AHP模糊综合评价在永龙高速公路路线方案比选中的应用∗

郭凤平，侯云飞

（1.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南　长沙　410004；2.湖南交通职业技术学院，湖南　长沙　410004）

AHP模糊综合评价在永龙高速公路路线方案比选中的应用∗

郭凤平1，2，侯云飞1

（1.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410004；2.湖南交通职业技术学院，湖南长沙410004）

结合永龙（永顺—龙山）高速公路的实际特点，从社会效益、生态和谐、技术设计和美观舒适4个方面构建评价指标体系，运用层次分析法计算各评价因素的权重，并以此为基础建立模糊综合评价模型；运用该模型，通过定性与定量分析相结合，对永龙高速公路路线设计方案进行比选，得出了最优路线设计方案。

工程管理；公路；路线选择；层次分析法；模糊综合评价

路线设计及选取的好坏直接影响高速公路项目的经济效益及社会效益，也影响项目建设投资的总目标。当下高速公路项目建设中只重视经济、速度与结果，导致高速公路项目与环境、社会、生态等间的关系不协调。因此，在项目建设前期选取科学、合理的线路方案尤为重要。

关于高速公路路线方案比选，国内外学者进行了不少研究：Sadek S.等通过建立多目标决策模型，从技术层面保证了公路路线方案评价技术及优选技术的科学合理性；美国AASHTO深入分析了公路几何要素与交通量的关系，所建立的交互式公路安全设计模型被普遍应用于双车道公路路线设计检查与评价；Li Li-ping等针对平原地区公路路线比选构建决策指标体系，通过专家经验打分和模糊数学理论确定决策因子的权重，将定性、定量分析结合起来，既保证了评价指标的科学性、合理性和可获得性，也消除了评价过程中主观判断的模糊性和不确定性；赵勇等结合高速公路项目的特点，利用对比分析法，结合定性、定量分析手段，建立了两条高速公路线路对生态环境影响程度评价体系，并比选出最终高速公路路线方案；张光辉等将综合费用作为路线网络中的流量参数，结合具体工程，应用施工组织设计中的进度控制原理，建立了公路路线选取模型——关键线路法；杨存亮等通过分析比较国家、地区未来路网规划及其他路线方案，采用价值工程的相关理论确定最佳高速公路路线方案；高进科结合山区公路路线实况，用层次分析法找出影响路线方案实施的关键因素，避免比选过程中的盲目性、片面性及主观性，进而选择出最优路线；张志军将质量功能引入高速公路路线比选，通过分析高速公路对其利益相关者的影响，得出高速公路的功能需求及质量特征，对高速公路路线方案优选进行研究。

上述关于高速公路路线方案比选的研究存在以下不足：1）高速公路路线选取涉及的方面很多，需考虑的因素很广，以往研究都着重考虑经济性，没有考虑与自然环境、社会环境的和谐性。2）选取的评价指标以定性分析居多，缺少定量研究成果，导致各指标的选取具有较多的主观性。3）路线方案设计需考虑经济与技术相结合，设计过程中要正确处理技术与经济的关系，方案比选也需两者兼顾。

1　永龙高速公路路线方案设计影响因素

1.1地区自然地理状况

平原地区地形宽广、平坦且起伏不大，路线可直线延伸，而地形地貌复杂的山区路线崎岖，其工程技术要求较高。因此，在高速公路路线选取过程中应尽可能绕开地形地势较复杂的区域。

永龙（永顺—龙山）高速公路位于湘西苗族、土家族、白族等少数民族集聚地，经济较落后，农耕地较少，交通十分不便，信息也时常受阻。其路线走廊带地处湖南省西北部的低山丘陵地区，总体来看，地势西高东低，呈阶梯状分布，路线走向设计过程中应综合考虑，尽量将施工阶段的难度降到最低，同时将运营阶段的效益发挥到最佳。

1.2区域路网规划

高速公路路线选取中，首先要对已建成的高速公路、铁路及整个路网的分布现状进行分析，同时纳入未来路网规划一并考虑，其建设既不能影响已建成公路、铁路网，也要满足相关规范及技术要求。

该项目区域内的交通干线众多，主要有常吉（常德—吉首）、常张（常德—张家界）、张花（张家界—花垣）、吉怀（吉首—怀化）、吉茶（吉首—茶洞）和规划的张洞（张家界—洞口）高速公路及G209、S305、S230、S306等通道，其路线需与这些交通干线有机协调、合理布局，路线的选取需充分考虑多方面因素，充分提高区域交通运输条件和路网可靠性。

