路堑环境协调性评价指标体系与评价方法

贾致荣，郭忠印

（1.山东理工大学建筑工程学院，山东淄博 255049;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 200092）

路堑环境协调性评价指标体系与评价方法

贾致荣1，郭忠印2

（1.山东理工大学建筑工程学院，山东淄博 255049;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 200092）

为了评价路堑与环境的协调性，构建了路堑协调性评价指标体系。由视觉环境协调、生态环境协调、交通环境协调构成了准则层，线形等8项内容构成子准则层，公路线形与地形的协调程度等22个指标构成指标层，利用层次分析法给出了各级指标的权重，利用多级模糊综合评价获得了路堑协调性评价的结果，并给出了基于层次分析法的多级模糊综合评价方法算例。

环境工程;评价指标;模糊综合评价;路堑;协调性

处理好公路大发展与环境相和谐、资源有效利用的关系，是公路建设者面临的重要课题［1］。

路堑是路基工程的重要组成部分，在山岭重丘区中占有较大比重，要实现公路建设与自然环境、人文环境的和谐统一，路堑部分是难点。目前，与路堑设计相关的JTGD 30―2004《公路路基设计规范》、JTG B 04—2010《公路环境保护设计规范》、JTG B 03—2006《公路建设项目环境影响评价规范》中，涉及到路堑如何与环境协调的方法，仅仅停留在“目标的层面”，也就是要求达到“和谐统一”，但是并没有提出系统的、具体的设计和评价办法，具体执行困难。由于缺乏路堑设计的可操作性控制指标和方法，劣质的路堑边坡仍然频繁地出现在全国各地［2］。

因此，建立路堑环境协调性评价指标体系和评价模型，探讨合理的评价方法，不仅可以客观地分析评价公路路堑的现状，制定优化措施，同时，对今后路堑设计与建设具有重要的指导意义。

1 路堑协调性评价指标体系的构建

1.1 评价指标体系的构建原则

路堑环境协调性评价指标体系构建时必须遵循以下基本原则:

1）科学性原则。指标体系建立在科学基础上，指标概念明确，并具有一定科学内涵，能够反映路堑协调性评价的内容。

2）可操作性原则。可以获得所提出指标的量值，能够被公路设计人员和管理人员等所把握。

3）定性指标和定量指标相结合的原则。尽管在环境协调性方面，多数指标难以量化，但是也需要深入挖掘量化指标，以方便评价。

4）针对性强的原则。所提出的指标能够暴露目前路堑环境协调性方面存在的突出问题，并对路堑设计和施工具有指导意义。也就是说可以很好地保证评价对路堑设计和施工具有有力的“反作用”，指标的目的性明确。

5）动态性原则。路堑与环境的协调，既是一个目标，又是一个过程，并且随着人们认识的深入而赋予不同的内涵，这就决定了评价指标并非一成不变，随着研究的深入，应及时进行调整和修正。

1.2 评价指标体系的构建框架

环境包括的内容很广，有自然环境、社会环境、美学环境、经济环境等。公路路堑的存在改变了驾乘人员及公众的视觉环境;路堑植被恢复和水土保持与生态环境密切相关;路堑段的天桥、圬工防护等构造物的建筑风格本身又是社会环境的组成分子;同时，路堑作为公路的一段，要保障公路安全与畅通，这是公路的基本功能之一，故是交通环境的组成部分。所以，路堑协调性评价指标体系的研究可从视觉环境协调、生态环境协调、交通环境协调3个方面来入手［3-5］。相比之下，路堑在其它方面的环境协调性问题并不特别突出，如声环境、大气环境等，本文暂不纳入。

1.2.1 评价指标相关性的消除

在评价指标体系结构中，指标数量大并且指标之间存在某种程度的相关关系，这不仅增加了评价的工作量，也直接影响评价的有效性和可靠性。

笔者在指标构建过程中，采用了以下方法来降低指标相关性造成的影响:

1）尽量限制指标数量。在指标体系中，指标数量越少，重复的可能性就越小，指标相关性可能也就越小。

2）分离重迭源。将存在重复相关关系的指标分别进行分解，分析各个指标重复的因素，把重复的因素分离出去，得到一组相互独立的指标。

1.2.2 视觉环境协调性指标

路堑与环境的协调性问题中，涉及到视觉环境的问题最为突出，而这方面的保护正逐渐为人们所重视，路堑施工随意破坏山体的行为越来越不被人们所接受。可从以下5个方面、11个指标来评价视觉环境的协调性［6-8］，见图1。

1）线 形

具体的评价指标为公路线形与地形的协调程度。即路堑段公路线形与地形结合的合理性。一般来说，曲线容易配合丘陵和山区地形。为了得到路线与地形的协调，路线的走向与地形等高线的走向大体一致时，协调性最好［9］;而当线形垂直于地形等高线时，可能造成高填深挖，对原地形改变过大，产生的协调性问题最大。

在丘陵区布线，则宜在坡脚之间穿越，这样与地形有好的配合，且纵面不会有大的起伏。而高等级公路布线时采用隧道、半山桥等构造物来适应地形，这样也可能形成优美的道路景观。对原有地形大的切割与破坏不可能有好的视觉效果［10］。

因此，地形与线性的协调程度可以通过检查线形与地形等高线的相对关系而得到。

图1 视觉环境协调的评价指标Fig.1 Evaluation indexes in harmony with visual environment

2）边 坡

边坡在视域中所占的面积大，对视觉环境的影响大，用4方面的指标来对其评价:

①形状与地形的协调程度。也就是人工路堑边坡与周围自然山坡的相似程度。目前的路堑边坡多以平直的坡面为主，这与凹凸的自然山坡形成了鲜明的对比，造成了不协调。

②坡度与地形的协调程度。坡度直接影响到边坡的稳定性和经济性。一般来说，平缓的坡度可以降低边坡的景观敏感度，容易达到与周围环境的协调。若边坡的最大坡度与周围自然地形坡度相差不大，就可以取得较好的协调。

③坡面与环境的协调程度。坡面为路堑开挖后造成的“创伤面”，其与环境的协调程度非常重要。为了更合理地评价该项指标，又细分为以下3个子指标来评价。

第1是颜色与环境的协调程度。坡面的主色调与周围背景的协调程度，需要综合考虑色彩的色相、明度、纯度。颜色的不协调主要来源于裸露的岩石边坡与周围背景的对比。

第2是坡面防护的美观程度。包含两层含义:一方面是工程防护面积占路堑边坡面积的比例，其值越小越好;另一方面是防护自身的美观程度，即防护本身需要满足形式美的基本原则。优美的防护形式为与环境协调奠定了基础。

第3是人工痕迹弱化程度。主要指边坡施工后留下的人工痕迹的清晰程度，如残留的炮孔等。该项指标对路堑边坡能否取得自然效果有影响。

④坡高与环境的协调程度。总坡高越小，对环境的破坏越小，协调性越好。另外，若单级边坡高度根据岩石的开挖需要和环境的需要合理变化，协调程度较好。根据“不破坏就是最大的保护”的新理念，考虑到目前环境保护规范对深路堑的规定，推荐以30 m的总坡高作为对环境破坏“大”的分界值。

3）排水设施

评价排水设施的隐蔽程度。指标包括:

①截水沟的隐蔽程度，路堑段截水沟在视觉上的敏感程度，敏感度越小越好。

②边沟的隐蔽程度，路堑段边沟在视觉上的敏感程度，敏感度越小越好。

鉴于目前截水沟和边沟以浆砌为主，视觉冲击大，严重影响景观效果，故利用地形及植被遮蔽后的排水设施为佳。

4）植被形式

评价植被形式与环境的协调程度。指标包括:

