大的山區(qū)相比于平原地區(qū)而言需要投入更多的人力、物力，且道路建設(shè)難度大、周期長(zhǎng)。再次，道路選線地區(qū)的地質(zhì)條件不僅影響道路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，同時(shí)還對(duì)道路使用過(guò)程中的安全性產(chǎn)生重要影響，因此在選線過(guò)程中應(yīng)充分考慮各區(qū)域的地質(zhì)條件，以選擇最優(yōu)的道路走向［1］。最后，在道路選線過(guò)程中不可避免會(huì)遇到橋隧建設(shè)地點(diǎn)的選取，而橋隧的建設(shè)會(huì)影響該地區(qū)水文現(xiàn)狀，可能會(huì)引起建設(shè)區(qū)域的滑塌等災(zāi)害，因此，水文是道路選線過(guò)程中不可忽略的因素。

1．2 環(huán)境因素影響

道路建設(shè)是為了滿足地區(qū)交通通行需求，具有一定的政治經(jīng)濟(jì)意義。同時(shí)，道路建設(shè)能夠帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是，道路建設(shè)也會(huì)對(duì)沿線的自然環(huán)境產(chǎn)生一定的破壞，因此自然環(huán)境也是道路選線應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素［2］。

道路建設(shè)是為道路通行服務(wù)的，道路的交通量不僅決定道路的選線，同時(shí)也決定著道路建設(shè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)規(guī)模等。除此之外，道路選線中也會(huì)受到居住點(diǎn)、工業(yè)區(qū)等的約束，在選線過(guò)程中應(yīng)盡量將人們的聚集點(diǎn)連接起來(lái)，使人們?cè)诓煌木奂c(diǎn)活動(dòng)時(shí)有路可通。另外還要考慮交通運(yùn)輸?shù)男枨?，使道路的建設(shè)不僅滿足人們的出行需求，也能為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。環(huán)境保護(hù)是我國(guó)長(zhǎng)期堅(jiān)持的重要國(guó)策，而在道路建設(shè)過(guò)程中不可避免地對(duì)沿線環(huán)境產(chǎn)生破壞，為了盡可能減少破壞，在道路選線過(guò)程中應(yīng)充分考慮沿線環(huán)境的狀況，特別是重點(diǎn)保護(hù)的景觀區(qū)域、動(dòng)植物活動(dòng)區(qū)域等，在選線過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量避免穿越該類區(qū)域，或在道路建設(shè)中做好充分的防護(hù)措施［3］。

1．3 工程經(jīng)濟(jì)影響

工程經(jīng)濟(jì)對(duì)于道路選線而言也是至關(guān)重要的。工程經(jīng)濟(jì)對(duì)道路選線的影響主要表現(xiàn)在道路長(zhǎng)度的確定和沿線土地征用及房屋拆遷的費(fèi)用。

道路長(zhǎng)度對(duì)于工程經(jīng)濟(jì)的影響主要體現(xiàn)為兩個(gè)方面：（1）道路選線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，道路的建設(shè)成本也就越高，同時(shí)，后期的維修養(yǎng)護(hù)等成本也會(huì)增加；（2）道路的長(zhǎng)度也直接決定了道路使用者的出行時(shí)間和燃油等經(jīng)濟(jì)消耗，因此道路選線既要考慮建設(shè)成本，也要考慮道路使用者的時(shí)間經(jīng)濟(jì)消耗［4］。土地征用和房屋拆遷是工程經(jīng)濟(jì)中不可忽略的因素，一方面我國(guó)建設(shè)不斷完善，但是人均可利用的土地較少；另一方面土地和房屋價(jià)值不斷上漲，征用土地和拆遷房屋必然會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)開銷。因此在道路選線中也應(yīng)盡可能少的占用居民土地和拆遷房屋。

2 評(píng)價(jià)方法研究

2．1 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

根據(jù)道路選線的影響因素分析可知，道路選線受自然條件、環(huán)境因素及工程經(jīng)濟(jì)的影響，在道路選線評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮道路選線的影響因素。綜合分析道路選線影響因素，構(gòu)建三層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將道路選線合理性作為目標(biāo)層，將自然條件、環(huán)境因素及工程經(jīng)濟(jì)作為道路選線的準(zhǔn)則層，將準(zhǔn)則層所包含的氣候條件、地形條件、地質(zhì)條件等作為決策層，道路選線評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 道路選線評(píng)價(jià)指標(biāo)體系示意圖

在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，需要對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化分析。為了得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值，需要咨詢相關(guān)專家的意見，專家根據(jù)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際情況，給出一定的評(píng)價(jià)分值，即采用德爾菲法進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化。在進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)量化之前，需要對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)及分值進(jìn)行界定，現(xiàn)將打分區(qū)間界定于0～100之間，在此區(qū)間共分為五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分值越高表示該指標(biāo)的條件越好，反之表示條件越差。具體的分值區(qū)間劃分及其依據(jù)如表1所示。

