铁路绿色施工节地与土地资源保护措施评价

刘鹏举,鲍学英,赵延龙,王起才

(兰州交通大学土木工程学院,兰州 730070)

土地资源是人类生存弥足珍贵的自然资源，是任何物质生产都不可替代的，是人类生存必须的物质条件。铁路在建设施工期会占用大量的土地，为了减少铁路施工对土地资源的占用，保护和合理利用土地，在铁路施工中节约用地与土地资源保护受到了越来越多的关注。铁路施工阶段对土地资源的占用主要包括生产区施工大型临时设施占地、生活区小型临时设施占地、取弃土(石、渣)场用地以及铁路永久性工程占地，而在施工阶段能够节约的土地范围主要是各种临时设施占地以及取弃土(石、渣)场用地。

铁路节约用地与土地资源保护(以下简称“节地”)是绿色铁路的核心“四节一环保”(即节地、节水、节能、节材以及环境保护)中很重要的一部分内容。目前绿色铁路的研究成果还比较少，并且铁路建设工程专业性强，技术因素复杂[1]，其施工具有一定的特殊性，要对绿色铁路进行研究可以借鉴绿色施工相对比较成熟的建筑工程进行研究，并在建筑工程绿色施工节地的基础上，考虑铁路自身的特点，建立一套适合铁路绿色施工节地措施的评价体系，然后构建铁路绿色施工节地措施等级评价模型，对铁路绿色施工节地的影响因素进行研究，找出非绿色因素，这样就可以提高铁路绿色水平，达到节约与保护土地资源的目的，这对国家建设资源节约型环境友好型社会的实现具有重大意义。

1 铁路绿色施工节地评价指标体系构建

《建筑工程绿色施工评价标准》[2]将绿色施工节地与土地资源保护评价指标分为控制项、一般项和优选项，其中一般项主要从节约用地和保护用地两方面考虑。《住建部绿色施工科技示范工程技术指标》把节地与施工用地保护指标分为施工用地指标、施工用地保护、施工总平面布置。根据铁路施工特点、借鉴建筑工程相关绿色施工节地评价指标、标准和部分铁路绿色施工期刊论文[3-5]，以及西南交通大学相关专家撰写的《绿色铁路理论及评价》[6]，从临时用地节约、施工平面布置、临时水土保持措施和永久水土保持措施四方面，利用问卷调查法、目标分解法，构建了施工阶段绿色铁路节地措施评价指标体系，如表1所示，指标共分目标层、准则层、方案层三层。

2 评价指标体系权重的确定

由于施工阶段节地的相关指标比较多，为了更容易地对不同的评价指标进行区分，必须对不同的指标赋予不同的权重。在确定指标权重的方法中，有基于客观数据的客观权重法，有依据专家主观意见的主观权重法[7]，但是二者在确定权重时均有一定的不足。这里选择三角模糊数层次分析法主要原因如下：三角模糊数层次分析法是对层次分析的改进提高[8]，层次分析法一般不会将人们判断时的模糊性考虑到判断矩阵的构造之中，其判断区间一般都是间断的，所以其反映的客观事实不够充分，并且层次分析法需要一致性检验，这使得计算变得很复杂，而如果把三角模糊矩阵的思想引入到层次分析法判断矩阵的构造之中，就可以把专家个人判断的模糊性考虑在内，而且使得判断矩阵的构造更加合理，同时又避免了一致性检验，所以，三角模糊数层次分析法能够使权重计算结果更准确，更便于在实际之中应用[9]。

在应用三角模糊数层次分析法确定权重时，首先要做的就是向铁路绿色施工领域的专家发放调查问卷，然后收集数据，整理得到各级指标的三角模糊判断矩阵，并对各专家得出的判断矩阵求平均值，得到各指标的综合判断矩阵，然后计算各评价指标的综合重要程度值，最后对各综合重要程度值进行归一化处理，得到各级评价指标所占权重值，并通过逐级相乘求得评价指标的总权重Wi[10]。由于篇幅所限，三角模糊数层次分析法的详细计算过程可参照《基于三角模糊数层次分析法的武器系统效能评估研究》[11]。最终，影响铁路绿色施工节地各指标的权重见表1。

3 灰色聚类法评价模型的构建

3.1 灰色聚类法选择依据

由表1可以看出，铁路施工阶段与节地有关的因素很多，这些影响因素对铁路绿色施工节地的影响程度究竟多大是未知的，属于灰色研究的范畴，因此需要选择灰色理论对铁路绿色施工的节地等级进行评价。在灰色理论中灰色聚类法主要应用于评价，因此选择灰色聚类法作为铁路绿色施工节地措施等级评价的方法。所谓灰色聚类法就是将聚类对象对于不同聚类指标所拥有的白化权数按几个灰类进行归纳，从而判断聚类对象属于哪一个灰类，确定对象等级[12-14]。

