基于AHP群决策的城市过江通道方案综合评价研究.pdf

doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2023.04.024 基于 AHP 群决策的城市过江通道方案 综合评价研究 李晓路 1，于 琦2,3，李志锋4，龚巍巍2,3，高嘉蔚2,3，毛 宁2,3，徐东辉2,3（1.广东省交通运输规划研究中心，广东 广州 510000；2.交通运输部规划研究院，北京 100028；3.交通排放控制监测技术实验室，北京 100028；4.佛山市建盈发展有限公司，广东 佛山 528200）摘要：方案比选是工程可行性研究的重要内容，特别是对城市过江通道，做好方案综合比选尤为重要。本研究依托季华路西延线工程顺德水道过江通道，从建设指标、经济指标、环境指标以及社会指标 4 个方面，选取 14 个影响顺德水道过江通道方案综合评价的关键因素构建三级评价指标体系，基于 AHP 群决策方法计算权重值，结果显示权重较高的准则层指标为社会指标和经济指标，权重较高的指标层指标为建设成本、产业影响、交通组织和岸线土地利用。关键词：过江通道；综合方案；层次分析法；群决策 中图分类号：U412.37 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）04-0100-05 Research on Comprehensive Evaluation of Urban Cross-River Tunnel Scheme Based on AHP Group Decision-Making LI Xiaolu1,YU Qi2,3,LI Zhifeng4,GONG Weiwei2,3,GAO Jiawei2,3,MAO Ning2,3,XU Donghui2,3(1.Transportation Planning Research Center of Guangdong Province,Guangzhou Guangdong 510000,China;2.Transport planning and Research Institute Ministry of Transport,Beijing 100028,China;3.Laboratory of Transport Pollution Control and Monitoring Technology,Beijing 100028,China,China;4.Foshan Jianying Development Co.,Ltd,Foshan Guangdong 528200,China)Abstract:Scheme selection is an important content of engineering feasibility study,especially for urban cross-river tunnels,and it is particularly important to do a good job in comprehensive scheme selection.Based on the Shunde Waterway Cross-river Tunnel in the Jihua Road West Extension Project,this study selects 14 key factors that affect the comprehensive evaluation of the Shunde Waterway Cross-river Tunnel scheme from four aspects:construction indicators,economic indicators,environmental indicators,and social indicators,and constructs a three-level evaluation index system.The weight values are calculated based on the AHP group decision-making method.The results show that the criteria layer indicators with higher weights are social indicators and economic indicators,and the indicators layer indicators with higher weights are construction cost,industrial impact,traffic organization,and shoreline land use.Key words:cross-river tunnel;comprehensive scheme;Analytic Hierarchy Process(AHP);group decision-making 收稿日期：2023-02-20 作者简介：李晓路（1983-），女，陕西西安人，硕士，工程师，从事绿色交通、交通低碳环保研究工作.