基金項(xiàng)目：2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“施工區(qū)裝配式無(wú)錨固移動(dòng)護(hù)欄的結(jié)構(gòu)、材料與防撞性能研究”（編號(hào)：2021KY1137）

作者簡(jiǎn)介：周學(xué)翔（1992—），工程師，研究方向：道路材料、交通安全。

摘要：文章將灰熵評(píng)價(jià)法與多層次分析法引入到城市施工區(qū)隔離設(shè)施評(píng)價(jià)領(lǐng)域，建立基于灰熵的城市護(hù)欄綜合評(píng)價(jià)模型，選取無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄、移動(dòng)鋼護(hù)欄、水馬為對(duì)象，利用灰熵綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)某城市施工區(qū)隔離設(shè)施各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與理想對(duì)象的均衡接近度并進(jìn)行評(píng)估。分析表明，無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄綜合性能最好，移動(dòng)鋼護(hù)欄次之，水馬綜合性能最弱。

關(guān)鍵詞：交通工程；灰熵；無(wú)錨固移動(dòng)護(hù)欄

中圖分類號(hào)：U491.5⁺9

0 引言

護(hù)欄是城市交通的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其對(duì)保證城市的交通安全起到重要的作用。早期我國(guó)施工區(qū)的隔離設(shè)施大多采用水馬或交通錐，這類隔離設(shè)施僅能起到隔離、警示的作用，不具備安全防護(hù)能力，以致于施工區(qū)交通事故頻發(fā)。近年來(lái)，施工區(qū)的安全防護(hù)設(shè)施逐步發(fā)展為以移動(dòng)鋼護(hù)欄為代表的^［1］，具備防護(hù)能力的安全防護(hù)產(chǎn)品。移動(dòng)鋼護(hù)欄能起到有效防護(hù)的作用，在一定程度上保障了施工作業(yè)人員的生命、財(cái)產(chǎn)安全^［2］。但從實(shí)車碰撞的效果來(lái)看，移動(dòng)鋼護(hù)欄的位移偏大，且需要與地面錨固，易對(duì)后期鋪設(shè)的瀝青路面造成破壞^［3］。近年來(lái)，一種無(wú)錨固可移動(dòng)護(hù)欄也被廣泛應(yīng)用。此類護(hù)欄以混凝土為基座，通過對(duì)護(hù)欄的結(jié)構(gòu)、細(xì)化連接方式、固定方式、旋轉(zhuǎn)角度等要素的設(shè)計(jì)，既能滿足基本的功能，又能拓展其在裝配過程中的高效率、在使用過程中的高重復(fù)利用率，同時(shí)還具有排除積水、適應(yīng)線型等特點(diǎn)。

目前應(yīng)用在我國(guó)施工區(qū)的隔離設(shè)施種類多樣，并且各有優(yōu)缺點(diǎn)，這就給隔離設(shè)施的選擇帶來(lái)了困難，完全站在經(jīng)濟(jì)或者安全的角度都是片面的。因此，本文通過將灰熵評(píng)價(jià)法與多層次分析法與城市施工區(qū)隔離護(hù)欄評(píng)價(jià)領(lǐng)域相結(jié)合，對(duì)城市施工區(qū)的隔離設(shè)施各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，選取無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄、移動(dòng)鋼護(hù)欄、水馬為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

目前學(xué)者們建立的大量評(píng)價(jià)均針對(duì)護(hù)欄結(jié)構(gòu)的防撞性能進(jìn)行仿真模擬和足尺試驗(yàn)，這些研究主要圍繞護(hù)欄的防撞性能來(lái)展開，鮮有關(guān)于不同護(hù)欄類型的綜合評(píng)價(jià)研究。如何評(píng)價(jià)一種護(hù)欄的綜合性能與多種因素相關(guān)，而這些因素之間的關(guān)聯(lián)尚不十分明確，具有“灰色特性”?；诨异啬Ｐ偷木C合評(píng)價(jià)方法通過引入灰熵，改進(jìn)了灰關(guān)聯(lián)分析局部關(guān)聯(lián)傾向、個(gè)性信息損失和分辨信息取值不同導(dǎo)致關(guān)聯(lián)度不同的缺點(diǎn)^［4］，使分析結(jié)果更準(zhǔn)確，因此被應(yīng)用于多個(gè)評(píng)價(jià)領(lǐng)域。

