摘要：本文以新建的肯尼亞快速路為工程依據(jù)，著重分析內(nèi)羅畢市中心主干道實施高架快速路互通時的制約條件，以綠色公路理念為設(shè)計原則，選取了有代表性的三處互通作為研究對象，采用體現(xiàn)綠色公路理念的層次分析法對每個互通的各個方案的指標做評分分析，對比每個方案在技術(shù)性、功能性、管理性和環(huán)境經(jīng)濟性方面的差異，并得出符合肯尼亞綠色公路要求的最優(yōu)方案，最后與當(dāng)?shù)乇O(jiān)理和業(yè)主接受并最終實施的施工方案進行對比，總結(jié)基于層次分析法和綠色公路原則的互通比選方法在肯尼亞背景下的可行性。

關(guān)鍵詞：道路工程；方案比選方法；層次分析法；綠色公路立交；肯尼亞快速路；評價指標

中圖分類號：U412.37 文獻標識碼：A 文章編號：1673-6478（2023）01-0128-08

Study on Comparison Method of Interchange Schemes of Kenya Expressway Based on Analytic Hierarchy Process and Green Road Principle

CHU Jianpeng ZENG Kun MA Baofu LIU Zhongji WU Xiaowei

（1.CCCC Highway Consultants Co.，Ltd.，Beijing 100010，China；2.China Road amp; Bridge Corporation，

Beijing 100011，China）

Abstract：Taking the newly-built Nairobi Expressway of Kenya as the project basis，this paper focuses on the analysis of the constraints of the implementation of interchange on the main road in downtown Nairobi. Taking green road as the design principle，we selected three representative interchanges as the research objects，using AHP that embodies the principle of green road to score and analyze the indexes of each scheme，comparing technical，functional，managerial，economic and environmental aspects to get the optimal scheme in line with the requirements of green road in Kenya，finally compared with the actual implementation of construction scheme accepted by the local supervisor and owner to summarize the feasibility of the interchange comparison method based on Analytic Hierarchy Process and green road principle in the context of Kenya.

Key words：road engineering；comparison method of scheme；Analytic Hierarchy Process；green road interchange；Kenya expressway；evaluation index

0 引言

綠色公路主要衡量依據(jù)是在道路的全壽命周期內(nèi)綠色理念的執(zhí)行，并要求最大限度地節(jié)約資源，做到生態(tài)環(huán)境保護、資源節(jié)約、節(jié)能低碳、安全智慧、服務(wù)提升和品質(zhì)建設(shè)，為人們提供健康、舒適、高效的使用環(huán)境[1-2]?；ネ⒔蛔鳛槌鞘械缆返闹攸c專業(yè)，設(shè)計合理性將直接影響城市道路綠色環(huán)保理念的執(zhí)行。旅游業(yè)是肯尼亞的支柱產(chǎn)業(yè)，綠色公路的建設(shè)需滿足其經(jīng)濟現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，契合肯尼亞作為野生動物天堂的發(fā)展愿景?？夏醽喒肪謱夏醽喛焖俾讽椖康木G色公路要求很高，并以土地資源節(jié)約、節(jié)能低碳、生態(tài)環(huán)保、以人為本等因素作為本項目施工圖設(shè)計的考核要求，為滿足肯尼亞公路局要求，保證項目落地實施，選取適合肯尼亞項目的綠色公路指標，研究一套滿足綠色公路原則的互通比選普適性方法有一定的必要性。

在綠色公路理念研究方面，F(xiàn)abos等[3]提出了綠色公路理念與評價體系，并將一系列優(yōu)良的可持續(xù)性發(fā)展實踐運用于公路設(shè)計和施工過程中。李滿良[1]就綠色生態(tài)型城市道路評價體系提出了三級評價指標體系，并通過Spearman等級相關(guān)系數(shù)組合賦權(quán)法，最終獲得綠色生態(tài)型道路整體評價值。黃榮堯等[4]在分析綠色公路指標基礎(chǔ)上，采用層次分析法和德爾菲法分析各指標并計算權(quán)重。李麗慧等[5]采用層次分析法對公路綠色施工中的資源、能源和環(huán)境等指標進行分析，并對某公路工程進行了實證。

在公路評價指標和評價體系建立方面，Saaty Thomas[6-7]在20世紀70年代提出了層次分析法。Ando Ryosuke[8]應(yīng)用層次分析法評價了公路建設(shè)的優(yōu)先度模型。崔紅建[9]研究了層次分析法用判斷矩陣求解權(quán)重的方法。孫慧娟[10]采用層次分析法對快速路布局方案做了評價。Chen H 等人[11]結(jié)合路網(wǎng)和立交區(qū)域的道路交通特征，采用層次分析法獲得各指標的權(quán)重，最后對該模型的適用性進行了分析。楊梅[12]通過模糊綜合評價分析了公路線性對交通安全的影響，建立了評判公路線性對安全性影響的綜合評價體系。龐然[13]分析了實際工況下，轉(zhuǎn)彎半徑、縱坡等設(shè)計因素對燃油消耗的影響。

