一种铁路线路走向的评价确定方法与流程

本发明涉及铁路工程建设领域，特别涉及一种铁路线路走向的评价确定方法。
背景技术：
：铁路线路的选择会影响整个工程造价的大小，后续运营条件的好坏，同时对沿线周边的生态环境和社会效益等都会产生直接的影响。如何在多种铁路线路走向中获得更加科学合理的铁路线路走向方案，对于我国经济、环境和社会等方面的可持续发展具有重要的理论及现实意义。现有技术中，对铁路线路走向方案的确定主要依靠依赖于专家选择一系列的评价指标，然后通过定性分析来决定，不同的专家选择的评价指标可能不同，乃至一些评价活动中评价指标的选取不够完善，从而导致指标的定量计算和定性描述不够规范和完备，针对性不强，且依赖于人主观选择的评价指标具有较大的随意性，通用性差，评价方法无法重复使用。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术中铁路线路走向确定选择过程中过多依赖专家主观选择，从而导致评价指标不统一，不完善，确定方法无法重复使用的问题，提供一种更加完善且可重复使用的铁路线路走向评价确定方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种铁路线路走向的评价确定方法，包括以下步骤：s1:构建铁路线路走向评价指标框架，所述层次框架包括三个阶段、一级指标、二级指标和三级指标：所述三个阶段分别为决策设计阶段、建设施工阶段和运营维护阶段；一级指标包括技术可行性、经济合理性、环境影响、社会效益和影响；二级指标包括线路条件、工程条件、运营条件、工程经济、自然生态环境影响、地形地质条件、社会效益和社会影响；所述线路条件包括线路长度、最小曲线半径、桥隧比、最大坡度(限制坡度)、特大工程总长(特大桥、特长隧道)、压覆矿产量、设站条件和接轨站的接轨条件八个三级指标；所述工程条件包括土石方工程量、征地量、拆迁建筑物量、施工工期、工程施工、实施难度五个三级指标；所述运营条件包括从通过能力、输送能力、旅行时间、旅行速度、客、货运量(或客、货运密度)五个三级指标；其中，所述通过能力还可能用能力利用率或能力适应替换；所述工程经济包括工程投资费、运营费、换算工程运营费、财务内部收益率四个三级指标；所述自然生态环境影响包括噪声影响、对生态环境的影响、对历史文化遗迹的影响、对自然保护区的影响、水库、大坝与工程的相互影响(包括饮用水源)五个三级指标；所述生态环境指草地、水、树木、大气；所述对自然保护区的影响可以替换成对风景旅游区的影响；所述地形地质条件包括从地形条件的影响、不良地质条件或特殊岩土的影响、水文地质条件的影响、气象条件的影响、施工和运营风险五个三级指标；所述社会效益包括带动周边地区经济发展的能力、对旅游和/或矿产等资源开发的作用、吸引客货流的能力、旅客出行和货物集散便捷性、改善路网布局的作用五个三级指标；所述社会影响包括与城市地方规划建设的协调符合程度、对既有线或其他交通的影响、对沿线企事业单位的影响、对军事区或军事设施的影响、地方政府的意见五个三级指标。s2：对所有二级指标和三级指标进行权重赋值，将铁路线路情况纳入铁路线路走向评价指标框架并得出评分，根据评分选择最优铁路线路走向方案。进一步的，对所有二级指标和三级指标进行权重赋值的步骤中，包括以下步骤：s21：对若干个备选方案中定性指标和定量指标的取值分别进行规范化处理，得到规范化评价矩阵；s22：采用组合赋权法计算每个指标的权重；s23：利用s22得到的权重对规范化评价矩阵进行加权，得到加权矩阵；s24：确定正理想方案和负理想方案；s25：计算各个备选方案分别距离正理想方案和负理想方案的距离；s26：计算各个备选方案的综合相对贴近度，根据综合相对贴近度的大小确定最优方案。