（管理科学与工程专业论文）基于模糊综合评判法的高速公路路线方案优选研究.pdf

摘要 高速公路建设路线方案的综合比选，是在高速公路建设前期需要解决的重要 问题，其基本走向方案选择的是否科学合理，直接影响到项目建成后能否满足国 家经济建设需要，关系到该项目是否能够达到预期的效果。因此，在高速公路建 设初期，必须对各备选路线方案进行经济、技术、环境及社会等各方面的评价， 研究出切实可行的决策评估方法，应用于高速公路建设基本走向方案的比选中， 从中选出总体效果最优的且可行的方案加以实施。 本文结合高速公路项目选线的特点，采用层次分析法、模糊综合评价理论等 系统分析的方法，对高速公路路线方案的比选进行了研究，确定了选择指标的原 则，建立了完整可行的高速公路综合评价指标体系；针对高速公路方案优选既有 模糊性又有相对性的特点，建立了高速公路选线方案决策系统模糊优化理论模 型；同时，将高速公路选线方案决策视为方案优选系统模糊优化问题，对备选路 线方案的走向及效果进行评价、优选；建立了由指标特征值转化为相对隶属度的 指标隶属度模型；使用改进了的f u z z ya h p 法确定各指标的权重。 最后，利用该模糊优化理论模型对包茂国家高速公路湖南省怀化至通道( 湘 桂界) 公路路线方案的优选进行了实证分析，结果表明，该模型具有系统性、灵 活性和实用性。为高速公路路线方案的优选提供了新思路、新方法。 关键词：高速公路；方案优选；模糊综合评价；指标体系；权重 a b s t r a c t t h ec o m p r e h e n s i v ea l t e r n a t i v e o p t i o no ft h ee x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o nl i n e s c h e m e ，w h i c hi sn e e d e dt os o l v eb e f o r et h ee x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o n ，t h eb a s i ct r e n d a l t e r n a t i v eo p t i o no ft h ee x p r e s s w a yi ss c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lo rn o t ，w h i c hd i r e c t l y e f f e c tt h ep r o j e c tw h e t h e rc a nm e e tt h en e e d so fn a t i o n a le c o n o m i co rn o t a n d d e c i d et h ep r o je c tw h e t h e rt oa c h i e v et h ed e s i r e dr e s u l t s o rn o t t h e r e f o r e i nt h e e x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o ne a r l y ，w em u s te v a l u a t et h ev a r i o u sa l t e r n a t i v ep r o p o s a l s a b o u t e c o n o m i c ，t e c h n i c a l ，e n v i r o n m e n t a l ，s o c i a la n ds o o n ，s t u d yd e c i s i o n s a s s e s s m e n tm e t h o dw h i c hi sp r a c t i c a b l e ，a m o n gt h ea l t e r n a t i v eo p t i o nf o r t h es c h e m e o fe x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o nl i n e ，w ec h o o s et h eb e s to v e r a l le f f e c ta n dp r a c t i c a l s c h e m e ，a n dt h e np u ti n t oo p e r a t i o n t h et h e s i su n i t et h et r a i to fh i g h w a yp r o je c t s e l e c t 1 i n e ，u s e da h p , f u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt h e o r ya n ds o m es y s t e ma n a l y s i sm e t h o dt or e s e a r c ht h e a l t e r n