1.1 評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，本文建立了護(hù)欄評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，由安全性能、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境與外觀、技術(shù)可行性作為一級(jí)指標(biāo)，同時(shí)確定了每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下最有主導(dǎo)性的二級(jí)指標(biāo)，在評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值過程中，對(duì)于定量的指標(biāo)直接可采用真實(shí)且具有代表性的數(shù)據(jù)，對(duì)于定性指標(biāo)則根據(jù)其性能表現(xiàn)情況（優(yōu)、良、一般、差）或者對(duì)一定數(shù)量的司機(jī)開展問卷調(diào)查，轉(zhuǎn)化并采用十分制進(jìn)行評(píng)分。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)說明

本文以科學(xué)性為原則，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)盡量客觀真實(shí)地反映每種護(hù)欄的特點(diǎn)以及優(yōu)劣勢(shì)，客觀全面地反映出各指標(biāo)之間的關(guān)系。因此，本文從護(hù)欄的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境與外觀、技術(shù)可行性4個(gè)角度來(lái)評(píng)價(jià)每種護(hù)欄的綜合性能。

（1）安全性能：包括路側(cè)安全凈區(qū)、防撞吸能、橫向動(dòng)態(tài)變形。路側(cè)安全凈區(qū)是指公路行車方向最右側(cè)車行道以外、相對(duì)平坦、無(wú)障礙物、可供失控車輛重新返回正常行駛路線的帶狀區(qū)域^［5］。國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，造成人員傷亡的交通事故中約有30％是由于車輛行駛出路外造成的，因此路側(cè)安全凈區(qū)寬度是安全設(shè)施評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，其確定方法參照《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD81-2006）^［6］。對(duì)于高速公路護(hù)欄來(lái)說，在建立其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)考慮以下問題：①要避免車輛碰撞后直接穿越護(hù)欄，與對(duì)向行駛車輛發(fā)生二次事故，造成交通阻塞；同時(shí)也要阻止車輛沖出路側(cè)護(hù)欄，墜入深溝、湖泊等危險(xiǎn)地帶，還需要避免車輛與路側(cè)危險(xiǎn)物發(fā)生碰撞；②要確保車輛碰撞護(hù)欄后以較小的駛離角、回彈量和正常行駛方向停留在安全區(qū)域，該過程的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)圓滑過渡，不干擾后續(xù)車輛的行駛，避免二次事故發(fā)生；③在車輛與護(hù)欄碰撞的過程中，要求護(hù)欄能發(fā)揮良好的吸能作用，也要求碰撞時(shí)的加速度≤200 m/s²，以保證車內(nèi)人員生命安全^［7］；④護(hù)欄的橫向動(dòng)態(tài)變形值反映了安全護(hù)欄的實(shí)際功能，通過這些指標(biāo)的確定可以評(píng)價(jià)其在保障安全以及導(dǎo)向方面發(fā)揮作用的大小。

（2）經(jīng)濟(jì)性：包括護(hù)欄的生產(chǎn)成本、每延米的安裝成本，以及受到機(jī)動(dòng)車的撞擊后是否具有可循環(huán)利用的特點(diǎn)。在考慮護(hù)欄生產(chǎn)和安裝成本的同時(shí)，也要考慮后續(xù)的維修成本。因此，具有可循環(huán)利用特點(diǎn)的護(hù)欄，不僅在人力、物力、財(cái)力方面更加節(jié)省，而且也更加綠色環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

（3）環(huán)境與外觀：包括視覺誘導(dǎo)以及護(hù)欄與周圍景觀的協(xié)調(diào)性?？紤]護(hù)欄的設(shè)計(jì)是否能夠誘導(dǎo)駕駛員的視線，使駕駛過程中看到的道路兩側(cè)距離一目了然，使路線的前進(jìn)方向明確無(wú)誤，不產(chǎn)生視錯(cuò)覺，增加行車的安全性;同時(shí)考慮護(hù)欄的外觀設(shè)計(jì)是否與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，使道路更加美觀。與環(huán)境相協(xié)調(diào)的護(hù)欄設(shè)計(jì)影響著駕駛員和乘客的行駛體驗(yàn)，也進(jìn)一步影響駕駛員的駕駛心理和駕駛行為。

