魏煒
為了科學(xué)地對(duì)道路選線方案進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選,文章利用密切值法對(duì)多指標(biāo)方案構(gòu)建了評(píng)價(jià)體系,選用廣西天等縣某二級(jí)公路的F線、H線、K線三個(gè)方案進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。結(jié)果表明:在三個(gè)路線方案中,H線最優(yōu),K線次之,F(xiàn)線最劣,計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際選擇一致。
道路選線;密切值法;方案評(píng)價(jià)
U412.24+3-A-17-56-3
0?引言
道路選線是公路設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)[1],其選擇方案的好壞直接決定著項(xiàng)目實(shí)施的進(jìn)度、投資的大小,因此科學(xué)地優(yōu)選道路選線方案顯得十分重要。在工程實(shí)踐中,道路選線方案的確定一般要考慮道路的長度、行車的便利性、項(xiàng)目的工程量、新占用的土地量、拆遷房屋數(shù)量、投資造價(jià)等各種因素,是一個(gè)多目標(biāo)決策問題。部分學(xué)者對(duì)此問題也進(jìn)行了相應(yīng)的研究,如王凱[1]利用遺傳算法對(duì)道路方案進(jìn)行優(yōu)選評(píng)價(jià);廖斌[2]基于熵權(quán)法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,利用線性加權(quán)綜合法對(duì)道路選線方案進(jìn)行評(píng)價(jià);劉茂華等[3]通過構(gòu)建三維模型來進(jìn)行道路選線的優(yōu)化。但是這些方法計(jì)算過程較為復(fù)雜,且需要較深厚的數(shù)學(xué)理論或者計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。密切值法是多目標(biāo)決策的一種方法,其能夠?qū)⒍鄠€(gè)指標(biāo)整合為可供衡量的單一指標(biāo),通過對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行排序作為評(píng)價(jià)優(yōu)劣的依據(jù),已經(jīng)在醫(yī)療[4]、水利[5]、風(fēng)險(xiǎn)管理[6]、環(huán)境[7]、安全評(píng)價(jià)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用,但是在道路選線方案方面暫未進(jìn)行相關(guān)交叉研究。因此,本文擬嘗試將密切值法應(yīng)用到道路選線方案評(píng)價(jià)中,以實(shí)現(xiàn)科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)道路選線方案。
1?密切值法在道路選線方案評(píng)價(jià)中的步驟
密切值法(Close Value Method,CVM)是系統(tǒng)工程學(xué)中一種常用的方案優(yōu)選決策評(píng)價(jià)系統(tǒng),它的基本原理是:通過找出評(píng)價(jià)對(duì)象中各評(píng)價(jià)指標(biāo)“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”的界限,分別計(jì)算對(duì)應(yīng)指標(biāo)到“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”的歐氏距離,將多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)換算成單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)——密切值,依據(jù)密切值的大小排出各評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣順序,密切值越小,表示評(píng)價(jià)對(duì)象越理想。
本文將密切值法在道路選線方案優(yōu)選中應(yīng)用的步驟總結(jié)如下:
1.1?構(gòu)建原始的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣
假定某項(xiàng)目中制定了n個(gè)路線選擇方案,各方案之間有m個(gè)指標(biāo)存在差異,則可以構(gòu)建n×m階的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣Y:
Y=a?11?a?12?…?a?1m
a?21?a?22?…?a?2m…………
a?n1?a?n2…?a?nm
其中:
m——評(píng)價(jià)指標(biāo)的項(xiàng)數(shù);
n——擬定的方案數(shù)量;
a?nm——第m項(xiàng)道路選線方案中第n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值。
1.2?初始矩陣同向化和規(guī)范化
在構(gòu)建的原始矩陣中的評(píng)價(jià)指標(biāo),既有對(duì)方案結(jié)果產(chǎn)生正向作用的,也有對(duì)方案結(jié)果產(chǎn)生負(fù)向作用的,為了便于具有統(tǒng)一的可比性,將對(duì)方案結(jié)果產(chǎn)生負(fù)向作用的指標(biāo)取負(fù)值。由于不同的指標(biāo)在數(shù)量級(jí)和量綱上存在差異,為了得到無量綱的規(guī)范化矩陣R,故需對(duì)矩陣Y進(jìn)行同向化后再按公式(1)進(jìn)行規(guī)范化處理。
R=r?11?r?12?…?r?1m
r?21?r?22?…?r?2m…………
r?n1?r?n2…?r?nm
r?ij=a?ij∑nk=1a2??kj(1)
式中,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。
1.3?確定最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)
利用Excel計(jì)算各準(zhǔn)則項(xiàng)的“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”,并構(gòu)建“最優(yōu)點(diǎn)”矩陣A+和“最劣點(diǎn)”矩陣A-。
A+=r+?1?r+?2?…?r+?m
A-=r-?1?r-?2?…?r-?m
“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”計(jì)算公式如下:
r+?j=max1SymbolcB@
iSymbolcB@
nr?ij(2)
r-?j=min1SymbolcB@
iSymbolcB@
nr?ij(3)
式中,j=1,2,…,m。
1.4?計(jì)算各道路選線方案到最優(yōu)點(diǎn)與最劣點(diǎn)距離
