客运专线预制梁场选址综合评价决策模型研究与应用

刘辉

（中铁十二局集团第七工程有限公司 工程师，湖南 长沙 410004）

我国铁路客运专线建设已取得了举世瞩目的成就。客运专线具有高平顺、高精度、小沉降、少维修的要求，因此，客运专线铁路建设中更多采用以桥代路的方案[1]。通过建立客运专线铁路桥梁大型预制梁场，并采用“集中预制、架桥机架设”方法，能够实现桥梁上部结构与下部结构同时施工，保证工期，并能够改善现场施工环境，便于控制施工质量，加快模板周转，提高利用率[2]。科学合理地进行梁场布置和设备配置，将对节约投资、保证工期及保证箱梁的质量有重大意义。

1 梁场选址指标体系建立

在综合考虑各种影响因素的基础上，将影响梁场选址的因素划分为两层指标体系，第一层次包含4个指标，第二层次包含12个指标，如图1所示。

1）经济因素：①拆迁成本。梁场占地面积大，征地拆迁成本是梁场选址考虑的重要因素，拆迁主要包含耕地占用及农户住宅拆迁的成本。②预计临时工程费用。制梁场选址应选在地质条件较好的地方，尽量减少土石方工程和基础加固工程量，降低工程费用。③预制梁运输成本。不同场址直接影响预制梁的运输距离，运输距离越小成本越低[3]。梁场场址应选择在预制梁最小运距位置附近，尽量保证在需要架梁区段的中间，实现双向架梁，使运距达到最小。

2）交通因素：①制梁设备运输便利性。梁场选址应考虑临近既有公路或与施工便道相连，便于运输大型制梁设备。②原材料运输便利性。梁场选址应考虑临近既有公路或与施工便道相连，便于运输大量制梁材料。③预制梁运输便利性。梁场场址尽量选择运梁车运送、转向便利及满足运梁车爬坡率要求的场址。另外，梁场尽量选址在正线边上，可以减少运梁便道的长度，有利于节约成本。

3）工期因素：①预计拆迁工期。这里指按照正常情况和以往经验拆迁工期的计算，拆迁工期的长短也会对项目工期产生影响。②架梁工期。架梁工期受临近工程工期的影响。比如，梁场场址位于线上隧道或者现浇连续桥梁之间，在隧道工程或现浇连续桥梁工程未完成时，预制梁难以运送出去，场址的选择应避免这种情况。③制梁与架梁协调性。预制梁的预制工期一定要与架设工期协调，既不能因制梁太快导致存梁区不足而窝工，也不能因制梁太慢而满足不了架梁速度导致工期延误。这与梁场面积有关，选址时需要比较梁场场地条件。

4）风险因素：①征地拆迁费用风险。这里指征地过程中出现的成本风险，梁场场址应选择征地费用风险较少的地方。②征地工期风险。这是场址选择应考虑的重要因素，征地拆迁因素导致整个项目工期延误的案例很多，梁场场址应选择征地工期风险因素较少的地方。③施工风险。梁场场址应选择滑坡、泥石流等自然灾害及雨季施工风险较小的地方。

2 梁场选址综合评价决策模型

2.1 AHP确定各级评价指标权重

根据1-9标度法（见表1）构造以选择最佳预制梁场场址为准则的判断矩阵，如表2所示。其中，aij是表示元素i与元素j重要性的比值，其含义为相对于预制梁场场址选择最佳，经济因素、运输因素、工期因素、风险因素4个因素之间重要性两两比较。如，a13=1/3表示经济因素比工期因素稍微重要。

表1 判断矩阵标度的含义

表2 一级指标判断矩阵权重计算表

一级指标的一致性检验如下：

λmax=4.118，CI=(λmax-n)/(n-1)=0.039，CR=CI/RI=0.043＜0.1，满足一致性检验。

对一级指标权重的计算结果分析发现，工期因素的权重最大（权重为0.361），其次是风险因素（权重为0.326），接着是成本因素（权重为0.175）和交通因素（权重为0.137）。

同理，二级指标的判断矩阵构建如R1—R4。

二级指标权重计算及一致性检验结果如下：

在经济因素下的二级指标中，预制梁运输成本权重最大，权重值为0.581；拆迁成本的权重次之，权重值为0.309；预计临时工程成本的权重最小，权重值为0.110。在交通因素下的二级指标中，预制梁运输的便利性权重最大，权重值为0.648；原材料运输的便利性权重次之，权重值为0.230；设备运输的权重最小，权重值为0.122。在工期因素中，架梁工期与制梁工期协调性的权重最大，为0.615；架梁工期的权重为0.292；预计拆迁工期权重最小，权重值为0.093。在风险因素中，征地时间风险的权重最大，权重值为0.581；施工风险的权重值次之，权重值为0.309；征地费用风险的权重最小，权重值为0.110。