①用地范围内外乔灌木匹配合理性。即路堑坡脚绿化平台、中央分隔带、坡面、路界内坡顶、路界外绿化带及与路域外植物品种搭配的合理性。因为这些绿化设计目前由不同管理部门委托，如路堑坡脚绿化平台、中央分隔带、坡面、路界内坡顶等处由公路管理部门负责，路界外绿化带由林业部门负责。不同部门之间往往缺乏有效的沟通，再加上设计理念的差异，经常造成路界内为常绿植物而路界外为落叶乔木的反差，在色彩、季相变化、树形等方面协调性较差。

②植物栽植模式的协调程度。指坡脚、坡面、坡顶及路域范围内植物栽植模式与背景的匹配程度。植物栽植应选择与周围环境和公路特点相适应的栽植模式。如在城镇范围内可以选用规则式栽植，而在远离城镇的地方，通过采用自然式栽植，可以与自然景观相协调，构成平稳的画面，能获得更好的栽植效果。特别是在强调景观变化和沿途景观资源的时候，随机栽植能够自由配置，发挥卓越的景观效果［11］。否则，便会产生不协调。

5）构造物及沿线设施

指路堑段内天桥及支档结构、隔离栅等与环境的协调程度。指标包括:

①构造物及沿线设施的形式美。主要利用“统一、变化、对比、相似、均衡、比例、尺度、韵律、节奏”等方面形式美的基本原则去检验构造物与沿线设施在特定路堑环境下是否是美的。

②构造物及沿线设施与环境的协调性。评价构造物及沿线设施能否融入路堑环境，包括构造物的型式、颜色、纹理等方面。

1.2.3 生态环境协调性指标

生态环境是指影响生态发展的环境条件的总体。路堑生态环境的协调性评价主要从2个方面、6个指标来进行［4，11-12］，如图 2。

图2 生态环境协调的评价指标Fig.2 Evaluation indexes in harmony with ecological environment

1）植 被

评价植被方面的协调性的指标包括:

①植被覆盖率。路堑边坡植被覆盖率与周围覆盖率的差异对环境协调影响较大。一般来说，边坡覆盖率在不低于周围绿化覆盖率的情况下，能取得较好的协调效果。

②植物多样性协调程度。植物多样性是指植物和它组成的系统的总体多样性和变异性。路堑段应草、灌（乔）、花合理搭配，品种丰富为宜。多样性是自然植被的特点之一，也是公路途经多个地区的客观反映，同时也是驾乘人员所追求的景观效果［13］。

③植被乡土化率。乡土植物适应当地的气候和土壤，完全融入周围的环境，形成有地域特色的植物景观，并且养护管理成本低，病虫害少，是路堑绿化的合理选择［14］。若引入有害植物品种，对当地生态环境来说是一场灾难。

2）土壤与土地

评价土壤与土地方面的协调性的指标包括:

①水土流失程度。主要指坡面的土壤侵蚀程度。土壤侵蚀形式分为雨滴溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀等。根据有关规范，土壤侵蚀强度分级参照表1确定［15］。

表1 土壤侵蚀强度分级标准Table 1 Soil erosion intensity classification

②表层土保护与利用。挖方地段挖除的地表种植土是一种难以再生的自然资源，挖除后应该临时集中堆放，作为未来中央分隔带、土路肩、边坡绿化工程用土，即保障了绿化效果，又减少了弃方量，一举两得。以表层土的利用率作为该指标的量化考核值。

③弃方利用率。在理想的状态下，挖方与填方应平衡，但在实际工作中，很难达到这一要求。在山区，过多的废弃方和不恰当的处理方式均会对原生植物和自然水系造成灾难性的后果，因此弃方的利用率可采用被合理利用的弃方量与挖方总量的比值来计算。

1.2.4 交通环境协调性指标

公路交通环境可以定义为道路交通规划、建设者为交通参与者提供的、可供交通参与者利用的各种交通条件的总和，是通过人的行为对自然环境进行改造、为交通参与者营造的适宜于交通的“小环境”［16］。

