节材视角下山区铁路与材料资源协调发展研究.pdf

第 20 卷 第 11 期2023 年 11 月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and EngineeringVolume 20 Number 11November 2023节材视角下山区铁路与材料资源协调发展研究鲍学英，肖岚月，万炳彤，李亚娟，郭海东(兰州交通大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730070)摘要：建筑材料作为山区铁路工程建设的必要资源之一，对山区铁路建设存在支持与约束的双重作用。为了节约山区铁路工程建设材料，促进山区铁路工程与材料资源协调发展，基于耦合协调模型与障碍诊断模型量化分析山区铁路工程与材料资源之间的协调关系并识别其主要障碍因子。首先，基于隧道、桥梁、路基和站场4个节材关键专业，分析山区铁路工程与材料资源之间的交互影响关系。其次，依据交互影响关系，构建山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标体系。再次，引进相对熵进行组合赋权，通过耦合协调度模型量化分析山区铁路工程与材料资源之间的协调程度，并通过障碍诊断模型识别影响山区铁路工程与材料资源协调发展的主要障碍因子。最后，以某山区铁路工程某标段为例进行实例验证。结果表明，该标段山区铁路工程与材料资源处于“初级协调发展”状态，耦合协调度存在较大优化空间，可以重点从喷射混凝土类型、喷射混凝土喷射方式、围岩变形预留、隧道断面超挖、土石方挖填平衡、弃渣资源化利用、废弃混凝土资源化利用、天然砂石料开采以及机制砂使用等9个方面着手，改善山区铁路工程与材料资源的协调状态。研究成果为山区铁路工程与材料资源协调发展评价提供了评判依据，也为提升山区铁路工程与材料资源协调状态明确了改进重点。关键词：山区铁路；材料资源；耦合协调；障碍度中图分类号：U29 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7029（2023）11-4367-10Coordinated development of mountain railways and material resources from perspective of material savingBAO Xueying,XIAO Lanyue,WAN Bingtong,LI Yajuan,GUO Haidong(College of Civil Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)Abstract:As one of the necessary resources for railway construction in mountainous areas,building materials play a dual role of support and restraint in mountain railway construction.In order to save materials for railway engineering construction in mountainous areas,and promote the coordinated development of railway engineering and material resources in mountainous areas.Based on the coupling coordination model and obstacle diagnosis model,the coordination relationship between mountain railway engineering and material resources was quantitatively analyzed,and the main obstacle factors were identified.Firstly,based on the four key disciplines of tunnel,bridge,subgrade and station,the interaction between railway engineering and material resources in 收稿日期：2022-12-01基金项目：中央引导地方科技发展资金资助项目(22ZY1QA005)；国家自然科学基金资助项目(51768034)通信作者：鲍学英(1974)，女，宁夏中卫人，教授，博士，从事绿色铁路及工程管理方面的研究；Email：DOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20222290铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 