2.2 预制梁场选址综合评价标准

2.2.1 确定评价子集

根据设计评价体系有两层，第一层的评价指标值由第二层评价指标值计算得到，因此第二层为评价操作层，评价指标有4个，即X1={X11,X12,X13}，X2={X21,X22,X23}，X3={X31,X32,X33}，X4={X41,X42,X43}。

2.2.2 确定指标评分等级

在本文中采用10分值进行评价，即对每个二级指标进行1至10分打分，打分标准见表3所示。在表中评分分为5个等级，如果指标等级处于两个等级之间，可以取 2、4、6、8分值，具体打分靠决策者根据具体情况确定。

表3 二级指标评价标准表

2.3 预制梁场选址综合评价模型构建

预制梁场选址综合评价二级指标评价值(D1,D2,D3,D4)计算：

预制梁场选址综合评价一级指标计算：

针对不同选址方案来计算一级指标综合评价值，比较其大小便可判断方案的优劣。

3 模型应用

3.1 隆回制梁场场址方案

隆回制梁场主要负责沪昆客专湖南段Ⅴ标简支箱梁的预制、架设。梁部结构形式是双线简支箱梁，有32 m、24 m两种孔跨形式。桥面宽12 m，高3.05 m。施工任务为刘塘中桥到大心田特大桥（里程段为DK229+981—DK242+579）简支箱梁209孔（其中32 m梁183孔，24 m梁26孔）。靠线路布置，纵向平行于线路中心线，制梁台座5个，存梁台座25个。

梁场场址方案一：

该方案梁场的位置里程为DK237+500，该处为居民较聚集区，需要搬迁的住户20余户，还有多户靠近梁场，耕地∶土地∶其他=7∶2∶1，征地的难度大，成本高，施工过程人为因素干扰大，后期的复垦费高，拆迁完成时间不定。梁场建在云溪河特大桥和新竹湾隧道之间。云溪河特大桥原设计有一 （48+80+48）m连续梁采用悬灌，同时墩高均在33 m以上，预估最短工期在14个月。新竹湾隧道为潜埋隧道，施工难度大，导致没有先架方向，受线下工期制约较大。只要线下施工出现不顺的情况，就可能使梁场施工安排受影响，施工计划严重滞后，影响整体工期。采用提升站，需要多投入的大型设备有提升龙门吊2台500 t，同时运行提升站油料多，安全风险大，提升站基础要加强，且在墩侧面多施工3个出梁台座，投入较大。另外，采用提升站，不能使用运架一体机，只能采用运梁车，而现在可租赁到的运梁车式的架桥机整体高度较高，无法直接过隧道，都需解体再拼装，过3个隧道，需多拆、拼3次。

梁场场址方案二：

该方案梁场位于DK238+500处路基段，主要为林地，与居民住宅较远，先架方向为大里程。设计征地面积比方案一小，需要紧缩梁场各功能区的面积。同时，不能采用运梁便道增加投入，只能利用现有路基段做出梁通道。梁场范围内需要的坡度为平坡，整体标高为394.38 m，而线路纵坡0.49%，在梁场范围段标高高差250×0.49%=1.23 m，需要桥台端超填50 cm，大里程侧靠近办公区少填70 cm。该方案需要将该路基段填成纵向平坡，夹角回填密实，并需要开挖路基本体。

3.2 场址方案评价

对两个预制梁场选址方案的二级评价指标打分，见表4所示。

表4 两方案的二级指标打分表

将表2中二级指标分值代入式（1）中，经计算，方案一的一级指标评价值为：经济因素为3.382、交通因素为6.230、工期因素为4.366、风险因素为3.655，将表2中二级指标分值代入预制梁场综合评价模型式（3）中，得到方案一的综合评价值D=4.21；同理，方案二的一级指标评价值为：经济因素为5.435、交通因素为3.582、工期因素为4.102、风险因素为6.565，方案二综合评价值D=5.06。方案二优于方案一，应按照方案二来进行预制梁场选址安排。

4 结束语

客运专线梁场选址方案决策是施工承包商和业主共同关注的重点难点问题之一，选址方案的好坏不仅关系到客运专线桥梁施工能否顺利进行，也直接影响承包商的经济效益，对节约投资、保证箱梁的质量及工程工期都起着重要作用。本文建立的客运专线预制梁场选址综合评价模型，利用综合评价法、层次分析法两个基本方法对模型求解，可应用于客运专线梁场选址方案决策。在实际工程应用中，进行各个方案的二级指标打分时，最好采用多人打分取平均值的做法，这样可以避免个人决策失误。另外，梁场选址评价指标体系中的一、二级指标权重亦可根据项目自身特殊情况，利用AHP方法进行调整，使得实际工程梁场选址方案决策更具针对性和准确性。

[1]姜丽雯.铁路客运专线预制梁场的规划设计研究[J].铁道标准设计，2007（6）：8-12

[2]刘维庆，韩同银，官正本.基于随机赋权的客运专线梁场规划设计方案模糊评价[J].铁道学报，2009（6）：112-116

[3]张新文.客运专线工地制梁场的设置体会[J].铁道勘察与设计，2003，130（2）：58-60