公路路线比选方案安全性评价研究

李瑞美，张 健，钟小明，贾 嘉

(华杰工程咨询有限公司，北京 100029)

公路路线方案比选是初步设计阶段的重要工作，而对公路路线比选方案安全性评价(以下简称路线比选方案安评)是公路项目安全性评价的一项重要内容，需要比较和评价同深度比选方案中与交通安全相关的内容，定性及定量地分析各方案的安全性，并给出最优的推荐方案。

中外学者围绕路线比选方案评价开展了大量研究工作。关于评价方法，目前大多是将模糊综合评价法用于路线方案评价，根据各方案的指标对其进行评分，进而选择最优路线[1]。程轩等[1]建立基于IAHP-EWM的高速公路路线方案评价模型。梁心雨[2]、孙建诚等[3]路线方案评价中利用改进的TOPSIS模型进行路线比选研究。在评价指标方面，张霖波等[4]在公路选线中将指标归为两类：技术经济类和社会环境类，再对这两类指标做进一步地展开构建了多层次指标体系。刘秀英等[5]考虑路线的经济合理、安全可靠性，矿区内电网规划、地下水、景观环保、采空区发展等问题，以及矿区的路网规划等因素建立了适用于采空区高速公路路线比选的综合评价指标体系。庞京成等[6]构建了佳能评价、社会政治环境指标、经济指标、技术指标为目标层的指标体系。在标准规范方面，《公路项目安全性评价规范》(JTG B05—2015)[7](以下简称“安评规范”)提出了比选方案评价宜采用经验分析法或安全检查清单等方法。同时指出了各路线方案对交通安全影响较大的因素主要为线形及路侧危险、大型构造物与沿线设施分布的协调性、不利气象或环境、改扩建公路和既有路衔接等。

由上述可知在路线比选方案评价研究中，评价方法一般基于模糊综合评价法，学者研究多侧重在比选方法改进上，评价指标考虑技术、经济、社会、环境等综合因素较多，鲜少从交通安全角度提出比选指标体系。在标准规范方面，现有安评规范各条文仅给出了针对相关因素应评价其对交通安全的影响，未给出具体评价指标、权重及评价模型，不同评价单位及评价人员使用的评价指标体系及模型往往受自身水平及经验限制，难以达到公平、客观及全面的效果，因此，缺乏具有统一性及指导性的评价指标体系，很有必要对评价指标体系及模型进行研究。

为此，在《公路项目安全性评价规程》(T/CECS G：E10—2021)编制过程中，对公路路线比选方案安评进行了深入的研究，建立初步设计阶段路线比选方案安评指标体系及评价模型，并进行实例验证。

1 路线比选方案评价方法

在许多情况下，精确值不足以模拟真实世界的情况，因为人类的判断和偏好通常是模糊的[2]。对路线比选方案的评价工作中，判断往往存在着此模糊特性。为此，对初步设计阶段同深度路线比选方案的安全性评价采用模糊综合评价法。

模糊综合评价法(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)是采用模糊数学的隶属度理论，把定性评价转化为定量评价，对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决[6,8]。

2 路线比选方案安全性评价模型构建

2.1 路线比选方案安全性评价指标体系

模糊综合评价法指标分为一级指标和二级指标。依据安评规范4.4条，笔者调查了安评及路线方案比选经验丰富的专家，结合近年的安评项目实践，筛选对交通安全影响较大的因素制定下述的指标体系：一级指标5个包括地形和地质条件(A)、线形设计要素(B)、线形协调性和路侧危险(C)、大型构造物与沿线设施分布(D)、自然气候条件与交通组织和救援通道(E)。二级指标包括A1地形条件、A2地质条件，B1平面指标运用情况等12个，详细指标体系设计如表1所示[9,10]。

表1 路线比选方案安全性评价指标Table 1 Safety evaluation indicator system of alternative route proposals

2.2 路线比选方案安全性评价模型

表2中所述的各类评价指标多数都具有模糊性的特点，适于使用模糊综合评价的方法，对路线方案的安全性做出整体的综合评价和分级评价[6,11]。现使用二级模糊综合评价法，依据上述评价指标体系，构建基于交通安全的路线方案评价模型，具体步骤如下。

(1)确定评价指标因素集，设X为因素集。

(1)

(2)确定评分标准如表2所示，设评语集为F。

表2 评分标准表Table 2 standard of evaluation

F={F1,F2,F3,F4,F5}

(2)