进一步的，所述步骤s21中，利用三角模糊数对定性指标进行量化处理。进一步的，所述步骤s21中，对指标进行规范化处理的方法为：对于效益型定量指标，规范化方法为：对于成本型定量指标，规范化方法为：对于效益型定性指标，规范化方法为对于成本型定性指标，规范化方法为其中，m为备选方案的个数；n为评价指标的个数；aij为第i个备选方案中第j个定量指标的取值；为第i个备选方案中第j个定性指标的三角模糊数取值。进一步的，所述步骤s22中，采用指标主观权重和指标客观权重对每个指标进行组合赋权。进一步的，所述步骤s22中，所述指标主观权重通过g1法计算得到，所述指标客观权重通过离差法计算得到，其中，——为利用g1法计算的指标主观权重；——为利用离差法计算的指标客观权重；wj为第j个评价指标的组合权重；n为评价指标的个数。进一步的，采用g1法对指标主观权重赋值的步骤为，s221：确定指标重要性程度并按照重要性程度降序排序；排序后的指标分别为每个指标的权重分别为s222：定义相邻指标重要程度比当相邻指标和具有同样重要性rj＝1.0；当相邻指标比指标一级重要，rj＝1.2；当相邻指标比指标二级重要，rj＝1.4；当相邻指标比指标三级重要，rj＝1.6；当相邻指标比指标四级重要，rj＝1.8；s223：求得重要性程度最小指标的权重为：s224:其他n-1个指标的权重s225：按指标重要性程度的序关系反调整指标权重关系，即可得到进一步的，所述步骤s24中，确定正理想方案和负理想方案方法如下：对于定量指标:对于定性指标：其中，m为备选方案的个数；n为评价指标的个数，其中定量指标的个数为k；sij为第i个备选方案中第j个定量指标规范化后的取值，为第i个备选方案中第j个定性指标的三角模糊数规范化后的取值。进一步的，所述步骤s25中，第i个备选方案到正理想方案y+的距离为：第i个备选方案到正理想方案y-的距离为：其中，当j为定性指标时，和都为三角模糊数；进一步的，所述步骤s26中，各个备选方案的综合相对贴近度的计算方法为：其中，当pi＝1时，备选方案的综合评价值最高；当pi＝0时，备选方案的综合评价值最低，综合评价值最高的备选方案为最优方案。与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供一种铁路线路走向的评价确定方法，提供了一种综合考虑了铁路建设在不同阶段，包含4个一级指标、8个二级指标和42个三级指标的铁路线路走向综合评价指标体系和方案评价确定方法；有效解决了现有技术中无法满足铁路线路走向发展需求、不能体现铁路建设在不同阶段的技术、经济、环境和社会等发展目标、或者部分指标不实用和不可操作的问题，本发明提供的铁路线路走向评价确定方法综合考虑了技术可行性、经济合理性、环境影响和社会效益四个目标的统一，符合铁路建设可持续发展要求，与铁路建设发展的阶段性特点相吻合，所有微观层子指标均具有实用性和可操作性。同时，本发明提供的方法还具有至少以下三点有益效果：1、利用三角模糊数对定性指标进行量化，能够充分考虑定性指标的模糊性，弥补了传统方法直接将定性指标转换为{1,3,5,7,9}，从而造成对定性指标不确定性信息考虑不足的缺点；2、采用组合赋权法计算指标的权重，兼顾了指标的客观取值数据和决策者的工程实践经验，减少了权重确定过程的主观随意性，实现了权重的主、客观统一；3、本评价方法克服了层次分析法、模糊综合评价方法等传统方案评价方法的缺点，实现了定量指标和定性指标的综合评价和比选，使得评价结果更加科学合理、更具参考价值。