a t i v eo p t i o no ft h e e x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o nl i n es c h e m e d e t e r m i n e dt h e p r i n c i p l eo fi n d i c a t o r s ，e s t a b l i s h e dt h ec o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a lt a r g e ts y s t e mf o r e x p r e s s w a yw h i c h i sc o m p l e t e l yf e a s i b l e a i ma ta l t e r n a t i v eo p t i o no ft h ee x p r e s s w a y s c h e m en o t o n l yf u z z i n e s sb u t r e l a t i v i t y ，t h ep a p e re s t a b l i s h e de x p r e s s w a y s e l e c t - l i n es c h e m ed e c i s i o ns y s t e m f u z z yo p t i m i z a t i o nt h e o r e t i c a lm o d e l a tt h e s a m et i m e ，t h i sa r t i c l es e et h e h i g h w a ys e l e c t 1 i n es c h e m ed e c i s i o na ss c h e m e p r e f e r e n c es y s t e mf u z z yo p t i m i z a t i o np r o b l e m ，e v a lu a t e da n dp r e f e r r e dt h et r e n da n d e f f e c to ft h ea l t e r n a t i v ep r o p o s a l s ，b u i l tai n d i c a t o rm e m b e r s h i pm o d e lw h i c hi sf r o m i n d i c a t o rc h a r a c t e r i s t i cv a l u ec h a n g ei n t or e l a t i v em e m b e r s h i p ，u s i n gt h ei m p r o v e d f u z z ya h pc o n f i r mt h ew e i g h t so f e a c hi n d i c a t or f i n a l l y ，u s et h ef u z z yo p t i m i z a t i o nt h e o r ym o d e ld e m o n s t r a t ea n da n a l y s i st h e l i n es c h e m eo p t i m i z a t i o no ft h eb a om a on a t i o n a lh i g h w a yh un a n p r o v i n c ef r o m h u a ih u at ot o n gd a or o d e ，t h er e s u l ti n d i c a t et h a tt h em o d e li si nt h en a t u r eo f s y s t e m a t i c ，f l e x i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t y i tp r o v i d e dan e wt h i n k i n ga n dan e w m e t h o df o r t h eo p t i m i z a t i o no f e x p r e s s w a yl i n es c h e m e k e y w o r d s ： e x p r e s s w a y ；p l a nc o m p a r i s o n ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；i n d e x s y s t e m ；w e i g h t i i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：事l 净彤 日期易，口年多月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名：芦崦哆 刷噬名肜砂 日期：办l 。