桥型方案比选及评价指标体系的研究

李培骏 刘小滔 陈佳颖 王昊

摘要 为了更合理地评价桥型方案的可行性，构建桥型方案比选的评价指标体系，文章通过对桥型主要影响因素进行研究分析，确定了技术方案、经济性、景观效果、施工、生态环境、安全稳定评估、政策与发展7个方面的一级指标影响因素和23个二级指标影响因素。构建桥型方案比选及评价体系，运用层次分析法构建一、二级指标模型，分别从桥梁专家和建设单位的专家以不同的主体对一、二级指标打分赋予权重系数，比较不同桥型方案的综合得分，选出最终的推荐方案，确定该指标体系下最终比选结果与实际选择的方案一致，验证了该评价指标体系的可行性和适用性。

关键词 评价指标体系；层次分析法；桥型方案比选

中图分类号 U442.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0172-04

0 引言

隨着我国公路的快速发展，我国公路的桥梁的数量已超过80万座，目前世界上已建成的主跨跨径最大的前10座斜拉桥、悬索桥、拱桥和梁式桥中，我国已经占据了一半以上。我国桥梁特别是大跨径桥梁的建设已成为世界的新名片，其中桥型的选择是我国工程师设计桥梁首先考虑的因素。

目前桥型方案的比选，主要以桥梁的功能性、经济性、安全为主，采用设计院综合推荐，由桥梁专家参与评审会进行评审的方式确定桥型最优方案，影响因素较少，具有一定的局限性。国内学者也对桥型进行了比选和研究，彭元诚等^[1]对大小井特大桥桥型方案展开比选，从桥型方案的经济性、建设周期、施工难易度，技术复杂度等多维剖析，再通过方案的层层筛选对比，最终确定采用450 m跨上承式桁架钢管混凝土拱桥的桥型方案，冯亚成等^[2]在特大桥比选时提出了钢桁梁矮塔斜拉桥、上加劲连续钢桁梁及钢箱梁矮塔斜拉桥3种公铁两用特大桥主桥的桥式方案，通过对结构受力、施工、接线条件及技术经济性等多个因素比选分析，最终推荐采用公铁分层的钢桁梁矮塔斜拉桥方案，胡小波^[3]对城市跨河大桥桥型设计方案比选分析提出主跨205 m三跨飘带拱桥、170 m系杆拱桥、170 m钢桁架桥、170 m+120 m独塔斜拉桥四种方案，并通过网上投票的方式最终确定推荐三跨飘带拱桥的方案。

综上所述，虽然国内学者对桥梁的桥型比选做了深入的研究，并取得了一些成果，但对桥型比选的一套标准化体系研究较少，仅对每个工程所涉及的桥梁的关键因素进行评价，定性指标一般没有进行定量的转换，评价指标的量化还不够完善，评价的体系不够完整。因此，构建一套定性与定量相结合，具有合理客观、切实可行的评价指标体系非常必要。

1 桥型方案比选评价指标体系的构建

桥梁结构选型受到多个因素的影响，该文根据相关的文献和设计资料，分析总结了39个桥型影响因素，以构建的指标评价体系为7个一级指标影响因素和23个二级指标影响因素为目标，通过调研和问卷调查等方式，收集20位桥梁专家以及10位建设单位专家，从不同的主体出发征求其相关的意见来确定最终的一、二级指标。

1.1 一、二级影响指标确认方法

该文采用概率判断方法，30位专家对39个影响因素进行打分，分值为（1～100）分，其中70%专家打分超过80分，去掉最低分和最高分后加权平均，指标因素排名前7位的影响因素确定为一级指标，否则循环此步骤直到确定一级指标为止；二级指标确定规则为除去一级指标后超过60%的专家打分位于前23位，去掉最低分和最高分后加权平均排位，否则循环此步骤直到确定二级指标为止，概率指标体系框架详见图1，一级指标分析确认表详见表1。

二级指标依照一级指标确定方式执行，最终确定的一、二级指标影响因素详见表2。

1.2 评价指标权重的确定

1.2.1 专家权威程度判断

由30位专家进行每间隔两轮权威程度的咨询，对特定的桥型项目进行权重打分，每个一级方案和二级方案的权重由1～9分组成，越高表示越重要，两次误差为20%以内，为专家权威有效。专家意见相对一致，即为打分有效，取加权平均，否则需再次进行两轮打分，直到专家意见相对一致为止。

1.2.2 建立层级结构模型

根据专家所得权重，建立层次结构模型。目标层为桥型方案比选评价，准则层为7个一级指标；方案层为23个二级指标，确定权重后再由专家根据桥型方案依据上述相关影响因素进行打分，分值由1～100分组成，分值越高表示越重要。

2 案例分析

该文案例采用攀枝花盐边县S470项目中的所需桥型作为比较，桥位位于力马河处，提出三个桥型比选方案，方案一采用主跨190 m上承式钢管拱桥，方案二采用75 m+140 m+75 m连续钢构，方案三采用20 m+4×60 m+2×20 m钢混组合梁+预应力小箱梁。参照上述制定的一二级评价指标体系进行方案比选，利用层次分析方法建立影响因素模型详见图2，桥型各方案图详见图3。

专家根据S470项目桥型的特点依据上述影响因素进行1～9分的打分，利用判断矩阵的形式进行权重计算，得出判断矩阵一致性比例为0.096 2

综上可知，采用方案一190 m上承式混凝土箱拱桥的总得分是最高的，与该项目实际采用的桥型方案一致，评价结果可行，说明该评价体系方法可行。

3 总结与展望

该文研究通过梳理桥型比选文献，并结合专家意见，初步构建了桥型方案比选指标的评价体系，该评价标准采用定性与定量相结合的方法，细化了桥型方案比选的各种影响因素，但该研究尚存在一定的局限性：

（1）该评价指标体系为初步的探索性构建，需进一步构建多项更为精确的评价指标体系。

（2）该次构建的桥型方案比选评价指标体系并未通过大规模使用与反馈。

总之，该文从多层次、多维度确定了桥型方案的影响因素，对工程上的桥型比选有一定的参考价值。

参考文献

[1]彭元诚， 丁德豪， 宗昕， 等. 大小井特大桥桥型方案比选[J]. 公路， 2019（9）： 146-149.

[2]冯亚成， 陈应陶， 张小坤， 等. 济阳黄河公铁两用特大桥桥位及桥式方案比选[J]. 铁道标准设计， 2023（8）： 75-81.

[3]胡小波. 城市跨河大桥桥型设计方案比选分析[J]. 工程技术研究， 2023（9）： 178-180.

收稿日期：2023-12-07

作者简介：李培骏（1990—），男，本科，高级工程师，研究方向：桥梁工程。