11月mountainous areas was analyzed.Secondly,according to the interaction relationship,the evaluation index system of coordinated development of mountain railway engineering and material resources was constructed.Thirdly,the relative entropy was introduced for combination weighting,and the coordination degree between mountain railway engineering and material resources was quantitatively analyzed through the coupling coordination degree model.The main obstacle factors affecting the coordinated development of mountain railway engineering and material resources were identified by the obstacle diagnosis model.Taking a certain section of a mountain railway project as an example to verify,the results show that the mountain railway project and material resources in this section are in the“primary coordinated development”state,and there is a large optimization space for the coupling coordination degree.It can focus on 9 aspects such as type of shotcrete,shotcrete spraying method,surrounding rock deformation reservation,tunnel section overbreak,earth and rock excavation and filling balance,waste slag recycling,waste concrete recycling,natural sand and gravel material mining and machine-made sand using,to improve the coordination between railway projects in mountainous areas and material resources.The research results provide the evaluation basis for the coordinated development of mountain railway projects and material resources,and also clarify the improvement focus for improving the coordinated state of mountain railway engineering and material resources.Key words:mountain railways;material resources;coupling coordination;degree of obstacle 近年来，随着我国社会经济的快速发展，生态环境恶化、资源供需矛盾等问题日益凸显。在对资源环境保护和经济发展辩证关系的反思中，绿色意识逐步诞生。在国家层面明确指出，为确保我国经济实现从高速增长阶段向高质量发展阶段的顺利转型，今后一段时期内，将全面贯彻绿色新发展理念。在这一时代背景下，建筑领域率先进行了开创性研究和尝试。目前，第3版绿色建筑评价标准(GB/T 503782019)已经颁布，该标准提出的“四节一环保”理念，对其他工程领域产生了深刻影响。铁路工程作为落实国家战略、保障民生以及增强国际影响力的重要产业，建设与运营过程伴随着大量资源消耗。为顺应绿色发展趋势，国家铁路局先后发布了绿色铁路客站评价标准(TB/T 104292014)、铁路工程环保设计规范(TB 105012016)、铁路工程节能设计规范(TB 100162016)，从中可以发现当前铁路工程领域相关规范标准对“绿色”的考虑主要集中在能源节约和环境保护方面。材料资源作为构成铁路工程实体的基本要素，具有需求基数大、生产加工能耗大等特点。