地铁站与市政桥隧合建模式多方案决策研究

2020-12-11贺昌全

工程技术研究 2020年20期

胡霞，贺昌全

（1.广州地铁设计研究院股份有限公司成都分公司，四川成都 610041；2.西南交通大学建筑与设计学院，四川成都610041）

在一体化建设的实际工程中，涉及两线换乘的地铁站与市政桥、隧道合建，当限制条件较多时，决策各方案往往依靠主观经验在成本、功能和各部分关系等方面做出综合判断。这种决策判断具有较强的主观性，也存在较高的风险。目前，对于多方案的优选许多学者做了许多探索：孔凡国[1]对模糊神经网络在多方案优选的应用做了研究；雷刚等[2]探讨了AHP法在地铁隧道工程中的应用；颉栋栋等[3]将AHP法与TOPSIS法结合建立新模型并对铁路物流中心设计方案进行比选；杨振兴等[4]讨论了功效系数法在TBM选型定量化决策中的应用。然而，对地铁车站与市政桥隧的多方案决策还缺少功能与成本的体系考量。对此，文章尝试采用价值工程法建立地铁车站与市政桥隧一体化设计的多方案辅助决策模型，并初步探讨其应用，旨在为一体化设计的多方案定量辅助决策提供参考。

1 研究对象

本研究以成都市4号线与7号线换乘的文化宫站为例。经前期分析，在站台组合型式上优先选择岛-岛站台组合型式，桥站关系方面推荐选择桥侧方案，隧站关系方面推荐选择隧下方案，换乘站型式方面推荐T型方案；在选择整合厅还是分离厅方面，由于两者成本差异较大，可作为比较方案分析，分别为桥侧隧下T型岛-岛整合厅（方案一）和桥侧隧下T型岛-岛分离厅（方案二）两个方案，均采用地下3层结构。

1.1 方案简介

（1）桥侧隧下T型岛-岛整合厅（方案一）。该方案采用桥侧隧下T型岛-岛整合厅（见图1），技术上将埋深增加到约2.8m使站厅层不被隧道分割。其中，将4号线的站厅层安置于地下一层；将地下二层分别配置为4号线的站台层以及7号线的设备层；将7号线的站台层安置于地下三层。（2）桥侧隧下T型岛-岛分离厅（方案二）。该方案采用桥侧隧下T型岛-岛分离厅（见图2），不同于方案一采用增加埋深的处理手法，而是将隧道地下一层分割为东、西两个厅；两厅均设有到达7号线站厅层的电梯，并在西厅外挂部分空间配置设备管理用房。地下二、三层与方案一相比，地下二层的管理用房面积减少，同时增加人行交通面积来组织被隧道隔断的交通空间。地下三层为7号线站台层，布局与方案一相同。

图1 文化宫站厅层平面图（方案一）

图2 文化宫站厅层平面图（方案二）

2 研究方法及过程

2.1 研究方法简介

本研究采用价值工程法（Value Engineering,VE）进行研究，也称价值分析（Value Analysis,VA），是指以产品或作业的功能分析为核心，以提高产品或作业的价值为目的，力求以最低生命周期成本实现产品或作业使用所要求的必要功能的一项有组织的创造性活动[5]（见图3）。价值工程涉及价值、功能和全生命周期成本（Life Cycle Cost,LCC）三个基本要素[6]。

图3 价值工程法中功能与成本关系

一般来说，价值工程理论以数学式表达为：

式中：V为value，被定义为价值系数；F为function，被定义为功能重要性系数；C为cost，被定义为全生命周期成本系数。

价值工程的目的是从经济与技术两方面同时对方案进行改进与创新，以得到最优解。

2.2 价值工程模型建立

（1）建立功能指标体系。①确定功能指标。功能分析作为价值工程法的核心内容，通过层次分析法从市政桥隧与地铁车站一体化设计方案的主要功能、辅助功能、管理难度、与周边关系等方面确定了本体功能性指标B（Body Function）、附属功能性指标A（Attached Function）、衍生功能性指标D（Derivative Function）3个一级指标，又在一级指标下分别建立了若干二级指标（见表1），从而展开功能指标体系研究。

