滨海桥梁方案比选研究

摘要 滨海桥梁方案比选涉及多方面因素。文章首先采用多层次分析法（AHP）将规范规定的安全性、耐久性、适用性、环保性、经济性和美观性作为方案评价指标体系的准则层；然后细分子准则层，包括桥型方案、旅游规划、港口规划、通航要求、生态敏感区、施工难度、运营养护、桥梁造价等8项指标，计算指标权重判断矩阵；最后采用德尔菲法将专家评分作为各指标的评分值，乘以权重得到每个方案的总评分，比较评分大小确定最佳桥梁方案，为滨海桥梁方案遴选提供一定的参考依据，以提高方案决策的科学性和合理性。

关键词 多层次分析法；德尔菲法；桥梁方案比选；评价体系

中图分类号 U448 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）22-0029-03

0 引言

近年来，沿海城市为适应经济发展需求，修建了许多滨海桥梁，助力沿海地区经济发展。滨海桥梁跨越海域，地形地质复杂，如何确定桥梁方案，需综合考虑水文、地质、通航、生态敏感区、线路等因素。既包括反映桥梁功能特性的因素，如桥梁布跨方案、使用性能等；又包括经济因素，如建设成本、施工难度和运营维护等；还有外部客观要求，如环境保护、自然景观、符合规划等。在方案比选阶段，上述大部分因素只能主观判断而无法具体量化，每个因素对方案的影响权重未知，同时因素之间相互纠缠影响，单凭个人主观判断比选最佳方案较为困难。目前，方案比选通常以工程经验为依据，进行调查分析，列出技术和经济指标后进行确定，受主观因素影响较大，比选过程烦琐，综合性较低，结果认可度较差[1-3]。

桥梁方案比选应建立一套简单快捷的评价层级体系，确保比选过程满足规范且应可量化、标准化。

1 建立桥梁选型评价目标体系

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D 60—2015）相关要求，桥梁设计应符合安全、耐久、适用、环保、经济和美观的原则。该文选取“桥型方案”“旅游规划”“港口规划”“通航要求”“生态敏感区”“施工难度”“运营养护”“桥梁造价”等8个要素作为桥梁方案比选的子准则层，建立的综合评价层级体系如图1所示：

图1 桥梁方案选型综合评价层级体系

2 构造多级判断矩阵

根据桥梁设计六大原则，结合目标层情况，对准则层各原则之间相互比较其重要程度，赋予其权重值，得到判断矩阵R如下：

同理，结合准则层情况，首先分析子准则层与准则层的关联性，然后对子准则层各因素之间相互比较其重要程度，赋予其相对于准则层的权重值，得到准则层各因素的判断矩阵分别如下：

对于目标层的判断矩阵R，计算其最大特征值对应的特征向量WR=（0.338，0.220，0.133，0.073，0.191，0.045）T；准则层安全因素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；适用因素M3特征向量W3=（0.091，0.528，0.381）T；环保因素M4特征值W4=（0.599，0.280，0.121）T；经济因素M5特征向量W5=（0.480，0.035，0.485）T；美观因素M6特征向量W6=（0.750，0.250）T。以上特征向量均符合一致性检验要求。

若将子准则层中各因素N1～N8关于R的权重记为c1，c2，…，c8，则有：

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），记此向量为A；bij为Bj关于Nj的权重，其组成的矩阵记为B：

计算得到AB=（0.3000，0.0234，0.0702，0.2697，0.0437，0.1534，0.0470，0.0926）且符合一致性检验要求，即子准则层N的“桥型方案”“旅游规划”“港口规划”“通航要求”“生态敏感区”“施工难度”“运营养护”“桥梁造价”等8个因素相对于目标层R的权重为矩阵AB。

3 德尔菲法评价指标

根据项目成立预测工作组，选择20位相关领域专家，结合子准则层评价指标Bj的评价标准和专家自身对各指标掌握和预测分析，确定指标的相应分值。打分规则如下：各因素对子准则层的影响分值范围在0到100之间，0代表没有影响，分值越大则代表影响力越强。

经过德尔菲法两轮预测：（1）发放调查表，请专家对上述评价指标打分；（2）将第一轮得分结果总结后反馈给专家，请专家再次进行选择和判断。对第二轮打分结果统计处理后，得到每个子准则层的评价指标分值xj，j=1，2，…，8，再分别乘以其对应的权重后进行相加，即可得到该方案的评价总分值，R=∑8 j=1cjxj。

依次对各方案以上指标分值乘以权重值后进行相加，得到各方案相应的总分值，分值最高者即为最佳方案。

4 方案比选案例

利用前述滨海桥梁方案比选指标体系，由20位专家对4个桥梁线位下的6个国道G228铁山港向海大桥方案进行评价打分，选出最终桥梁方案。桥梁线位分布如图2所示，桥梁方案概况如表1所示：

表2所示为各专家关于方案1～6的评分结果，每个评价指标下有若干个子指标，满分为100。子指标分值相加即为该方案该评价指标的分值。

表3所示为各方案按评价指标权重乘以分值后的汇总得分。

综上，方案2汇总分值最高，为桥梁比选的最佳方案。该例中方案2与方案3的分值差异较小，方案4与方案5的分值差异较小，分析原因为这两组方案中主要由桥型方案不同引起，由于该评价指标专家打分较为接近，且所占权重较大，汇总得分无法形成明显差距。

5 结语

该文采用多层次分析法建立了滨海桥梁比选的评价层级，将桥梁方案比选中各个因素的重要程度进行量化并计算得到其权重值，随后发挥德尔菲法的广泛性和匿名性特点，得到各个因素的专家评分值；最终权重值与评分值相乘得到该方案评分值，汇总各方案评分，以得分最高者为最佳方案。该方法采用了定性与定量相结合的方式，为滨海桥梁方案的遴选提供了一定的参考依据，提高了滨海桥梁方案决策的科学性和合理性。

参考文献

[1]公路桥涵设计通用规范：JTG D 60—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2]张永清，冯忠局.用层次分析法评价桥梁的安全性[J].西安公路交通大学学报，2001（3）：52-56.

[3]姜忻良，王丙兴，窦远明，等.综合评价指标体系在桥梁选型中的应用研究[J].土木工程学报，2009（7）：65-68.