表1 铁路绿色施工节地与土地资源保护评价指标及指标权重

3.2 灰色聚类法评价的具体步骤

3.2.1 划分绿色度评价等级

参照《绿色铁路理论及评价》[6]，可以将铁路施工阶段节地的评价指标按绿色程度划分为5个等级，分别为深绿色、绿色、准绿色、浅绿色、非绿色，各等级对应的分数分别为5分、4分、3分、2分、1分，然后邀请对铁路绿色施工节地有丰富经验的专家，根据现场实际情况，按照这5个等级进行打分。

3.2.2 构建灰色矩阵

抽取s个专家对某项目U各节地指标进行评价，以指标Uij的评分等级为标准进行打分，第t个专家对评价指标Uij给出的评分记作Uijt，得到评价样本的矩阵为

(1)

式中Uijt——第t个专家对评价指标Uij的打分；

m——一级指标的数量；

n——一级指标下的二级指标的数量；

s——专家人数。

3.2.3 构造白化权函数

由于评价标准分为深绿色、绿色、准绿色、浅绿色、非绿色5个等级，因此，对应将评价灰类设为5个，设各灰类等级值化向量为Y=(Y1，Y2，Y3，Y4，Y5)=(5，4，3，2，1)，对应的白化权函数如表2所示。

3.2.4 计算灰色评价系数

(2)

xij为各评价指标灰类的总灰色评价系数，则有

表2 各灰类等级对应的白化权函数

(3)

3.2.5 确定指标的灰色评价权

(4)

(5)

Bi代表方案层对应的上层准则层Ui做综合评价之后所得结果，则有

(6)

R=(B1，B2，B3，B4，B5)T

(7)

评价结果记为B=WR=(b1，b2，b3，b4，b5)，其中W是准则层权重向量。

最终，根据最大隶属度原则确定评判结果[15]，即评价结果的节地绿色等级就是综合评价向量B中所有元素的最大值所在的灰类等级。

4 实证研究

兰中城铁即兰州至中川机场的城际铁路，线路全长63.136 km，全线共设兰州西站、陈官营、福利区、西固、兰州新区和中川机场6个车站，于2015年9月30日正式运营。该线路在施工期间，合理布设施工平面，施工临时设施和施工便道布置遵循永临结合原则，制定了合理的水土保持措施保护铁路沿线周边土地资源，节约了不少临时性用地。现选取参与施工及研究绿色铁路的单位共计5家，其中施工单位2家，设计单位1家，建设单位1家，咨询单位1家。从这5家单位中选出5名专家，这5位专家中有1位从事铁道专业、1位从事桥梁隧道工程专业，1位从事结构工程专业、1位从事岩土工程专业、1位从事工程管理专业，5位专家均有高级工程师及以上职称，且从事绿色铁路工作设计、施工或建造工作均超过8年，有3位专家拥有征地拆迁相关工作经验超过10年。由选中的5位专家对兰中铁路施工阶段绿色铁路节地的三级指标进行打分，分数依次为5分、4分、3分、2分、1分，分别对应绿色等级为深绿色、绿色、准绿色、浅绿色和非绿色，然后对每个单位所得分数进行加权平均，共得到5组数据，见表3。

表3 专家对节地各项指标的打分汇总

该项目在进行评价时样本中共有4个二级指标，14个三级指标，由表4中各专家的打分可得到该项目评价样本矩阵如下

根据评价样本矩阵，在表3中找到各指标对应灰类等级的白化权，利用公式(2)、公式(3)求出各级指标对应的总灰类评价系数，最后利用公式(4)和公式(5)可计算得到各准则层指标的评价矩阵如表4所示。

表4 准则层各指标矩阵

对二级指标各指标做综合评价，得

同上，利用公式(6)可分别得到B2、B3、B4，由以上矩阵组成矩阵R如下。

则该项目绿色铁路施工阶段节地的总体评价结果为

由于max{B}=0.308，由最大隶属度原则可得，兰中城际铁路绿色施工节地与土地资源保护方面总体的评价等级为“准绿色”，同时也可得到工程绿色施工节地的综合得分为2.855，取整得3，对应的评价等级为“准绿色”，具体计算过程如下

T=B×YT=

5 结论

(1)通过总结前人对绿色铁路节地的研究成果，借鉴相关绿色施工规范并结合铁路施工特点，从临时用地节约、施工平面布置、临时水土保持措施、永久水土保持措施4个方面，构建了一套完整的铁路绿色施工节地的措施评价指标体系。

(2)将铁路节地的绿色施工等级划分为5个等级深绿色、绿色、准绿色、浅绿色、非绿色，首先能够较容易地对铁路绿色施工节地的综合绿色度进行评价，其次还有利于对施工阶段节地的各项指标的绿色度进行区分，找出浅绿色和非绿色的指标对其绿色程度进行改善，进而提高项目节地的整体绿色等级。

(3)通过运用兰中城际铁路这一实例进行论证，证明了运用三角模糊层次法和灰色聚类法相结合对铁路绿色施工节地措施进行评价是完全可行的，为铁路绿色施工节地措施评价提供了一个科学合理的评价方法。

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