公路路线方案合理性分析公路路线方案合理性分析

公路路线方案合理性分析公路路线方案合理性分析

李若荣

河源市鸿图公路勘察设计有限公司，广东 河源 517000

摘要：高速公路的快速发展导致人们对公路路线设计、项目施工、养护管理等阶段有着更高的技术要求，路线方案合理性是确保公路项目质量的必要基础，考虑到山区高速公路路线设计往往受限于较高的平纵技术标准及复杂的生态、地质水文等多种环境因素，如何对前期的路线方案合理性进行评价是人们的关注焦点。因此，本文首先介绍了路线设计方案的特点及影响因素，其次采取结合层次分析的模糊综合评价方法对路线设计方案的合理性进行评价，以便为高速公路项目实施质量提供理论参考依据。

关键词：公路路线；方案合理性；模糊综合评价

0 引言

高速公路作为一种带状构造物，其具备覆盖面广、里程长的特点，且高速公路作为连接城市不同区域及不同城市之间的基础设施，能够为城市的社会经济发展活力提供重要支撑。其中，高速公路路线设计的合理性在区域生态环境及社会发展等方面都有着决定作用，公路路线设计和公路其余设计项目（结构物设计、路基路面设计、交通工程设计、绿化照明设计等）具备明显的差异性，其是一个相对综合系统的工程，高速公路路线设计需要考虑多种因素，受到的限制条件也较为复杂。高速公路项目实施区域沿线附近的生态、地质水文等情况对于路线设计方案合理性的影响不可忽视，科学的路线设计方案能够减少安全事故的发生，继而确保公路项目的长期稳定运营。

1 路线方案选择的特点和影响因素

作为公路设计项目的决定性工作，路线方案设计主要是在地面上进行路线方向的确定及定位空间位置的具体过程，公路设计项目不仅是提供了一个重要的交通构造物，而且需要考虑地质、生态环境、地形等多方面因素的影响，在提供重要社会经济效益的同时，尽量避免后续对自然环境造成一定程度的破坏。

1.1公路路线方案选择的特点

路线方案的选择具备以下特点，首先是公路建设项目往往跨越了大范围的山区环境，且山区地形险峻，深路堑、高边坡等形式较多，这对于路线方案设计中纵面定坡、平面布线等指标的确定需要考虑更多限制，且项目规划区域具备的空间布线自由度较小，这决定了路线方案设计的特殊性；相较于平原地区，山区公路路线设计需要克服长距离路线沿岸的空间位置障碍，其中，越岭线、沿河线、山脊线等区域需要重点进行考虑。一般而言，路线方案设计中需要考虑的高程障碍要大于平面障碍，且对于路线纵断面的指标控制也较为严格，设计人员需要严格依据实际地形将路线进行必要的延长，以便达到设计规定的高程；其次是路线方案设计具备复杂性，山区复杂的构造体系及多变的环境、剧烈变化的高差等都使得项目具备较多的地形单元、地质岩层构造等，这就要求设计人员在进行路线设计中需要对不同路段进行设计标准的改变，在整个公路路线沿线需要分析的影响指标变化频繁，整体复杂性要远远大于平原区域，并且山区公路建设随着绿色环保理念的推广，也需要设计人员随着后续路线施工阶段的推进进行不断反复的优化，以便促进社会环境的和谐发展。

1.2影响路线方案选择的因素

对于路线设计方案的影响因素较多，主要可以分为以下几个方面，首先是公路建设项目的投资预概算往往达到了数十亿，路线设计在国防、政治经济上的作用不可忽视，路线设计需要考虑地方政府对路线的使用性质、综合经济发展角度等的影响；路线方案也需要考虑在航空、公路水运、铁路等交通项目工程中的作用，路线方案需要尽量和周围的城镇规划、沿线工矿等充分结合，为沿线农田水利项目提供充分的便利性；自然环境的影响对于路线方案设计具有重要意义，路线设计区域的气象、地质水文、地形等都对整个公路项目的实施造成了极大的困难，路线的走向要考虑后续的施工运营质量。对于一些缺水地区、地质情况严重不良区域、地震频繁区域、困难峡谷、高大山岭等障碍处，设计人员需要慎重考虑，必要时可以进行有效规避；路线走向与公路设计技术标准、施工条件密切相关，项目建设企业自身的施工技术水平及项目施工周期对于一些复杂路段路线方案的构建影响重大，公路项目后续运营中车辆安全行驶的条件是整个项目的核心考虑，对于一些存在行车安全隐患的区域，则需要在设计阶段采取必要的安全防护。另外，公路路线沿岸附近的历史文物、旅游景点、风景名胜也会影响路线设计，不同因素之间相互关联，路线方案需要在确保使用功能、性质的基础上，对既有的施工技术条件标准、工程概预算、施工周期、自然生态等因素综合分析，继而开展方案的比选工作，确保项目建设质量。