1.3景观与环保设计

高速公路的建设会对周边自然及社会环境造成一定影响，对周边环境的影响是高速公路评价中的一个重要指标，在设计之初就应将景观与环保设计一起考虑。在高速公路路线选取中还应考虑施工处周围的地理地质条件、社会人文景观及路容景观要求等，注重路基防护形式、景点设计等。

1.4城镇规划及生产力布局控制

高速公路项目应与区域内的城镇有效衔接，在保证路线总体走向的前提下，尽可能方便沿线城镇，以促进区域社会、经济发展。根据该项目的功能定位，路线方案研究主要考虑连接的城镇有永顺县和龙山县。

龙山县以山地地貌居多，地势北高南低，位于武陵山脉西侧。县城位于酉水河谷的平坦地区，是没有规划高速公路的县城，目前与外界连接的主要道路是东西向S305及南北向G209。该项目考虑在龙山县东侧布线，与S305相交，并设置互通，解决龙山县城与高速公路的合理衔接。

永顺县位于武陵山脉中段，是湘、鄂、渝、黔四省的重要交通枢纽，形成了以张吉国家二级路、G209 和S230、S306省道为骨架，各县乡道交错纵横的公路网络。永顺县是该项目影响区内重要的县城，应考虑修建永顺连接线，解决从城区南部过往车流快速上下高速公路的问题，同时解决过境交通从南部进入城区的交通衔接。

2　永龙高速公路路线方案设计

该项目为陕西安康至湖南吉首高速公路湖南段，是湖南省高速公路网中新增的一条南北向交通快速通道，也是连通湘、鄂两省西部地区的一条主要路线。项目地处湘西，境内为武陵山脉，万山耸立，地势高低悬殊，地形条件异常复杂，困难的地形是制约路线方案的重要因素之一。根据路网布局分析，其主要控制点为安康、平利、镇坪、巫溪、建始、恩施、来凤、龙山、吉首。在研究路线走廊带时，充分分析安吉（安康—吉首）高速公路规划的路线走向，结合该项目沿线的主要城镇分布和主要控制点所确定的总体走向，通过对项目区域数字高程模型图的研究，确定有价值的路线走廊带有3条。

（1）东线走廊带（沿S305+G209走廊带），即新城—兴隆街—茨岩塘—红岩溪—农车。路线的起点位于龙山县石羔镇甘壁寨，与湖北恩施至来凤公路连通，之后向东沿酉水方向布线，途径石羔山后跨越岩砦河，抵达田家园子后下穿越黔张常铁路，在黄土坡设龙山互通、龙山连接线与龙山县城及茨岩塘相接；再沿S305方向布线，经兴隆街至茨岩塘，在茨岩塘与在建龙永二级公路对接；之后沿龙永二级公路布线，在西湖设互通与龙永公路相接，沿龙永公路经红岩溪、青龙界至农车。

（2）中线走廊带（沿G209走廊带），即新城—洗洛—王家湾（茅坪）—红岩溪—农车。路线起点位于来凤公路终点甘壁寨，抵达田家园子后，下至黔张常铁路，在设有龙山互通交汇处的黄土坡与龙山县城的茨岩塘相对接；之后向东延伸，沿G209国道方向经洗洛、水沙坪，在水沙坪设置互通，使茅坪与G209相接；穿越洗车河后，通过建设隧道到达青龙界，沿龙永二级公路的方向布线；经农车互通后穿过伴湖、首车，与龙永二级公路相接；再往北布线，途径勺哈，在两岔河与永顺相通；之后继续向南布线，跨越猛洞河后，止于张花高速公路海洛处。

（3）西线走廊带（新走廊带），即新城—洗洛—欧溪坪—召市—洛塔—农车。路线至洗洛后，折向西南方，沿S231布线至欧溪坪，设三尖山长隧道至召市；之后折向东南方，设长隧道穿越洛塔景区，跨越洗车河，再设长隧道穿越限制勘察规划区，经张家界至农车。

三方案的主要工程量见表1。

3　永龙高速公路路线方案评价与比选

3.1构建评价指标体系

利用层次分析-模糊综合评价法对永龙高速公路路线设计方案进行比选，该方法将定性描述和定量计算有机结合，能将人为主观性判断降到低，做到有理有据。评价指标体系见图1。

表1　路线方案的主要工程量

图1　永龙高速公路路线设计方案评价指标体系

3.2层次分析法确定指标权重

（1）构造判断矩阵。邀请4位工程咨询专业人员及6位设计方面专家对路线方案进行评审，根据评审结果得出判断矩阵（见表2～6）。

表2　目标层的判断矩阵

表3　社会效益准则层的判断矩阵

表4　生态和谐准则层的判断矩阵

表5　技术设计准则层的判断矩阵

表6　美观舒适准则层判断矩阵

（2）判断矩阵的一致性检验。经过计算，得目标层判断矩阵的λmax=4.246 5。判断矩阵偏离一致性的指标CI=（λmax-n）/（n-1）=（4.246 5-4）/（4-1）=0.082 2，随机一致性比率CR=CI/RI =0.082 2/0.9=0.009 1<0.1，判断矩阵通过一致性检验。同理，对其他矩阵进行一致性检验，结果显示均具有满意的一致性。

