郝浩HAO Hao；李夫仲LI Fu-zhong

（安徽省交通勘察設(shè)計院有限公司，合肥 230011）

0 引言

經(jīng)濟社會的快速發(fā)展為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)創(chuàng)造了更好的條件，屬于工程建設(shè)規(guī)模越來越大，其中涉水工程建設(shè)是當前水域工程建設(shè)的重中之重，與之相關(guān)的建設(shè)項目越來越多。但是涉水工程建設(shè)中也面臨著很多挑戰(zhàn)，工程施工建設(shè)會影響周邊水域的通行環(huán)境，威脅一些船舶的通航安全，這一點在相關(guān)的研究成果當中已經(jīng)得到了印證。以橋梁工程為例，橋梁工程在施工建設(shè)之前需要進行充分的可行性論證，在論證的過程中要根據(jù)收集的相關(guān)資料論證和分析，建成以后對河道水流特性的影響，通過模擬分析等方式掌握建成以后的河床演變規(guī)律等，在此基礎(chǔ)上科學合理的選擇橋梁的建設(shè)位置，橋墩和通航孔的布置方法，如果這些方面沒有進行科學的分析和預測，將會直接制約和影響通行環(huán)境和條件甚至會影響通行安全。進而成為航運安全暢通的“瓶頸”，如南京長江大橋[2]，受當時國民經(jīng)濟現(xiàn)狀的制約，凈空高度偏低，導致萬噸級船舶被阻擋在南京長江大橋以下的水域，在一定程度上影響了長江中上游地區(qū)航運業(yè)的發(fā)展。因此，有必要對橋區(qū)水域的通航環(huán)境進行風險評價。由于通航環(huán)境受不同層次的多因素的影響，而且許多因素的量化信息并不完備且其邊界條件并不十分明顯。因此，采用層次分析法可以較好地解決此類問題。本文采用AHP[3]相關(guān)理論與方法，結(jié)合專家調(diào)查法，建立了橋區(qū)水域風險評價層次化的指標體系，為保證橋區(qū)水域的通航安全提供參考依據(jù)。

1 層次分析法

層次分析法（AHP）是實證研究當中經(jīng)常采用的一種方法，作為一種系統(tǒng)方法，這種分析方法的優(yōu)勢在于解決一些無法量化項目的具體評價問題，是一種以定量分析為主，同時強化定性分析能力的實證研究方法。在研究當中先要將研究對象分為若干個元素，分析元素的組成以及彼此之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上形成一個不同等級的層次結(jié)構(gòu)，同一層次的各個元素進行兩兩比較形成權(quán)重。以加強求和的方法來確定總目標，選中，從而確定不同元素，對所研究對象的實際影響。通常作為影響因素的評價以及相關(guān)元素的影響機制的分析。

1.1 判斷矩陣的構(gòu)造及一致性檢驗按照層次分析法的分析判斷的標準和要求，運用的判斷矩陣構(gòu)造的方法構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣的標度值及含義如表1 所示。

表1 判斷矩陣的標度值及含義

通過專家對通航風險影響因子之間的比較分析及權(quán)重的計算，統(tǒng)計的分析以后可以得出最終的判斷矩陣結(jié)果，再對各個判斷矩陣進行一致性檢驗。

根據(jù)層次分析法的矩陣理論，假設(shè)是矩陣A=（Aij）m×n的特征值，并且對于所有aij=1 則有顯然，當矩陣具有完全一致性時，λ1=λmax=n，其余特征值均為零；當矩陣A 不具有完全一致性時，則需要對判斷矩陣修正，且λ1=λmax＞n，其余特征值存在有如下關(guān)系A(chǔ)HP 法使用其余特征值的負平均值，評價判斷矩陣偏離一致性，具體結(jié)果如下：