铁路建设以材料资源消耗为前提，受到材料资源支持和约束的双重作用。对于天然材料需根据资源存量计划使用，并寻求替代材料；对于生产材料需对材料使用数量加以控制，达到材料消耗与供应之间的平衡状态。关于铁路工程材料节约，国内外学者开展了一定研究。PONGIGLIONE 等1以铁路客站为研究对象，发现重复利用钢结构能实现至多30%的钢材节约。针对骨料短缺问题，IMTEAZ等2从环境适应的角度，证明了再生塑料替代原骨料的可能性；鲍学英等3指出合理利用机制砂混凝土能有效解决山区铁路天然砂资源短缺的困难。为了节约路基填料，LI等4提出用煤矸石制备路基填料；VUKIEVI等5提出可以使用粉煤灰和矿渣建造铁路工程下部结构。张健6为实现高速铁路主要建设材料的节约，从高性能材料选用、节材型工艺选用、实体性材料降耗等5个方面梳理了具体的节材措施。李雨浓等7综合考虑节材措施本身、经济成本、技术承受力3个方面的因素，对铁路工程节材措施综合效果进行评价。综上，当前学界已经就铁路工程材料节约问题展开了一定程度的研究，多数研究成果着眼于铁路工程某一阶段、某一具体专业或某种具体材料的节约，对铁路工程节材与其建设所用材料资源之间的协调性关注较少。本文将铁路工程与材料资源的协调发展定义为以提升铁路工程节材能力为重点，确保铁路工程对材料资源4368第 11 期鲍学英，等：节材视角下山区铁路与材料资源协调发展研究的使用在材料资源供应能力范围之内，实现铁路工程对材料资源的可持续利用。目前，为了解决西部铁路“留白”问题，我国山区铁路路网迅速扩张，故本文以山区铁路工程为研究对象，拟通过分析山区铁路工程与材料资源之间的交互影响关系，建立山区铁路工程与材料资源系统间的耦合协调模型，并通过障碍诊断模型，识别影响山区铁路工程与材料资源协调发展的主要障碍因子，提出针对性建议，从而推动山区铁路工程与材料资源由低水平协调状态向高水平协调状态发展。1 山区“铁路工程材料资源”交互影响分析1.1关键专业确定山区铁路工程站前站后共有23个专业，材料资源作为构成山区铁路工程的物质基础，与各个专业都存在密切关联。然而，为了确保山区铁路安全可靠，材料资源节约空间有限。事先明确能够实现节材与材料资源综合利用的关键专业，是研究山区铁路工程与材料资源交互影响关系的基础。为此，以某山区铁路工程项目具备5 a以上铁路工作经验的一线设计人员、施工人员为调研对象，通过发放电子调查问卷，确定山区铁路工程各专业与“节材”的关联关系。调研工作总计回收电子问卷30份，经整理与识别得到有效问卷27份。为便于结果分析，将专家意见转化成关联矩阵(样表如表 1所示)。汇总所有关联矩阵的结果，最终确定山区铁路工程各专业中与节材和材料资源综合利用相关程度较高的专业主要有4个，分别是隧道工程、桥梁工程、路基工程以及站场工程。1.2山区铁路工程对材料资源的影响山区铁路工程建设消耗各种建筑材料，其节材能力主要包括材料减量化、材料再循环、材料再利用3个方面。山区铁路工程通过关键专业实现材料节约，有助于缓解材料资源供需压力以及固体废弃物处置压力，下面就各关键专业节材能力对材料资源的影响逐一进行分析。1)隧道工程节材能力对材料资源的影响。山区铁路工程隧道占比高，弃渣作为隧道工程建设的必然产物，具有数量多、处置困难、环境危害大等特点。弃渣资源化是隧道节材能力的重要体现，包括弃渣作填料填筑场地、弃渣作机制砂石配置混凝土、弃渣作路面级配碎石等。混凝土减量化是隧道节材能力的另一体现，包括喷射混凝土减量化以及模筑混凝土减量化2个部分。喷射混凝土作为隧道初期支护的关键材料，理论消耗量是设计量的1.63.8倍。模筑混凝土是隧道二次衬砌的主要材料，其理论消耗量为设计量的 1.041.12倍8。2类混凝土设计量与消耗量之间的数量偏差，创造了较大的节材空间。此外，由于喷射混凝土存在回弹问题，在制备技术和施工工艺的约束下，回弹率约为10%30%，故回弹喷射混凝土回收利用也是隧道节材能力的重要体现。因此，隧道工程节材能力对材料资源的影响主要包括2个方面：一方面，弃渣资源化、废弃混凝土资源化实现了材料资源再循环，提高了固体废弃物的回收利用率；另一方面，喷射混凝土、模筑混凝土的减量化，降低了隧道混凝土的需求量，缓解了砂石料、水泥等材料的供给压力。2)桥梁工程节材能力对材料资源的影响。山区铁路桥梁占比高。桥梁桩基作为桥梁工程的重要组成部分，在混凝土浇筑过程中，常出现损耗率偏大的问题，故桩基混凝土减量化是桥梁工程节材能力的一个方面。根据铁路工程预算定额，钢模板是桥梁工程下部结构建设过程中主要的周转材料，选择节材型模板体系，能提高钢模表1山区铁路工程“节材”关联矩阵样表Table 1Sample table of“Material saving”correlation matrix of mountainous railway engineering专业名称该专业与材料资源节约的关联程度线路路基桥涵隧道通信信号站场电力注：“”表示该专业与材料资源节约关联性较强，“”表示该专业与材料资源节约关联性一般，“”表示该专业与材料资源关联性较弱。