（3）指标的权重计算。根据AW=λmaxW求解特征根，求出正规化特征向量的分量Wi，即为相应指标的权重。计算得目标层权重向量为：

社会效益权重向量为：

生态和谐权重向量为：

技术设计权重向量为：

美观舒适权重向量为：

3.3模糊综合评价模型的建立

（1）建立评价集。项目评价小组由9人组成，其中业主代表1名，工程咨询专业人员2名，专家6名。对各方案进行审核后，评价小组按照评价集的给分标准分别对各方案打分，采取10分制，结果见表7～10。

表7　社会效益准则层的评价集

表8　生态和谐准则层的评价集

表9　技术设计准则层的评价集

表10　美观舒适准则层的评价集

（2）对准则层进行模糊判断。方法为权重向量×评价集矩阵。社会效益的模糊判断为：

生态和谐的模糊判断为：

技术设计准则层的模糊判断为：

（3）对目标层进行模糊判断。方法为目标层权重向量×准则层模糊判断矩阵，即：

美观舒适的模糊判断为：

运用层次分析-模糊综合评价法得出方案1的功能评分为7.571 2，方案2的功能评分为8.121 2，方案3的功能评分为7.991 8。从指数上看，路线设计方案2的设计最好，其次是方案3，方案1没有优势，故将方案2选为最优路线设计方案。

3.4结果分析

（1）根据层次分析法得出的权重值，社会效益功能在永龙高速公路项目路线选择上占据较大权重，为0.402 7，方案2的社会效益功能方面还有待完善与提高。如路线穿过的区域相对来说地形较平缓，大部分是农业区，路线走向应减小对农田灌溉的影响，或给当地农民提供更多的就业机会，这样即使工期加快，也能增加当地农民的收入。

（2）技术设计功能的权重值为0.284 8，永龙高速公路项目实际情况表现出来的问题是技术与经济严重脱节，应扩大专业设计人员和经济分析人员的知识面，使专业设计人员掌握技术、经济分析的基本原理和方法，经济分析人员熟悉各专业方案选型中的相关知识，促进技术与经济的紧密结合，提高项目的效益。不仅是永龙高速公路，全国各地的高速公路项目建设也应如此，不能让技术与经济脱节。

（3）生态和谐功能的权重值为0.228 9，所占比重也不容忽视。永龙高速公路的建设对于当地自然与生态环境的破坏不可避免，方案2尽量避免绕开人口密集的区域，减少了对当地居民日常生活的影响，但这只是被动控制，关键是应在选线之后的具体设计中加以体现。如路基路面工程的施工应严格按规范执行，杜绝偷工减料，尽量保证路面的平整度，使行车舒适，从而降低尾气排放；在穿过人口相对稠密的区域时设置隔音带，保证居民的夜间睡眠质量等。如今，由于拉动经济增长而带来的环境恶化问题越来越多，发展高速公路项目不能仅着眼于眼前利益，应考虑改善居民生活条件、缓解交通拥挤、适应经济增长等方面，还应考虑促进自然和谐发展，引导整体经济的良性发展。

（4）美观舒适功能的权重值较小，并不是说其不重要，而是相比其他功能而言不是那么重要。在方案2的具体设计中，可考虑减少一部分不必要的附属设施建设，不要让过多的人力、财力、物力耗费在该功能的实现上，也就是说减小对于美观舒适功能的成本投入，将其转换到其他功能的实现当中，以取得最佳效果。

4　结语

该文依据指标体系构建原则，结合永龙高速公路的具体情况，从社会效益、生态和谐、技术设计及美观舒适4个功能角度建立了高速公路路线设计方案评价指标体系，采用层次分析法对评价指标进行权重分析，然后运用模糊综合评价的思路，通过专家打分得出各准则层、各指标的得分，由此计算出各比选方案的最终得分，从而得出最优方案。在进行路线方案优选时将这4项功能综合考虑并进行定性、定量综合分析，为高速公路路线设计方案比选提供了新思路，对于实现高速公路项目更快、更好的发展具有现实意义。

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U412.3

A

1671-2668（2016）01-0224-05

2015-12-04

湖南省交通运输厅科研项目（2023）