在基于評價體系的互通立交方案評價研究方面，陳琨[14]分析了互通立交方案綜合評價中層次分析法中的不足，提出了改進的層次分析法。周鑫[15]分析了互通比選時不同指標的關(guān)聯(lián)性和重要性，提出了互通比選中的關(guān)鍵指標選擇。李飛[16]通過研究常用互通形式的優(yōu)缺點，運用模糊綜合評比法確定各項指標的隸屬度，最終計算得出最優(yōu)的評價方案；邢濤[17]通過分析交通量確定主線和匝道的通行能力，基于層次分析法與模糊評價相結(jié)合的方法，對立交方案進行評價。房瑞偉[18]采用模糊層次分析法，構(gòu)建了快速路綜合評價指標體系，提出了快速路立交評價的模型。

綜上，在東非國家基于綠色公路理念的快速路互通立交的方案比選方法研究較少，遂本文采用層次分析法，以符合肯尼亞內(nèi)羅畢綠色公路要求的原則設(shè)置層次分析法中相關(guān)指標的權(quán)重，分析比選符合資源節(jié)約、經(jīng)濟環(huán)保的互通設(shè)計方案，研究以綠色公路為原則的層次分析法在肯尼亞互通立交方案比選中的普遍適用性。

1 研究的互通立交對象選擇

肯尼亞內(nèi)羅畢快速路主要沿內(nèi)羅畢既有A8路中分帶布置，穿越市中心，交通轉(zhuǎn)換需求巨大，以Mlolongo東側(cè)為起點，沿現(xiàn)有A8國道中分帶布設(shè)，終點在James Gichuru Road落地。本項目主線全長27.131 km，為雙向四車道高架快速路，設(shè)計速度為80 km/h?；ネㄔO(shè)置密度大，共有互通10處，平均2.7 km一處互通。本文優(yōu)先選取功能復(fù)雜且方案變更頻繁的互通作為研究對象，從而獲得差異性顯著的指標，經(jīng)過比選，本文選擇博物館互通、南環(huán)互通、機場互通作為研究對象。

2 采用層次分析法分析所選互通

2.1 通過層次分析法建立內(nèi)羅畢快速路互通方案的

評價指標

（1）綠色公路評價指標建立

本文基于全面性、特殊性、獨立性和可操作性原則，選取了技術(shù)指標（B1）、功能指標（B2）、管理指標（B3）和經(jīng)濟環(huán)境指標（B4）作為第一層評價指標，基于第一層指標建立的第二層指標如圖1所示。

第一層指標中的經(jīng)濟環(huán)境指標B4，主要包含環(huán)境均衡、綠化、工程造價等因素，是綠色公路的直觀體現(xiàn)指標。在肯尼亞土地私有的國情下，技術(shù)指標B1中的占地面積具有特殊性和敏感性，很多項目因征地問題導(dǎo)致方案變更甚至項目擱置，重視方案用地，體現(xiàn)了土地資源節(jié)約和以人為本的原則。功能指標B2中的燃油消耗，主要反映了車輛在使用互通時的燃油消耗量，是碳排放的直觀體現(xiàn)；受限于肯尼亞經(jīng)濟水平，當(dāng)?shù)剀囕v以二手車為主，廢氣排量大，且當(dāng)?shù)厝加鸵赃M口為主，油價高；同時燃油消耗量與互通通行能力、平縱指標相關(guān)，重視燃油消耗量的指標，體現(xiàn)了資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保的綠色公路設(shè)計理念。

（2）主要指標量化方法和判斷矩陣

評價指標量化是指將指標進一步轉(zhuǎn)化為相互比較的無量綱指標，即用隸屬函數(shù)將指標轉(zhuǎn)換為0和1之間的實數(shù)[16]，對于部分無法通過隸屬函數(shù)量化的指標，采用專家打分方法量化處理。

對于從設(shè)計方案中可以直接提取或計算的技術(shù)指標，主要采用以下隸屬函數(shù)將指標量化：

從表2可以看出，經(jīng)濟環(huán)境指標B4的重要程度最高，綠色公路應(yīng)充分體現(xiàn)資源節(jié)約、綠色環(huán)保的要求，提高該指數(shù)的權(quán)重符合綠色公路的原則。