（4）技術(shù)可行性：包括護(hù)欄構(gòu)件的種類及數(shù)量、構(gòu)件制作難度、護(hù)欄的使用壽命。護(hù)欄結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和構(gòu)件的種類及數(shù)量不僅影響護(hù)欄構(gòu)件生產(chǎn)的周期，也影響施工時(shí)的安裝進(jìn)度。

評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

基于灰熵模型的施工區(qū)隔離設(shè)施綜合性能評(píng)價(jià)研究/周學(xué)翔，鄭文詩(shī)

2 灰熵綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型概述

確定原始數(shù)列：

x^*₀=［x^*₀（1），x^*₀（2），…，x^*₀（n）］"" （1）

確定理想值數(shù)列：

x^*_i=［x^*_i（1），x^*_i（2），…，x^*_i（n）］（i=1，2，…，m）"" （2）

數(shù)列的無(wú)量綱化處理：

V＇=［v＇_ij|v＇_ij=x^*₀（n）/x^*_i（n）］（i=1，2，…，m）"" （3）

C_i=［C_ij|C_ij=|v^*-v＇_ij|］"" （4）

灰色關(guān)聯(lián)度：灰色關(guān)聯(lián)度是參考序列和比較序列接近程度的測(cè)度^［8］。關(guān)聯(lián)度由關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算得出。關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算式為：

灰色關(guān)聯(lián)度可表示為：

對(duì)各評(píng)評(píng)價(jià)因素的差值序列歸一化，得到數(shù)列為：

計(jì)算上述數(shù)列的熵及均衡度B：

考慮第一層次因素的權(quán)重，進(jìn)行均衡接近度計(jì)算并選擇方案，關(guān)聯(lián)度r和均衡度B的乘積構(gòu)造出評(píng)價(jià)的均衡接近度準(zhǔn)則W。W值越大的評(píng)價(jià)對(duì)象越接近理想對(duì)象，該評(píng)價(jià)對(duì)象就越好，或者說越安全^［10］。

ω=B×r""" （9）

W =A×W₂""" （10）

3 護(hù)欄綜合評(píng)價(jià)

本文選擇水馬、移動(dòng)鋼護(hù)欄和無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄3種道路交通防護(hù)設(shè)施為評(píng)價(jià)對(duì)象，指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)車碰撞試驗(yàn)，碰撞條件為1.5 t小轎車以100 km/h的速度碰撞護(hù)欄，碰撞角度為20°，運(yùn)用以灰熵模型的多層次綜合分析法評(píng)價(jià)這3種道路交通防護(hù)設(shè)施的綜合性能。

3.1 交通防護(hù)設(shè)施系統(tǒng)指標(biāo)集

選取水馬、鋼護(hù)欄和無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)如下頁(yè)表2所示。

3.2 第二層次灰熵綜合評(píng)價(jià)

3.2.1 計(jì)算步驟

（1）確定理想對(duì)象。根據(jù)護(hù)欄的安全性能分析，理想狀態(tài)下，汽車在碰撞護(hù)欄后能回到路側(cè)安全凈區(qū)中線位置，沿原路方向繼續(xù)行駛，不影響其他車道行車。路側(cè)安全凈區(qū)A=2.2+V_W+V_L［其中VW為車輛總寬（m），V_L 為車輛總長(zhǎng)（m）］，小汽車的車輛總寬取1.6 m，總長(zhǎng)取3.4 m。乘員碰撞速度在≤12 m/s的情況下越小越好。乘員碰撞加速度在≤200 m/s²的情況下越小越好，表示車輛碰撞護(hù)欄后越安全。護(hù)欄最大橫向動(dòng)態(tài)變形值越小表示護(hù)欄的穩(wěn)定性越好。因此，理想指標(biāo)集為X^*={3.5，0，0，0}。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性分析，每延米生產(chǎn)成本和每延米安裝成本都是越小越好，每延米循環(huán)利用率越大越好。因此，確定的理想對(duì)象模型為X^*={1，1，1}。

