基于CRITIC賦權(quán)法和可拓理論的山區(qū)鐵路線路方案優(yōu)選模型的研究

王廣開(kāi)

【摘 要】?山區(qū)鐵路地形地質(zhì)復(fù)雜，高橋、長(zhǎng)隧占比大，且途經(jīng)經(jīng)濟(jì)、人口據(jù)點(diǎn)較為分散，鐵路方案選定過(guò)程困難復(fù)雜。文章選用成本型和效益型兩類指標(biāo)來(lái)對(duì)鐵路線路方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用Critic客觀賦權(quán)法對(duì)各子指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，采用可拓理論中的優(yōu)度評(píng)價(jià)法建立優(yōu)選模型，定量計(jì)算出各方案優(yōu)度，優(yōu)度值最大的即為最優(yōu)方案。最后將該模型運(yùn)用于西南山區(qū)某鐵路實(shí)例中驗(yàn)證了其是可操作和合理的。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)鐵路; 線路方案; Critic賦權(quán)法; 可拓理論; 優(yōu)選模型

截至2019年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到13.9×104 km，其中高速鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到3.5×104 km，其中西部地區(qū)鐵路營(yíng)業(yè)里程5.6×104 km。我國(guó)山區(qū)面積約占國(guó)土面積的1/3，且多集中于我國(guó)西南地區(qū)，目前多個(gè)復(fù)雜山區(qū)鐵路項(xiàng)目正在建設(shè)和納入規(guī)劃，典型的復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)項(xiàng)目如川藏鐵路和滇藏鐵路，線路全長(zhǎng)都超過(guò)了1 600 km，線路途徑區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害頻發(fā)，且主要為高橋和長(zhǎng)隧工程，因此確定一個(gè)最優(yōu)的線路方案會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的造價(jià)、工期、安全、運(yùn)營(yíng)、社會(huì)影響及經(jīng)濟(jì)效益起到?jīng)Q定性作用，是整個(gè)鐵路項(xiàng)目中決定全局的工作[1～3]。傳統(tǒng)的鐵路方案優(yōu)選方法主要以經(jīng)濟(jì)量評(píng)價(jià)方法為主，追求成本最低，換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)最省，但山區(qū)鐵路因其高橋、長(zhǎng)隧占比較大，不同選線方案建造成本波動(dòng)性較大，各線路方案在鐵路建成運(yùn)營(yíng)期間的效益也因山區(qū)經(jīng)濟(jì)、人口據(jù)點(diǎn)分散而具有較大的不確定性，因此單一追求成本和換算工程運(yùn)營(yíng)費(fèi)最省會(huì)忽略鐵路效益這一層面。目前針對(duì)線路方案優(yōu)選的方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)判方法及不確定性分析法等，對(duì)于層次分析法來(lái)說(shuō)定量數(shù)據(jù)較少定性成分多，不易使人信服，而且評(píng)價(jià)指標(biāo)過(guò)多時(shí)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量大，權(quán)重難以確定[4];綜合模糊評(píng)判法計(jì)算復(fù)雜，對(duì)指標(biāo)權(quán)重矢量的確定主觀性較強(qiáng)[5];不確定性分析法在處理商業(yè)盈虧問(wèn)題時(shí)會(huì)有較好的效果，但在處理多個(gè)存在關(guān)聯(lián)的指標(biāo)控制的鐵路方案時(shí)可能會(huì)脫離實(shí)際[6]。而本文所采用的Critic方法可以客觀有效的處理存在信息交互指標(biāo)的權(quán)重分配問(wèn)題，可拓理論中優(yōu)度評(píng)價(jià)法則可以有效解決山區(qū)線路方案決策過(guò)程中不斷涌現(xiàn)的矛盾問(wèn)題，尋找處理矛盾問(wèn)題的規(guī)律，避免依靠工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選線的固化思維[7]。本文將選取成本型和效益型兩大類指標(biāo)建立基于Critic賦權(quán)法和可拓理論的線路優(yōu)選模型，得到最優(yōu)線路方案。

1 基于Critic賦權(quán)法的指標(biāo)權(quán)重確定

Critic方法是由Diakoulaki提出的一種客觀權(quán)重賦權(quán)法，在處理存在信息交互的指標(biāo)時(shí)能得到比主成分分析法和多目標(biāo)規(guī)劃法等客觀賦權(quán)法更精確的結(jié)果，對(duì)比于主觀賦權(quán)法可以有效避免受技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等主觀因素的影響。在鐵路選線中各成本和效益指標(biāo)間存在著一定的信息交互和關(guān)聯(lián)，Critic賦權(quán)法則可以基于各方案的具體數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的描述各評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息量，并依據(jù)信息量的大小確定各指標(biāo)的權(quán)重[8～10]。下面根據(jù)西南山區(qū)某鐵路的預(yù)可行性研究資料選取表1中指標(biāo)進(jìn)行線路優(yōu)度評(píng)價(jià)。

