基于层次分析法的绿色公路评价模型构建及应用

刘丛木,陈旭迎,吴 凯,李锐铎

(1.河南交通投资集团有限公司新融项目部,河南 洛阳 471023;2.河南城建学院 土木与交通工程学院,河南 平顶山 467036)

近年来,生态建设已成为全球可持续发展的大趋势,节能减排和环境保护已成为国际竞争的重要手段[1]。以高质量为基础,以资源节约、环境保护、节能措施、服务提升为主要特征的绿色高速公路发展迅速[2]。

绿色公路的早期定义仅限于对公路沿线的环境保护、生态恢复和美化绿化等方面。专家和学者曾给绿色公路赋予不同的理解和定义[3-7]。李丽慧等[8]在绿色公路施工过程中针对资源能源环境等方面采用层次分析法提出了评价指标并论证。张琴[9]运用了压力-状态相应模型,对绿色公路评价指标体系进行研究,用绿色度分析法和多级模糊综合评价相结合来评价绿色公路。孙磊等[10]建立了基于资源利用、生态破坏、环境污染、安全与健康等4个方面的绿色公路评价指标体系。2018年5月,交通运输部发布《绿色交通设施评估技术要求》[11]交通运输行业标准。该标准的评价体系中,一级指标分别为绿色理念、生态保护、资源节约、节能低碳、品质建设、安全智慧和服务提升。该评估技术要求适用于全国范围内的绿色公路建设,但是缺少了地域性特征。

上述研究大多基于相关规范建立固定评价指标体系,由于我国幅员辽阔,各地地域特征不尽相同,如何建立灵活统一的绿色公路评价体系还需做深入研究。本文根据渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段地域的特点,通过实地调查和相关资料分析,采用专家访谈、问卷调查等形式建立具有地域特点的绿色公路评价指标体系,从资源节约、环境保护、节能措施、服务提升、地域特征等5个方面入手,对渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段绿色公路进行了绿色公路等级评价。

1 层次分析法

20世纪70年代初期美国运筹学家T.L.Saaty教授提出层次分析法(AHP)[12]。层次分析法是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而且实用的多准则决策方法。对于多目标问题来说,层次分析法将问题分为不同的组成目标,按照目标之间的相互关系以及隶属将不同层次的问题结合起来,建立多层次结构模式,建立矩阵,采用1～9标度对相关指标进行判定,进而将多目标问题转化为最低层对最高层相对重要权重的问题。

层次分析法主要包含建立递阶层次结构模型、判断矩阵的构造、一致性检验和一致性比例的计算4个步骤[13]。

2 基于层次分析法的绿色公路模型构建及计算

2.1 递阶层次结构模型

依据《绿色交通设施评估技术要求》[11],参考国家和地方性的绿色公路评价标准,邀请公路建设专家进行问卷调查。确定了5项一级指标和23项二级指标。一级指标为O={O1,…,O5}={资源节约,环境保护,节能措施,管理提升,服务提升}。二级指标为:O1={C1,C2,C3,C4}={废旧材料的再生及利用,土地节约,水资源节约,填挖方平衡};O2={C5,C6,C7,C8,C9}={生态环境保护,公路沿途绿化率(绿化设计),环境污染防治,生态恢复,固体废物处理};O3={C10,C11,C12,C13,C14}={耐久性路面,温拌沥青技术应用,清洁能源应用,照明、通风、监控等节能设计,智能服务设施(ETC等)};O4={C15,C16,C17,C18}={施工建设管理,养护管理,运营管理,智能管理};O5={C19,C20,C21,C22,C23}={信息服务(包括气候、路况、引导等),绿色设施,应急安全措施服务,人工服务,环境服务}。

2.2 判断矩阵的确定

根据1～9标度法,可以得到两两指标之间的相对重要性,标记为aij,得到判断矩阵

再进行求和,得到向量ω后进行归一化,得

由A×ω=λω可以得到

2.3 一致性检验

(1)计算一致性指标。

(2)随机一致性指标RI。

RI可以按表1取值。

表1 RI取值表

当n=5时,RI=1.24。

2.4 计算一致性比率CR

采用上述相同的方法,计算出二级指标的权重。

2.5 加分项指标

在建立评价指标体系的基础上,应当结合当地发展和工程实际,针对项目的特点作出相应的评价指标变动。提出设立评分加分项指标,整理适合作为加分项指标的特色指标,加分项最大加分值为200分,应依照特色指标确定每个附加指标的分数,单项指标最大加分值不超过40分。

2.6 结果评定

绿色公路评价各指标的分值如表2所示,满分为1 000分,将分值按照优、良、中和差分4个档次,按评分从高到低分为一级、二级、三级和四级,对应分值见表3。邀请7名具有本专业工作背景的专家依据表2对该项目路段进行评价,按照确定的权重比例给一级和二级指标进行赋分,再对该工程项目绿色公路水平的进行评定。

表2 绿色公路评价指标

表3 等级对应分值表

3 渑池至淅川高速公路绿色试点项目绿色公路水平评定

3.1 项目概况

渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段位于河南省三门峡市和洛阳市境内,该路线起于渑池县东,大致为南北走向,主要经过三门峡渑池县和洛阳市宜阳县、洛宁县,全长约40.065 km。

本项目地处豫西山区,填补了渑池、洛宁、嵩县和栾川等豫西区域南北高速公路的空白,能够提升“三山一滩”地区伏牛山片区高速公路通达度,完善伏牛山地区高速旅游通道,加强神灵寨、花果山、天池山、老君山、重渡沟、白云山等景区之间的联系,促进当地的旅游发展,对带动区域矿产和旅游资源的开发具有重要意义和示范作用。

3.2 绿色公路水平评定

3.2.1 加分项指标确定

依据渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段绿色公路的项目特点,提出具有项目特色、地域特征的特色指标作为加分项。本项目选取的特色指标分别为生态文化服务区、低能耗建筑、弃土的资源化利用。

3.3.2 等级评定

通过对渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段项目绿色公路实施方案和现场调查后,对各项控制指标的打分结果如表4所示。

表4 渑池至洛宁段绿色公路工程评分表

各控制指标总评分合计803分,因此判定渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段绿色公路属于二级绿色公路水平。

4 结论

(1)构建了包括“资源节约、环境保护、节能措施、管理提升、服务提升”等5项一级指标、23项二级指标的绿色公路评价指标体系。

(2)构建渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段绿色公路评价模型,采用层次分析法分析评价指标体系各项指标对应的权重,并设立了加分项,为公路建设提供有效的帮助。该指标对促进绿色公路可持续发展提供了有效手段。

(3)以渑池至淅川高速公路渑池至洛宁段绿色公路为例,进行了绿色公路水平评价。结合工程项目实际,确定作为加分项指标的特色指标分别为生态文化服务区、低能耗建筑、弃土的资源化利用,进一步计算得到各控制指标的总评分为803分,判定该公路属于二级绿色公路水平。