（）第 4 期 李晓路等，基于 AHP 群决策的城市过江通道方案综合评价研究 101 0 引言 采用何种方案穿越水体是过江通道工程的焦点问题1，桥梁和隧道方案各具优势，但也存在一定的局限2。研究提出一套适合城市快速路过江通道综合评价的指标体系，综合比选出经济效益好、环境影响小以及社会评价高的高质量过江通道，具有较大的理论价值和现实意义。近年来有关学者开展了多项基于层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）的公路选线和方案比选研究，初建鹏3利用体现绿色公路理念的层次分析法，建立了肯尼亚快速路互通比选方法，分析了不同互通方案在技术性、功能性、管理性和环境经济性方面的差异，得出符合肯尼亚绿色公路要求的最优方案；王忠渝4选取了 24 个影响高速公路选线的指标因素，构建了三级指标体系，通过群决策方法对指标层和准则层的指标进行重要性排序，对依托工程的路线方案进行综合评判。尹延昭5建立了包含 10 个指标的三级评价指标体系，研究节能降碳技术在公路工程中的适宜性；孙钰泽6利用层次分析法建立包含资源节约、生态环保、节能高效、服务提升和寒区灾害预防5 个一级指标的评价指标体系，开展了黑龙江省公路选线的绿色度评价。本文依托季华路西延线顺德水道过江通道，选取影响顺德水道过江通道方案比选的关键因素构建指标体系，利用 AHP 群决策方法计算各个指标权重值，提出影响顺德水道过江通道方案综合比选的关键因素，为科学确定顺德水道过江通道方案提供理论基础。1 依托工程过江通道方案评价要点分析 1.1 工程概况 佛山市季华路西延线工程途经三区四镇，起于现状季华路-紫洞路节点东侧，设置桥梁上跨紫洞路后往西设置隧道下穿南庄码头及顺德水道，终点接在建的富龙西江特大桥，路线总长约 15.41km。项目为新建工程，全线按照一级公路兼顾城市道路功能标准建设，主线双向 6 车道+辅路双向 4 车道断面布置，主线设计速度为 80km/h，辅路设计速度为 50km/h。顺德水道在佛山市东南部，西起南海区紫洞，东流横贯顺德区中北部，止于东南部的广州市番禺区张松，长约 48 公里。顺德水道主通航孔为级航道，单孔双向通航净宽150m，通航净高10.0m。设计最高通航水位 7.78m（黄海高程），设计最低通航水位1.59m。依托工程所处的河面宽约 900m，水深最深处约 13m。1.2 过江通道方案评价要点分析（1）岸线土地利用要求 建设顺德水道过江通道需要征占土地、拆迁重建码头以及占用岸线等，选择适当的过江通道方案以减少土地和岸线资源的占用，提高资源集约利用效率，降低建设成本，是顺德水道过江通道方案选择的重要要求。（2）社会影响要求 顺德水道过江通道线位要求必须通过佛山市南庄码头，南庄码头是佛山禅城区内最大的内贸集装码头，担负大量陶瓷产品的水路运输，是禅城区陶瓷产业重要物流配套基地，南庄码头如果受影响停止运营，将对禅城区陶瓷深加工行业产生较大的影响。因此选择合理的过江通道建设方式，降低对南庄码头运营的影响是方案选择的重要因素。（3）交通组织要求 不同过江通道方案对顺德水道交通设施的封闭影响时间不同，水道周围道路为城区通行干道，封闭道路将会导致较为严重的交通拥堵，并且如果过江通道建设导致南庄码头关闭，水路运输将大部分转为陆路运输，禅城区季华路交通拥堵情况将进一步加剧，因此选择合适的过江通道方案降低对周围交通运行的影响，是综合评价过江通道方案的重要考虑因素。（4）通航影响要求 依托工程穿越的顺德水道为南庄码头进出港的重要航道，通航情况直接影响南庄码头的运营，因此选择对水道通航影响较小的建设方案是过江通道综合评价的重要方面。2 城市过江通道方案综合评价方法 层次分析法是一种定性分析和定量分析相结合的多准则决策方法，是目前较成熟的权重分析机制7。本研究利用层次分析法构建三级评价指标体系，将过江通道方案综合评价作为目标层，将建设指标、经济指标、社会指标以及环境指标作为准则层，将影响过江通道方案评价的多个关键指标作为指标层，两两比较各级指标相对重要性以构建判断矩阵，并通过一致性检验以验证模型权重的正确性。运用该方法的具体步骤如下：（1）构造判断矩阵，以 A 代表评价目标，、表示不同的指标，表示相对于的相对重要性数值，由构造判断矩阵。=111212122212(1)102 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷（2）计算重要性排序。