2 强调生态、安全的公路选线方法

2.1强调生态环境保护的公路选线方法

绿色化公路建设理念的不断推进，公路项目实施要加强生态环境保护意识，尤其考虑到公路项目具备占地面积达、周公周期长的特点，在路线方案设计阶段，设计人员就需要严格控制生态指标，对公路沿线附近的生态环境和地质情况进行科学合理的规划布线，在一些生态环境保护区路段，路线指标尽量严格优化，减少布线重复等情况，且涉及到深挖高填的位置，要尽量控制土方用量、用地范围，对周围的临时用地要做好事先的规划，区域项目完工后，则要恢复整治。生态恢复也是选线中需要进行分析的，环境生态自身具备较强恢复水平，如果公路路线方案对当地生态造成了稳定性破坏，则会造成不可挽回的损失，为此，路线设计要确保生态系统的连续性，建设单位可以采取必要的保护优化措施，对生态环境中的水资源、动植物资源进行有效保护，公路选线也可以进行人工生态项目的开展，实现人工生态和自然生态的有效协调，达到绿色化公路建设理念的推广

^[1]。

2.2强调安全的公路选线方法

公路选线安全控制是当前交通量不断扩增下的重要体现，交通安全事故频发不仅归因于驾驶员的不当操作及恶劣气候环境，更多的是公路路线方案设计的缺陷，如路线设计车速指标过大导致交通事故发生。为此，设计人员在进行公路线性相关指标设计时，尽量要符合实际地形，减少指标量值，从设计前期就进行事故的有效规避。根据相关数据统计资料分析，车辆驾驶人员主要根据公路路线的状况来控制行驶速度，而不是路线方案的设计标准速度要求来行使，这样就极容易造成路线状况不佳而导致车祸。基于此，路线设计中的安全指标控制和计算工作就显得极其重要，设计速度主要针对具备中等驾驶技术的人员在安全行驶基础上的最大车速，其是公路线形设计中的关键性参数，当前我国的公路技术规范中主要对一些湾区路段进行了相关的安全技术指标来严格控制，对于沿线直线段区域的安全控制要求则较少。在设计前期，设计人员需要加强直线段的安全评价标准，一般采取运行速度V₈₅作为主要指标，该指标的控制主要依赖直线路段的车辆实测速度来测定^[2]。

3 路线方案合理性评价

3.1路线评价方案构建

对于路线方案合理性的评价主要从三个方面进行开展，即指标体系的构建、评价指标的分类、路线方案的综合评价，路线方案评价工作依据内容的不同也可以进行不同的分类，主要表现为经济效益评价、社会效益评价、环境生态保护评价、技术水平评价四个方面；路线评价依据开展时间的先后则可以分为前期勘察规划阶段评价、线性设计阶段评价。路线方案设计工作整体表现为由大轮廓到细节具体、由粗到细、分阶段多层次、有整体到部分的逐步优化控制的过程。本文主要针对路线方案进行路线勘察规划和路线设计两个部分的评价介绍。

路线方案中的勘察规划阶段目标主要是路线需要符合地形变化、区域路网规划、环境保护、促进当地产业发挥、避免严重不良地质情况；线性设计阶段则需要在满足实际地形、地质的基础上复合技术指标要求，对路线进行合理设计，最终达到安全快速经济的效果。勘察规划阶段具备较为宏观的路线方案目标，主要着手于路线布局和走廊带方面；线性设计阶段则主要较为细致，评价方面集中于技术指标和经济安全的关系。两个阶段的设计目的各有侧重，这也决定了路线方案设计的指标、评价内容、操作方式各有不同，整个路线设计方案也由于两个阶段的存在而导致评价工作显得分层次和分阶段，继而实现路线方案的合理性、科学性。其中，勘察规划阶段的评价目标包括以下四个内容，交通效率、社会效益、适应地质地形、环境保护；线性设计阶段的评价目标主要包括以下几个方面，线形协调性、线形安全性、交通质量、设施经济安全性，路线方案的评价体系如表1所示^[3]。

