摘要：城市河道的規(guī)劃與建設(shè)不僅要考慮傳統(tǒng)的防洪要求，更要考慮道路軌道規(guī)劃、地下管網(wǎng)建設(shè)以及周邊區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展等綜合因素，在施工階段還要顧及城市道路交通壓力、百姓居住環(huán)境、施工環(huán)境治理等動態(tài)因素。以錦江生態(tài)帶河道治理工程為研究對象，從工程設(shè)計角度出發(fā)，采用動態(tài)規(guī)劃理論，針對項目決策、設(shè)計、施工的3階段各關(guān)鍵要素進行動態(tài)研判和分析，并在具體實踐過程中進行最優(yōu)解配置，在力求滿足工程實體建設(shè)高標準、高質(zhì)量、低成本的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化滿足錦江生態(tài)帶周邊的“公園城市”建設(shè)?；趧討B(tài)規(guī)劃理論的河道治理工程全過程控制取得了較好的應(yīng)用效果，相關(guān)經(jīng)驗可為其他市政工程提供借鑒。

關(guān) 鍵 詞：河道治理；市政工程；動態(tài)規(guī)劃；錦江生態(tài)帶

中圖法分類號：TV85 文獻標志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.008

0 引言

河道治理對城市建設(shè)具有重要意義，是城市基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境管理的關(guān)鍵組成部分^［1］，涉及一系列工程及管理措施，旨在恢復、提升河流的安全、環(huán)境等功能價值。然而，城市河道治理工程的實施過程復雜，不僅關(guān)注工程技術(shù)經(jīng)濟比選，還涵蓋社會經(jīng)濟、環(huán)境和行政等多個維度。目前，城市河道治理主要采用碎片化的管理模式，項目各階段與相關(guān)部門的聯(lián)動不足^［2-3］。為了解決這些問題，必須對河道治理工程開展全過程控制，包括項目決策、設(shè)計、施工3個階段，有效控制成本、質(zhì)量等關(guān)鍵內(nèi)容。本文運用動態(tài)規(guī)劃理論，對河道治理項目全過程控制進行研究，確保河道建設(shè)與城市規(guī)劃建設(shè)目標一致，給居民帶來持久的利益。

1 工程概述

成都市是成渝地區(qū)建設(shè)和發(fā)展的中心城市，總體規(guī)劃的防洪標準為200 a一遇，而錦江則是成都市中心城區(qū)的重要河流，同時也作為“公園城市”建設(shè)的重要串聯(lián)主線，支撐著兩岸河流的區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展和“綠水青山就是金山銀山”環(huán)境建設(shè)^［4］。

錦江發(fā)源于成都市郫縣境內(nèi)石堤堰分水樞紐府河閘，其水源來自都江堰干渠柏條河及走馬河分支徐堰河，從北至南依次流經(jīng)金牛、青羊、成華、武侯、錦江、成都高新和天府新區(qū)^［5］。錦江生態(tài)帶位于天府新區(qū)，總長約10.8 km，規(guī)劃藍線寬度為200 m（圖1）。區(qū)域內(nèi)管轄有9個街道，常駐人口約94.33萬，存有大量的地下綜合管廊等附屬設(shè)施，站華路、牧華路、天保大道、正公路等交通道路從區(qū)域內(nèi)穿行而過，同時地鐵6號線、19號線等重要地鐵干線均在錦江周邊穿越而行。因此，錦江生態(tài)帶河道的治理工作面臨眾多復雜的邊界條件。針對以上問題，采用運籌學動態(tài)規(guī)劃理論，針對項目決策、設(shè)計、施工的3階段各關(guān)鍵要素進行動態(tài)研判和分析，并在錦江生態(tài)帶的治理過程中進行最優(yōu)解配置，最終保證工程的高效推進和治理效果的生態(tài)美麗。

2 河道治理工程動態(tài)規(guī)劃理論模型

動態(tài)規(guī)劃是求解決策過程最優(yōu)化的過程，主要用于求解以時間劃分階段的動態(tài)過程優(yōu)化問題。動態(tài)規(guī)劃的尋優(yōu)過程有正序、逆序兩種方式，正序適用于終止狀態(tài)給定，逆序則適用于初始狀態(tài)給定，其求解過程均采用序貫決策方法，把一個含有n個變量的問題轉(zhuǎn)換為求解n個單變量問題，同時必須滿足分級條件，即目標函數(shù)可分性和狀態(tài)可分性。

