基于AHP和灰色关联评价法的川藏铁路物资保障基地选址决策

李 浩 佘培培 杨莉琼 古 松 刘筱玲

(西南科技大学土木工程与建筑学院 四川绵阳 621010)

高海拔地区的川藏铁路建设面临比平原地区更大的挑战。极端的地理环境和气候特征、脆弱的路网结构和生态资源保护等难题严重影响物资调度效率，为了保障川藏铁路各施工站房和部分重难点控制性工程的建设进度，物资保障基地的选址决策尤为重要。

目前，关于施工物资基地选址决策的研究大部分集中在一般性工程，对于类似川藏铁路的极端工程研究较少。张锦等[1]针对川藏铁路甲供物资基地选址问题，从决策者心理角度提出基于改进前景理论的直觉模糊多属性决策方法，得到不同决策偏好下的最优选址方案排序。张超等[2]针对特长隧道工程物资需求研究物资储备基地选址。郭建宁等[3]综合考虑物资需求、材料分布、材料来源、物资运输通道建设期适应性等因素提出物资基地选址应与车站货场、站前广场等永临结合。以上研究未从战略角度统筹考虑全线(不考虑已通车的成雅段)站房和川藏铁路的部分重难点控制性工程建设物资保障基地选址问题。本文提出一种基于层次分析法和灰色关联评价法的物资保障基地选址决策模型，综合考虑影响物资保障基地选址因素，并通过实证研究完成选址决策，提高物资基地选址的合理性和科学性，为铁路物资保障基地选址提供决策依据。

1 基于AHP和灰色关联评价法的物资保障基地选址决策

1.1 物资保障基地选址流程

高原地区铁路施工资源物资基地选址应与高原地区特有环境条件、既有路网结构相协调，并且要考虑其服务的可持续性及建设的经济性。具体选址决策流程如图1所示。

图1 物资保障基地选址决策流程Fig.1 Decision process of determining the location of material support bases

1.2 物资保障基地选址评价方法

系统评价常用的定量方法[4]有层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)、模糊综合评价法、灰色关联评价法、熵权法(TOPSIS)、数据包络分析(DEA)等。但针对多方案选择时单一的评价方法容易由于经验主义而失效，降低决策的可靠性，同时也会因为个人主观判断影响评价结果。因此，本文选择基于AHP法和灰色评价法的综合评价方法[5-6]。一方面可充分发挥AHP法量化指标权重的优势，又可以利用灰色关联分析法实现各项指标的内在联系，提高评价的科学性和精确性。具体物资保障基地选址求解流程如图2所示。

图2 物资保障基地选址求解流程Fig.2 Solving process of determining the location of material support bases

1.3 构建评价指标体系

路网结构、环境特征、服务能力及建设选址是物资基地选择时考虑的主要因素[1-3,9]。本文基于文献调研，归纳总结了学者们在相关研究中确定的主要评价指标，如图3所示(图中比例指参考文献中涉及相关指标的引用频次所占比例)。对川藏铁路参建单位中铁、中交等施工企业的项目经理、项目总工、材料采购人员进行问卷调查，综合分析后确定4个维度12项指标[21]，具体见表1。

表1 物资保障基地选址标准Table 1 Site selection standards of material support bases

图3 文献[1,3,7-20]基地选址标准归纳Fig.3 Summary of site selection criteria

2 基于川藏铁路的实证研究

2.1 川藏铁路工程概况与物资基地初选

川藏铁路东起成都西站、西至拉萨，途经蒲江、雅安、泸定、康定、理塘、昌都、波密、林芝、泽当、拉萨等地区，采取分段式建设(成雅段、雅林段、拉林段)。其中，成雅段已经修建完毕通车；雅安至林芝段总长1 011 km，全线建26座车站；拉萨至林芝段沿雅鲁藏布江而下，全程435 km，共计47座隧道，如图4所示。为了解西藏地区施工资源调度对项目带来的影响，解决施工企业项目管理中资源配置不足、调度效率低下等问题，本文用问卷调查方法得到施工资源主要采购点位置，如图5所示。