年6 月f 日 日期加l 口年占月f 曰 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 公路交通运输行业是国民经济发展的服务性、基础性产业，是合理配置资源、 提高经济运行效率和质量的重要基础设施，是将世界联系在一起的纽带。人类社 会发展历史证明，公路交通运输行业对于一个国家或地区的社会与经济发展具有 重要意义。 自从改革开放以来，我国经济发展速度得到了提高，综合国力日益增强，社 会经济发展对交通的需求越来越大。尤其是1 9 9 8 年以来，为了应对东南亚金融 危机对国家经济发展所形成的冲击，国家制定了拉动内需的重要财政政策，在全 国大规模实施公路交通相关基础设施建设，每年都有2 0 0 0 亿元以上的财政资金 投入到公路交通基础工程建设中，公路在里程数量和工程质量上都实现了重大突 破i l j 。以国道主干线为重点的国家高等级公路建设得到了快速发展，成为近1 0 年来公路交通基础工程设施建设中的主要成就之一。高速公路的建设不仅极大地 满足了交通需求增长对公路基础建设的要求，同时对国民经济的总体发展起到了 积极的推动作用。 l9 8 9 年我国高速公路通车里程仅有2 7 l 公里，到了19 9 9 年突破l 万公里， 截至到2 0 0 5 年底，全国高速公路总里程己超过了4 1 万公里，位居世界第二位， 仅次于美国。我国仅仅用了十几年的时间完成了欧美发达国家高速公路建设三四 十年的发展历程，实现了跨越式发展。我国有1 6 个省的高速公路突破了l 千公 里，其中山东高速公路突破3 千公里，江苏和广东省高速公路突破2 千公里，河 北、山西、辽宁、浙江、河南、湖南、湖北、江西、安徽、广西、四川、云南、 陕西等13 个省区的高速公路突破了1 千公里，山东、辽宁、浙江省省会到地级 市已经全部都有高速公路连接起来1 2 j 。 国家高速公路网是国家根据社会、经济和国防的需要而制定的最高层次的公 路交通运输通道，服务于国家的政治稳定、社会进步、经济发展和国防现代化， 体现国家富裕强大、安全稳定、和谐发展，建立综合高速公路运输网络体系以及 加快公路交通运输现代化的要求；主要连接国家的大中城市，包括国家和地区性 经济中心、交通枢纽、重要对外口岸；承担着区域间、省际间和大中城市之间的 快速客货交通运输，提供高效、便捷、舒适、安全、可持续的服务，为应对自然 灾害等突发性事件提供快速交通保障1 3 j 。 我国制定国家高速公路网规划是应用放射性与纵横网格相互结合的布局方 案。国家高速公路网由我国的中心城市向外放射以及横连东西、纵贯南北的交通 运输网络组成，由七条首都放射线、9 条南北纵向线与18 条东西横向线组成， 称之为“7 9 18 网”，总规模达8 5 万公里，其中：主线为6 8 万公里，地区环线、 联络线等其它路线约为1 7 万公里。 在高速公路的建设上，我国取得了举世瞩目的成就。但我们也认识到，高速 公路建设的快速发展在推动我国国民经济的快速发展，同时也在一定程度上加深 了资源利用、环境保护和人类社会发展之间的矛盾，带来了一系列突出的生态环 境问题。例如：高速公路工程建设用地增加使耕地逐年减少；过度的采石、取土、 挖沙造成水土流失，土地沙漠化，自然生态环境日益恶化；不科学的使用和分隔 土地，影响动物的正常繁衍生息，给生物种群的多样化带来了巨大的冲击；此外 高速公路交通基础建设还会对沿线的大气、水、声造成污染1 5 。因此高速公路交 通基础建设对自然环境与人类社会的生存环境都会带来了很大的影响。高速公路 建设对生态环境的影响通常是在高速公路的路线方案确定后就决定了其对周围 生态环境的破坏程度，因此，要解决这种问题必须从高速公路选线问题做起。 目前我国的公路测设水平比较低，影响了我国公路设计水平和质量的主要因 素，仍然没有突破传统的公路设计方法和模式，技术含量比较低，特别是高科技 含量偏低。另一方面，公路路线基本走向方案的比选问题又是一个相当困难和复 杂的综合系统择优问题，确定公路路线的基本走向方案比选工作涉及的因素比较 多，影响范围比较广，而且路线基本走向的优劣，往往没有一个确定的标准，非 常困难地给出一个肯定或否定意见，各个方案之间互相进行比较又存在一定的困 难。 综上所述，为进一步提高国家高速公路路网规划的合理性和科学性，迫切寻 求一种合理、科学和可操作的公路路线方案评选方法。本文在路线方案决策采用 模糊综合评判方法对路线走向方案进行择优，为决策者提供可行、科学和客观的 理论依据。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究状况 欧美发达国家近年来在总结过去公路交通基础建设经验的基础上，提出了一 些新颖的公路设计理念，同时将这些理念与先进的测设技术相互结合起来，提出 了一系列新的公路选线技术。 在设计理念方面，背景敏感性设计( c n t e x t s e n s i t i v ed e s i g n ，c s d ) 是欧美 一些发达国家最近几年提出的一种新的公路设计理念，是总结过去公路交通基础 建设经验基础上提出的综合平衡处理公路建设，满足安全、快速、美观、经济要 2 求，增加了社区价值等方面元素的一种具有系统工程理论的协调方法与理念 6 1 。 