4369铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 11月板周转效率，实现模板材料节约。故桥梁工程节材能力对材料资源的影响主要包括 2个方面：其一，通过桩基混凝土减量化降低混凝土消耗，缓解材料供给压力；其二，通过节材型模板的使用需求推动新型模板研发，在缓解钢模板供应压力的同时提高模板使用效率。3)路基工程节材能力对材料资源的影响。为了确保线路平稳，配合隧道桥梁高程，山区铁路路基往往存在高填深挖的需求。因此，路基土石方移挖作填是路基工程节材能力的重要体现。对于路堤而言，可以考虑通过结构设计实现路堤填料减量化。采用其他材料替代路基填料也是路基工程节材能力的重要体现。铁路废弃混凝土具备强度高、抗腐蚀能力强、清洁程度高、来源易追溯等优点，是优质的路基填料替代品。隧道弃渣进行强度筛分后，也能用于填筑路基，在节约路基填料的同时，有效缓解弃渣弃置压力。无论是通过结构设计直接减少路基填料需求，还是通过土石方、废物混凝土以及弃渣对路基填料进行替代，路基工程节材能力都有利于缓解天然砂石骨料以及外购砂石料的供应压力。4)站场工程节材能力对材料资源的影响。站场工程的节材能力主要通过车站体现，合理确定车站高程，实现车站填筑材料减量化是车站主要的节材能力。同时，利用隧道弃渣以及车站挖方替代填筑材料有利于材料资源再循环。因此，车站节材能力通过对填筑材料的节约，缓解了砂石料的供应压力。1.3材料资源对山区铁路工程的影响材料资源是建设山区铁路工程的物质基础，根据材料来源，可以分为自采加工材料以及外购材料。山区由于交通不便，材料运输困难，就地取材是山区铁路建设的首要选择。然而，以天然砂石料为代表的地材作为地方重要资源，存在季节性开采限制，对山区铁路建设形成约束。机制砂作为另一代表性地材，能有效缓解山区天然砂供给压力。强度大于60 MPa隧道洞渣制备成机制砂石后，可以用于生产隧道、桥梁等工程中强度等级为C40及以下的混凝土910。由于我国对建筑领域机制砂使用的严格要求，机制砂受制于自身质量的不稳定性，对天然砂的替代能力有限。外购材料则主要通过供应能力对山区铁路工程建设形成约束。因此，山区铁路工程与材料资源的交互影响关系如图1所示。2 山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标体系基于山区铁路工程与材料资源之间的交互影响关系分析，同时参考绿色铁路客站评价标准(TB/T 104292014)、铁路工程预算定额路基工程册、桥涵工程册、隧道工程册、站场工程册，在充分考虑山区铁路用材特征的基础上，将山区图1山区铁路工程材料资源交互影响关系图Fig.1Relationship diagram of interaction between mountainous railway engineering and material resources4370第 11 期鲍学英，等：节材视角下山区铁路与材料资源协调发展研究铁路工程系统分为隧道工程子系统、桥梁工程子系统、路基工程子系统以及站场工程子系统，共4个子系统。将材料资源系统分为自采加工材料和外购材料2个子系统，构建山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标体系，如图2所示。3 研究方法3.1G1熵权法的组合赋权法3.1.1主观权重确定山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标体系由山区铁路工程节材能力评价指标和材料资源评价指标2个部分组成。对于材料资源评价指标体系，本文主要考虑山区铁路建设过程中使用量大、应用面广且能够节约的材料，参考相关文献中对地类变化的处理方式11，认为材料资源各指标主观重要程度相同，权重均取0.2。对于山区铁路工程节材能力评价指标体系，通过G1法确定其主观权重。G1法是对层次分析法的优化，能有效避免层次分析法由于评价指标过多导致工作量过大而难以通过一致性检验的弊端12，具体步骤如下。步骤1：确定指标序关系。邀请专家对山区铁路工程节材能力指标的节材能力大小进行判断，节材能力最重要的指标记为X1，次重要的指标记为X2，以此类推。步骤2：相邻指标重要性判定。邀请专家依据节材能力指标相对重要性排序表，对相邻位置指标的相对重要程度进行量化。设Xj与X(j-1)的重要程度之比为Ij，故有：Ij=Wj-1Wj(1)式中：Wj代表第j项指标的主观权重。步骤3：计算末位指标权重。假设专家给出合理的Ij，则末位节材能力指标对应的权重Wn为：Wn=(1+j=2nk=jnIj)-1(2)步骤 4：倒序计算其他指标权重。根据公式(3)，倒序求出其他节材能力指标权重：Wj-1=Ij*Wj(j=nn-132)(3)3.1.2确定客观权重熵权法是利用指标值无序程度来确定指标权重的一种客观赋权方法13，指标无序程度越大，表明该指标包含信息越多，获得的权重就越大。本文通过熵权法确定山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标的客观权重，具体步骤如下。