基于AHP的綠色公路選線制約因素權重研究

魏 珍

(青海省交通建設管理有限公司 西寧 810000)

1 工程概況

G0611張掖至汶川高速公路同仁至賽爾龍段(以下簡稱本項目)是目前青海省全力打造的重點綠色品質工程項目,項目沿線自然景觀豐富度極高,草原、雪山、彩林交相輝映,且地域文化多樣,民族文化、自然風光相得益彰?；凇熬G色公路”“交旅融合”背景,在項目建設中需解決遇河架橋、逢山開路或修建隧道等功能性做法與生態景觀之間的矛盾以及典型節點的景觀營造,同時建設中需采用路域生態護坡建植,減少生態破壞。

2 綠色公路的概念

綠色公路是指以環境保護、節約資源和可持續發展為目標的公路建設,綠色公路是綠色交通整體中的一部分,更是整個社會可持續發展中重要的一環。綠色公路不是一個單項的任務,也不是一條公路就能完成的任務,是基于未來發展的整體交通系統的任務。

2016年交通運輸部印發《關于實施綠色公路建設的指導意見》,明確了綠色公路的發展思路和建設目標,要求在設計、建設中做到更加低碳、更加環保,同時綠色公路是公路建設轉型升級的必要趨勢[1]。有別于常規公路,綠色公路在建設過程中有較為鮮明的特點:

(1)針對環保和綠色等作專項設計。一般公路項目建設程序包括工可、設計、建設、運營、養護全過程。綠色公路建設主要從源頭抓起,在工可和設計階段就融入綠色公路的理念和思想,作專項綠色設計,而不僅僅是施工階段才做一些簡單的生態修復或者綠化美化措施。

(2)生態保護貫穿公路的全壽命周期。設計階段,在項目總體設計時提前考慮環保選線,提前避讓自然保護區、水源地等特殊的生態敏感區;施工階段,推行標準化施工,有效提升施工質量;運營階段,將公路運營和維護。統一納入設計和建設中統籌考慮,突出全壽命理念,有效降低公路運營養護成本。

3 綠色公路選線制約因素

路線通常是公路項目的骨架,選線是否合理直接關系到公路在路網中的作用以及公路自身功能是否能夠得到很好的發揮[2]。公路選線是公路工程在建設前期非常關鍵的環節,尤其是青海地區高速公路的選線更為重要,是關系到公路本身的投資成本、運輸效率以及公路在整個交通網中能否發揮積極效應的一項關鍵性工作[3]。

按照公路選線的要求,分析依托工程同賽高速的路線布設區域,分析整理影響公路選線的重要因素,并對此采用相應的數學方法進行建模、分析和計算。選擇影響公路選線的因素時主要從以下方面進行考慮:

3.1 地形、地質對山區高速公路選線的影響

通常工程項目所在地區的地形、地質、地貌對公路的線路走向、線形設計和道路類型的確定有著很大的相關性。同賽高速公路所處山區地形坡度大,地勢高低起伏。在這種地區,路線在平、縱、橫三個方面受到了較多的限制[4]。因此,在公路選線時,首先要了解清楚道路沿線水文地質、地貌等特點,根據路線的總體走向主要工程控制點和布局,進行多方案比選。

路域的地質現象不僅包括液化土、鹽漬土、軟土、采空區、巖溶等平原區的常見現象,還包括巖堆、碎落、滑塌、泥石流等特殊的不良地質現象。通常,這些不利的工程地質和水文地質條件,會對道路的穩定性、安全性、經濟性產生非常不利的影響,尤其在一些地質不良地區,比如淤泥沼澤地、濕陷性黃土、溶洞、地下水豐富地區,在決定路線走向及橋隧布局方面都要重點考慮到這些不良地質條件。此外,在進行路線設計時,對其前置工作巖土勘察勘探要盡量詳盡,設計人員要依此切實掌握巖石的種類進行圍巖分級,而且要對巖層走向和傾斜度有一定預判,據此設計相應的支護措施以治理不良地質帶來的隱患[5]。

