李雨濃，鮑學(xué)英

(蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070)

川藏鐵路線路長，沿線途經(jīng)區(qū)域多為高海拔生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)。隨著其建造進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人民對川藏鐵路沿線生態(tài)環(huán)境的保護越發(fā)重視。且西藏地區(qū)生態(tài)環(huán)境尤為脆弱，動、植物群落簡單，受到影響后恢復(fù)困難。因此，為了減少建設(shè)過程中的水環(huán)境污染、土壤污染、固廢排放等對生態(tài)環(huán)境的破壞，使川藏鐵路建設(shè)為文明、環(huán)保的綠色鐵路。在保障工程質(zhì)量及進(jìn)度的基礎(chǔ)上，尋求合理利用相關(guān)施工過程中的節(jié)材措施不僅在一定程度上達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，而且減少了在此過程當(dāng)中對生態(tài)環(huán)境的影響，對建立可持續(xù)發(fā)展的綠色鐵路有著重要意義。目前，鐵路綠色施工節(jié)材措施已引起國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者及有關(guān)部門的關(guān)注。SAWLEY等[1?2]通過分析英國鐵路建造過程中使用的可再生材料的現(xiàn)狀建立了相應(yīng)的評價準(zhǔn)則。板村太郎等[3]在分析日本國內(nèi)實際修建鐵路工程的經(jīng)驗上，優(yōu)化或使用高性能替代材料從而建立了針對于鐵路建設(shè)用材的評價標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，張健[4]分析了高速鐵路建造過程中可采取的節(jié)材措施及其對應(yīng)的技術(shù)特點。鮑學(xué)英[5]針對西北寒旱地區(qū)鐵路綠色施工建立了相應(yīng)的等級評價體系。相關(guān)部門也制定了關(guān)于鐵路綠色施工、施工節(jié)材的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。2014年國家鐵路局發(fā)布了《綠色鐵路客站評價標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 10429—2014)其中針對鐵路客站建設(shè)項目的綠色施工做出了相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)。由于目前關(guān)于鐵路建設(shè)項目施工過程中綠色施工節(jié)材措施效果的評價理論相對較少。本文借鑒建筑領(lǐng)域?qū)τ谑┕み^程中節(jié)材措施效果相對成熟的評價體系，結(jié)合《綠色鐵路客站評價標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 10429—2014)及《建筑工程綠色施工評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50640—2010)。針對由于川藏鐵路所跨地區(qū)生態(tài)環(huán)境的差異、可使用節(jié)材措施的程度不同，所導(dǎo)致的施工過程中各種節(jié)材措施的綜合效果在不同區(qū)段對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別的問題。本文建立川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施綜合效果評價模型，通過引入主觀偏好系數(shù)結(jié)合G1法和改進(jìn)DEA模型2種主、客觀賦權(quán)方法，以最終確定效率指數(shù)為基準(zhǔn)[6?7]，為川藏鐵路不同施工區(qū)間選取高效、適用性強的節(jié)材措施提供參考。

1 影響因素識別

從施工階段各節(jié)材措施自身、經(jīng)濟成本、施工技術(shù)承受力3個方面對川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施綜合效果的影響因素進(jìn)行識別。在此基礎(chǔ)上，對各影響因素進(jìn)行細(xì)化及提取，構(gòu)建川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施綜合效果評價指標(biāo)體系，見圖1。

圖1 評價指標(biāo)影響因素識別Fig.1 Identification of factors affecting evaluation indicators

2 川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施綜合效果評價指標(biāo)體系

根據(jù)對相關(guān)影響因素的識別，同時參考《綠色鐵路客站評價標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 10429—2014)及《建筑工程綠色施工評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50640—2010)。在充分考慮川藏鐵路沿線生態(tài)環(huán)境脆弱的基礎(chǔ)上，本文從5個方面對節(jié)材措施的綜合效果進(jìn)行分析，即為施工技術(shù)、經(jīng)濟收益、社會效益、環(huán)境影響和其他5個方面。同時為提高節(jié)材措施綜合效果評價的準(zhǔn)確性，對評價指標(biāo)進(jìn)行篩選和提取，所建立的川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施綜合效果評價指標(biāo)體系，見表1。

表1 節(jié)材措施綜合效果評價指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of comprehensive effect of material saving measures