表1 方案一、二功能系数评价表

本体功能性指标B。本体功能性指标主要是衡量一体化设计方案的交通功能。由于市政桥隧、地铁车站和城市地面交通存在空间隔离，故本研究将本体功能性指标聚焦于地铁站的内部交通功能，定义通畅性、便捷性、顺畅性3个二级指标对换乘车站与市政桥、隧道的一体化设计方案进行定性、定量评价。

附属功能性指标A。附属功能性指标是采用问卷调查和专家打分形式获取指标值的主观性正相关指标，分别定义过街功能、车站管理难度、设备设施管理难度、车站空间一体化度及站外附属设施一体化度5个二级指标对一体化设计方案进行评价，指标值越高则表明各附属功能越好。

衍生功能性指标D。衍生功能性指标主要针对地铁换乘站与市政桥、隧道一体化合建方案中利用富余空间实现的开发物业价值和提高周边开发物业的衔接度，主要包括开发物业价值和周边物业开发衔接度。指标数值越高表明衍生功能越好。

②确定各指标权重。由于在一体化设计方案中各功能指标的重要性程度存在一定的差异性，需要为各个功能指标赋予可以衡量其重要程度的权重。采用强制确定法[7-8]（0～4法）对各个指标进行评分，同时根据某项评价指标重要性得分与所有评价指标重要性得分的比值，计算出各个评价指标的重要性系数及权重系数。

③计算功能系数。根据建立的功能指标体系，给每个方案的各个指标打分（1～10分）。其中量化的指标需维持其打分之间的比值与量化数值间的比值保持不变；对于主观打分项，可以根据专业经验来打分。

（2）建立全生命周期成本指标体系。①建立成本指标体系。将决策设计阶段和施工建设归纳为建设阶段，建立两级指标体系。其中建设阶段和回收阶段的费用一般可以直接折现，而维护阶段的费用因为其构成的多样与持续的时间较长，所以要单独计算。

建设阶段成本C1。通过对各因素研究分析，将施工建设阶段成本归纳为5个二级指标。主要包括决策研究成本、设计阶段成本、建安成本以及预留成本及设备成本。其中，决策研究成本是指建设项目决策阶段的成本，包括项目策划、信息收集、市场调查、方案优选、资金筹措、土地获取和可行性研究等所花费的成本；设计阶段成本包括勘察成本、设计成本等，设计质量直接影响地铁车站的成本和效益。施工建设阶段成本对建设项目后续运营维护阶段的成本具有显著影响。

维护阶段成本C2。市政桥隧和地铁车站合建项目维护阶段成本主要体现在地铁车站的运营管理成本上，包括人力成本、动力成本、维修成本、折旧成本、税金成本及其他成本共计6个二级指标。由于运营维护成本控制是一个动态预测且时效性漫长的过程，因此影响因素众多，不同的管理模式甚至通货膨胀因素都会带来成本控制的差异。

回收阶段成本C3。报废回收成本是项目报废处理和再生的成本，使用不同的回收和报废方法会产生不同额度的成本，同时也会对环境和社会产生不同的影响。

②计算成本系数。成本指标中的建设成本与回收成本一般都可以直接折现计算。在计算维护阶段成本方面，根据王苹等[9]的研究，针对地铁运营作业的特点，采用基于作业成本的参考算法进行计算（见表2）。

（3）辅助决策分析。从方案分析来看，方案一采用整合厅模式，相较于分离厅而言，功能更优。但在成本方面，方案二由于埋深较深，工程建设投资更高，比方案一多投入1583万元；从全生命周期的运营阶段来看，方案一由于是整合厅，相较于方案二的分离厅，在人力投入以及管理难度方面，按50年运营周期算，方案一的运营费用比方案二节省2492万元；从全生命周期来看，方案一的成本比方案二少999万。因此总体来看，方案一的价值系数是1.14，优于方案二的0.87，建议推荐方案一（见表3）。