工程項目全過程控制包括質(zhì)量、成本、進度3個目標控制，首先將各目標控制劃分為決策、設(shè)計、施工3個控制階段，引入階段控制變量k（k=1，2，3），相應(yīng)的各階段狀態(tài)為S_k（當k=1，2，3時，分別是項目決策階段、設(shè)計階段、施工階段），某階段（狀態(tài)S_k）國家政策、工程項目所在地社會經(jīng)濟情況、自然情況、工程項目參與各方以及其他邊界條件等對工程項目全過程控制產(chǎn)生影響的各種因素稱為狀態(tài)變量，用S_ki表示第k階段的第i個狀態(tài)變量，這樣第k階段狀態(tài)集合可表示為：S_k=（S_k1，S_k2，…，S_ki，…，S_kr）；相應(yīng)的在各階段采取的過程控制措施，稱之為決策變量，用U_k（S_k）表示。當工程項目處于某種狀態(tài)時，在做出相應(yīng)的決策后，從而進入下一狀態(tài)，這一過程可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程S_k+1=T_k（S_k，U_k）表示。各階段指標函數(shù)用V_j（S_j，U_j）表示，j=1，2，3時分別對應(yīng)項目決策過程控制效果、設(shè)計過程控制效果、施工過程控制效果，全過程指標函數(shù)用V_1，3（S₁，U₁，S₂，U₂，…，S₄）表示。從k階段的狀態(tài)S_k開始到終止狀態(tài)的最優(yōu)指標函數(shù)用f_k（S_k）表示^［6］。

河道治理工程動態(tài)規(guī)劃的函數(shù)方程表示為

maxV_1，3（S₁，U₁，S₂，U₂，…，S₄，U₄）=∑V_k（S_k，U_k）

S_（k+1）=T_k（S_k，U_k），f₄（S₄）=0

河道治理工程動態(tài)規(guī)劃模型示意見圖2，通過逆序解法求解。項目決策、設(shè)計、施工3個階段是河道治理工程轉(zhuǎn)流的關(guān)鍵線路，這是由河道治理工程的建設(shè)流程決定的。河道治理工程全過程控制最大的特征是衡量全過程優(yōu)劣的主要指標函數(shù)包括了質(zhì)量、成本、進度3個目標，既有量化指標又有抽象概念。

3 河道治理工程動態(tài)規(guī)劃分析

3.1 多階段的動態(tài)規(guī)劃求解分析

河道治理工程目標的總體優(yōu)化通過項目決策階段、設(shè)計階段、施工階段3個階段的指標函數(shù)實現(xiàn)的，采取逆序解法，從項目施工完成后的質(zhì)量、成本、進度控制成果出發(fā)，依次往施工階段、設(shè)計階段、決策階段逆推，要求施工質(zhì)量、成本、進度最優(yōu)，進而要求設(shè)計階段、決策階段的質(zhì)量、成本、進度最優(yōu)^［7］。各階段控制的最優(yōu)化具體表述見表1。

基于動態(tài)規(guī)劃理論的河道治理工程全過程控制，就是要使得各階段控制變量作用下狀態(tài)變量對各階段指標函數(shù)的負面影響作用最小，從而構(gòu)建全過程最優(yōu)指標函數(shù)f₁（S₁）=max∑V^*_j（S_j，U_j），V^*_j為最優(yōu)解，達到全過程控制的目的，實現(xiàn)河道治理工程全過程控制目標的總體優(yōu)化以及與外部因素的協(xié)調(diào)。

3.2 多階段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移及分析

河道治理工程包括項目決策階段、項目設(shè)計階段、項目施工階段3個狀態(tài)，多階段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移是指由項目決策階段逐步向設(shè)計階段、施工階段過渡的演變過程，一直伴隨著各階段的決策進行。例如在項目決策階段時，河道治理工程的參與各方，包括政府部門、建設(shè)業(yè)主、咨詢單位等在政策、資源、經(jīng)濟、技術(shù)等條件下開展項目策劃、項目建設(shè)書、可行性研究報告等編制和審查工作，最終決定該工程是否立項，一旦立項，即可轉(zhuǎn)移進入項目設(shè)計階段。還有在項目設(shè)計階段，初步設(shè)計文件、施工圖設(shè)計文件編制和審批后，即可轉(zhuǎn)移進入項目施工階段?？梢钥吹?，伴隨著各階段決策的進行，工程項目建設(shè)過程也逐步從初始階段向后轉(zhuǎn)移。狀態(tài)S_k+1隨著狀態(tài)S_k和U_k的變化而變化，這種關(guān)系可用狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程S_k+1=T_k（S_k，U_k）表示^［9］。河道治理工程的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程如圖3所示。

圖3 河道治理工程建設(shè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意

從狀態(tài)轉(zhuǎn)移的分析來看，河道治理工程的建設(shè)過程就是參與各方的工作與環(huán)境條件、材料設(shè)備、技術(shù)方法等有機組合的過程。同時，由于指標函數(shù)是狀態(tài)S_k和決策變量U_k的函數(shù)，而工程項目全過程控制質(zhì)量由狀態(tài)變量S_k決定，因此針對狀態(tài)中的各變量進行特征分析，是全過程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其狀態(tài)變量集合如表2所列。