式中，CI 為判斷矩陣對一致性的偏離程度；λmax為各層次判斷矩陣的最大特征值；n 為判斷矩陣的階數(shù)。

上述結(jié)果顯示符合一致性標準，此時CI=0，對于不同階數(shù)的判斷矩陣，其CI 值也不同；一般地，隨著判斷矩陣階數(shù)的增大，其CI 值也逐漸增大。為了度量不同判斷矩陣的一致性檢驗是否滿足要求，再引入判斷矩陣的平均一致性指標RI 值，RI 值是用隨機方法分別對n=1～9 階構(gòu)造500 個樣本矩陣，計算其一致性指標CI 值，然后平均即得隨機一致性指標RI 如表2 所示。

表2 RI 值與判斷矩陣階數(shù)n 的關(guān)系

對于1、2 階判斷矩陣總是具有完全一致性。當n＞2時，判斷矩陣的一致性指標CI 與同階平均隨機一致性指標RI 之比稱為隨機一致性比率，記為CR。

一般地，當CR＜0.10 時，判斷矩陣具有良好的一致性，符合的研究標準和要求。

1.2 各指標相對權(quán)重的確立 目前相對權(quán)重的計算方法有求和法、方根法、特征根法和最小二乘法[4]等，本文采用求和法計算相對權(quán)重。首先將判斷矩陣的元素按列歸一化，即歸一化后的矩陣B 的各元素為：

將歸一化后的各列相加，將相加后的向量除以n 即得權(quán)重向量，即：

由上述方法求得各層指標權(quán)重，再由層次分析法求取指標層對目標層的總權(quán)重。

2 工程實例

以安徽省望東長江公路大橋建設(shè)工程[5]為例，如圖1所示。該工程位于位于長江下游東流水道進口段，左岸望江縣，右岸為東至縣。橋區(qū)河段通航代表船隊尺度為406m×64.8m×3.5m，海輪代表船型為5000 噸級海輪。擬選橋位單孔單向通航凈空寬度不小于325m，單孔雙向通航凈空寬度不小于575m[6]。根據(jù)大橋的通航環(huán)境對大橋進行通航風險評價。

圖1 安徽省望東長江公路大橋橋型布置示意圖

2.1 風險源識別 船舶在某一水域航行，影響其安全的通航環(huán)境主要分為三大類，即自然環(huán)境、港口環(huán)境以及交通環(huán)境。針對該建設(shè)工程，結(jié)合有關(guān)學者在該領(lǐng)域的研究成果和專家咨詢的方法識別出通航風險源為：①自然環(huán)境的風險源主要為：風力的大小、流速流態(tài)、霧及能見度、礁石及淺灘。②港口環(huán)境的風險源主要為：航道寬度、航道水深、航道的彎曲程度、航道的交叉、橋位的布置、錨地條件。③交通環(huán)境的風險源主要為：船舶航路、交通流量、水工礙航物、導助航設(shè)施、安全保障設(shè)施、管理規(guī)章。

2.2 評價指標體系的建立 根據(jù)上述層次分析法及擬建工程水域的風險源進行評價指標體系構(gòu)建，得到該工程水域通航風險評價的指標體系結(jié)構(gòu)圖如圖2。

圖2 工程水域通航風險評價指標體系結(jié)構(gòu)圖

本文咨詢了多名專家，對準則層、指標層中的各元素的相對重要性進行了判斷，并且經(jīng)過統(tǒng)計分析得出判斷矩陣。

2.3 權(quán)重的確定

根據(jù)層次分析法，對每個層次的判斷矩陣進行一致性檢驗并計算相對權(quán)重。

2.3.1 準則層的判斷矩陣及相對權(quán)重

判斷矩陣A-Bi（i=1，2，3）為

式中，A 為評價體系的目標層，即擬建工程水域通航風險評價指標；B1、B2、B3為評價體系的準則層，其中B1指自然環(huán)境，B2指港口環(huán)境，B3指交通環(huán)境。