2.2 采用以綠色公路為原則的層次分析法對博物館

互通方案進行比選

（1）博物館互通設(shè)計條件

博物館互通位于K21+500，為既有西卡互通擴建形成的復(fù)合互通。該處空間有限、用地緊張，是內(nèi)羅畢快速路互通立交設(shè)計的典型。

（2）4個博物館互通設(shè)計方案

博物館互通有4個代表性可行方案，如圖2～圖5所示。方案一中A和B匝道更靠近主線，布局緊湊，所占私有土地較少，但線形較差，尤其是B、C匝道，存在小半徑、大縱坡情況，匝道C直接接入西卡互通主線。方案二中A和B匝道布局更加松散，線形好、半徑大，但所占私有土地面積較大，匝道C接入西卡互通的匝道，易造成匝道擁堵。方案三中有四條匝道，A、B、C匝道與方案二相似，增加的D匝道連接西卡互通主線和博物館互通主線，并同時跨越地面上的A8路，增強了博物館互通主線與西卡互通主線的交通轉(zhuǎn)換功能，通行能力增強，但施工空間小，施工難度大，造價增加。方案四中，A、B匝道與方案二、三相似，但C匝道跨越博物館互通主線和A8路，迂回接入西卡互通主線，通行能力較強，線形曲折，工程規(guī)模較大。博物館互通每個方案的優(yōu)劣勢如表12所示。

對博物館互通4個方案按評分優(yōu)劣排序，方案一gt;方案二gt;方案四gt;方案三?？梢钥闯觯桨敢恢饕蚱涔こ桃?guī)模小，造價最低，征地最少，在經(jīng)濟環(huán)保指標B4中得分最高，但因此犧牲了技術(shù)指標和功能指標，導(dǎo)致其在技術(shù)指標B1和功能指標B2中得分最低。總體而言，博物館互通方案一在滿足基本功能和技術(shù)要求的前提下，在節(jié)能環(huán)保、資源節(jié)約、工程造價和征地面積等指標中最優(yōu)，符合綠色公路的理念，且最終得到了外方業(yè)主的認可，成為最終的施工方案。

2.3 體現(xiàn)綠色公路的層次分析法在肯尼亞快速路其他

互通方案比選中的適用性

為了驗證體現(xiàn)綠色公路原則的互通比選方法在內(nèi)羅畢快速路項目的普遍適用性，選取了機場互通和南環(huán)互通的不同方案進行驗證。

（1）機場互通各方案簡介

機場互通位于K7+800，共有4個方案，見圖6～圖9，每個方案的優(yōu)劣勢如表19所示。

（2）南環(huán)互通各方案簡介

南環(huán)互通位于本項目K14+000，共有3個方案，如圖10～圖13，每個方案的優(yōu)劣勢比較見表20。

（3）機場互通和南環(huán)互通的最終評分分析

采用層次分析法完成機場互通和南環(huán)互通的分析，最終得到機場互通和南環(huán)互通的第一層指標B1、B2、B3、B4評分情況如表21～表24所示。

南環(huán)互通評分最高的方案三即為最終的施工方案，滿足肯尼亞綠色公路的要求，表明體現(xiàn)綠色公路指標的層次分析法具有一定的適用性。但是，機場互通的四個方案按評分高低的排序為：方案二gt;方案一gt;方案四gt;方案三，最終的施工方案為方案一。其原因是機場互通緊鄰肯雅塔國際機場，航空限高、距離和形式等受機場方控制，最終施工圖設(shè)計方案的確定，機場管理單位意見占比大，由此可知，采用體現(xiàn)綠色公路指標的層次分析法對于互通立交設(shè)計有好的指導(dǎo)作用，即使其他外界因素占主導(dǎo)時，該方法仍可提供很好的借鑒支持。

3 結(jié)語

本研究提出了一套基于層次分析法和綠色公路原則的互通立交方案評選方法，并應(yīng)用于肯尼亞快速路項目互通方案設(shè)計比選，方法著重提高占用私有土地、燃油消耗、經(jīng)濟環(huán)境等綠色公路指標的比重，對肯尼亞內(nèi)羅畢快速路項目3個互通立交的諸多方案評分，以此為依據(jù)選出符合綠色公路設(shè)計原則的互通方案，獲得各方認可并實施，說明該方法在肯尼亞快速路項目互通方案比選中具有可行性。總而言之，采用綠色公路原則的層次分析法在肯尼亞項目互通方案比選中方法和結(jié)果可靠，該方法符合肯尼亞綠色公路要求，在肯尼亞甚至東非地區(qū)綠色公路建設(shè)中具有一定適用性。

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