基于AHP的绿色公路选线制约因素权重研究

魏 珍

(青海省交通建设管理有限公司 西宁 810000)

1 工程概况

G0611张掖至汶川高速公路同仁至赛尔龙段(以下简称本项目)是目前青海省全力打造的重点绿色品质工程项目,项目沿线自然景观丰富度极高,草原、雪山、彩林交相辉映,且地域文化多样,民族文化、自然风光相得益彰。基于“绿色公路”“交旅融合”背景,在项目建设中需解决遇河架桥、逢山开路或修建隧道等功能性做法与生态景观之间的矛盾以及典型节点的景观营造,同时建设中需采用路域生态护坡建植,减少生态破坏。

2 绿色公路的概念

绿色公路是指以环境保护、节约资源和可持续发展为目标的公路建设,绿色公路是绿色交通整体中的一部分,更是整个社会可持续发展中重要的一环。绿色公路不是一个单项的任务,也不是一条公路就能完成的任务,是基于未来发展的整体交通系统的任务。

2016年交通运输部印发《关于实施绿色公路建设的指导意见》,明确了绿色公路的发展思路和建设目标,要求在设计、建设中做到更加低碳、更加环保,同时绿色公路是公路建设转型升级的必要趋势[1]。有别于常规公路,绿色公路在建设过程中有较为鲜明的特点:

(1)针对环保和绿色等作专项设计。一般公路项目建设程序包括工可、设计、建设、运营、养护全过程。绿色公路建设主要从源头抓起,在工可和设计阶段就融入绿色公路的理念和思想,作专项绿色设计,而不仅仅是施工阶段才做一些简单的生态修复或者绿化美化措施。

(2)生态保护贯穿公路的全寿命周期。设计阶段,在项目总体设计时提前考虑环保选线,提前避让自然保护区、水源地等特殊的生态敏感区;施工阶段,推行标准化施工,有效提升施工质量;运营阶段,将公路运营和维护。统一纳入设计和建设中统筹考虑,突出全寿命理念,有效降低公路运营养护成本。

3 绿色公路选线制约因素

路线通常是公路项目的骨架,选线是否合理直接关系到公路在路网中的作用以及公路自身功能是否能够得到很好的发挥[2]。公路选线是公路工程在建设前期非常关键的环节,尤其是青海地区高速公路的选线更为重要,是关系到公路本身的投资成本、运输效率以及公路在整个交通网中能否发挥积极效应的一项关键性工作[3]。

按照公路选线的要求,分析依托工程同赛高速的路线布设区域,分析整理影响公路选线的重要因素,并对此采用相应的数学方法进行建模、分析和计算。选择影响公路选线的因素时主要从以下方面进行考虑:

3.1 地形、地质对山区高速公路选线的影响

通常工程项目所在地区的地形、地质、地貌对公路的线路走向、线形设计和道路类型的确定有着很大的相关性。同赛高速公路所处山区地形坡度大,地势高低起伏。在这种地区,路线在平、纵、横三个方面受到了较多的限制[4]。因此,在公路选线时,首先要了解清楚道路沿线水文地质、地貌等特点,根据路线的总体走向主要工程控制点和布局,进行多方案比选。

路域的地质现象不仅包括液化土、盐渍土、软土、采空区、岩溶等平原区的常见现象,还包括岩堆、碎落、滑塌、泥石流等特殊的不良地质现象。通常,这些不利的工程地质和水文地质条件,会对道路的稳定性、安全性、经济性产生非常不利的影响,尤其在一些地质不良地区,比如淤泥沼泽地、湿陷性黄土、溶洞、地下水丰富地区,在决定路线走向及桥隧布局方面都要重点考虑到这些不良地质条件。此外,在进行路线设计时,对其前置工作岩土勘察勘探要尽量详尽,设计人员要依此切实掌握岩石的种类进行围岩分级,而且要对岩层走向和倾斜度有一定预判,据此设计相应的支护措施以治理不良地质带来的隐患[5]。