根据判断矩阵，求出最大特征根max所对应的特征向量，具体方程如下：=max(2)将所求特征向量进行归一化处理后，即可得到相应的权重分配。（3）一致性检验。权重分配是否合理需要对判断矩阵进行一致性检验，具体公式为：CR=CIRI(3)式中，CR 为随机一致性比率，CI 为一般一致性指标，RI 为平均随机一致性指标，具体数值通过查表得到。CI=max 1(4)19 阶的 RI 值参见表 1。表 1 平均随机一致性指标值 Tab.1 Average random consistency index values n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RI 0 0 0.52 0.89 1.12 1.26 1.36 1.41 1.46 当判断矩阵的 CR 值小于 0.1 时即可认为判断矩阵具有较好的一致性，如果 CR 值大于 0.1，则要通过调整矩阵中的数值使其一致性满足要求。层次分析法的核心是确定判断矩阵的数值，判断矩阵的确定方法通常为专家打分法。本研究引入群决策方法，对多个专家的评价结果进行集成分析，采用群决策直接均值法对专家评分数值进行加权计算，进而得到评价指标体系中各个指标的权重。直接均值法中，先对各个专家的判断矩阵进行一致性分析，之后再对专家的权重结果进行加权计算得出最终的评价结果。3 城市过江通道方案综合评价模型构建 3.1 评价指标体系构建 本研究通过文献综述及专家意见，研究确定了过江通道方案综合评价的初选评价指标，主要包括建设指标、经济指标、环境指标以及社会指标四个方面。（1）建设指标 通常情况下，过江通道的建设标准根据公路建设要求确定，不同方案的技术标准基本一致，考虑不同方案的综合可比性，指标体系中应尽量选择不同评价方案能够开展比较的指标，而如设计时速、车道数等不存在差异的指标不列入指标体系。本研究结合顺德水道特点和常规建设指标，将岸线土地利用、建设难度、施工时长、防洪通航四个指标纳入综合评价体系。（2）经济指标 经济指标是过江通道方案综合评价的重要因素，经济分析包括建设成本、运营成本、管理成本、养护成本以及设备更换成本等多个方面。本研究基于全生命周期费用统筹考虑，将建设成本、运营成本、养护成本纳入指标体系。（3）环境指标 不同过江通道方案的环境影响程度存在一定差异，本研究结合顺德水道周边环境特点，将水环境影响、噪声环境影响、大气环境影响及生态环境影响等纳入评价体系。（4）社会指标 通常情况下不同方案实施对于社会影响差异较小，主要体现在对周边交通环境的影响，但依托工程过江通道线位位置穿过南庄码头，该码头的停运和拆建将对周边产业及就业产生较大影响，因此本次综合评价将产业影响、就业影响及交通影响纳入评价体系。综合以上分析构建本次综合评价指标体系如表 2所示：表 2 过江通道方案综合评价指标体系 Tab.2 Evaluation index system for comprehensive scheme of river crossing channel 目标层 准则层 指标层 过江通道方案综合评价 A 建设指标 B 岸线土地利用 B1 建设难度 B2 施工时长 B3 防洪通航 B4 经济指标 C 建设成本 C1 运营成本 C2 养护成本 C3 环境指标 D 水环境影响 D1 大气环境影响 D2 噪声环境影响 D3 生态环境影响 D4 社会指标 E 产业影响 E1 就业影响 E2 交通影响 E3 3.2 评价指标权重确定（1）构建判断矩阵和权重计算 本次评价集成 5 位专家的各级判断矩阵（表 3），利用层次分析法求出具体各级指标的相应权重，计算结果如表 4 所示。表 3 过江通道方案综合评价专家集成判断矩阵 Tab.3 Expert group judgment matrix for comprehensive evaluation of river crossing channel schemes 过江通道方案综合评价 A 建设指标 B 经济指标 C 环境指标 D 社会指标 E 建设指标 B 1;1;1;1;1 1;0.5;0.5;1;1 2;1;2;1;0.5 1;1;1;2;0.5 经济指标 C 1;2;2;1;1 1;1;1;1;1 1;2;1;2;1 1;1;1;1;0.5 环境指标 D 0.5;1;0.5;1;2 1;0.5;1;0.5;1 1;1;1;1;1 2;0.5;0.5;0.5;0.5 社会指标 E 1;1;1;0.5;2 1;1;1;1;2 0.5;2;2;2;2 1;1;1;1;1 第 4 期 李晓路等，基于 AHP 群决策的城市过江通道方案综合评价研究 103 表 4 过江通道方案综合评价专家集成群决策权重 Tab.4 Expert integration group decision weights for comprehensive evaluation