考虑到与路堑设计的相关性，从以下5个方面来评价交通环境的协调性。

1）视距保证

路堑段除线形设计需要满足行车视距要求外，应主要检查横净距是否满足要求，坡面（含坡面植被）不影响安全行车。

2）视线诱导性

主要检查视线诱导标志与线形的一致程度，尤其注意凸形竖曲线处诱导标志设置是否得当。

3）标志标线的可视性

主要检查边坡绿化和防护设施是否遮挡标志标线。

4）分隔带防眩效果

主要检查中央分隔带栽植的高度和密度，是否有效避免眩光。

5）兴趣点设置合理性

为缓解视觉疲劳，提高交通安全，驾驶员的视觉吸引点需要每5～10 min变化一次，路堑段也应如此，应安排一定的视觉要素（绿化、景点等），强化道路曲折性及协助驾驶员定位，增加旅途的趣味性，避免单调感［17］。

2 路堑环境协调性评价方法

由于路堑环境协调性评价体系的层次性、多要素的特性，且多数评价指标为定性指标，具有模糊性，故引入模糊理论，使环境协调性评价具有定性和定量相结合的特点，并具有科学、准确、直观和易操作等优点［6］。为了更加科学合理地建立指标权重集，并根据环境协调性评价指标体系的层次结构，笔者采用基于层次分析法（AHP）的多级模糊综合评价方法来对路堑环境协调性进行评价分析。

协调性评价指标体系第1层为目标层，即路堑环境协调性设计;第2层为准则层，是以视觉环境协调、生态环境协调、交通环境协调作为3大准则;第3层为子准则层，从不同角度体现了环境协调的准则;第4层为指标层，具体描绘各准则对应的各项指标的属性。所有路堑协调性评价的指标体系见表2。

根据模糊综合评价理论，结合路堑环境协调性评价指标体系结构，协调性评价过程是一个多级评价过程。第1级为指标层因素对子准则层因素的综合评判;第2级为子准则层因素对准则层因素的综合评判，准则层的所有因素进行2级综合评判的单因素评价矩阵应为1级综合评判的结论向量所组成的矩阵;第3级为准则层因素对目标层因素的综合评判。最终求得评价结论向量，按最大隶属度原则对路堑环境协调度等级进行评价，得出评价结果（具体步骤略）。

表2 路堑协调性评价的指标体系和权重系数Table 2 Evaluation indexes in harmony with cuts environment and its weight coefficients

3 建成路堑的协调性评价实例分析

3.1 路堑总体情况

选择济莱高速公路的一段的路堑段进行分析，该路堑段的边坡情况见表3。

表3 路堑边坡情况Table 3 Details of cut slope

路堑处在东铁车隧道东口和一分离式立交之间。路界外绿化为规则种植的侧柏。中央分隔带采用蜀桧、紫叶李间隔种植，间距1 m;蜀桧冠幅大于0.6 m，高度大于1.8 m，作为主防眩，紫叶李高度大于1.5 m。

路堑两侧为次生灌草丛构成的荒草坡，以荆条、酸枣与黄背草、白羊草为主。

经调查，该路堑施工初期已将表土层集中存放，大部分被利用;绝大部分路堑弃方被用来填筑了路基，部分堆置于弃土堆（进行了简单绿化）。

3.2 多级模糊综合评价方法的应用

3.2.1 建立因素集

建立路堑环境协调性评价的影响因素集U，影响因素划分为视觉环境协调、生态环境协调、交通环境协调3 个子集，记作U={U1，U2，U3}，Ui表示环境协调第i个方面影响因素子集，Ui为表2中的准则层B。

Uij表示路堑环境协调性评价第i个子集的第j个方面影响因素子集，Uij为表2中的子准则层C。同理，Uijk表示环境协调评价第i子集的第j个方面影响因素子集的第k个影响因素，Uijk为表2中的指标层D。

3.2.2 建立权重集

利用美国运筹学家、匹兹堡大学教授T.L.Saaty提出的AHP法确定各指标在综合评价中的权重。采用1～9比率标度法对不同指标进行两两比较，得到关于评价指标的评判矩阵。然后，利用和积法进行评判矩阵一致性检验，要求一致性比例小于0.1。结果见表2括号中数据。