步骤1：数据无量纲化。通过对原数据进行极差标准化处理，消除各指标原始数据在量纲以及性质方面的差异，具体公式如式(4)(5)：当xij为正向指标时，图2山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标体系Fig.2Evaluation index system of the coordinated development of mountainous railway engineering and material resources4371铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 11月uij=xij-min()xjmax()xj-min()xj0.99+0.01(4)当xij为负向指标时，uij=max()xj-xijmax()xj-min()xj0.99+0.01(5)式中：uij表示第 i 个标段第 j 个指标的标准化值；max(xj)和min(xj)分别表示第j个指标的最大值和最小值，i=1 2 k，j=1,2,m。步骤2：根据标准化判断矩阵R，按式(6)计算各指标的熵hj：hj=-1lnki=1kfijlnfij(6)式中：fij=xij/j=1kxij。步骤 3：确定指标客观权重wj，计算公式如式(7)：wj=1-hj/()k-j=1khj(7)式中：0wj1，各指标权重的和等于1。3.1.3组合权重确定相对熵又称信息增益、信息散度等14。山区铁路工程与材料资源协调发展评价各指标的主观权重和客观权重，可以视为离散型随机变量，用相对熵度量两者之间的离散程度，即对2类权重进行组合的过程。归一化后，可得组合权重为：w*(j)=1-()1Wj-1()1wj-11-j=1n1-()1Wj-1()1wj-11-(8)式中：表示对主观权重的重视程度，本文取0.5；Wj表示各评价指标的主观权重；wj表示各评价指标的客观权重；w*(j)表示通过相对熵确定的组合权重。3.2山区铁路工程与材料资源耦合协调评价模型耦合的概念起源于物理学，用以度量2个实体相互间的依赖程度，将耦合的概念延申推广，用于表示山区铁路工程与材料资源之间的关联程度。耦合度的大小衡量系统间相互影响程度，计算公式如式(9)(11)15：U1=j=116w*(j)uj(9)U2=j=1721w*(j)uj(10)C=U1U2(U1+U2)/2212(11)其中：U1表示山区铁路工程节材能力；U2表示材料资源水平；w*(j)表示指标综合权重；uj表示标准化后的指标数值；C为耦合度，当C=1时，耦合度最大，表明2个系统相互作用、相互影响程度最大，当C=0时，表明2个系统不存在相互作用和相互影响。耦合协调度是在耦合度的基础上，进一步反映 2 个 系 统 之 间 的 协 调 程 度，计 算 公 式 如 式(12)(13)：D=CT(12)T=U1+U2(13)其中：D为山区铁路工程与材料资源的耦合协调指数，评判依据如表2所示；T为山区铁路工程与材料资源的综合评价指数；和表示2个系统各自对山区铁路工程与材料资源协调发展状况的贡献程度，本文取值均为0.5。3.3山区铁路工程与材料资源协调发展障碍因子诊断模型障碍因子诊断是一种通过系统指标与其理想值偏差程度来识别制约事物发展因子的方法。引入“偏离度Rj”和“贡献度Pj”2个概念，构建山区铁路工程与材料资源协调发展障碍诊断模型16，能进一步明确影响山区铁路工程与材料资源协调表2山区铁路工程与材料资源协调类型划分表Table 2Division table of the coordinated development types of railway engineering and material resources in mountainous areas协调发展类耦合协调度0.91.00.80.9)0.70.8)0.60.7)0.50.6)耦合协调类型优质协调发展良好协调发展中级协调发展初级协调发展勉强协调发展失调衰退类耦合协调度0.40.5)0.30.4)0.20.3)0.10.2)0.00.1)耦合协调类型濒临失调衰退轻度失调衰退中度失调衰退严重失调衰退极度失调衰退4372第 11 期鲍学英，等：节材视角下山区铁路与材料资源协调发展研究发 展 状 况 的 主 要 障 碍 因 子，计 算 公 式 如 式(14)(15)：Mj=PjRjj=1nPjRj(14)Rj=1-uj(15)其中：Mj为单项指标对山区铁路工程与材料资源协调发展的障碍度；Rj为单项指标与其最优值之间的差值，这里各单向指标最优值均取1；uj为单项指标的标准化值，是计算Rj的基础；Pj为单向指标的组合权重；n为指标个数。4 案例分析4.1项目概况以某西南山区铁路某标段为研究对象，该标段位于四川省甘孜藏族自治州，正线起点位于雅江县俄洛多村，跨越霍曲河、理塘河，穿越卡子拉山经红龙镇，西至理塘县境内格者村，起讫里程D1K474+018D2K535+786，线路全长61.173 km。