of cross river channel schemes 过江通道方案综合评价 A 专家 1权重 专家 2权重 专家 3权重 专家 4权重 专家 5权重 群决策权重 建设指标 B 0.299 4 0.204 6 0.245 4 0.297 6 0.168 2 0.243 经济指标 C 0.238 9 0.338 3 0.297 6 0.281 0.197 6 0.270 7 环境指标 D 0.253 0.169 2 0.176 0.176 0.239 0.202 7 社会指标 E 0.208 7 0.287 9 0.281 0.245 4 0.395 2 0.283 6 同理得出各级指标的群决策权重如表 5表 8所示：表 5 建设指标专家集成群决策权重 Tab.5 Expert integration group decision weights of construction indicators 建设指标 B 专家 1权重 专家 2权重 专家 3权重 专家 4权重 专家 5权重 群决策权重 岸线土地利用 B1 0.288 3 0.395 2 0.334 4 0.34 0.306 5 0.332 9 建设难度 B2 0.174 8 0.232 2 0.253 6 0.287 3 0.234 9 0.236 6 施工时长 B3 0.206 8 0.140 4 0.167 2 0.135 7 0.125 4 0.155 1 防洪通航 B4 0.330 1 0.232 2 0.244 8 0.135 7 0.333 3 0.275 5 表 6 经济指标专家集成群决策权重 Tab.6 Expert integration group decision weights of economic indicators 经济指标 C 专家 1权重 专家 2权重 专家 3权重 专家 4权重 专家 5权重 群决策权重 建设成本 C1 0.549 9 0.549 9 0.549 9 0.493 4 0.412 6 0.511 1 运营成本 C2 0.240 2 0.240 2 0.240 2 0.310 8 0.327 5 0.271 8 养护成本 C3 0.209 8 0.209 8 0.209 8 0.195 8 0.259 9 0.217 0 表 7 环境指标专家集成群决策权重 Tab.7 Expert integration group decision weights of environmental indicators 环境指标 D 专家 1权重 专家 2权重 专家 3权重 专家 4权重 专家 5权重 群决策权重 水环境影响 D1 0.281 0.339 7 0.270 1 0.287 9 0.262 8 0.288 3 大气环境影响 D2 0.157 1 0.140 4 0.143 8 0.169 2 0.140 9 0.150 3 噪声环境影响 D3 0.319 1 0.239 0.161 3 0.204 6 0.140 9 0.213 0 生态环境影响 D4 0.242 8 0.280 8 0.424 9 0.338 3 0.455 4 0.348 4 表 8 社会指标专家集成群决策权重 Tab.8 Expert integration group decision weights of social indicators 社会指标 E 专家 1权重 专家 2权重 专家 3权重 专家 4权重 专家 5权重 群决策权重 产业影响 E1 0.387 4 0.539 6 0.387 4 0.443 4 0.539 6 0.459 5 就业影响 E2 0.169 2 0.163 4 0.169 2 0.169 2 0.297 0.193 6 交通影响 E3 0.443 4 0.297 0.443 4 0.387 4 0.163 4 0.346 9 （2）一致性检验 根据专家组判断矩阵，进行一致性检验，具体结果如表 9 所示。表 9 过江通道方案综合评价各级指标一致性检验 Tab.9 Consistency inspection of indicators at all levels in the evaluation of comprehensive schemes for river crossing channels 一致性检验 专家 1 一致性比例CR 专家 2 一致性比例CR 专家 3 一致性比例CR 专家 4 一致性比例CR 专家 5 一致性比例CR 综合方案评价 A 0.069 5 0.022 7 0.069 5 0.069 5 0.022 7 建设指标 B 0.069 5 0.022 7 0.093 3 0.069 5 0.030 4 经济指标 C 0.017 6 0.017 6 0.017 6 0.051 6 0.051 6 环境指标 D 0.044 2 0.022 7 0.017 2 0.022 7 0.003 9 社会指标 E 0.017 6 0.008 8 0.017 6 0.017 6 0.008 8 根据一致性检验，各个专家的判断矩阵 CR 值均小于 0.1，则可认为本次评价的各个专家的判断矩阵具有较为满意的一致性。