c s d 强调灵活使用公路设计的标准，在公路设计方法上由注重设计标准的方向 向注重使用性能的方向发展，对公路设计中些可以预见的公路工程质量和交通 安全的影响因素，由被动防治的方向向主动杜绝的方向转变，同时注重大众在公 路规划、设计中参与的作用【7 j 。 另一方面在美国提出了公路创作设计的理念，公路创作设计的目的是激发设 计者的想象力、创造性和灵活性，激励他们在运用技术标准时充分融入自己的想 法和观点，通过运用种综合设计手段，并在保证公路交通系统安全和人们出行 需要的基础上，全方位考虑公路建设周围景观、历史、美观与其他文化价值 8 1 。 在综合设计的过程中，特别强调设计主题的确定及其通过细节方面的体现、大众 的参与以及与多种科学设计方法之间的相互结合1 9 1 。 在环境保护与协调方面，美国特别重视对资源环境方面( 物理环境、生态环 境、社会环境和生活环境等) 的保护与协调。美国在公路网规划初期就开始进行 战略性方面的环境影响评价，在整个公路交通基础建设过程中充分体现了“环保 优先”原则，采用了公路交通基础建设与环境保护统一进行规划、统一进行设计、 统一进行施工【l0 。在公路选线方面中，充分使用g i s 、遥感等先进技术，从公 路选线程序上确保了公路美观、环保以及与地形、地质条件等方面的协调i l l j 。 在交通安全设计方面，美国从交通事故信息系统方面、交通事故发生的机理 方面、事故规律方面、公路路线设计方面等各个方面，通过构建公路设计几何要 素与交通量的关系，对交通事故发生率进行预测，找出公路设计中的存在安全隐 患，从设计方面上保证公路设计的交通安全性，主要研究成果是i h s d m ( 交互 式道路安全设计模型) 1 1 2 j 。交互式公路安全设计模型是美国研发用来评价道路 安全评价的核心技术，该模型将公路安全的相关知识相互结合起来，用软件的形 式为公路规划人员和设计者提供使用1 1 3 】。目前该软件主要的应用范围主要是在 双车道公路的设计检查与评价工作方面。 设计一致性模型是评价在公路上行驶车辆速度一致性的一种模型；交通事故 预测模型是用来评价待定路段的交通事故数量和交通事故发生的严重程度； 驾驶员车辆模块指的是驾驶员行为模型和车辆动力学模型这两个模型，驾驶员 行为模型主要是用来评价驾驶员在行驶过程中的操纵速度和方向选择1 1 5 j ：交通 流分析模型主要是应用交通流仿真模型评价在目前或远景交通流状态下公路设 计方案的实际运行效果1 1 6 j ；政策评价模型主要是用来自动检查与公路设计政策 的合理性。 此外，国外不仅从选线理念和程序方面确保公路选线的合理性，并且对公路 选线的技术方面，也用一些卓有成效的研究成果，包括g i s 在选线方面的使用 技术，公路路线方案优化技术以及路线方案评价技术等各个方面，从技术方面上 保证了公路选线的科学性和合理性l l 7 。 1 2 2 国内研究现状 ( 1 ) 公路设计理念方面 交通部近几年来在公路设计理念及灵活运用设计标准等各个方面采取了一 系列的措施，在2 0 0 4 年9 月举行的全国勘察设计工作会议上，系统地提出了“六 个坚持、六个树立 的公路勘察设计新的理念，成为指导我国公路勘察设计工作 者进行公路勘测设计的重要指导方针。交通部部长李盛霖同时指出，目前我国公 路交通运输发展中存在着一些突出矛盾和问题，其中包括交通增长方式较为粗 放，资源消耗较多等比较突出的问题。为了解决这些问题，从根本上转变交通建 设发展方式，尽最大的努力合理科学使用土地资源，切实保护好生态环境，提高 节能降耗的效率，发展交通运输循环经济，依靠科学技术的进步和管理观念的创 新，实现交通由外延式为主导的粗放型增长方式向内涵式为主导的集约型增长方 式转变、由以生产增长方式为主导的发展向以交通服务质量为主导的发展上转 变。 ( 2 ) 公路路线选择方面 国内在公路路线方案优选上，一直使用“功能为主、安全为本、经济价值为 衡量尺度的设计规范作为公路设计的准则。最开始时只是单纯地考虑使公路线 型符合地形，尽可能地降低公路工程成本。然后开始发展为把地形条件和地质条 件相互结合的公路路线比选技术：即公路工程平面线型之间的相互比选，先在平 面图上进行相互比较和分析，然后把不同的公路工程设计方案考虑到实地情况， 再通过计算各个设计方案的土石方数量、排水防护工程、路基路面工程、桥梁涵 洞工程、交叉工程、土地征地拆迁等工程，利用公路建设项目造价计算出工程建 设费用，最后根据不同公路工程设计方案的建设费用以及它们在营运期内所创造 的社会经济效益进行相互对比，确定最优的公路工程路线方案。近些年来，随着 社会生态环境的不断恶化，公路工程交通基础项目的设计建设从以前单纯地考虑 降低工程造价的观念，转变为公路交通工程基础设施建设与环境保护相互协调发 展的新观念。我国在这些方面主要的研究成果有：刘丹萍在研究工程地质层在 g i s 中的表示方法的基础上，同时系统地考虑地形条件和地质因素，研究了g i s 在公路工程项目路线方案优选中方面的应用。