用歸一法求其相對權(quán)重為

式中，W 為目標層的總權(quán)重；W1、W2、W3分別為準則層自然環(huán)境、港口環(huán)境及交通環(huán)境占目標層的權(quán)重。

根據(jù)公式（4）得：λmax=3.0858

根據(jù)公式（1）及（2）得

故判斷矩陣A 的一致性檢驗滿足要求。

2.3.2 指標層各元素的判斷矩陣及相對權(quán)重

①自然環(huán)境下各元素的判斷矩陣B1-C1j（j=1，2，3，4）為：

用歸一法求其相對權(quán)重得到：

式中，W11、W12、W13、W14分別為指標層中風、流速流態(tài)、霧及能見度、礁石及淺灘占自然環(huán)境的權(quán)重。

其中，λmax=4.1864

則判斷矩陣B1的一致性檢驗滿足要求。

②港口環(huán)境下各元素的判斷矩陣B2-C2j（j=1，…，6）為：

用歸一法求其相對權(quán)重得到：

式中，W21、W22、W23、W24、W25、W26分別為指標層中航道寬度、航道水深、彎曲程度、航道交叉、橋位布置、錨地條件占港口環(huán)境的權(quán)重。

其中λmax=6，由于判斷矩陣B2的階數(shù)為6，故λmax-n=0，即CI=0，所以判斷矩陣B2具有完全一致性。完全滿足一致性檢驗的要求。

③交通環(huán)境下各元素的判斷矩陣B3-C3j（j=1，2，…，6）為：

用歸一法求其相對權(quán)重得到：

式中，W31、W32、W33、W34、W35、W36分別為指標層中船舶航路、交通流量、水工礙航物、導助航設(shè)施、安全保障設(shè)施、管理規(guī)章占交通環(huán)境的權(quán)重。

其中λmax=6.0983

則判斷矩陣B3的一致性檢驗滿足要求。

2.3.3 計算每個指標的總權(quán)重

若Bi為A 的子指標，Cij為Bi的子指標，則Cij相對于A 的權(quán)重[7]為

式中，Vij為指標層Cij占目標層A 的權(quán)重，Wi為準則層Bi占目標層A 的權(quán)重，Wij為指標層Cij占準則層Bi的權(quán)重。由公式（5）可求得各指標的總權(quán)重如表3。

表3 各指標總權(quán)重計算表

從指標體系總權(quán)重可以看出，主要風險源中最大的風險指標為B31（船舶航路）、B32（交通流量）及B35（安全保障設(shè)施），其次為B25（橋位布置）及B26（錨地條件），然后依次為B11（風）、B34（導助航設(shè)施）、B36（管理規(guī)章）。而望東長江公路大橋的風險主要由于船舶航路變窄，交通流量過大，安全保障設(shè)施的適應能力下降及風引起的強對流天氣等原因造成的，因此評價指標模型與現(xiàn)實客觀情況是相符合的。根據(jù)上述分析，為保證橋區(qū)水域的通航安全，航道部門應根據(jù)航道變遷及時布設(shè)和調(diào)整航標，保證過往船舶及時調(diào)整船舶航路；加強對橋區(qū)水域的監(jiān)督管理，規(guī)范橋區(qū)水域船舶航行，避免相互干擾；盡快建設(shè)VTS系統(tǒng)，將安全保障設(shè)施盡早投入使用；面對風引起的惡劣天氣，航行船舶應及時收聽當?shù)氐奶鞖饧八男畔?，提前采取應對措施，以策安全?/p>

3 結(jié)論

采用AHP 法對安徽省望東長江公路大橋通航環(huán)境風險的多因素綜合評價和分析，得出以下結(jié)論：①安徽省望東長江公路大橋通航環(huán)境最大的風險來自于交通環(huán)境，其次為港口環(huán)境。主要的風險指標依次為船舶航路、交通流量、安全保障設(shè)施、橋位布置、錨地條件、風、導助航設(shè)施和管理規(guī)章等，而這些也正是橋區(qū)水域通航環(huán)境風險的主要影響因素。②本文研究表明，橋區(qū)水域通航安全對水上交通運輸和國民經(jīng)濟發(fā)展起著極其重要的作用，對橋區(qū)水域通航環(huán)境風險進行評價有著非常重要的意義，基于AHP法所建立的通航環(huán)境風險評價指標體系是比較符合實際情況的。本文提出的風險評價指標體系對于其他的橋區(qū)水域通航環(huán)境風險評價具有一定的參考價值。