李建江，殷丹妮，楊艷群

(1.北京建達道橋咨詢有限公司，北京 100015；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，與國計民生息息相關(guān)[1]。我國的煤炭資源主要分布于西北部，但煤炭資源的消費卻主要集中于東部以及南部的發(fā)達沿海地區(qū)，煤炭產(chǎn)地與消費區(qū)域的地理位置相距較大，由此也導(dǎo)致了“北煤南運”“西煤東運”的情況出現(xiàn)。雖然煤炭運輸以鐵路為主、公路為輔，但由于部分區(qū)域鐵路不發(fā)達以及我國中小型煤礦數(shù)量較多等原因，公路運煤的方式也十分普遍。

目前我國已有學(xué)者從不同角度或方法對運煤道路的路線進行比選。孫英華[2]綜合考慮線路長度、工程投資、地質(zhì)條件與實施難度、相關(guān)部門意見等方面，經(jīng)過多方案比選后提出蒙華鐵路煤運通道襄陽至荊門段和合理線路方案；艾世勃[3]在對干河煤礦運煤公路路基邊坡設(shè)計方案比選中，以結(jié)構(gòu)安全為主，同時也考慮了技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，將安全、經(jīng)濟和美觀進行結(jié)合；艾世勃[4]考慮了從礦井運煤道路跨續(xù)魯河現(xiàn)場的實際條件，從安全、經(jīng)濟和合理三個方面對過水路面、多孔涵洞方案和原規(guī)劃的橋梁方案進行比選。我國學(xué)者進行運煤道路方案比選時，通常采取直接對比的方法，且在對比方法較為單一，主觀性較強，對比時也常將各指標(biāo)拆分對比，整體性較差。因此，在對運煤高速公路路線進行比選時，可采用綜合評價的方法，從而提高方案比選過程的客觀性、綜合性以及整體性。

在對工程方案進行對比或者評價時，常將多種評價方法進行結(jié)合，其中以模糊綜合評價與其他方法結(jié)合居多，包括AHP[5-7]、熵權(quán)法[8]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析[9]和可拓理論[10]，此外還有學(xué)者采用AHP-DEMATEL和云模型[11]、AHP和TOPSIS法[12]等。而在對運煤公路的選線方案進行評價時，需要構(gòu)建合適的評價體系并選用合適的評價方法，從綜合角度對運煤公路不同選線方案進行評價。因此，本文將線路方案的交通安全水平作為評價重點，以運煤高速公路為評價對象，選取了與交通安全相關(guān)的平縱線形指標(biāo)，構(gòu)建了基于密切值法的選線方案評價體系，并根據(jù)密切值法的計算結(jié)果可確定交通安全水平最優(yōu)的線路方案。

1 運煤公路方案評價體系

運煤公路中的交通事故致因主要源于四個方面，即道路、環(huán)境、車輛以及人員因素[13]，其中，環(huán)境、人員及車輛因素通常采取交通安全設(shè)施和交通管理措施進行考慮。道路因素是引發(fā)交通事故的關(guān)鍵因素之一，道路中的各個要素對車輛行駛具有不同程度的影響。其中道路類型、平縱線形條件、交叉口類型、路面條件等均是道路因素中的重要內(nèi)容。在平縱線形條件方面主要有以下規(guī)定，例如：直線路段的長度不宜過長，這是由于過長的直線路段容易使駕駛員出現(xiàn)單調(diào)感，從而引起駕駛員疲勞；宜采用較大的圓曲線半徑，彎道半徑過小、頻繁出現(xiàn)對行車安全極為不利，易使駕駛員操縱車輛難度增大；在上坡路段時，大貨車由于爬坡動力不足而導(dǎo)致速度降低，與小客車的速度差增大，在較大的速度差之下小客車駕駛員的頻繁超車行為易導(dǎo)致事故發(fā)生；在下坡路段時，大貨車的制動性能易受到影響，可能出現(xiàn)剎車失靈導(dǎo)致重大交通事故；此外，路面平整度、抗滑性、結(jié)構(gòu)強度對行車安全均有重要影響。