图4 川藏铁路部分站房Fig.4 Some stations of Sichuan-Tibet Railway

图5 川藏铁路周边路网结构、施工资源采购城市Fig.5 Procurement cities of road network structure and construction resources around Sichuan-Tibet Railway

从拟建站房规模大小、站房所属区域城市规模、施工资源采购可获得性考虑物资备选地址，考虑从拉林段、雅林段拟建站房途经城市中选取。从道路通行能力、环境影响、建设成本、配送能力等因素考虑，初选结果为拉萨、贡嘎、泽当、郎县、林芝、波密、邦达、昌都、江达、白玉、理塘、康定和雅安共计13个地点。综合考虑成本控制、物资保障基地服务能力、覆盖范围和调度距离等因素并结合专家建议拟在全线(不考虑已通车的成雅段)建立4个施工资源物资保障基地，近期可服务于川藏铁路各施工站房的施工物资调度，后期可服务于川藏地区其他工程项目。

2.2 确定评价指标权重

根据川藏铁路拉林段、雅林段的施工资源物资保障基地备选点，结合道路服务水平、交通运输条件、公路层级、选址社会环境、气候条件、地质灾害、服务站房数量、资源配送能力、场地成本、选址规模、建设工期和建设成本12项指标建立评价模型，通过层次分析法和灰色关联评价法进行川藏铁路施工物资保障基地的选址。

2.2.1 计算影响因素的权重

根据1.3节所构建的物资保障基地选址评价指标，结合参与川藏铁路相关工程的从业人员及相关领域专家打分，计算各位专家打分的平均值，从而构建出施工资源物资保障基地选址评价的各级指标的判断矩阵及各选址评价指标之间的相对判断矩阵，最后通过计算得出一致性检验参数值和各选址决策指标权重。

(1)一级评价指标层判断矩阵如表2所示。

表2 一级评价指标层判断矩阵Table 2 Judgment matrix of level 1 evaluation index layer

λmax=4.1537，CI=0.0534，CR=0.0534。λmax是最大特征值；CI是一致性指标；CR是一致性检验判别式；W为指标权重。

(2)二级评价指标层B1-B12判断矩阵方法和一级评价指标层一样，根据专家打分算出权重。二级评价指标层权重如表3所示。物资保障基地选址评价模型中因素层各项指标的权重如表4所示。

表3 二级评价指标层权重Table 3 Weight of secondary evaluation index layer

表4 物资保障基地选址评价指标权重Table 4 Evaluation index weight of material support base site selection

2.2.2 计算灰色关联度

Step 1：通过专家打分构建原始评价样本矩阵。

Step 2：对原始评价矩阵进行无量纲化处理，确定参考数列，并通过计算得出所需的极大值和极小值，通过取绝对值，进一步组成差值序列矩阵。

Step 3：计算灰色关联系数矩阵，将求得的系数组成矩阵。

Step 4：结合AHP法算出权重，计算各指标的加权灰色关联度，具体如表5所示。

表5 物资保障基地备选点加权灰色关联度Table 5 Weighted grey correlation degree of alternative points of material support base

加权灰色关联度越大，地点越优。根据加权灰色关联度大小排序选择拉萨、林芝、昌都、雅安建立川藏铁路(未完工标段)施工资源物资基地，服务于附近各站房和部分重难点控制性工程建设。通过实地调研川藏铁路沿线城市的路网结构、环境特征以及基地建设条件验证了该结论的有效性。其中，拉萨和林芝可主要服务于拉林段，林芝、昌都和雅安可主要服务于林雅段。

3 结论

本文针对极端环境条件下的川藏铁路施工资源调度难题，提出了基于层次分析和灰色关联评价的物资保障基地选址决策方法。主要结论如下：(1)综合考虑道路通行能力、环境影响、建设成本及配送能力对物资基地选址决策的影响，构建了4个维度12项评价指标体系。(2)针对川藏铁路沿线各站房工程施工物资调度需求，基于文中方法得出了加权灰色关联度排序，拟在拉萨、林芝、昌都、雅安建立施工资源物资保障基地。通过实证研究验证了评价指标体系及方法的科学有效性。