主要工程内容包括：隧道 33.434 km/3.7 座，桥梁 12.110 km/11 座，桥 隧 占 比 74.45%，路 基11.894 km/8 段，站场 3 座。该标段沿线桥隧占比高、气候环境复杂、生态环境敏感，山区铁路建设困难，环保压力大。建设使用的砂石料主要依靠自采以及隧道洞渣破碎，自采砂石料主要采集山石和卵石；机制砂的使用需要满足相应的规格要求。外购材料包括砂石骨料、水泥和模板等。4.2权重计算依据本文构建的评价指标体系，通过G1法计算主观权重。邀请6位专家，以发放调查问卷的方式，获得山区铁路工程节材能力各指标之间的序关系和相对重要程度，通过式(1)(3)求得各指标主观权重。利用熵权法进行客观权重计算，由式(4)(7)计算出各指标的客观权重。最后通过式(8)确定各指标组合权重，计算结果如表3所示。表3山区铁路工程与材料资源协调发展评价指标权重Table 3Weight of evaluation indexs of coordinated development of mountainous railway engineering and material resources目标层山区铁路工程节材能力材料资源准则层隧道工程桥梁工程路基工程站场工程自采加工材料外购材料指标层超挖偏差率T1弃渣平均抗压强度T2低回弹混凝土选用率T3喷射混凝土施工方式合理性T4喷射混凝土回弹率T5围岩预留变形合理性T6养护一体化模板选用率T7桩基扩孔合理性T8路基填筑高度T9路基横截面积T10路基料物挖填平衡度T11路基弃渣消耗率T12路基废弃混凝土消耗率T13车站高程设置合理性T14车站弃渣消耗率T15车站料物挖填平衡度T16天然砂石料允许开采量T17机制砂产量T18水泥外购量T19砂石料外购量T20模板外购量T21主观权重0.081 300.073 900.139 600.107 400.089 500.073 900.032 600.042 400.073 900.061 600.056 000.046 700.042 400.032 600.020 900.025 100.200 000.200 000.200 000.200 000.200 00熵权法确定客观权重0.036 560.038 990.086 690.095 430.071 450.095 850.077 890.070 940.049 630.068 850.042 250.072 170.035 010.059 430.066 560.032 290.238 500.115 240.242 740.157 550.245 97相对熵确定综合权重0.062 690.063 920.027 220.030 370.040 480.038 070.068 420.062 470.055 880.051 500.071 530.058 620.092 360.079 710.094 990.101 770.148 120.325 740.144 750.239 150.142 244373铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 11月4.3耦合协调度计算在确定权重的基础上，根据式(9)(10)，求出山区铁路工程节材能力为0.402 9，材料资源水平为0.447 5。代入式(11)，求得耦合度为0.898 6，表明2个系统处于高度耦合状态，即山区铁路工程节材能力与材料资源之间存在密切联系。在此基础上，代入耦合协调度模型，求得系统耦合协调度为0.651 6。对照山区铁路工程与材料资源协调类型划分表，说明山区铁路工程与材料资源处于“初级协调发展”状态，耦合协调度存在较大优化空间。4.4系统要素指标障碍因子诊断由山区铁路工程与材料资源之间的交互影响关系可知，山区铁路工程节材能力对两者之间的交互影响关系起主导作用。因此，要提升2个系统之间的协调程度，应以改善山区铁路工程节材能力为主要抓手。根据式(14)(15)，计算各指标、各子系统对山区铁路工程与材料资源协调发展的影响程度。其中，各子系统障碍度计算结果如图3所示，各指标障碍度计算结果如图4所示。从各子系统障碍度来看，山区铁路工程节材能力系统中，隧道工程对山区铁路工程与材料资源协调发展的影响最大，障碍度为26.34%。其次为路基工程子系统和站场工程子系统，障碍度分别为20.32%和13.64%。桥梁工程子系统的影响力最弱，障碍度为6.31%，分析发现，山区铁路桥梁工程在建造时面临诸多困难，确保桥梁安全建设实属不易，能够实现节材的空间较小。材料资源系统中，自采加工材料子系统对山区铁路工程与材料资源协调发展的影响最大，障碍度为19.55%，外购材料子系统次之。这是由于山区交通不便，尽可能就地取材是实现山区铁路与材料资源协调发展的关键。将各子系统障碍度横向对比，位居前3的障碍因子中，山区铁路工程系统和材料资源系统占比分别为46.65%和19.55%。因此，可以重点通过提升山区铁路工程节材能力，促进山区铁路与材料资源的协调发展。