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)濟性和美觀性作為方案評價指標體系的準則層；然后細分子準則層，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、運營養(yǎng)護、橋梁造價等8項指標，計算指標權重判斷矩陣；最后采用德爾菲法將專家評分作為各指標的評分值，乘以權重得到每個方案的總評分，比較評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性和合理性。

關鍵詞 多層次分析法；德爾菲法；橋梁方案比選；評價體系

中圖分類號 U448 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0029-03

0 引言

近年來，沿海城市為適應經(jīng)濟發(fā)展需求，修建了許多濱海橋梁，助力沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。濱海橋梁跨越海域，地形地質復雜，如何確定橋梁方案，需綜合考慮水文、地質、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)濟因素，如建設成本、施工難度和運營維護等；還有外部客觀要求，如環(huán)境保護、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法具體量化，每個因素對方案的影響權重未知，同時因素之間相互糾纏影響，單憑個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)驗為依據(jù)，進行調查分析，列出技術和經(jīng)濟指標后進行確定，受主觀因素影響較大，比選過程煩瑣，綜合性較低，結果認可度較差[1-3]。

橋梁方案比選應建立一套簡單快捷的評價層級體系，確保比選過程滿足規(guī)范且應可量化、標準化。

1 建立橋梁選型評價目標體系

根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D 60—2015）相關要求，橋梁設計應符合安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟和美觀的原則。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”“運營養(yǎng)護”“橋梁造價”等8個要素作為橋梁方案比選的子準則層，建立的綜合評價層級體系如圖1所示：

圖1 橋梁方案選型綜合評價層級體系

2 構造多級判斷矩陣

根據(jù)橋梁設計六大原則，結合目標層情況，對準則層各原則之間相互比較其重要程度，賦予其權重值，得到判斷矩陣R如下：

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

對于目標層的判斷矩陣R，計算其最大特征值對應的特征向量WR=（0.338，0.220，0.133，0.073，0.191，0.045）T；準則層安全因素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要求。

若將子準則層中各因素N1～N8關于R的權重記為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關于Nj的權重，其組成的矩陣記為B：

計算得到AB=（0.3000，0.0234，0.0702，0.2697，0.0437，0.1534，0.0470，0.0926）且符合一致性檢驗要求，即子準則層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”“運營養(yǎng)護”“橋梁造價”等8個因素相對于目標層R的權重為矩陣AB。

3 德爾菲法評價指標

根據(jù)項目成立預測工作組，選擇20位相關領域專家，結合子準則層評價指標Bj的評價標準和專家自身對各指標掌握和預測分析，確定指標的相應分值。打分規(guī)則如下：各因素對子準則層的影響分值范圍在0到100之間，0代表沒有影響，分值越大則代表影響力越強。

經(jīng)過德爾菲法兩輪預測：（1）發(fā)放調查表，請專家對上述評價指標打分；（2）將第一輪得分結果總結后反饋給專家，請專家再次進行選擇和判斷。對第二輪打分結果統(tǒng)計處理后，得到每個子準則層的評價指標分值xj，j=1，2，…，8，再分別乘以其對應的權重后進行相加，即可得到該方案的評價總分值，R=∑8 j=1cjxj。

依次對各方案以上指標分值乘以權重值后進行相加，得到各方案相應的總分值，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體系，由20位專家對4個橋梁線位下的6個國道G228鐵山港向海大橋方案進行評價打分，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所示為各專家關于方案1～6的評分結果，每個評價指標下有若干個子指標，滿分為100。子指標分值相加即為該方案該評價指標的分值。

表3所示為各方案按評價指標權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，分析原因為這兩組方案中主要由橋型方案不同引起，由于該評價指標專家打分較為接近，且所占權重較大，匯總得分無法形成明顯差距。

5 結語

該文采用多層次分析法建立了濱海橋梁比選的評價層級，將橋梁方案比選中各個因素的重要程度進行量化并計算得到其權重值，隨后發(fā)揮德爾菲法的廣泛性和匿名性特點，得到各個因素的專家評分值；最終權重值與評分值相乘得到該方案評分值，匯總各方案評分，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性和合理性。

參考文獻

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

[2]張永清，馮忠局.用層次分析法評價橋梁的安全性[J].西安公路交通大學學報，2001（3）：52-56.

[3]姜忻良，王丙興，竇遠明，等.綜合評價指標體系在橋梁選型中的應用研究[J].土木工程學報，2009（7）：65-68.