張 利

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

經(jīng)過30余年的發(fā)展，國內(nèi)四通八達(dá)的高速公路網(wǎng)已基本形成。隨著交通強國戰(zhàn)略的提出，我國高速公路發(fā)展已由追求速度規(guī)模向更加注重質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變，路網(wǎng)優(yōu)化與補充成為當(dāng)前高速公路建設(shè)的主要方向?；ネㄊ搅Ⅲw交叉作為高速公路網(wǎng)的重要組成部分，部分已建成的互通式立體交叉需根據(jù)路網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整情況進(jìn)行改擴建，選擇合理的改擴建方案對于構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的高速公路網(wǎng)至關(guān)重要。本文對某建成的三路交叉單喇叭型互通改擴建為四路交叉的樞紐式互通立交方案進(jìn)行研究，并建立評價指標(biāo)體系對不同方案進(jìn)行綜合評價。

1 方案分析

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，我國已建成高速公路中一般互通式立體交叉常用形式中喇叭形互通使用率約為72%，其中單喇叭形互通使用率約為46%，雙喇叭形互通使用率約為26%[1]；由此可見，喇叭形互通尤其是單喇叭形互通是一般互通式立體交叉的主要形式[2]。本文中所用案例為山西省較早修建的青銀、京昆兩條高速公路交叉設(shè)置的A型單喇叭互通式立體交叉，如圖1所示。

圖1 運營中的A形單喇叭互通式立體交叉

青銀高速公路及京昆高速公路設(shè)計速度均為120 km/h，采用雙向六車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度為28.5 m，兩條高速公路間交通流轉(zhuǎn)換采用了A形單喇叭互通，A匝道上跨主線，考慮到通行能力要求，該方案中除環(huán)形匝道外，其他匝道均采用了雙車道匝道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)[3]。

為進(jìn)一步優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，釋放城市發(fā)展空間，規(guī)劃新建一條縱向高速公路，建設(shè)起點擬與運營中的A形單喇叭互通相接，根據(jù)新建縱向高速公路線形指標(biāo)和運營互通現(xiàn)狀，共研究布設(shè)了兩個互通改擴建方案，方案一（圖2所示）和方案二（如圖3所示）。

圖2 A形單喇叭互通改擴建方案一

1.1 方案一

方案一采用完全利用原有互通匝道的變異苜蓿葉互通方案，圖中實線為原有A形單喇叭互通，點劃線為改擴建后新增加的6條匝道,其中XHZ和XHY作為新建縱向高速公路主線，設(shè)計速度采用80 km/h，分離式路基寬度為12.75 m，其他新建匝道設(shè)計速度均采用60 km/h，單向單車道匝道路基寬度9.0 m，單向雙車道匝道路基寬度為10.5 m。方案一共新建（含加寬）橋梁5 377 m/13座，利用橋梁71.48 m/1座，設(shè)置涵洞14道，通道1道（完全利用），總占地約935畝，其中原有公路用地556畝，新增用地379畝。方案一的優(yōu)點為完全利用原有互通匝道，不改變原有通行習(xí)慣，建設(shè)過程中幾乎不需要中斷交通，功能完全滿足要求且總體建設(shè)規(guī)模適中。方案一的缺點是用地規(guī)模偏大。

1.2 方案二

方案二采用部分利用原有互通匝道的變異苜蓿葉方案，在保留部分原有互通匝道的前提下，采用縱向主線貫通的方式，增設(shè)6條匝道改造為全互通樞紐，如圖3所示，方案二中D匝道需完全拆除后新建環(huán)形匝道，E匝道部分段落需改建。方案二中完全利用匝道設(shè)計速度為60 km/h，路基寬度為10.5 m，新建環(huán)形匝道設(shè)計速度采用50 km/h，其他匝道采用60 km/h，單向單車道匝道路基寬度采用9.0 m，單向雙車道匝道路基寬度采用10.5 m。方案二共設(shè)置新建（含加寬）橋梁3 444.761 m/11座，設(shè)置涵洞15道，通道1道（完全利用）。該樞紐總占地約862畝，其中原有公路用地545畝，新增用地317畝。

圖3 義望互通改擴建方案二

方案二的優(yōu)點是縱向主線貫通，行車順暢，用地規(guī)模較小，功能滿足使用需要，規(guī)模適中。缺點是沒有完全利用原有A形單喇叭互通匝道，建設(shè)中需要中斷交通，增設(shè)保通方案，對高速公路運營產(chǎn)生一定的影響。

2 方案評價方法

近年來，國內(nèi)外的專家對工程方案評價進(jìn)行了大量的研究，提出了多種方案評價方法，如灰色關(guān)聯(lián)分析法、層次分析法及模糊綜合評價法，部分方法已在工程中得到應(yīng)用，但是仍然存在適應(yīng)性不足等問題，依然有很多問題亟需解決。