表1 專家打分依據(jù)表

2．2 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

在對(duì)道路選線進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，指標(biāo)權(quán)重的確定和評(píng)價(jià)方法的選取是綜合評(píng)價(jià)的兩個(gè)主要方面。針對(duì)多因素影響的指標(biāo)體系，指標(biāo)權(quán)重的確定直接影響評(píng)價(jià)的結(jié)果?，F(xiàn)有指標(biāo)權(quán)重確定的方法多樣，主要以定性分析為主，主觀性較強(qiáng)，因此本文采取熵權(quán)法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定，以提高指標(biāo)確定的客觀性。

2．2．1 構(gòu)造判斷矩陣

在構(gòu)造判斷矩陣的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)同一層中不同指標(biāo)的重要度進(jìn)行對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上，按照對(duì)比分析的結(jié)果進(jìn)行一定的標(biāo)定［5］。通過(guò)該種方式構(gòu)造的判斷矩陣具有較強(qiáng)的邏輯性，與實(shí)際情況的貼近度較高。按照重要程度對(duì)同一層中的不同評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，得出的判斷矩陣可表示為：

式（1）中，A表示通過(guò)對(duì)比分析而得出的判斷矩陣，aij表示同一層不同因素按照重要程度對(duì)比得出的結(jié)果，同時(shí)，以上式中還需符合aij＝1／aji，i≠j；i，j＝1，2，3，…，n，aij≥0，aii＝1。

2．2．2 標(biāo)準(zhǔn)化處理

設(shè)判斷矩陣為p′ij，對(duì)矩陣中的各元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理為：

對(duì)于越大越好的指標(biāo)：

2．2．3 熵值計(jì)算

設(shè)第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值為ej，其計(jì)算公式為：

2．2．4 差異系數(shù)計(jì)算

對(duì)第j項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式可表示為：

2．2．5 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算公式可表示為：

2．3 綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法有多種，包含了層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)法、線性加權(quán)綜合法等，不同的方法適用于不同的評(píng)價(jià)體系［6］。層次分析法將定性與定量進(jìn)行了有效結(jié)合，可用于多目標(biāo)決策，但對(duì)于每層對(duì)象較多的情況并不十分適用；主成分分析法能夠有效消除各指標(biāo)的相關(guān)性，但是對(duì)于數(shù)據(jù)的要求較高；模糊綜合評(píng)價(jià)法具有簡(jiǎn)便易行、系統(tǒng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于求解隸屬度函數(shù)的難度較大；數(shù)據(jù)包絡(luò)法主要用于數(shù)據(jù)較多的系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究，對(duì)于數(shù)據(jù)的要求也較高。

道路選線受諸多方面的影響，本文所選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相互獨(dú)立，選擇線性加權(quán)綜合法考慮了各方面的因素。首先，線性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法可以使評(píng)價(jià)系統(tǒng)的各指標(biāo)獲得線性補(bǔ)償，評(píng)價(jià)系統(tǒng)中某一指標(biāo)值的降低，可以通過(guò)增大別的指標(biāo)值進(jìn)行彌補(bǔ)，體現(xiàn)了道路選線評(píng)價(jià)的系統(tǒng)性；然后，該方法對(duì)于指標(biāo)權(quán)重值的要求較高，而本文采用較為客觀且科學(xué)的熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，將所得指標(biāo)權(quán)重值用于線性綜合評(píng)價(jià)中，提高了評(píng)價(jià)的科學(xué)性；最后，該方法簡(jiǎn)便易行，并易于理解［7］。綜合以上分析，本文采用線性加權(quán)綜合法對(duì)道路選線的合理性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，道路選線合理性評(píng)價(jià)值設(shè)為y，第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的打分值為xj，綜合評(píng)價(jià)模型可表示為：

3 案例分析

本文選取廣西某二級(jí)公路的選線方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究?，F(xiàn)有兩套選線方案，選線總長(zhǎng)度為10km，所選區(qū)域的地形主要以丘陵為主。結(jié)合調(diào)研資料，通過(guò)專家打分的方式確定各方案中評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算模型，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如表2所示。

表2 廣西某二級(jí)公路選線評(píng)價(jià)指標(biāo)量化值對(duì)比表

經(jīng)過(guò)以上分析，確定了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值及指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合線性加權(quán)綜合法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)分析，可以得出廣西某二級(jí)公路的選線方案1評(píng)價(jià)值為79．63，選線評(píng)價(jià)為一般；選線方案2評(píng)價(jià)值為82．59，選線評(píng)價(jià)為較好。綜合以上分析，建議采用方案2選線方案。

4 結(jié)語(yǔ)

道路選線是進(jìn)行道路建設(shè)的必備工作，合理的選線方案不僅能提高道路建設(shè)的合理性，而且還能夠有效節(jié)省建設(shè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此，對(duì)道路選線進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是十分有必要的。通過(guò)對(duì)自然條件、環(huán)境因素及工程經(jīng)濟(jì)中的各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以有效地從多個(gè)方案中選擇最優(yōu)方案。