以上给出的评分标准表中，评分值越小则风险越小，对交通安全的保障能力越强；相反，评分值越大则风险越大，对交通安全的保障能力越差。分值越小，方案越好，根据比较方案的评分值，可从交通安全角度评估出据有优势的推荐方案。

(3)确定各指标层权重。

Xi(i=A,B,C,D,E)对X的权重：

W={WA,WB,WC,WD,WE}

(3)

Xij(j=1,2,3)对Xi的权重：

wA={wA1,wA2}；wB={wB1,wB2,wB3}；

wC={wC1,wC2}；wD={wD1,wD2,wD3}；

wE={wE1,wE2}

(4)

以上权重可由相关领域的专家给出。

(4)确定Xi的模糊评价矩阵Ri，即对每个Xi(i=A,B,C,D,E)分别进行综合评判，可以根据德尔菲法评定二级指标，采用隶属函数确定模糊关系，得到二级指标层Xi隶属于每个评语的程度rijt，并由此构造评价矩阵Ri[12-13]。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(5)确定一级指标层的模糊综合评价集Vi，可由Vi=wi×Ri计算得到[14,15]。

(10)

(6)确定最终评价对象的模糊评价矩阵。

S=W×V=(WA,WB,WC,WD,WE)×

(11)

(7)进行归一化处理。

(12)

(8)计算综合评价得分。

(13)

3 模型应用及案例分析

3.1 路线方案概况

以某公路为例，根据路线技术标准及方案设计研究，初步设计阶段拟定同深度路线方案为两个，分别为K线方案与B8方案，两方案指标对比如表3所示。

表3 K线与对应B8线方案指标对比表Table 3 Comparison of indicator between route K and route B8

3.2 路线方案模糊综合评价

参考29位专家的调查结果，并结合类似地区项目专家经验，得到权重如表4和表5所示。

表4 一级评价指标权重Table 4 Weight of first-level evaluation indicator

表5 二级评价指标权重Table 5 Weight of secondary evaluation indicator

K线评价矩阵Ri即单因素Xij对评语集的隶属度为

则

(0,0.333 0,0.667 0,0,0)

(14)

VB=wB×RB=(0.588 7,0.159 3,0.252 0)×

(0,0.285 3,0.714 7,0,0)

(15)

VC=wC×RC=(0.667 0,0.333 0)×

(0.400 1,0.599 9,0,0,0)

(16)

VD=wD×RD=(0.525 0,0.141 5,0.333 5)×

(0.237 5,0.762 5,0,0,0)

(17)

VE=wE×RE=(0.800 2,0.20 0)×

(18)

可得

S=W×V=

(0.037 7,0.211 5,0.445 7,0.188 0,0.117 0)×

(0.223 0,0.600 7,0.176 3,0.000 0,0.000 0)

(19)

归一化处理：

(20)

同理，计算得到B8线综合得分为34.8分。

K线综合评价结果隶属于“好”这一评价等级的测度为0.223 0，隶属于“较好”这一评价等级的测度为0.600 7，隶属于“一般”这一评价等级的测度为0.176 3，隶属于“较差”这一评价等级的测度为0.000 0，隶属于“差”这一评价等级的测度为0.000 0。根据最大隶属度原则，K线的交通安全等级处于“较好”等级。同理，B8线的交通安全等级也处于“较好”等级。

结合模糊综合评价结果，计算各方案的评分K方案的综合评分为29.1，B8方案的综合评分为34.8，根据“安全性评价评分值分值越小，方案越有利于交通安全”的原则，比较上述方案的评分值，上述方案K方案较B8案具有相对优势，更有利于交通安全。

从线形角度，K线与B8线基本相当，但K绕避了平安煤矿以及小河水源保护区，有利于平塘县区域中心城市的规划，综上所述，推荐K线方案。

4 结论

基于安评项目大量实践，提出了公路路线比选方案安全性评价指标体系及权重，并据此给出了初步设计阶段同深度路线比选方案安评模型。该模型旨在客观、全面地评价路线的交通安全性，通过比较和评价同深度路线比选方案中与交通安全相关的内容，定性及定量说明各方案的评价结果，并从交通安全角度提出安全性占优的方案。

以某互通进行实例验证，结果表明，建立的指标体系及评价模型有效且具有可参照性，能够为路线比选方案的安全性评价提供方法指导。研究成果将支撑《公路项目安全性评价规程》(T/CECS G：E10—2021)及《公路项目安全性评价规范》修订的相关条文。