3.2 地标物对公路选线的影响

地标物是社会环境的一个总称,主要包括房屋、城市规划区、耕地、文物和水域等。修建公路必然要占领一定的土地资源,而土地资源作为最基本的自然资源之一,是人们赖以生存的基础。公路布线应适当处理同各种地物之间的关系,要合理利用有限的土壤资源。一般在选线时必须对红线内的林草地、需拆迁的房屋建筑、地下管线设施、河流状况、人文景观等资源的使用状况和相关规划进行调查、分析、评价,然后在取得相关主管部门批示文件的基础上,邀请相关业内专家论证,最终确定路线线位。

3.3 植被对山区高速公路选线的影响

同赛高速路域境内植被稀少而且珍贵,对生态起到保护作用,公路选线对它的影响主要在于所选定的路线,公路修建占用植被资源,造成植被生物量损失。同时,对野生动植物及其栖息地也产生影响,以及加剧水土流失侵蚀强度,遭到破坏后将很难再恢复。因此,对于高原峡谷区植被非常珍贵的地区,一般采用最小环境成本法来确定线路方案,以此来限制公路建设对植被的破坏程度[6]。

4 基于AHP确定选线制约因素

4.1 建立层次结构模型

根据层次分析法原理和结构模型建立的步骤、方法,针对研究内容建立绿色公路选线模型。如图1所示,其中最高层绿色公路选线是待定的决策,最低层中所列出的高程、坡度、地标物、地质是在公路选线决策时的备选方案,中间层中所列的设计指标、经济合理、绿色环保、社会意义是绿色公路选线时所考虑和决策的准则。图中高层为目标层,最低层为因素层。

图1 绿色公路选线层次结构模型

4.2 构造判断矩阵

在绿色公路选线的结构模型中确定各个不同因素的权重时,不能仅仅依靠一些表观的、定性的结论,这类结论对决策结果的输出影响较小。一般采用矩阵法对各个因素进行相互比较,并按其重要性程度评定等级[7]。

根据上述原理,建立绿色公路选线制约因素重要性量化值一览表,初步形成判断矩阵。

4.3 层次单排序及其一致性检验

对应于判断矩阵最大特征根λmax的特征向量,经归一化(使向量中各元素之和等于1)后记为W[8]。W的元素为同一层次因素对于上一层次因素某因素相对重要性的排序权值,这一过程称为层次单排序[8]。其中,n阶一致矩阵的唯一非零特征根为n;n阶正互反阵A的最大特征根λ≥n, 当且仅当λ=n时,A为一致矩阵[8]。

一致性指标用EI表示,EI越小,说明一致性越大。

EI=(λ-n)/(n-1)

(1)

EI=0,有完全的一致性;EI接近于0,有满意的一致性;EI越大,不一致越严重。为衡量EI的大小,引入随机一致性指标FI:

FI=(5EI1+EI2+…In)/n

(2)

其对应关系如下表1—7:

表1 平均随机一致性指标FI标准值

表3 环境影响判断矩阵

将EI和表1中的指标FI进行比较,得出检验系数EF:

EF=EI/FI

(3)

在判定时,若ER<0.1 ,即该判断矩阵通过一致性检验,否则就不具有满意一致性[9]。

5 结论

综上所述,同赛高速沿线地形复杂、生态环境脆弱、沿线房屋建筑较密集,针对项目路域环境特征,在选线过程中再考虑经济效益、社会效益、地质安全诸因素的基础上,正确把握公路选线与技术性、经济性、社会性、环保性等制约关系,遵循最大程度减少环境破坏和节约成本的原则,对青海地区绿色公路选线决策进行研究。筛选出制约高原峡谷区公路选线因素,选择了地质、地标物、高程和坡度四个因素作为层次决策基础,通过层次分析法得出各影响因素的最终权重值,为下一步的选线提供参考依据。在确定公路选线关键因素时采用层次分析法具有一定的局限性和主观性,可以采用更为客观的科学方法确定因素权重,以减少主观因素的干扰。