表1路线方案的评价体系

3.2方案评价步骤

本文开展路线方案合理性评价主要基于层次分析法，该方法具备多准则评价、定性定量相互结合的优势，能够对两两因素进行对比，继而对同一个层级中的多因素相对重要性进行确定，达到综合判断决策，并且对各个路线方案的相对重要性进行排序，为决策者提供良好的方案可操作性。为有效避免层次分析法评价过程过于主观化机单一化，本文在此基础上引入了模糊综合评价模型，能够有效解决定量化定性指标科学评价缺陷，通过两种方式相互结合来实现路线方案的科学合理评价，基于层次分析法的模糊综合评价具体开展步骤如图1所示

^[3]。

图1方案评价步骤示意图

3.3方案合理性分析

路线方案合理性评价体系中，主要采取德尔菲法进行指标特征值的确定，该方法作为匿名反馈函询法，开展流程如下，首先针对所要预测的问题进行确定及专家的反馈，继而对专家的意见进行归纳整理及统计工作，并且再次进行匿名专家的反馈征求意见，如此循环，直到收集到的意见整体较为稳定为止。值得注意的是，开展德尔菲法前，需要做好表格设计及对象选择工作，调查表格尽量做简约，且调查对象具备代表性和针对性，以便充分提升结果的置信度，指标的特征值确定主要采取1-9标度法；定量指标数值主要通过计算获取，并且对指标数值进行检查，以此判断其是否满足相应的评价标准，继而得到其特征值；确定隶属度之前，需要构建图2所示指标层级结构示意图。

图2层级指标结构示意图

评价指标体系中包含定性指标、定量指标，采取隶属度的定义（相对重要度）进行方案集不同元素相对于模糊概念的隶属度构建，同一层级不同指标的隶属度则可以进行量化处理，隶属度的确定则通过判断矩阵特征向量归一化处理后获得，特征向量分量表达式为 ，特征向量表达公式为 ，通过特征向量的归一化处理则可以得到相对重要度公式 。

其次则需要开展相容性检验分析，矩阵各个元素具备非传递性，如a_ik≠a_ija_jk，反之，则判断矩阵具备相容性；人为主观因素的存在就很难对a_ij的数值进行准确判定，只能够进行一定程度的估算，继而会导致特征向量出现一定的误差，层次分析法应用对判断矩阵相容性要求并不严格，偏差的存在是允许的，但是整体趋势则要表现出相容性，如不能够出现以下情况，相对于HS，A1重要度大于A2，A2重要度大于A3，但是A3重要度又大于A1。路线方案评价结果往往由于判断矩阵相容性偏差太大而存在较大影响，则需要开展相容性检验，在经过判断矩阵最大特征值计算之后，建立相容性指标CI计算公式 ，如果计算CI小于0.1，则有依据认为判断矩阵具备较好的相容性，反之则需要进行判断矩阵的重新设计。综合重要度的计算则主要针对不同元素相对于评价体系的重要度而开展，如A层级具备A₁，，，，A_m等m个子因素，分别重要度为a₁，，，，a_m；；下一层级B则有n个因素B₁，，，，B_n；相对于A_i的重要度向量 ，B级因素Bj综合重要度公式为 。

模糊综合评价则可以对一些难以实现精确化系统进行综合分析，首先需要确定对象集、因素集及评价集；其次则构建评价因素权分配矩阵，且单个评价因素都具备不同的权重，该方法具备准确度高、误差小的优点，实际可以通过专家调查获取包含m个因素的权分配矩阵W，计算公式为 。模糊评判矩阵R的构建则需要包含的r_ij元素是对象O_i在因素u_i上的关于评价C的隶属度，其中r_ij在0-1之间；最后需要计算的评判结果矩阵B如公式1所示，其中 为广义模糊指标。开展综合评判主要是为了从一系列对象中进行最优化对象的选取，需要借助于评判结果进行优劣的排序处理，B矩阵中的不同元素大小排列，最大值为需要选择的最优对象^[3]。

（1）

4 小结

作为公路工程项目的关键环节，路线设计方案和工程建设规模、环境保护、概预算投资、运营质量等方面都有着极大关联，即便当前已经具备了较多的路线研究资料，但是结合我国既有实际情况，如何充分优化绿色化公路建设理念还值得进一步研究，路线设计需要做到人和自然生态相互协调，确定科学合理的技术指标，才能确保公路项目的安全稳定运行。

参考文献：

[1]冯军涛, 李良超, 吴宏宇. 基于云模型的高速公路路线方案评价[J]. 物流技术, 2019, 38(02):91-94.

[2]胡启文. 浅谈山区高速公路路线方案优化比选[J]. 江西建材, 2019, 242(03):139+141.

[3]魏来, 郭建. G244线打扮梁(陕甘界)至庆城段公路南梁连接线路线方案设计[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2019, 15(04):24-26.