將錦江生態(tài)帶河道治理工程建設(shè)全過程劃分為3個狀態(tài)、12個子狀態(tài)，并給出相應(yīng)的狀態(tài)變量，在此基礎(chǔ)上再進行狀態(tài)變量的特征分析。運用層次分析法將其劃分為建設(shè)各方、材料設(shè)備、技術(shù)方法、環(huán)境條件4大類，從其特征分析看，建設(shè)各方的工作質(zhì)量和技術(shù)方法具有較大可變性，自然環(huán)境和社會環(huán)境的有些變量具有不可預測性，對其進行控制難度較大，材料設(shè)備的質(zhì)量及其對工程項目全過程控制的影響具有較強的可控制性。其狀態(tài)變量層次劃分如表3所列。

通過對狀態(tài)變量開展層次分析，可以確定決策變量U_k與狀態(tài)變量S_k密切相關(guān)。以決策階段的允許決策集合與該階段狀態(tài)變量分析為例，決策變量主要涉及政府部門、建設(shè)業(yè)主、設(shè)計咨詢單位，進一步分析，決策變量實際上是參與各方的具體表現(xiàn)。因此項目決策階段的全過程控制主要是如何采取有效措施提高參建各方的工作質(zhì)量，從而保證對設(shè)計文件質(zhì)量、材料設(shè)備質(zhì)量、施工組織安排等進行有效控制，有效地改進技術(shù)方案，并對環(huán)境條件可能造成的不利情況進行預防。

3.3 項目建議書階段全過程控制分析

以項目決策階段的子狀態(tài)項目建議書為例進行控制分析，按照本文提出的動態(tài)規(guī)劃方法，首先確定最優(yōu)指標函數(shù)，即錦江生態(tài)帶河道治理工程建設(shè)必要性、實施條件成熟程度等。根據(jù)最優(yōu)評價標準可知，建設(shè)必要性主要是符合城市發(fā)展規(guī)劃、防洪專項規(guī)劃，河道的防洪標準可達200 a一遇，項目實施后極大改善城市防洪排澇能力，有顯著的社會效益；實施條件成熟主要是周邊用地保證到位，架空線可進行遷改下地等。

本子狀態(tài)下狀態(tài)變量主要有政府部門、建設(shè)業(yè)主、設(shè)計咨詢單位等，決策變量就是上述各方的行為表現(xiàn)。首先，建設(shè)業(yè)主的全過程控制主要體現(xiàn)在指導設(shè)計咨詢單位編制項目建議書過程中，充分分析城市發(fā)展規(guī)劃、城市防洪規(guī)劃確保項目建設(shè)必要性，同時梳理工程項目建設(shè)存在的障礙條件，積極與政府部門、街道辦事處等溝通，協(xié)調(diào)用地保障，聯(lián)系相關(guān)地下管線、架空線產(chǎn)權(quán)單位調(diào)取資料，支撐項目方案并開展遷改研究工作等。建設(shè)業(yè)主在項目建議書階段積極開展以上工作，才能確保該狀態(tài)變量在該階段的決策與最優(yōu)指標函數(shù)一致。其次，政府部門進行項目建議書的審批正是為了有效防止財政資金流失，避免不良項目的有效控制程序。其中水務(wù)部門主要對工程項目防洪排澇功能實現(xiàn)進行審查，規(guī)自部門對工程項目合規(guī)性及土地條件進行審查。國家發(fā)改委結(jié)合前述部門的前期評審意見對項目建議書進行專項審批后，本工程即可流轉(zhuǎn)至可行性研究子狀態(tài)。政府部門在項目建議書階段對項目建設(shè)規(guī)模、投資、社會經(jīng)濟影響等進行審查，保證了工程項目全過程控制的階段最優(yōu)。

4 結(jié)語

基于動態(tài)規(guī)劃理論的河道治理工程全過程控制，是運用動態(tài)規(guī)劃基本思想進行建設(shè)項目全過程控制的一種方法，與其他多階段決策問題相比具有一般動態(tài)規(guī)劃的基本特征，在解法上又區(qū)別于其他動態(tài)規(guī)劃問題。通過各階段指標函數(shù)的確定，可以找出影響指標函數(shù)的關(guān)鍵因素，即相關(guān)狀態(tài)，通過狀態(tài)的特征分析而采用相應(yīng)的決策。雖然可將全過程最優(yōu)指標函數(shù)定義為各階段最優(yōu)指標函數(shù)的綜合體現(xiàn)，但對建設(shè)項目全過程控制起決定性作用的應(yīng)該是各階段狀態(tài)的決策質(zhì)量，從動態(tài)規(guī)劃的逆序解法很容易證明這一點。本文的全過程控制在錦江生態(tài)帶河道治理工程中得到了應(yīng)用，并取得較好的效果。

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（編輯：謝玲嫻）