从子系统内部各指标障碍度来看，在山区铁路工程系统中，影响隧道工程子系统节材能力的指标主要是低回弹混凝土选用率、喷射混凝土施工方式合理性、隧道围岩预留变形合理性和超挖偏差率。影响路基工程子系统节材能力的指标主要是路基弃渣消耗率、路基料物挖填平衡度和路基废弃混凝土消耗率。在材料资源系统中，影响自采加工材料子系统的指标主要是机制砂产量和天然砂允许开采量。由于每个指标存在与之对应的障碍因子，将含义相同的障碍因子合并后，可以发现山区铁路工程系统中影响山区铁路工程与材料资源协调发展的主要障碍因子为喷射混凝土类型、喷射混凝土喷射方式、围岩变形预留、隧道断面超挖、土石方挖填平衡、弃渣资源化利用和废弃混凝土资源化利用。材料资源系统中，影响山区铁路工程与材料资源协调的主要障碍因子为天然砂石料开采以及机制砂使用。5 措施及建议在山区铁路工程建设过程中，为促进山区铁路工程与材料资源协调发展，针对主要障碍因子提出以下针对性建议：首先，重视山区铁路工程结构优化。如综合图3系统障碍度Fig.3System obstacle degree图4指标障碍度Fig.4Indexs barrier degree4374第 11 期鲍学英，等：节材视角下山区铁路与材料资源协调发展研究考虑地方规划、周边地形等因素，合理设置车站高程。通过调整建筑方案、结构布置方案以及结构跨度，降低站房上部结构材料消耗，力求从根本上提升铁路工程节材能力，降低铁路工程对材料资源的需求。其次，重视废弃物资源化利用。将弃渣、废弃混凝土和废弃钢材都视为可利用资源，注重各专业自身废弃物回收利用以及同标段不同专业之间废弃物的调配使用，缓解山区铁路建设原材料的供应压力。第三，重视材料选用。山区铁路建设环境较平原地区更为复杂，对建设材料要求更高，在选用建筑材料时，应结合山区铁路沿线地方资源分布与环境特征，提升本地化材料、高性能材料、可循环材料和可再利用材料的选用率。第四，重视新型材料研发。山区铁路作为地域跨度巨大、工程构成复杂的线状工程，对建设材料的性能要求更高。相关建材企业以及科研单位需立足实际建设需求，研发出满足地方特殊建设需求的新型材料，丰富材料资源种类，提升材料资源的技术适用性。6 结论1)隧道工程、桥梁工程、路基工程和站场工程4个专业作为山区铁路工程节材的关键专业，通过各自节材能力大小对材料资源产生影响。材料资源作为山区铁路工程的物质基础通过供应能力对山区铁路工程建设产生支持与约束的双重作用。2)运用组合赋权耦合协调模型，分析评估了某山区铁路工程与材料资源的协调状况。结果表明，该标段山区铁路工程与材料资源协调程度为0.651 6，处于“初级协调发展”状态，耦合协调度存在较大优化空间。3)从系统障碍度来看，山区铁路工程节材能力对山区铁路与材料资源协调发展的影响程度大于材料资源，应重点从提升山区铁路工程节材能力的方面促进2个系统协调发展。从各指标障碍度来看，不同指标对山区铁路工程与材料资源协调发展状况的影响能力不同。在山区铁路工程系统中，影响山区铁路工程与材料资源协调的主要障碍因子有喷射混凝土类型、喷射混凝土喷射方式、围岩变形预留、隧道断面超挖、土石方挖填平衡、弃渣资源化利用和废弃混凝土资源化利用。在材料资源系统中，影响山区铁路工程与材料资源协调的主要障碍因子为天然砂石料开采和机制砂使用。参考文献：1PONGIGLIONE M,CALDERINI C.Material savings through structural steel reuse:a case study in GenoaJ.Resources,Conservation and Recycling,2014,86:8792.2IMTEAZ M,MOHAMMADINIA A,ARULRAJAH A.Environmental suitability,carbon footprint and cost savings of recycled plastic for railway applicationsJ.International Journal of Sustainable Engineering,2021,14(4):725734.3鲍学英,李雨浓.艰险山区铁路机制砂混凝土绿色度评价研究J.铁道工程学报,2021,38(9):8186,105.BAO Xueying,LI Yunong.Research on the green degree evaluation of machine-made sand concrete of railway in hard and dangerous mountain areaJ.Journal of Railway Engineering Society,2021,38(9):8186,105.4LI Linhao,LONG Guangcheng,BAI Chaoneng,et al.Utilization of coal gangue aggregate for railway 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