附图说明：图1为本发明提供方法中构建的铁路线路走向评价指标框架；图2是本发明提供方法中根据指标确定铁路线路走向的流程图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例1如图1、图2所示，本实施例提供一种铁路线路走向的评价确定方法，包括以下步骤：s1:构建铁路线路走向评价指标框架，所述层次框架包括三个阶段、一级指标、二级指标和三级指标：所述三个阶段分别为决策设计阶段、建设施工阶段和运营维护阶段；一级指标包括技术可行性、经济合理性、环境影响、社会效益和影响；二级指标包括线路条件、工程条件、运营条件、工程经济、自然生态环境影响、地形地质条件、社会效益和社会影响；所述线路条件包括线路长度、最小曲线半径、桥隧比、最大坡度(限制坡度)、特大工程总长(特大桥、特长隧道)、压覆矿产量、设站条件和接轨站的接轨条件八个三级指标；所述工程条件包括土石方工程量、征地量、拆迁建筑物量、施工工期、工程施工、实施难度五个三级指标；所述运营条件包括从通过能力、输送能力、旅行时间、旅行速度、客、货运量(或客、货运密度)五个三级指标；其中，所述通过能力还可能用能力利用率或能力适应替换；所述工程经济包括工程投资费、运营费、换算工程运营费、财务内部收益率四个三级指标；所述自然生态环境影响包括噪声影响、对生态环境的影响、对历史文化遗迹的影响、对自然保护区的影响、水库、大坝与工程的相互影响(包括饮用水源)五个三级指标；所述生态环境指草地、水、树木、大气；所述对自然保护区的影响可以替换成对风景旅游区的影响；所述地形地质条件包括从地形条件的影响、不良地质条件或特殊岩土的影响、水文地质条件的影响、气象条件的影响、施工和运营风险五个三级指标；所述社会效益包括带动周边地区经济发展的能力、对旅游和/或矿产等资源开发的作用、吸引客货流的能力、旅客出行和货物集散便捷性、改善路网布局的作用五个三级指标；所述社会影响包括与城市地方规划建设的协调符合程度、对既有线或其他交通的影响、对沿线企事业单位的影响、对军事区或军事设施的影响、地方政府的意见五个三级指标。具体如表一所示：表一s2：对所有二级指标和三级指标进行权重赋值，将铁路线路情况纳入铁路线路走向评价指标框架并得出评分，根据评分选择铁路线路。具体的，包括以下步骤：s21：对若干个备选方案中定性指标和定量指标的取值分别进行规范化处理，得到规范化评价矩阵。具体的：首先，利用三角模糊数对定性指标进行量化处理，从而很好的解决了被评价对象性能无法准确度量而只能用自然语言进行模糊评价的矛盾，定性指标和三角模糊数的转化关系如表二所示：表二定性指标与三角模糊数的转化关系定性指标取值：语言类模糊数三角模糊数“差”或“小”或“低”(0.0，0.1，0.2)“较差”或“较小”或“较低”(0.2，0.3，0.4)“一般”(0.4，0.5，0.6)“较好”或“较大”或“较高”(0.6，0.7，0.8)“好”或“大”或“高”(0.8，0.9，1.0)接着，将定量指标取值的实数和定性指标取值的三角模糊数组合，构成备选方案的综合评价矩阵：最后，对指标进行规范化处理，得到规范化评价矩阵s＝(sij)m×n：对于效益型定量指标，规范化方法为对于成本型定量指标，规范化方法为对于效益型定性指标，规范化方法为对于成本型定性指标，规范化方法为其中，m为备选方案的个数；n为评价指标的个数，其中定量指标的个数为k；aij为第i个备选方案中第j个定量指标的取值；为第i个备选方案中第j个定性指标的三角模糊数取值；sij为第i个备选方案中第j个定量指标规范化后的取值，为第i个备选方案中第j个定性指标的三角模糊数规范化后的取值。s22：采用组合赋权法计算每个指标的权重，具体方法为：其中，——为利用g1法计算的指标主观权重；——为利用离差法计算的指标客观权重；wj为第j个评价指标的组合权重。