3 川藏鐵路施工現(xiàn)場一般可選擇的節(jié)材措施

鑒于川藏鐵路途徑西藏及四川多地的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域，本文借鑒修建青藏鐵路工程時實際采取過的節(jié)材措施經(jīng)驗。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國家鐵路局2014年所發(fā)布的《綠色鐵路客站評價標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 10429—2014)及《建筑工程綠色施工評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50640—2010)中對節(jié)材措施的相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)，綜合分析川藏鐵路施工現(xiàn)場一般可選擇的節(jié)材措施為：使用高性能材料及節(jié)材型工藝、實體性材料降耗、使用可再生材料及余料回收、周轉(zhuǎn)性材料重復(fù)使用。在對相關(guān)從業(yè)專家以問卷調(diào)查方式得到綜合評分結(jié)果的基礎(chǔ)上，將4種節(jié)材措施對應(yīng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行細(xì)化，以此構(gòu)建節(jié)材措施綜合評價指標(biāo)體系。

3.1 使用高性能材料及節(jié)材型工藝

1)改良土路基填料代替AB料，當(dāng)施工區(qū)段在保證路基工程的施工質(zhì)量且因地質(zhì)環(huán)境使用改良土的經(jīng)濟效益遠(yuǎn)大于AB料時。2)因施工區(qū)段所處生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)時可使用高性能、對生態(tài)環(huán)境友好的節(jié)材型路基支擋結(jié)構(gòu)的程度。3)根據(jù)施工區(qū)段當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境條件使用CFG樁技術(shù)。4)施工區(qū)段內(nèi)橋梁工程使用預(yù)制拼裝式橋梁臺背技術(shù)5)使用高性能混凝土用于混凝土結(jié)構(gòu)的程度。

3.2 實體性材料降耗

1)施工區(qū)段利用低回彈率的隧道混凝土噴敷材料及工藝以降低隧道工程初期支護時混凝土的損耗。2)使用路基填料、混凝土拌和站信息化配料降低因人工計算偏差導(dǎo)致材料消耗增多。3)因鐵路施工周期長、施工區(qū)段使用材料本地化的程度影響施工材料因運輸而引起的損耗。4)BIM節(jié)材技術(shù)應(yīng)用于施工材料的精細(xì)化計算從而避免施工過程中材料的不必要損耗。5)作為主要施工材料的水泥、砂漿受制于其生產(chǎn)技術(shù)及運輸方式，損耗率高居不下。為解決此項問題，使用預(yù)拌砂漿、散裝水泥作為現(xiàn)澆砂漿及袋裝水泥的替代選擇。

3.3 周轉(zhuǎn)性材料重復(fù)使用

1)使用高性能、重復(fù)使用次數(shù)多的工具式模板、腳手架以降低其的消耗率。2)提高制梁場工裝構(gòu)件的通用程度，已達(dá)到節(jié)約材料、環(huán)境友好、降低成本的目的。

3.4 使用可再生材料及余料回收

1)使用隧道棄渣、路塹開挖等大量的土石方類固廢物。2)因鐵路工程施工過程中部分施工材料需運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場所產(chǎn)生的包裝材料如木板、塑料薄膜等加以利用。3)充分利用價格低廉、性能優(yōu)良的可再生材料，如：粉煤灰、灰渣、礦渣、鋼渣、瀝青等。4)在對材料性能要求較低的施工點(混凝土墊層、砌筑砂漿等)可使用廢棄混凝土、砂石、碎砌塊等作為混凝土再生骨料。

綜合以上關(guān)于川藏鐵路施工現(xiàn)場一般可選擇的節(jié)材措施分析，構(gòu)建川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施體系，見表2。

表2 川藏鐵路施工現(xiàn)場一般可選擇的節(jié)材措施Table 2 Materials-saving measures generally selected for construction site of Sichuan-Tibet Railway

4 G1法和改進(jìn)DEA模型基本理論

G1法[8]即序關(guān)系分析法，是在AHP法的基礎(chǔ)上簡化賦權(quán)過程改進(jìn)而來的一種主觀賦權(quán)方法。改進(jìn)DEA模型為一種客觀賦權(quán)方法。通過主觀偏好系數(shù)及線性加權(quán)的方法，組合2種主、客觀賦權(quán)方法并以此為評價指標(biāo)的綜合權(quán)重。

4.1 基于G1法的指標(biāo)權(quán)重的確定

G1法即為指標(biāo)間逐個比較判斷重要性的一種主觀賦權(quán)方法。在凸顯決策者偏好及重要指標(biāo)作用的基礎(chǔ)上簡化了構(gòu)造判斷矩陣及一致性檢驗的賦權(quán)過程。步驟如下。

4.1.1 指標(biāo)間序關(guān)系的確定

若各施工節(jié)材措施評價指標(biāo)Xi和Xj在相應(yīng)的評價方面下具有如下關(guān)系式：Xi>Xj(i,j=1,2,3,n)則稱Xi的重要程度高于Xj。根據(jù)此種方法對評價指標(biāo)集中的評價指標(biāo)進(jìn)行相對重要性排序，確定指標(biāo)間序關(guān)系，如下式所示，