分別計(jì)算出各方案到“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”的歐氏距離d+?i、d-?i,計(jì)算公式如下:
d+?i=∑mj=1(r?ij-r+?j)2(4)
d-?i=∑mj=1(r?ij-r-?j)2(5)
式中,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。
1.5?計(jì)算密切值并排序
計(jì)算各方案的密切值C?i,并根據(jù)密切值從小到大進(jìn)行優(yōu)劣排序。
C?i=d+?id+-d-?id-(6)
式中,i=1,2,…,n。 d+、d-計(jì)算公式如下:
d+=min1SymbolcB@
iSymbolcB@
nd+?i(7)
d-=max1SymbolcB@
iSymbolcB@
nd-?i(8)
2?工程實(shí)例
實(shí)例項(xiàng)目是位于廣西天等縣境內(nèi)的某二級(jí)公路,在綜合考慮地形、地質(zhì)、水文等制約因素及沿線重要城鎮(zhèn)的規(guī)劃以及環(huán)境、資源分布、軍事設(shè)施、文物等其他控制因素后,對(duì)其中某一部分?jǐn)M定了F線、H線、K線三個(gè)方案。對(duì)三個(gè)方案的主要指標(biāo)要素進(jìn)行對(duì)比,選取14個(gè)差異性指標(biāo)作為優(yōu)選評(píng)價(jià)要素,并對(duì)其指標(biāo)屬性進(jìn)行了判定,如表1所示。
按照步驟(1)可以得到3×14階的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣Y:
Y=1.11615061.010.3514.65210.2591 4901 1161032.811 507.1341 350.481.119051.13.8661.65810.4071 4901 060109.911 233.6481 074.2700.97120253.89.7253.2128.8921 31556179.362111.3951 106.354
按照步驟(2)對(duì)指標(biāo)矩陣Y進(jìn)行同向化和規(guī)范化:
R=-0.6030.561-0.6470.247-0.034-0.790-0.600-0.600-0.681-0.634-0.924-0.408-0.678-0.653-0.6000.337-0.5390.269-0.369-0.281-0.608-0.600-0.647-0.634-0.279-0.408-0.555-0.537-0.5250.756-0.5390.931-0.929-0.545-0.520-0.529-0.342-0.444-0.264-0.816-0.483-0.535
按照步驟(3)確定各指標(biāo)的最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn):
A+=-0.5250.756-0.5390.931-0.034-0.281-0.520-0.529-0.342-0.444-0.264-0.408-0.483-0.535
A-=-0.6030.337-0.6470.247-0.929-0.790-0.608-0.600-0.681-0.634-0.924-0.816-0.678-0.653
按照步驟(4)計(jì)算各方案到最優(yōu)點(diǎn)與最劣點(diǎn)的距離:
d+=1.4300.8781.038 ;d-=1.0191.1961.371
按照步驟(5)計(jì)算各方案對(duì)應(yīng)的密切值,得到F線方案的密切值為0.886,H線方案的密切值為0.128,K線方案的密切值為0.181。根據(jù)密切值的大小排序可知,H線方案最優(yōu),其次是K線方案,最后是F線方案。
3?討論
在實(shí)例的計(jì)算過程中,最終推薦的是H線方案,這主要是因?yàn)镠線方案相對(duì)于F、K線方案都較適中,沒有特別的較差指標(biāo)的情況出現(xiàn)。比如在新增用地指標(biāo)中,F(xiàn)線的新增用地值相對(duì)于該指標(biāo)中最優(yōu)方案K線的比值達(dá)到3.5,雖然在該指標(biāo)中H線方案也不是最優(yōu),但是相對(duì)于K線方案比值僅為1.06,其是非常接近的;在每公里造價(jià)指標(biāo)方面,H線方案相對(duì)于K線方案也是非常接近,但是F線方案相對(duì)于K線相差較大。K線方案雖然在多個(gè)指標(biāo)中表現(xiàn)最優(yōu),但在挖、填路基土方量兩個(gè)指標(biāo)中都處于大幅度的最劣,H線方案雖然很少有指標(biāo)達(dá)到最優(yōu),但是每個(gè)指標(biāo)值都與最優(yōu)值很接近,所以在綜合計(jì)算中,得到的密切值最小,方案最為理想。實(shí)例的計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際的選擇結(jié)果是一致的,這說明了密切值法是切實(shí)可行的。
4?結(jié)語
文章將密切值法應(yīng)用到道路選線方案評(píng)價(jià)中,并通過實(shí)例驗(yàn)證,得到了如下的結(jié)論:
(1)在廣西天等某二級(jí)公路F線、H線、K線三個(gè)道路選線方案中,經(jīng)過密切值法計(jì)算排序,H線方案最優(yōu),其次是K線方案,最后是F線方案。
(2)通過密切值法選擇的道路選線方案與工程實(shí)例實(shí)際選擇的方案一致,證明了密切值法在道路選線評(píng)價(jià)中是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn):
[1]王?凱.關(guān)于道路設(shè)計(jì)中的選線優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].黑龍江交通科技,2018,41(12):20-21.
[2]廖?斌.基于多目標(biāo)的道路選線評(píng)價(jià)研究[J].西部交通科技,2018(11):147-150.
[3]劉茂華,肖健宇,劉柏良.三維虛擬場景中道路選線設(shè)計(jì)方法研究[J].中國科技論文,2017,12(3):332-335.
[4]邵婷婷,程齊波.密切值法在北京某三甲醫(yī)院的醫(yī)療質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì),2015,32(4):621-623.
[5]朱端端.小型農(nóng)田水利高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目綜合效益評(píng)價(jià)研究[D].西安:西安理工大學(xué),2017.
[6]李壽國,周文.基于PPP模式的地下綜合管廊項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)機(jī)制分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2018,18(3):1 019-1 024.
[7]余立斌.改進(jìn)密切值法及其在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境研究與監(jiān)測,2018,31(1):55-58.