3.2 地標物對公路選線的影響

地標物是社會環境的一個總稱,主要包括房屋、城市規劃區、耕地、文物和水域等。修建公路必然要占領一定的土地資源,而土地資源作為最基本的自然資源之一,是人們賴以生存的基礎。公路布線應適當處理同各種地物之間的關系,要合理利用有限的土壤資源。一般在選線時必須對紅線內的林草地、需拆遷的房屋建筑、地下管線設施、河流狀況、人文景觀等資源的使用狀況和相關規劃進行調查、分析、評價,然后在取得相關主管部門批示文件的基礎上,邀請相關業內專家論證,最終確定路線線位。

3.3 植被對山區高速公路選線的影響

同賽高速路域境內植被稀少而且珍貴,對生態起到保護作用,公路選線對它的影響主要在于所選定的路線,公路修建占用植被資源,造成植被生物量損失。同時,對野生動植物及其棲息地也產生影響,以及加劇水土流失侵蝕強度,遭到破壞后將很難再恢復。因此,對于高原峽谷區植被非常珍貴的地區,一般采用最小環境成本法來確定線路方案,以此來限制公路建設對植被的破壞程度[6]。

4 基于AHP確定選線制約因素

4.1 建立層次結構模型

根據層次分析法原理和結構模型建立的步驟、方法,針對研究內容建立綠色公路選線模型。如圖1所示,其中最高層綠色公路選線是待定的決策,最低層中所列出的高程、坡度、地標物、地質是在公路選線決策時的備選方案,中間層中所列的設計指標、經濟合理、綠色環保、社會意義是綠色公路選線時所考慮和決策的準則。圖中高層為目標層,最低層為因素層。

圖1 綠色公路選線層次結構模型

4.2 構造判斷矩陣

在綠色公路選線的結構模型中確定各個不同因素的權重時,不能僅僅依靠一些表觀的、定性的結論,這類結論對決策結果的輸出影響較小。一般采用矩陣法對各個因素進行相互比較,并按其重要性程度評定等級[7]。

根據上述原理,建立綠色公路選線制約因素重要性量化值一覽表,初步形成判斷矩陣。

4.3 層次單排序及其一致性檢驗

對應于判斷矩陣最大特征根λmax的特征向量,經歸一化(使向量中各元素之和等于1)后記為W[8]。W的元素為同一層次因素對于上一層次因素某因素相對重要性的排序權值,這一過程稱為層次單排序[8]。其中,n階一致矩陣的唯一非零特征根為n;n階正互反陣A的最大特征根λ≥n, 當且僅當λ=n時,A為一致矩陣[8]。

一致性指標用EI表示,EI越小,說明一致性越大。

EI=(λ-n)/(n-1)

(1)

EI=0,有完全的一致性;EI接近于0,有滿意的一致性;EI越大,不一致越嚴重。為衡量EI的大小,引入隨機一致性指標FI:

FI=(5EI1+EI2+…In)/n

(2)

其對應關系如下表1—7:

表1 平均隨機一致性指標FI標準值

表3 環境影響判斷矩陣

將EI和表1中的指標FI進行比較,得出檢驗系數EF:

EF=EI/FI

(3)

在判定時,若ER<0.1 ,即該判斷矩陣通過一致性檢驗,否則就不具有滿意一致性[9]。

5 結論

綜上所述,同賽高速沿線地形復雜、生態環境脆弱、沿線房屋建筑較密集,針對項目路域環境特征,在選線過程中再考慮經濟效益、社會效益、地質安全諸因素的基礎上,正確把握公路選線與技術性、經濟性、社會性、環保性等制約關系,遵循最大程度減少環境破壞和節約成本的原則,對青海地區綠色公路選線決策進行研究。篩選出制約高原峽谷區公路選線因素,選擇了地質、地標物、高程和坡度四個因素作為層次決策基礎,通過層次分析法得出各影響因素的最終權重值,為下一步的選線提供參考依據。在確定公路選線關鍵因素時采用層次分析法具有一定的局限性和主觀性,可以采用更為客觀的科學方法確定因素權重,以減少主觀因素的干擾。