以钻孔数据为例考虑地质因素，并 使用地层层序的相关概念，对插值数据的选择提供了科学合理的判断标准，并使 用d e l p h i 所编程序对地质相关信息进行获取【1 8 l ；赵勇等从对比分析角度结合 高速公路工程建设项目的特点，从指标选择方面考虑，采用定量分析的方法，比 较地研究了两条高速公路线路对生态环境的影响程度，并进行植被覆盖率、生物 数量、防洪能力、土壤变化、耕地占用、水土流失数量等6 项指标研究，而且应 4 用综合生态影响评价指数法来计算分析并确定最终高速公路路线i l9 j ；张光辉 和李向军从公路建设项目工程投资、后期投资和社会效益等方面分析，把综合费 用作为路线网络中流量参数，提出了相互对应的公路选线的模型一一关键线路法 2 0j ；李德峰在公路路线与土石方数量、构造物、不良地质地段、养护与运营 之间的相互影响等方面进行分析，阐述了公路工程选线的重要意义，结合黄土地 区的气候、植被、地质、地形与地貌的实际情况，提出了在满足公路工程技术标 准的前提下，公路工程选线要使公路工程造价降低、养护成本投入减少，社会效 益提高【2 。 ( 3 ) 技术设计方面 近几年来我国在公路工程技术设计方面的研究成果主要有：张凤毛阐述了 在公路建设项目选线过程中应用经济评价的必要性、公路工程选线的理论原则、 公路工程选线的调查工作以及公路工程建设费用和效益的计算方法，提出了利用 净现值、内部收益率、效益费用比等方面进行公路工程路线方案评价1 2 2 j ；杨 存亮等人把价值工程的相关理论应用到公路工程路线方案择优方面，结合高速公 路选线的特点，并结合国家、地区的未来路网规划和沿线地区所有可能的路线方 案进行相互比较，最后确定科学合理的路线方案1 2 3 j ；刘伟国提出在公路路线 方案比选方面上，勘测设计人员应该多跑、多看、多作比较、多作实地调查分析， 并能够提供公路工程技术和经济方面的主要指标，为建设主管部门和专家提供了 科学合理的依据，从而能够做出科学的决策，同时结合的实践工作经验，从技术 方面阐述了山岭重丘地区的垭口和过河地点以及隧道方案等方面的选择的原则 竺【2 4 】 寸0 ( 4 ) 环境保护方面 目前我国在环境保护主动预防方面做了不少研究工作，但是在公路工程设计 中如何有效地进行主动预防，应用什么技术方法把生态环境影响与公路路线空间 位置相互结合，使设计过程能够处理好公路路线方案与生态环境之间的相互关 系，我国在这几方面的研究有所欠缺。目前我国的主要研究成果有：师利明等 人在生态学理论基础上，提出了应用植被的生长数量、生物数量和物种数量等三 种生物学参数来定量分析公路工程周围地区的生态环境现状及公路工程建设对 生态环境影响的模型i 2 5 j ；董常晖进行了对公路工程环境影响评价等方面的相 关研究【2 6 j ；赵康阐述了公路工程项目选线的环境影响问题的基础上，提出了 一套科学合理的基于环境影响的公路路线方案评价指标体系【2 7 】；徐学珍构建 以层次分析法和模糊数学为理论知识基础的公路路线方案比选综合评价模型，该 模型应用三角模糊数来构造判断矩阵，能够放映出决策者的主观判断的不确定 性，应用加权平均法来减少专家个人偏好对打分的影响，举例验证该方法的可行 性、科学性和合理性【2 8 j ；陈红分析并比较了目前中国公路生态系统评价指标 体系，应用压力一一状态一一响应框架模型的方法，提出了一套科学合理的公路 生态系统评价指标体系。首先分析了公路建设项目造成的生态环境影响，以压力 指标作为基础指标，从时间和空间这两个方面确定不同公路工程建设阶段的状 况、响应度量指标，最后结合应用压力一一状态一一响应的因果关系的基础上， 构建最终的指标体系1 2 9 j ；胡永深与江晓霞在人性化的角度考虑，提出一种高 速公路景观设计的理念，在满足公路工程技术标准与相关规范的基础上，以生态 学、公路美学为主要理论依据，从公路路线选线、路基边坡防护、排水工程等方 面，探讨了路线设计与公路景观设计相互之间的统一1 3 0 j 。 ( 5 ) 公路路线方案评价方面 目前我国没有一套比较完善的公路工程项目路线方案评价方法，主要存在以 下几个不足的方面：( 1 ) 路线方案评价方法主要是传统的较为单一评价方法，而公 路路线方案是一个复杂的整体，要求应用系统理论等多方面的知识理论；( 2 ) 评价 指标体系主要是考虑影响路线方案决策的某些因素所构建的，不能系统地反映公 路路线方案评价目的；( 3 ) 在指标选取方面，定性指标比较多，而定量指标比较少， 没有一套较为合理全面的评价指标。目前我国主要的研究成果有：斐玉龙和刘 广萍把层次分析法应用到路线方案比选中，提出了层次结构模型和构建了比较矩 阵，使用编程进行层次分析法的运算，能够方便地构成对比矩阵，验证了该方法 的科学性和可行性 3 1 j ；彭超志在参考湘潭至邵阳高速公路选线的基础上，把 经济评价结果、环境影响评估结果、路线方案通过沿线地区的经济情况、路线通 过县和市的数目及总人口和路线方案的投资成本等6 个方面作为评价指标，构建 了一种科学合理的多目标综合评价模型 3 2 j ；刘志军在模糊数学知识理论的基 础上，在采用层次分析法确定综合评价指标体系的基础上运用多目标模糊综合评 判理论，把路线方案优选看作一个多目标模糊优化问题，构建了一种科学合理的 模糊优化模型1 3 3 j ；杨林等采用层次分析法评价在林区公路路线方案进行评价 分析，并结合实例验证了该方法的客观性、可行性和科学性 3 4 j ；陈继光在模 糊一致矩阵相关理论的基础上，构建了一种科学合理的多因素、多层次路线方案 的优选模型，利用优先关系系数来确定各个方案之间的相互优劣，在众多定性因 素与定量因素相互结合的决策中避开了隶属度确定问题，并结合基于g i s 技术 的公路选线实际工程路线方案进行了比较分析，验证了该模型的科学性和可行性 3 5 j ；范颖玲采用模糊层次分析法来计算城市交通环境影响评价中的聚类指标 的权重，详细地分析了城市交通环境影响评价中复杂的权重问题，提出了一种科 学合理的多级灰色聚类路线方案综合评价模型1 3 6 】。 