4.1.2 理性判斷

4.1.3確定權(quán)重

根據(jù)rk的定義進(jìn)行求積，計算如下：

計算第n個評價指標(biāo)的權(quán)重，即

4.2 改進(jìn)的DEA模型

為解決DEA模型[9?10]在賦權(quán)過程中可能會出現(xiàn)的評價指標(biāo)權(quán)重數(shù)值不合理且多組指標(biāo)權(quán)重重疊的問題，本文選取一種改進(jìn)的DEA模型[11]進(jìn)行客觀權(quán)重的確定。

4.2.1 有效決策單元的確定

將前文所提的4種綠色施工節(jié)材措施組成4個決策單元DMUq(q=1,2,…,4)。從5個方面對4種節(jié)材措施進(jìn)行分析，即每個決策單元輸入、輸出指標(biāo)分別為v，u滿足關(guān)系式v+u=5。

決策單元DMUq的輸入、輸出向量分別記為Xq，Yq，則有

式中：xs,q,yt,q分別為決策單元DMUq的s個輸入指標(biāo)值，s=1,2,…,v；第t個輸出指標(biāo)值，t=1,2,…,u。

則有輸入、輸出指標(biāo)的權(quán)重向量分別為K,G：

構(gòu)建最優(yōu)、最劣虛擬決策單元DMUm+1,DMUm+2，其中m為總的決策單元數(shù)。

虛擬最優(yōu)決策單元DMUm+1的輸入和輸出指標(biāo)值為別記為Xm+1和Ym+1：

則滿足如下關(guān)系式，

同理，可得DMUm+2的輸入、輸出向量的取值，即

4.2.2 公共權(quán)重的確定

以最劣決策單元DMUm+2為最差目標(biāo)、最優(yōu)決策單元DMUm+1的約束條件為hm+1=1，則有，

式中：ks和gt為最優(yōu)決策單元DMUm+1的輸入、輸出指標(biāo)的權(quán)重值。

即為在滿足最優(yōu)決策單元DMUm+1的效率指數(shù)最優(yōu)的無數(shù)組解中，選取使得最劣決策單元DMUm+2的效率指數(shù)最小的解，并以此為公共權(quán)重。

式中：hm+2為最劣決策單元DMUm+2所對應(yīng)效率指數(shù)；gt為最劣決策單元DMUm+2輸出向量所對應(yīng)權(quán)重值。

綜合評價模型為，

對評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到

4.3 基于G1法和改進(jìn)DEA的綜合評判模型

依據(jù)《綠色鐵路客站評價標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 10429—2014)及《建筑工程綠色施工評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50640—2010)引入主觀偏好系數(shù)θ，結(jié)合2種主、客觀賦權(quán)方法從而形成綜合賦權(quán)法，確定指標(biāo)的綜合權(quán)重[12]為W′。計算公式如下：

式中：W和W*分別為G1法和改進(jìn)的DEA模型指標(biāo)權(quán)重。

4.4 效率指數(shù)

效率指數(shù)即為衡量各綠色施工節(jié)材措施對于施工區(qū)段的適用程度[13]的基準(zhǔn)，指數(shù)越大節(jié)材措施越適用于該施工區(qū)段，計算公式如下：

式中：w′t和w′s分 別 為決策單元DMUq對 應(yīng)輸入、輸出指標(biāo)的綜合權(quán)重；yt，i和xs，i為輸入、輸出指標(biāo)值。

5 評價過程

針對文中構(gòu)建的川藏鐵路綠色施工節(jié)材措施綜合效果評價指標(biāo)體系，將每種節(jié)材措施作為一個決策單元，通過縱向分析每個決策單元即每種滿足需求的節(jié)材措施應(yīng)考慮哪些方面，如表1所示。并同時在同一施工區(qū)段，對于文中選取的4種節(jié)材措施進(jìn)行橫向比較從而得到節(jié)材措施間的優(yōu)劣排序，如表2所示。最終通過得出各節(jié)材措施的效率指數(shù)來確定節(jié)材措施對于施工區(qū)段的適用程度，具體評價過程如圖2所示。

圖2 評價過程Fig.2 Evaluation process

6 實例應(yīng)用

川藏鐵路理塘境段以雅江和白玉為兩端,區(qū)間內(nèi)海拔落差大，生態(tài)環(huán)境脆弱、恢復(fù)難度大[14]。研究川藏鐵路理塘縣境內(nèi)段建設(shè)過程中的綠色施工節(jié)材措施綜合效果評價具有一定的代表性。故本文選取川藏鐵路理塘境內(nèi)施工區(qū)段作為實例評價對象，選取前文所提的川藏鐵路施工現(xiàn)場一般可選擇使用的4種節(jié)材措施，記為節(jié)材措施A，B，C，D。運用本文所提的方評價法對其綠色施工節(jié)材措施進(jìn)行綜合效果評價，以此為例說明該方法的實用性。