3 實(shí)例應(yīng)用

本實(shí)例取自某規(guī)劃山區(qū)鐵路資料，該區(qū)段途經(jīng)區(qū)域地形地質(zhì)條件復(fù)雜，橋隧長(zhǎng)度占比較大，途經(jīng)區(qū)域無(wú)大型城市，站點(diǎn)設(shè)置于縣級(jí)城市，對(duì)各方案主要工程數(shù)量、工程投資和各走向方案影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理見(jiàn)表2。

3.1 確定權(quán)重

以上各指標(biāo)如橋隧總長(zhǎng)會(huì)直接影響到靜態(tài)投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)現(xiàn)值等，建筑長(zhǎng)度會(huì)影響到所輻射人口范圍，選取的10個(gè)指標(biāo)都存在不同程度的信息交互，因此可采用Critic方法進(jìn)行賦權(quán)，首先根據(jù)式（1）和式（2）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理，然后根據(jù)式（3）～式（6）計(jì)算各指標(biāo)的變異性、沖突性和信息量，結(jié)果見(jiàn)表3。

4 結(jié)論

（1）基于Critic賦權(quán)法和可拓理論的山區(qū)鐵路線路方案優(yōu)選模型可以充分發(fā)揮可拓學(xué)定性定量分析的優(yōu)勢(shì)，并且從成本和效益兩個(gè)矛盾層面分析問(wèn)題，使優(yōu)選過(guò)程更加全面。

（2）根據(jù)Critic賦權(quán)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可有效避免個(gè)人主觀隨意性，并能充分體現(xiàn)各指標(biāo)包含的有效信息量。

（3）權(quán)重計(jì)算過(guò)程是基于數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)不同代表所含的有效信息也不同，權(quán)重相應(yīng)浮動(dòng)，保證了不同線路方案在進(jìn)行優(yōu)選時(shí)的獨(dú)特性。

綜上講用Critic賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重可以讓線路方案在比選過(guò)程中更注重各指標(biāo)之間的信息關(guān)聯(lián)，可拓理論應(yīng)用于山區(qū)鐵路選線工作之中不僅進(jìn)一步開(kāi)拓了可拓理論的應(yīng)用范圍，也給鐵路選線技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)新的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 卿三惠， 黃潤(rùn)秋， 楊英， 等. 滇藏鐵路重大工程地質(zhì)問(wèn)題及線路走向研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)， 2007 （10）： 6-11.

[2] 王爭(zhēng)鳴. 復(fù)雜山區(qū)鐵路選線思路及理念[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)， 2016， 33（10）： 5-9.

[3] BOUAPHETH P，張瑞娟. 線路走向方案多目標(biāo)比選方法及其工程應(yīng)用研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2016 （1）： 41-42， 44.

[4] 張曙光，石玉華.層次分析法在山區(qū)道路選線方案比選中的應(yīng)用[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，19（2）：70-75.

[5] 張夏臨， 馮濤. 模糊性綜合評(píng)價(jià)在鐵路選線中的應(yīng)用[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)， 2011（2）： 21-25.

[6] 羅圓. 基于不確定性分析的山區(qū)鐵路選線方案評(píng)價(jià)方法研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)， 2015.

[7] 蔡文.可拓集合和不相容間題[J].科學(xué)探索學(xué)報(bào)，1983（ l） ： 83-87.

[8] 張玉， 魏華波. 基于 CRITIC 的多屬性決策組合賦權(quán)方法[J]. 統(tǒng)計(jì)與決策， 2012 （16）： 75-77.

[9] 李媛媛， 王暉. 基于 CRITIC 賦權(quán)法的上市物流企業(yè)績(jī)效動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 物流工程與管理， 2015， 37（7）： 65-67.

[10] 管新建，劉文康，胡棟.基于CRITIC權(quán)的污染指數(shù)法在清潩河水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2017，35（8）：49-52.

[11] 田敏麗， 關(guān)雪， 鄭閣萍， 等. CRITIC 法在醫(yī)院醫(yī)療質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 解放軍醫(yī)院管理雜志， 2014， 21（9）： 862-863.

[12] 唐超. 基于可拓學(xué)的山區(qū)高速鐵路選線策略研究 [D]. 成都：西南交通大學(xué)， 2012.

[13] 周亦良， 姚令侃， 唐超. 可拓決策方法在選線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2014， 33（1）： 42-46.

[14] 彭軍龍. 基于可拓學(xué)的生態(tài)影響評(píng)價(jià)方法在鐵路選線中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué)， 2007， 28（3）： 1-5.

[15] 黃有柱. 基于優(yōu)度評(píng)價(jià)法的證券公司綜合競(jìng)爭(zhēng)力研究[D]. 大連： 大連海事大學(xué)， 2014.

[16] 杜振宇， 楊勝?gòu)?qiáng)， 李佳乃. 可拓優(yōu)度評(píng)價(jià)法在煤礦安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 煤礦安全， 2012， 43（10）： 221-224.

[17] 劉瀟.可拓優(yōu)度評(píng)價(jià)法在區(qū)域產(chǎn)業(yè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006（20）：104-105+119.

[18] 楊志雙，韓玉龍，張浩然.基于可拓理論的西南典型山區(qū)泥石流的危險(xiǎn)性分級(jí)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版，2013，32（1）：35-39.

3913501908296