1 2 3 研究综述 由于国内外各国都非常重视高速公路建设对社会经济发展的重要性，高速公 6 路路线方案评价理论不断得到发展与完善。但普遍存在的问题是，在高速公路路 线方案评价指标的选取上不够全面、不够系统。 目前，高速公路路线方案评价中主要存在的问题有以下几个方面： ( 1 ) 对高速公路路线方案评价指标的研究主要着重于对内部组成和结构的 研究上，而忽视了评价指标对高速公路整个系统外部环境的映射关系，指标体系 趋于庞大、复杂，而忽视了实际应用中的效果，看似全面，但当实际情况发生变 化时，指标的选取仍然显示不足，且有些指标的数据难以收集，在实际应用中存 在困难，可操作性不高。 ( 2 ) 到目前为止，对高速公路路线方案综合评价指标体系的构建仍然停留 在分散的、特例性等方面的研究上，对规划各个层次、各个阶段中使用的评价指 标的选取，没有合理、科学的标准和程序； ( 3 ) 随着国内外在高速公路路线方案评价方面进行了大量的研究工作，对 高速公路路线方案综合评价方法的研究日趋深入。但对于实际工程项目的综合评 价问题，如何从众多的评价方法中选取一个合理的方法得到科学客观的结果，需 针对具体工程项目评价对象进行研究； ( 4 ) 高速公路路线方案评价与未来年度的高速公路网规划方案的结合程度 需要待进一步加强。高速公路路线方案评价是为进行未来年度高速公路网的规划 服务的，如果高速公路路线综合评价中对未来年度高速公路网总体规划目标以及 高速公路交通运输的发展目标考虑不全面，在评价结果无法为高速公路规划人员 在未来年度的高速公路网规划中采用合适的改进措施提供足够的、必要和合理的 信息。 1 3 论文研究的意义 高速公路路线方案是否科学合理，不但直接关系到高速公路的项目投资和实 际运营效益，而且影响到路线在国家高速公路网中是否起到应有作用，能否满足 国家的政治稳定、经济发展、国防现代化的要求和国家长远利益。本文研究的意 义就是通过研究高速路线方案优选在高速公路项目的建设过程中的总方向和设 计道路的质量及其在国家高速公路网中的作用，考虑了技术标准、经济因素和复 杂的环境因素等各方面因素，从而来拟定的高速公路路线基本走向，构建了各相 关的影响指标，并提出了一套科学的系统高速公路路线方案评价指标体系，建立 了模糊综合评判模型，对各个备选路线方案进行评价研究和分析，从而选择合理 的备用方案，对高速公路路线基本走向作出科学和合理的决策。综合考虑高速公 路工程项目建设各方面影响因素，使所建工程项目更好地完善国家高速公路网结 构，能够有效地发挥高速公路网络的运输效益；有效地缓解沿线地区公路交通运 输的紧张情况，推动当地区域经济快速发展。同时，文章从实例的角度为高速公 7 路选线提供科学和合理的参考。 1 4 研究的主要内容及技术路线 1 4 1 主要内容 文章将高速公路路线方案看作一个系统进行评价，将高速公路工程项目的建 设看作系统外部环境，从三个方面开展研究，考虑整个系统与外部环境之间的关 系、系统与其内部各要素之间的关系、系统内部各个要素之间的关系等三个方面 进行定性与定量相结合的阐述了高速公路路线方案综合评价模型。 第1 章是文章的绪论部分，提出了本文研究的背景，阐述了国内外的研究现 状，并提出了文章研究的主要内容和技术路线。 第2 章主要介绍了高速公路的相关概念，阐述了高速公路选线的概念、原则 和步骤，并介绍了模糊数学的相关基础知识。 第3 章主要通过对高速公路综合评价的内容和目的进行了论述，阐述了高速 公路综合评价体系中的各个评价指标的概念、目的以及其计算方法。构建了一套 科学合理的高速公路路线方案优选的综合评价指标体系。 第4 章在前面阐述的模糊基础知识理论上，建立了高速公路路线方案综合评 价模型。同时结合高速公路选线的特有性质，采用层次分析法来确定评价指标的 权重值，该方法通过对各个指标的两两比较来确定指标权重的数值。 第5 章在前面几章阐述的高速公路路线方案优选模型，把该模型运用到包茂 国家高速公路湖南省怀化至通道( 湘桂界) 公路的实例中，对各个备选高速公路 路线方案进行详细的计算和分析。 1 4 2 技术路线 本文的研究技术路线见图1 1 。 8 图1 1 ：本文研究的技术路线 9 第二章相关基础理论概述 2 1 高速公路概述 2 1 1 高速公路的概念 高速公路是汽车交通运输发展的产物，是技术标准提高之后的公路，与普通 公路又有一定的区别。