s221：确定指标重要性程度并按照重要性程度降序排序；排序后的指标分别为每个指标的权重分别为s222：定义相邻指标重要程度比当相邻指标和具有同样重要性rj＝1.0；当相邻指标比指标一级重要，rj＝1.2；当相邻指标比指标二级重要，rj＝1.4；当相邻指标比指标三级重要，rj＝1.6；当相邻指标比指标四级重要，rj＝1.8；具体的，实践当中，相邻指标之间的重要性对比，依靠三名以上专家进行集体判断。s223：求得重要性程度最小指标的权重为：s224:其他n-1个指标的权重s225：按指标重要性程度的序关系反调整指标权重关系，即可得到原指标权重s23：利用s2得到的权重对规范化评价矩阵s＝(sij)m×n进行加权，得到加权矩阵y＝(yij)m×n，其中，yij＝wjsij。s24：确定正理想方案和负理想方案方法如下：对于定量指标:对于定性指标：s25：计算各个备选方案分别距离正理想方案和负理想方案的距离；第i个备选方案到正理想方案y+的距离为：第i个备选方案到正理想方案y-的距离为：其中，当j为定性指标时，和都为三角模糊数；为定性指标规范化后的三角模糊数和正理想方案中相应指标的三角模糊数的距离，为定性指标规范化后的三角模糊数和负理想方案中相应指标的三角模糊数的距离，s26：计算各个备选方案的综合相对贴近度，根据综合相对贴近度的大小确定最优方案，各个备选方案的综合相对贴近度的计算方法为：其中，当pi＝1时，备选方案的综合评价值最高；当pi＝0时，备选方案的综合评价值最低，综合评价值最高的备选方案为最优方案。下面以成贵线宜宾至威信段线路确定情况来对本发明进行进一步的说明，具体的，宜宾至威信段线路初步确定经长宁、兴文，经兴文、万寿和经高县3个方案。各主要工程数量及投资见表三。表三是各方案主要工程数量及投资定性分析(成贵线可研报告)：(1)从工程地质条件和工程风险分析：影响线路方案的地质因素主要有煤矿采空区、岩溶和重力不良地质(滑坡、崩塌、岩堆、危岩落石及泥石流)。①方案ⅰ绕避了煤矿采空区，经过岩溶地区最短，线路以桥通过二叠系栖霞组和茅口组灰岩，避开了大型暗河，但经过南广气田、牟家坪气田、老翁场气田核心区，贾村气田核心区边沿。②方案ⅲ线路出兴文后绕过长宁背斜东倾伏端，线路主要沿地层走向行进，存在压矿、小煤窑采空区、岩溶，软硬岩相间，另还经过南广气田、牟家坪气田、老翁场气田核心区，贾村气田核心区边沿等地质问题。线路桥隧相连，工程风险较大。③方案ⅳ宜宾站出站后沿贾村背斜溶蚀槽谷行进约14km，在高县西经过湾滩烟煤区，洛表一带经过第二轮规划的维新井田之兔子湾煤矿采空区、船头山景阳井田废弃的小榜子煤矿及洛表井田，在洛亥沿岩溶强烈发育的二叠系栖霞茅口组灰岩行进约13km后，以隧道经过关闭的丁子沟煤矿、丁木坳煤矿采空区。在高县、筠连境内白垩系(k)、侏罗系(j)、三叠系(t)泥岩、页岩、砂岩地层中南广河深切，滑坡、崩塌、岩堆及危岩落石星罗棋布，重力不良地质发育，滑坡规模较大。另还经过南广气田、贾村气田核心区。④滑坡、崩塌、岩堆、危岩落石及泥石流：滑坡、崩塌、岩堆、危岩落石各方案均有较多分布，但方案ⅳ通过的南广河附近河谷深切，斜坡高陡，长大斜坡较多，滑坡、崩塌、岩堆、危岩落等不良地质也相对较发育。通过上述主要地质因素的比较，方案ⅰ绕避了煤矿采空区，穿越岩溶地区最少，受岩溶影响最小。方案ⅲ线路最长，穿越岩溶地区比方案ⅰ长，而且线路以桥隧为主，沿地层走向行进，岩层软硬不均，工程风险较大。方案ⅳ大量穿越可溶岩地区，且均经过较多采空区、规划煤田，受构造影响相对严重，重力不良地质发育。经综合比较，方案ⅰ的地质条件相对较好。(2)从环境保护方面分析：各方案经过的环境敏感点见表四、表五和表六，从表中可以看出，线路都绕避了环境敏感点。