3.2.3 单因素模糊评价

由项目评价数据整理分析及咨询专家得出单因素评价矩阵R:

γmn为隶属度。评价对象按因素集中第i个因素Ui进行评价，对评价集中第j个元素vj的隶属度为γij。

3.2.4 综合模糊评判

进行1级综合模糊评判，作模糊矩阵运算B=A°R，其中B为1级评判准则的结论向量，A为指标层的模糊权重集，R单因素评判矩阵。由此得出1级评判准则的结论向量。同理可以求解多级评判准则的结论向量，最终得出综合评价结论向量:B综合=［0.233 0.184 0.211 0.379］。

从综合计算结果可以看出，优占23.3% ，良占18.4%，中占21.1%，差占 37.9%。最后根据最大隶属度原则对青莱高速公路马莱段东铁车隧道东侧路堑协调性等级进行评价，认为该段路堑的综合评价结果为差。该路堑虽然在环境保护和交通安全保障方面采取了一定的措施，但是，该路堑视觉协调性较差，采用了景观效果较差的工程防护、坡面过于平直、路堑两侧绿化带过于人工化等，不能很好地与地形地貌及植被相协调，也没有进行专门的景观设计，取得的实际效果不佳。

4 结论

1）基于路堑协调性突出问题，构建了路堑协调性评价指标体系。

2）提出了视觉环境协调性、生态环境协调性、交通环境协调性分级指标框架并给出了指标内涵、测算方法。

3）利用层次分析法给出了各级指标的权重，利用多级模糊综合评价获得了路堑协调性评价的结果。

4）评价指标紧扣协调性设计的突出问题，评价结果对改进协调性设计有一定帮助。

5）路堑与环境的协调性问题一直未得到人们的足够重视，还要从设计理念、设计方法、施工方法等多方面进行综合深入研究。

（References）:

［1］ 交通部公路司.新理念公路设计指南［M］.北京:人民交通出版社，2005:1-10.

Ministry of Communications.New Concept Highway Design Guidelines［M］.Beijing:China Communications Press，2005:1-10.

［2］ 贾致荣.路堑环境协调性设计与评价方法研究［D］.上海:同济大学，2009.

Jia Zhirong.Design and Evaluation Methods for Highway Cuts in Harmony with Environment［D］.Shanghai:Tongji University，2009.

［3］ 戴娟娟，杨海真.高速公路环境评价指标体系综述［J］.四川环境，2006，25（6）:52-56.

Dai Juanjuan，Yang Haizhen.Review on indicator system of environmental assessment for expressways［J］.Sichuan Environment，2006，25（6）:52-56.

［4］ 上官甦.石灰岩山区高速公路路基开挖中的环境保护研究［D］.北京:北京工业大学，2006.

Shangguan Su.Study on Environmental Protection of the Expressway Subgrade Excavation in the Limestone Mountainous Area［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2006.

［5］ 王紫雯，吴水珍.大型土建工程对景观美学环境的影响问题研究［J］.浙江大学学报:人文社会科学版，2003，33（2）:145-152.

Wang Ziwen，Wu Shuizhen.The impact of construction projects on landscape aesthetics［J］.Journal of Zhejiang University:Humanities and Social Science，2003，33（2）:145-152.

［6］ 杜智民，王建军.基于多级模糊评价方法的公路景观评价分析［J］.公路交通科技，2007，24（12）:144-148.

Du Zhimin，Wang Jianjun.Analysis on highway landscape evaluation based on fuzzy comprehensive evaluation［J］.Journal of Highway and Transportation Research and Development，2007，24（12）:144-148.

［7］ 张阳，董小林.公路景观及视觉影响评价方法研究［J］.西安公路交通大学学报，1999，19（4）:65-67.

Zhang Yang，Dong Xiaolin.A study of highway landscape and visual impact assessment［J］.Journal of Xi’an Highway University，1999，19（4）:65-67.