世界各国对高速公路的定义不尽相同，欧洲多数国家称“汽 车公路、“汽车专用公路”，如“m o t o r w a y ”( 英国) 、“a u t o b a h n ( 德国) ，美 国称“s u p e r h i g h w a y ( 超级公路) ，日本称“高速道路。高速公路与普通公路 有某些质的区别，一般认为：它是中央设置有一定宽度的分隔带，两侧各配备两 条或两条以上的车道，分别供大量上下汽车高速、连续、安全、舒适地运行，并 全部设置立体交叉和控制出入的公路( 中国大百科全书土木工程) 。我国公 路工程技术标准( j t g b 0 l 一2 0 0 3 ) 将高速公路定义为：专供汽车分向、分车道 行驶并应全部控制出入的多车道公路。公路工程名称术语( j t j 0 0 2 8 7 则将 高速公路定义为：具有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带，全部立体交叉 并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高 速行驶的公路。 2 1 2 高速公路的特点 高速公路的迅速发展适应现代化经济建设的需要。公路运输较其他运输方式 本身有机动灵活、适应性强、“门对门”服务、量大面广等特点，但普通公路存 在线形标准低、路面质量不高、车速低、混合交通干扰大、安全性差等缺点。高 速公路克服了普通公路的缺点，是专供汽车高速、安全、舒适行驶，并适应大交 通量的现代化公路。高速公路具有以下一些方面的特点1 3 7 j ： ( 1 ) 专供汽车行驶，不允许其他类型车辆进入。 ( 2 ) 行车速度高，通行能力大，服务水平高。高速公路设计车速除地形困 难地段均在8 0 k m h 以上，车速的提高带来道路通行能力的提高，高速公路均应 能适应将各种汽车折合成小客车的平均日交通量2 50 0 0 辆以上。通行能力的提 高也使路网的服务水平大大提高。 ( 3 ) 分道行驶，设置中央分隔带，减少车辆高速行驶的侧向相互干扰，保 证道路通行能力。 ( 4 ) 控制出入，全部采用立体交叉。首先不允许高速公路所禁止的车辆驶 入，其次是在交通管理上起到调节作用，保证高速公路的通行能力。高速公路与 其它线路相交时全部采用立体交叉，避开了交叉车辆的相互干扰，保证了交叉口 1 0 的行车安全、行车速度和通行能力。 ( 5 ) 交通管理设施、安全设施和服务设施齐全。交通管理设施的交通标志、 标线、信号、监控中心及收费站等齐全，保证车辆安全快速地行使；公路的护栏、 护柱和护墙、防眩网、防眩屏、防护栏栅、照明设备、隔离栏栅、防护网等安全 设施完备：公路服务区、加油站、停车场、应急电话等服务设施完备。 ( 6 ) 工程量大、造价高。高速公路的线形技术标准高、路幅宽、地形困难、 地段构造物多等特点决定了其工程量很大，路基路面标准也高，相应单位造价高， 总体投资巨大。 ( 7 ) 对环境影响大，应注意环境保护。高速公路路基宽、占地大，对原有 自然环境改变很大，会引起地形、植被、水系、地基荷载等方面的破坏，噪声和 废气的污染对沿线也造成很大影响。 2 1 3 高速公路的效益和意义 高速公路的效益除公路运输本身外，还对所在地区和国家的国民经济、政治、 国防等方面有着深远的影响和重要意义。 ( 1 ) 良好的投资效益。目前高速公路的建设筹资有国家投资、世界银行贷 款和社会融资等多种形式，我国国民经济持续稳定的发展对公路运输存在很大的 客观需求，使我国高速公路通过收费回收投资有了根本保证。 ( 2 ) 促进国民经济的发展。高速公路建设工程量大，投资高，涉及面广， 能带动相关产业同时发展，提供大量劳动力就业机会，为扩大市场提供了条件。 ( 3 ) 有利于城市人口的分散和卫星城镇的开发。高速公路的建设使大城市 与乡村之间的时间距离缩短，有利于大城市的工业和人口向郊区及附近的中小城 市分散，从而缓解大城市的人口压力，促进乡村经济的发展。 ( 4 ) 保证行车安全。由于高速公路分车道行驶，并控制出入，具有完善的 交通管理设施，可随时调节车流密度，可减少碰撞等意外情况的发生。因此，高 速公路行车效率高、交通事故少，可扭转人们对公路行车拥挤、事故多、安全性 等不良认识。 ( 5 ) 在行政管理上与国防上的意义。高速公路的建成使用，使国家在行政 管理上有利于密切中央与地方的联系，对组织和动员抢险救灾、发展国民教育、 科学文化、促进社会进步等都能起到十分有利的作用；在国防上，有利于战时集 中和疏散物资与人员，调动快速反应部队和军事装备等。 2 2 高速公路选线概述 2 2 1 高速公路选线的概念 高速公路路线方案是根据指定的高速公路路线总方向( 高速公路的路线起、 终点与主要控制点) 和设计公路的工程质量、使用功能及其在高速公路网中的作 用，结合社会因素、经济因素和复杂的自然条件等方面因素的基础上，来确定的 路线基本走向。路线方案是高速公路路线设计最基本的问题。高速公路路线方案 是否合理，不仅关系到高速公路本身的项目投资与运营效益，还关系到高速公路 的使用功能和国家的路网规划、国家的政策及国防要求等。因此要在各种可能的 方案中，通过调查、分析、比选，确定出条最优路线方案来。 2 2 2 高速公路选线的主要影响因素 高速公路的任务主要是解决起终点间繁重的直达客货运输，不可过多偏离路 线总方向，应尽量缩短运输里程，减少行程时间，降低行车费用和事故率。