（3）综合权重确定 根据上述的权重计算和一致性检验结果，最终得出的指标权重如表 10 所示。表 10 过江通道方案综合评价各级指标权重 Tab.10 Weights of indicators at all levels in the evaluation of comprehensive schemes for river crossing channels 目标层 准则层 准则层权重 指标层 指标层 权重 最终权重 过江通道方案综合评价 A 建设指标 B 0.243 岸线土地利用 B1 0.332 9 0.080 9 建设难度 B2 0.236 6 0.057 5 施工时长 B3 0.155 1 0.037 7 防洪通航 B4 0.275 5 0.066 9 经济指标 C 0.2707 建设成本 C1 0.511 1 0.138 4 运营成本 C2 0.271 8 0.073 6 养护成本 C3 0.217 0 0.058 7 环境指标 D 0.2027 水环境影响 D1 0.288 3 0.058 4 大气环境影响 D2 0.150 3 0.030 5 噪声环境影响 D3 0.213 0 0.043 2 生态环境影响 D4 0.348 4 0.070 6 社会指标 E 0.2836 产业影响 E1 0.459 5 0.130 3 就业影响 E2 0.193 6 0.054 9 交通影响 E3 0.346 9 0.098 4 3.3 依托工程过江通道方案综合评价（1）准则层权重分析 根据上述指标体系计算，在准则层中，社会指标权重最高，可见过江通道方案较为关注顺德水道周边的产业、就业和交通组织产生的影响，另外经济指标的权重也较高，可见全生命周期成本也较为重要。图 1 过江通道方案综合评价准则层指标权重分布 Fig.1 Weight distribution of indicators in the evaluation criteria layer of the comprehensive plan for the river crossing channel 104 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 （2）指标层权重分析 根据上述指标体系计算，在指标层中，建设成本、产业影响、交通影响以及岸线土地利用的指标权重较高，可见过江通道方案的建设成本以及产业影响较为重要。由于评价的过江通道位置为现状季华路的西端终点，对周边产生的交通拥堵影响也是过江通道方案需要关注的重点。依托工程过江通道建设涉及南庄码头的拆迁和重建，所以岸线土地利用也是关注的重点。此外，权重相对较低的指标包括噪声环境影响、施工时长以及大气环境影响。图 2 过江通道方案综合评价指标层指标权重分布 Fig.2 Weight distribution of indicators in the index criteria layer of the comprehensive plan for the river crossing channel 4 结论 本研究通过分析季华路西延线工程顺德水道过江通道工程特点和建设要求，从建设指标、经济指标、环境指标以及社会指标 4 个方面共选取 14 个关键因素构建评价指标体系，并利用 AHP 群决策方法计算各层指标权重。结果显示，顺德水道过江通道方案综合评价中，权重较高的准则层指标为社会指标和经济指标。权重较高的指标层指标为建设成本、产业影响、交通组织和岸线土地利用；权重相对较低的指标层指标包括噪声环境影响、施工时长以及大气环境影响。参考文献：1 范诚.常泰过江通道桥梁与隧道方案综合比选J.工程造价管理,2023(1):39-43.2 范诚,吴超.南京仙新路过江通道桥梁与隧道方案综合比选J.工程造价管理,2019(2):14-20.3 初建鹏,曾坤,马宝富,等.基于 AHP 和绿色公路原则的肯尼亚快速路互通比选方法研究J.交通节能与环保,2023,19(1):128-135.4 王忠渝,郭小宏,刘昌仁.基于群决策的高速公路路线方案综合比选分析研究D.重庆:重庆交通大学,2020.5 尹延昭.节能降碳技术在公路建设工程中的适宜性评价方法研究J.交通节能与环保,2022,18(4):115-117+141.6 孙钰泽.黑龙江省公路选线绿色度评价研究D.哈尔滨:东北林业大学,2021.7 许树柏.实用决策方法:层次分析法原理M.天津:天津大学出版社,1988.