［8］ 赵勇，吴明作，钟崇林.公路建设项目对景观影响综合评价［J］.安全与环境学报，2004，4（4）:38-41.

Zhao Yong，Wu Mingzuo，Zhong Chonglin.Comprehensive impact assessment of highway construction project on landscape［J］.Journal of Safety and Environment，2004，4（4）:38-41.

［9］ 赵武，陈晓利.与环境相协调的公路线形灵活性设计方法研究［J］.公路交通技术，2007（6）:129-131.

Zhao Wu，Chen Xiaoli.Research on flexible design for environment friend expressway profiles［J］.Technology of Highway and Transport，2007（6）:129-131.

［10］韩相春.道路交通景观设计［M］.哈尔滨:东北林业大学出版社，2005:170-185.

Han Xiangchun.Road Landscape Design［M］.Harbin:Northeast Forestry University Press，2005:170-185.

［11］国外道路标准规范编译组.国外公路景观与环境设计指南［M］.北京:人民交通出版社，2006:31-42.

Foreign Road Standard and Specification Compiler Group.Highway Landscape and Environment Design Guide［M］.Beijing:China Communications Press，2006:31-42.

［12］陈红，魏风虎.公路生态系统评价指标体系构建方法研究［J］.中国公路学报，2004，17（4）:89-92.

Chen Hong，Wei Fenghu.Study of the way on indicator set of ecological assessment of highway［J］.China Journal of Highway and Transport，2004，17（4）:89-92.

［13］ Akbar K F，Hale W H G，Headley A D.Assessment of scenic beauty of the roadside vegetation in northern England［J］.Landscape and Urban Planning，2003，63（2）:139-144.

［14］ Froment J，Domon G.Viewer appreciation of highway landscapes［J］.Landscape and Urban Planning，2005，65（5）:1-19.

［15］SL 190—2007土壤侵蚀分类分级标准［S］.北京:中国水利水电出版社，2007.

SL 190—2007 Standards for Classification and Gradation of Soil E-rosion［S］.Beijing:China Waterpower Press，2007.

［16］刘志强，王文锦，李亚强，等.论道路交通安全环境［J］.中国安全科学学报，2002，12（4）:27-30.

Liu Zhiqiang，Wang Wenjin，Li Yaqiang，et al.Relationship between traffic safety and safety environment of expressway［J］.China Safety Science Journal，2002，12（4）:27-30.

［17］贾致荣，郭忠印.“555”原则及其在公路景观设计中的应用［J］.公路，2007（10）:209-212.

Jia Zhirong，Guo Zhongyin.“555”Principle and its applications in highway landscape design［J］.Highway，2007（10）:209-212.

Indexes and Evaluation Method for Highway Cuts in Harmony with Environment

Jia Zhirong1，Guo Zhongyin2
（1.School of Architectural Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，Shandong，China;
2.Key Laboratory of Traffic Engineering of the Ministry of Education，Tongji University，Shanghai 200092，China）

In order to evaluate the harmony between cut and environment，harmony evaluation index system of cut-slope was constructed.Rule hierarchy was composed of three aspects，visual environment harmony，ecological environment harmony，traffic environment harmony;sub-rule hierarchy was composed of alignment and other 7 parts;and index layer was composed of coordination degree between highway alignment and topography，and other 21 indexes.The weights of indexes at all levels were presented by utilizing the analytic hierarchy process，and the value of harmony evaluation was obtained by utilizing the method of multilevel fuzzy comprehensive evaluation，and an example was also given using the fuzzy analytic hierarchy process method（FAHP）.

environment engineering;evaluation index;fuzzy analytic hierarchy process method（FAHP）;cuts;harmony

U416.1+3

A

1674-0696（2013）02-0238-06

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.15

2012-04-18;

2012-09-29

山东省高等学校科技计划项目（J12LF13）;山东省自然科学基金项目（ZR2012EEL30）

贾致荣（1968—），男，山东滨州人，教授，博士，主要从事道路与环境工程方面的研究。E-mail:jiazhr@126.com。