选线 时要考虑的问题有以下几个方面： ( 一) 起终点的位置 高速公路一般都以重要城市、港站、码头或大型工矿基地为起讫或中间控制 点，其具体位置应根据路网规划的路线总方向和城市规划方案综合考虑选定。重 要城市、港站等是公路交通量的集中生成源、上下高速公路的车辆期望以最短行 程出入，城区车辆的集散应在相应的区域或路段内迅速完成。为此，高速公路起 终点位置宜靠近城市出入口或接于城市外环线上。对于规划需要延伸的路线起、 终点，则对起、终点前后一定长度范围内的线性必须做出接线方案和近期实施的 具体设计。 ( 二) 经过沿线城镇的路线布置 高速公路是起终点间直达快速交通运输服务的，这一性质决定了它与沿线一 般城镇的关系。对一些区域公路网中的重要结点，为吸引沿线交通量和促进地区 发展，沿线不宜离开城镇太远。应结合城镇发展规划、国土开发、环境保护及高 速公路的功能，确定其连接方式( 穿越、绕行或以支线连接) 和地点。一般以距 城镇规划区2 5 k m 为宜，最大不要超过8 k i n ，一般不宜穿越城镇。 ( 三) 立体交叉 一条较长的高速公路起讫点之间会有与之相交的其他道路( 包括与沿线重要 城镇的连接支线) ，应根据相交公路的等级、使用任务和性质、交通条件、社会 条件、自然条件等决定立体交叉类型( 分离式或互通式) 和相交位置。对互通式 立体交叉位置的选择应考虑高速公路本身立体交叉的整体布局、横向交通的便利 以及相交道路的集散作用等，以做到与路网的有机衔接满足区域路网之间交通流 转换和地方交通便捷上下高速公路的需要。 高速公路互通式立体交叉的合理位置、间距，应综合考虑相交道路交通流向、 社会环境、自然环境条件等因素确定。 ( 四) 工程控制点 1 2 在确定高速公路路线控制点时，除了起讫点，必须连接的城镇或交通枢纽外， 指定的特大桥、特长隧道( 或路线必须经过的越岭垭口) 位置等为路线总方向的 工程控制点，大桥、隧道、互通式立体交叉、铁路立体交叉等的位置，原则上应 服从路线走向，一般可作为路线走向控制点。 2 2 3 高速公路选线的原则 高速公路选线是一项涉及面广、影响因素多、技术经济复杂的综合性的工作。 它是由面到片、由片到线、由粗略到细致的过程，是逐步具体化、补充修改和提 高的过程。选线要先通过总体布局解决基本走向，再解决局部路线方案直到具体 定线，选线必须进行总体设计和方案比选，进而确定最优路线方案。 高速公路选线的基本原则有以下几个方面【3 8 j ( 1 ) 根据高速公路的使用任务和性质，综合考虑路线区域国民经济发展情 况与远景规划，正确处理近期与远景的关系，在总体规划的基础上，合理选定路 线方案，保证行车安全、迅速、舒适前提下，力争路线最短。 ( 2 ) 领会计划任务书精神，依靠地方领导和群众，深入现场，多跑、多看、 多问、多比较，调查当地地形、气候、土壤、地质、水文等情况，提出有价值的 方案。 ( 3 ) 选线应贯彻工程经济与营运经济结合的原则，在不增加工程造价的情 况下，尽量提高技术指标，在不降低技术指标的情况下，尽量降低工程造价。 ( 4 ) 充分利用有利地形、地势，尽量回避不良地带，正确运用技术标准， 从行车的安全、畅通和施工、养护的经济、方便着眼，对路线与地形的配合加以 研究，搞好路线平、纵、横的结合，力求平面短捷顺适、纵面平缓均匀、横面稳 定经济。 ( 5 ) 路线应选择地质稳定、地形良好的地区通过，尽量避免穿过不良地质 地段。必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。 ( 6 ) 选线应与环境保护相结合，名胜风景、古迹地区应保护历史文物遗址， 线形与构造物应与周围景观、环境相协调。 ( 7 ) 要考虑施工条件对选定路线的影响，推荐路线方案要注意结合可能的 施工方式和施工力量，并积极采用新结构、新材料和先进的施工技术。 2 2 4 高速公路选线的步骤 一条高速公路的起点、终点和中间控制点确定后，可用多种方式把它们连接 起来，例如：山岭区路线是沿河还是越岭，沿河线是走左河岸还是走右河岸，越 岭线是隧道穿越还是展线而过，是走上方线位还是下方线位；在平原区是穿越村 镇还是绕越，是穿越水田还是穿越旱地。为了很好地处理这些问题，选线一般要 经过三个步骤 3 9 j 。 ( 1 ) 全面布局 全面布局解决路线基本走向，即在起点、终点和中间控制点之间按选线原则 寻找出最合理的“通过点( 例如垭口、河岸、村镇等) ，确定“通过点 后，就 构成了大致的路线方案。这一步工作一般在视察时已初步确定。 ( 2 ) 逐段安排 这是进一步加强通过点、解决局部性路线方案的工作，根据地形、地质、水 文、气候等情况逐段定出具体的小控制点，例如：路线是走垭口的左侧还是右侧， 是用回头展线下山还是绕道下山，是一次过河还是多次过河等。这一步工作是在 “初测”时进行的。 ( 3 ) 具体定线 具体定线是在逐段安排的小控制点之间，反复插点、穿线，经比较后，最后 定出路中线和交点，这一步工作是在“定测 中由定线组完成的。 综上所述，选线是由浅至深、由粗到细的工作过程。它是根据技术指标、自 然条件、建筑材料情况、施工条件