1.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

道路因素需在路線設(shè)計中綜合考慮平、縱、橫三方面，使行駛的安全性、舒適性、視覺的連續(xù)性和公路沿線景觀相行協(xié)調(diào)。其中，平面指標(biāo)的選用應(yīng)充分結(jié)合地形、地物進行，在工程量增加不大的條件下，盡量采用較高的技術(shù)指標(biāo)，但同時也不片面地追求高標(biāo)準(zhǔn)；縱斷面指標(biāo)不宜太低，并注重線形指標(biāo)的均衡性與連續(xù)性。

結(jié)合運煤公路的特點以及公路設(shè)計中常見的主要指標(biāo)，構(gòu)建了針對運煤公路路線方案設(shè)計的綜合評價指標(biāo)體系。本研究中將評價指標(biāo)分為兩個層級，即一級指標(biāo)和二級指標(biāo)，兩個層級下均分別對應(yīng)若干個指標(biāo)，具體評價指標(biāo)見表1。

表1 綜合評價指標(biāo)體系

1.2 評價模型構(gòu)建密切值法步驟

密切值法可用于對多個目標(biāo)進行決策，是系統(tǒng)工程學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用的一種方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對多個指標(biāo)進行綜合，從而根據(jù)綜合結(jié)果對方案進行優(yōu)劣排序[14]。密切值法的主要原理為：在多個目標(biāo)中提取出各個指標(biāo)的“最優(yōu)值”和“最差值”，并計算出各指標(biāo)值分別距離該指標(biāo)和“最優(yōu)值”和“最差值”之間的歐氏距離，再通過一定計算式將歐式距離進行換算，從而得到最終的密切值，根據(jù)密切值的數(shù)值即可對多個方案進行優(yōu)劣排序[15]。密切值越小則說明方案評價效果越優(yōu)。密切值法具有客觀性強、步驟簡單、適用范圍廣的優(yōu)點，并且還能夠?qū)⒉煌烤V的指標(biāo)進行綜合[16]。

密切值法的計算步驟可以分為以下五步[15]：

1)構(gòu)建評價指標(biāo)矩陣。設(shè)某個系統(tǒng)中有n個方案需要對其進行決策，選取的指標(biāo)共有m個，從而構(gòu)建出n×m階的評價指標(biāo)矩陣Y：

式中，m為評價指標(biāo)的數(shù)量；n為評價方案的數(shù)量；anm為第n個方案中第m個指標(biāo)的數(shù)值。

2)處理指標(biāo)的方向性并進行標(biāo)準(zhǔn)化。由于各指標(biāo)的屬性存在差異，即正向或負向，為便于后續(xù)的統(tǒng)一，因此將負向?qū)傩缘闹笜?biāo)取值為負。其次，為克服量綱存在的差異，因此將各指標(biāo)的數(shù)據(jù)按照式(2)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)矩陣R：

式中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。

3)提取指標(biāo)最優(yōu)及最劣點。從各指標(biāo)的數(shù)值中提取出最優(yōu)值以及最劣值，并分別將其組合為最優(yōu)點矩陣A+以及最劣點矩陣A-。

其中，最優(yōu)點和最劣點的計算方法為式(3)和式(4)。

5)計算密切值。通過歐式距離計算各方案的密切值C，并根據(jù)密切值C的大小對方案進行排序，密切值C的計算方法為式(7)，其中d+和d-計算方法分別為式(8)和式(9)。