邀請相關(guān)從事鐵路綠色施工專家及具有修建青藏鐵路工程實際經(jīng)驗的施工方人員共25位，以發(fā)放調(diào)查問卷的形式得到基于表1及表2的評價結(jié)果。具體打分規(guī)則按照百分制進(jìn)行打分，最終得分取其平均值。通過對收回問卷進(jìn)行有效性分析后得出4種節(jié)材措施綜合評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)集見表3、各節(jié)材措施平均得分見表4。

表3 節(jié)材措施綜合評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)集Table 3 Standard set of comprehensive evaluation indicators for material saving measures

6.1 基于G1法的指標(biāo)主觀權(quán)重的確定

依據(jù)本文構(gòu)建的評價指標(biāo)體系，通過對前文所提專家問卷的分析和整理。得出指標(biāo)間的相對重要度排序為：根據(jù)專家對于指標(biāo)間相對重要程度的理性判斷，近似給出r2=1.2,r3=1.6,r4=1.4，r5=1.6。可 得r2r3r4r5=4.300 8，r3r4r5=

6.2 基于改進(jìn)DEA模型客觀權(quán)重的確定

將施工技術(shù)、社會效益和其他方面的評價記為各決策單元的投入評價，記為v1，v2和v3，而在經(jīng)濟、環(huán)境方面的評價為收益評價，記為u1和u2。構(gòu)造的最優(yōu)、最劣決策單元為DMU5和DMU6。則有DMU5的輸入向量為X5=[69 76 57]T，輸出向量Y5=[93 88]T；DMU6的 輸 入 向 量X6=[91 80 80]T,輸出向量Y6=[68 74]T。

對2組新向量進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，形成新的矩陣E。

以矩陣E為準(zhǔn)，根據(jù)前文所提改進(jìn)DEA模型的定義，所構(gòu)建的模型為；

運用MATLAB軟件中LMI工具組件對上式進(jìn)行求解，可得u1=3.724，u2=0，v1=0，v2=0，v3=5.154。再對得到的數(shù)據(jù)歸一化處理，從而得到各個評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；0.580，因此得出公共權(quán)重向量為W*=[0 0.419 0 0 0.581]T

6.3 綜合權(quán)重的確定

依據(jù)前文所提的主觀偏好系數(shù)確定方法，選取偏好系數(shù)為θ=0.6。根據(jù)式(17)可得出綜合權(quán)重為：

6.4 效率指數(shù)的確定

通過得到的各個評價指標(biāo)的綜合權(quán)重，根據(jù)式(18)得出四種節(jié)材措施效率指數(shù)的優(yōu)劣排序：

同理可得h2，h3，h4效率指數(shù)分別為0.940 7，0.811 1，1.051 7。

根據(jù)計算結(jié)果易得h4的效率指數(shù)最大，即為使用可再生材料及余料回收節(jié)材措施為川藏鐵路理塘縣境內(nèi)段建設(shè)過程中綜合效果最好的節(jié)材措施。評價結(jié)果與現(xiàn)有文獻(xiàn)資料及調(diào)研結(jié)果[15]具有良好的吻合性。

7 結(jié)論

1)通過對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)及運用主觀偏好系數(shù)的方式結(jié)合主、客觀兩種賦權(quán)方法。在凸顯決策者主觀偏好及重要指標(biāo)作用的同時，又充分考慮到施工過程中的實際情況。在此基礎(chǔ)上得到的評價結(jié)果更為全面、合理。

2)本文一方面從施工技術(shù)、經(jīng)濟收益、社會效益，環(huán)境影響及其他5個方面出發(fā)，將節(jié)材措施綜合效果評價指標(biāo)分為投入型及收益型。另一方面，結(jié)合川藏鐵路施工區(qū)段所處地區(qū)生態(tài)環(huán)境特點、施工條件等細(xì)化各節(jié)材措施種類。以此為基準(zhǔn)的節(jié)材措施綜合效果評價體系可更為全面、客觀的衡量節(jié)材措施對于施工區(qū)段的適用程度。在保證工程質(zhì)量及施工進(jìn)度的前提條件下，為正在建設(shè)的川藏鐵路施工區(qū)段選取針對性強、效益突出的節(jié)材措施提供一種新的方法和思路。