表四宜宾到威信段线路经过的主要自然保护区表五宜宾到威信段线路经过的主要风景名胜区、地质公园及水利风景区表六宜宾到威信段线路经过的主要森林公园(3)从经由经济点分析：方案ⅰ、ⅲ均经过长宁、兴文两县；方案ⅳ所经经济点只有高县。长宁、兴文两县人口90万人，城镇人口10万人，完成gdp60亿元，而高县人口51万人，城镇人口6万人，完成gdp36.5亿元。长宁、兴文是川南地区蜀南竹海、中国石海的所在地，年接待旅游人数近100万人。因此，经长宁、兴文方案经过的经济据点多，吸引人口多、经济相对发达，并经过重要的旅游景点，更有利于吸引客流，较方案ⅳ铁路客流多60～110万人。方案ⅰ、方案ⅲ站点位于两县城边缘，距离景点较近，既有利于吸引客流、促进川南旅游业的发展，又能很好地与地方规划相结合。(4)从路网上分析：从路网规划及近远期结合方面考虑，渝昆铁路由泸州进入宜宾境内后，若在成贵铁路长宁站接轨，在一定时期内利用成贵线长宁～宜宾东段线路共线运营，可以合理利用通道资源，减少近期工程投资。方案ⅰ、方案ⅲ能满足渝昆近期与成贵铁路共线运营，节省近期工程投资。(5)从线路顺直性、工程投资分析：方案ⅰ新建长度分别较方案iv长18.179km，较方案ⅲ短3.481km；静态工程投资分别较方案ⅳ多13.32亿，较方案ⅲ省5.44亿。综上所述，方案ⅰ虽然线路长度稍长、投资稍高，但具有地质条件相对较好，工程风险小，符合环保要求，经济据点多，有利于吸引客流，带动川南旅游业的发展等优点。故宜宾至威信段推荐采用方案ⅰ，即经长宁、兴文方案。定性、定量综合评价：针对该线煤矿采空区、岩溶发育区、天然气田、矿区分布广和西南山区地质复杂的特点，并结合客流特点和站点选址，如何合理选择线路走向？如何避免或减小工程实施的风险，确保方案的可实施性，成为可行性研究的重点之一。通过工程概况和定性分析，选取拆迁建筑物量、桥隧比、设站条件、开发旅游资源的作用和对既有线和其他交通的影响等15个指标，共同组成本次综合评价的指标体系。通过对表3的数据及第一部分定性分析对相关定性指标描述的整理，得到每个线路方案对应的指标取值，对于定性分析中未涉及到的指标，用“—”代替该指标的取值，如表七所示。表七各线路方案及对应指标的取值(1)定性指标的语言类模糊数取值量化为三角模糊数，见表八。表八定性指标量化值(2)将定性指标取值的三角模糊数与定量指标取值精确实数结合起来，构成速度目标值方案评价的决策矩阵为：(3)分别利用公式(1)、(2)、(3)和公式(4)对决策矩阵进行规范化处理，得到规范化矩阵为：(4)利用公式(5)计算指标组合权重为：w＝(0.019，0.014，0.028，0.078，0.127，0.099，0.117，0.15，0.109，0.038，0.046，0.175)。(5)利用组合权重w对规范化矩阵s进行加权，得到加权规范化矩阵y，然后计算各备选方案到正理想方案与负理想方案的距离，并得到各方案的综合相对贴近度，即经长宁、兴文方案、经兴文、万寿方案和经珙县方案的综合评价值为：p1＝0.81,p2＝0.72,p3＝0.64。因此，方案排序结果为ⅰ＞ⅲ＞ⅳ，经长宁、兴文方案更优，且八郎沟方案的综合评价值为“好”。评价结果分析对表七给出的3条线路数据进行分析可知，经长宁、兴文方案(方案ⅰ)虽然线路长度稍长、特大桥更多使得工程难度最大、土石方工程量最多、投资稍高，但具有地质条件相对较好、符合环保要求、经济据点多、效益高、有利于吸引客流、能带动周边经济发展等优点，并且这些优势指标的权重更大，使得方案综合评价值达到“好”，而其他两个方案在大权重指标的取值方面都不如方案ⅰ，综合评价值只能达到“较好”。因此经长宁、兴文方案是综合定性、定量比较后的最优方案。上述计算得出的结果与可研报告中专家通过对定量指标的计算和对定性指标的分析后所做出的方案决策结论一致。当前第1页12