方案排隊法是根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)原理建立的一種解有限個方案的多目標(biāo)決策方法。將初擬的互通改造方案在各個評價指標(biāo)下進(jìn)行比較，然后根據(jù)綜合評價結(jié)果對不同方案按優(yōu)先次序進(jìn)行排隊，從而選出最優(yōu)方案[1]。

方案排隊法的指標(biāo)對比僅需要做定性判斷，該方法適用于在初擬各種可能的方案后的比較選擇，比較的方法是利用矩陣列出兩兩方案之間的優(yōu)先關(guān)系[1]。

進(jìn)行方案比較時，同時有多個評價指標(biāo)需要考慮，對每一個評價指標(biāo)按式（1）列出關(guān)系矩陣，然后將每個矩陣的結(jié)果聚合起來，建立新的優(yōu)化關(guān)系矩陣，以得出綜合比較結(jié)果[1]。

式中：m為方案數(shù)；矩陣中的元素rij（i，j=1，2…，m）表示方案xi和方案xj間的優(yōu)先關(guān)系，取值規(guī)定為方案xi優(yōu)于 xj時 rij取 1；方案 xi劣于 xj時 rij取 0；xi與 xj效用相同時，視為xi優(yōu)于xj和xi劣于xj同時存在，rij取0。

聚合的方法是先對選取的每個評價指標(biāo)賦權(quán)值，指標(biāo)越重要，則權(quán)值越大。權(quán)值大小根據(jù)互通式立體交叉的工程特點確定。本文中選取安全、功能、環(huán)境、用地和成本5個指標(biāo)進(jìn)行評價，其中安全從出口一致性、線形連續(xù)性、視距以及車輛交織情況評價；功能從通行能力和繞行距離進(jìn)行評價；環(huán)境從與地形的適應(yīng)性、避開不良地質(zhì)情況和拆遷情況進(jìn)行評價；用地從占地總量和占用基本農(nóng)田數(shù)量進(jìn)行評價；成本估算從養(yǎng)護(hù)管理難度進(jìn)行評價。本文中安全、功能、環(huán)境、用地和成本 5個指標(biāo)賦權(quán)值分別為：0.35、0.30、0.10、0.15、0.10。

λ（xi＞xk）為 n 個指標(biāo)中，所有 xi＞xk的評價指標(biāo)的加權(quán)值之和；

λ（xi＜xk）為 n 個指標(biāo)中，所有 xi＜xk的評價指標(biāo)的加權(quán)值之和；

λ（xi～xk）為 n 個指標(biāo)中，所有 xi～xk的評價指標(biāo)的加權(quán)值之和；

σ為效用等值系數(shù)，反映了決策人對λ(xi～xk)的重視程度，如σ=0，則認(rèn)為該項可以忽略不計。

方案的最后排隊即基于聚合的優(yōu)先關(guān)系矩陣，確定各方案排列次序的依據(jù)為該矩陣求出的位置指示值。對于方案xi，位置指示值為：

V（xi）=p（xi）-q（xi），

V（xi）值越大，方案xi越排在前面。

3 方案評價結(jié)果

根據(jù)方案排隊法的基本原理，本文中互通式立體交叉改擴建共布設(shè)兩個方案，因此m=2，該次評價共選取安全、功能、環(huán)境、用地和成本5個評價指標(biāo)，因此n=5。各評價指標(biāo)的優(yōu)先關(guān)系矩陣如下：

綜合優(yōu)先關(guān)系指示值 ：Aφ(x1＞x2)=（0.35+0.30+0.10+0.10）/0.30+0.15=1.89，聚合優(yōu)先關(guān)系矩陣中r12取值為1。

方案排序指示值V(x1)=1,V(x2)=-1。

根據(jù)方案排隊評價結(jié)果，方案一優(yōu)于方案二，最終選擇方案一作為推薦方案。

4 結(jié)語

長期以來，互通式立體交叉的方案比較以采用技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)加定性評價的方法為主，對于復(fù)雜項目以及改擴建項目難以得出科學(xué)、全面和客觀的評價結(jié)論。本文案例作為改擴建項目，互通改造方案復(fù)雜，采用方案排隊法進(jìn)行評價初步獲取了較優(yōu)方案，評價結(jié)論與一般使用的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)加定性評價方案結(jié)論一致。本文中所述的方案排隊法共選取了5個評價指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，且5個指標(biāo)中包含了多個分項指標(biāo)，雖然所采用的評價指標(biāo)較全面地囊括了互通方案的影響因素，但評價指標(biāo)的權(quán)值取值還需進(jìn)行深入研究，以便更精準(zhǔn)、全面、合理地對方案進(jìn)行綜合評價。