2 案例分析

2.1 項目工程概況

榮成至烏海高速公路十七溝至大飯鋪段(下文簡稱本項目)起于內(nèi)蒙古自治區(qū)與山西省交界的十七溝村，與榮成至烏海高速公路山西境山陰—平魯段終點相接，終點與榮成至烏海高速公路大飯鋪至東勝段起點相接，總體呈東西走向(圖1)。榮烏高速是國家高速公路網(wǎng)中18條東西橫線的第四條。本項目分為三段：起點—大準(zhǔn)鐵路段(K61+890—K70+836.075)、大準(zhǔn)鐵路—點岱溝段(K70+836.075—K78+339.633)、點岱溝—終點段(K78+339.633—K85+840)。起點—大準(zhǔn)鐵路起于清水河縣黃河?xùn)|岸，沿清大公路北側(cè)、水源路南側(cè)布線，在柳青梁村前下穿清大公路、水源路后再沿清大公路南側(cè)布線行進至大準(zhǔn)鐵路，路線長度約為8.836km；大準(zhǔn)鐵路—點岱溝段向西北方向前行，在設(shè)置大準(zhǔn)鐵路特大橋跨過黑岱溝煤場堆場和大準(zhǔn)鐵路、二號公路后，路線折向西南，于K73+800處設(shè)置永興店互通式立交連接周邊路網(wǎng)，路線繼續(xù)沿點岱溝北岸前行，設(shè)置點岱溝大橋跨越點岱溝后折向西北方向；點岱溝—終點段布線于點岱溝北坡，繼續(xù)西行，向西設(shè)大橋跨越黑岱溝與準(zhǔn)東鐵路，順接至終點東大高速。

圖1 路線方案

本文選取本項目點岱溝—終點段(K78+339.633—K85+840)對路線安全性進行評價。兩個方案如圖2所示。

圖2 K線與B線方案

K線：K線跨過點岱溝后，路線向西前行，在薛魏線收費站北側(cè)1.2km處下穿薛魏線，跨越黑岱溝和酸刺溝運煤鐵路順接于路線終點G109高速。

B線：B線在穿過張家圪旦村后，受點岱溝建設(shè)布局及在建的清大公路影響，線位選擇在點岱溝南岸進行布線，跨過點岱溝后，路線折向西南，在薛魏公路收費站南側(cè)120m處穿越薛魏公路，后路線轉(zhuǎn)向西北，在黑岱溝北坡布線，跨越準(zhǔn)東運煤鐵路接于路線終點G109高速。

2.2 運煤高速公路方案綜合評價

參考采用密切值法對廣西天等縣境內(nèi)某二級公路實際項目選線方案評價[15]，根據(jù)1.1章節(jié)中已選取的指標(biāo)，對2.1章節(jié)中兩個方案的指標(biāo)進行比較并確定指標(biāo)屬性，當(dāng)指標(biāo)數(shù)值越大其線型狀況更好時，該指標(biāo)為正向指標(biāo)，反之為負向指標(biāo)，其中路線長度考慮駕駛員疲勞程度以及工程經(jīng)濟費用，因此本文將路線長度作為負向指標(biāo)。對兩個方案中的各個指標(biāo)及其數(shù)據(jù)、屬性進行匯總，具體見表2。

表2 不同選線方案參數(shù)對比情況

根據(jù)步驟1)可得到2×10階的評價指標(biāo)矩陣Y：

根據(jù)步驟2)可得到標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)矩陣R：

根據(jù)步驟③可得到最優(yōu)點矩陣A+和最劣點矩陣A-：

根據(jù)步驟5)計算得到兩個方案的密切值，K線的密切值為0.480，B線的密切值為0，根據(jù)密切值大小對兩種選線方法進行比較可知，B線整體線形指標(biāo)優(yōu)于K線，因此推薦方案為B線。

3 結(jié) 語

在實際工程中，常需對多條路線方案進行比選。本文從交通安全的角度對于運煤高速公路的平縱線型指標(biāo)進行評價，評價方法采用密切值法，根據(jù)最終計算得到的密切值選取最優(yōu)的路線方案。本文將以上選線評價方法應(yīng)用于工程實例中，評價路段為榮成至烏海高速公路十七溝至大飯鋪段SDTJ-2合同段路線方案中的點岱溝—終點段(K78+339.633—K85+158.630)，對K線和B線方案進行評價，密切值法的評價結(jié)果說明B線在整體線型上比K線更優(yōu)。在本工程實例中，采用密切值選取的方案與該項目實際選取的方案一致，說明密切值法可較好地應(yīng)用于道路選線中。