護(hù)欄的環(huán)境與外觀評(píng)定由司機(jī)、乘客的調(diào)查問卷打分確定，最終得分為調(diào)查問卷的平均值。視線誘導(dǎo)與景觀協(xié)調(diào)都以最大值為目標(biāo)。因此，確定的理想對(duì)象模型為X^*={10，10}。

根據(jù)技術(shù)可行性分析，護(hù)欄的構(gòu)件種類越少，構(gòu)件復(fù)雜度越低，生產(chǎn)難度就越低，且構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用壽命越長(zhǎng)越好。因此，確定的理想對(duì)象模型為X^*={1，1，15}。

（2）以安全性灰熵評(píng)價(jià)為例，現(xiàn)將原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理，得到矩陣：

（3）各評(píng)價(jià)對(duì)象在理想指標(biāo)的差值矩陣為：

（4）得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

（5）計(jì)算得出各評(píng)價(jià)對(duì)象的灰關(guān)聯(lián)度：

（6）得到安全性熵及灰色關(guān)聯(lián)度的結(jié)果：H（C′₁）= 1.27；H（C′₂）=1.08；H（C′₃）=1.31，從而B₁=0.92；B₂=0.78；B₃=0.94。計(jì)算均衡接近度：W₁=0.49；W₂=0.67；W₃=0.77。

3.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)灰熵綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，可得護(hù)欄各性能具體數(shù)據(jù)如表3所示。

從均衡接近度可以看出，安全性能的均衡接近度為：W₃gt;W₂gt;W₁，由比較可知，水馬的安全性能最低，移動(dòng)鋼護(hù)欄次之，無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄安全性能最好。經(jīng)濟(jì)性的均衡接近度為：W₁gt;W₂gt;W₃，相比較可知，水馬的經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)，無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄次之，移動(dòng)鋼護(hù)欄最差。環(huán)境與外觀的均衡接近度為：W₂gt;W₃gt;W₁，相比較而言，水馬的環(huán)境與外觀性能最差，移動(dòng)鋼護(hù)欄最好，無(wú)錨固混凝土次之。技術(shù)可行性的均衡接近度為：W₁gt;W₂gt;W₃，相比較而言，水馬的技術(shù)可行性最優(yōu)，無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄次之，移動(dòng)鋼護(hù)欄最差。

3.3 第一層次灰熵綜合評(píng)價(jià)

確定安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境與外觀、技術(shù)可行性4種性能之間的權(quán)重A={0.5，0.2，0.2，0.1}，將權(quán)重矩陣帶入W=A×W₂中，得出：

因此，綜合性能的均衡接近度為：W₃gt;W₂gt;W₁。由此可知，無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄綜合性能最好，移動(dòng)鋼護(hù)欄次之，水馬的綜合性能最弱。但通過各項(xiàng)指標(biāo)的均衡接近度比較，無(wú)錨固混凝土移動(dòng)護(hù)欄經(jīng)濟(jì)性不如水馬和移動(dòng)鋼護(hù)欄，因此該護(hù)欄應(yīng)通過設(shè)計(jì)進(jìn)一步降低生產(chǎn)和安裝成本。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于灰熵法對(duì)城市施工區(qū)隔離設(shè)施領(lǐng)域的不同層次間性能進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，提出了一種基于灰熵模型的綜合評(píng)價(jià)方法，利用此方法對(duì)全性能、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境與外觀、技術(shù)可行性各因素進(jìn)行了量化，可以將城市施工區(qū)隔離安全設(shè)施各指標(biāo)的實(shí)際值與理想值進(jìn)行量化比較，并通過運(yùn)算獲得評(píng)價(jià)結(jié)果。其結(jié)果具有客觀性和可比性，為選擇合理的交通安全設(shè)施，提高路側(cè)交通安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

該方法驗(yàn)證了無(wú)錨固移動(dòng)護(hù)欄與常見護(hù)欄相比在綜合性能上的優(yōu)越性，其在安全性能、環(huán)境與外觀、技術(shù)可行性等方面具有不錯(cuò)的表現(xiàn)，但在經(jīng)濟(jì)性方面尚存在不足，應(yīng)通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步降低生產(chǎn)和安裝成本。

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收稿日期：2023-04-11