氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價方法與應(yīng)用＊

吳 兵 王忠宇 李林波

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201804）

氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要分層次、分步驟展開.對于公路網(wǎng)評價，大多本著指標(biāo)與評價目標(biāo)相一致的原則，從種類繁多的評價指標(biāo)中選取部分指標(biāo)，主要用來對公路網(wǎng)常態(tài)條件進(jìn)行評價［1－2］.各種氣象災(zāi)害對公路網(wǎng)造成的損失、危險性尚缺乏統(tǒng)一的評價指標(biāo)體系，而針對單條公路的分析評價又往往欠缺整體可操作性［3－4］.目前路網(wǎng)可靠度的研究主要針對地震災(zāi)害［5］，但大量事實(shí)表明惡劣的天氣也嚴(yán)重影響公路網(wǎng)的可靠度.本文在已有研究的基礎(chǔ)上，提出氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價方法.

1 基礎(chǔ)資料收集和調(diào)研

基礎(chǔ)資料的來源主要是各級公路管理部門以及氣象、水文、國土、規(guī)劃等相關(guān)部門，內(nèi)容包含但不限于以下項(xiàng)目：（1）公路網(wǎng)及所在區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（公路網(wǎng)里程、等級、布局等，所在區(qū)域行政區(qū)劃、面積、人口、經(jīng)濟(jì)情況等）；（2）公路網(wǎng)的設(shè)施情況（橋梁、隧道、涵洞及其他設(shè)施的數(shù)量、分布、運(yùn)營狀態(tài)等）；（3）公路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃情況；（4）區(qū)域及公路網(wǎng)沿線的氣象、水文、地質(zhì)條件及主要?dú)庀鬄?zāi)害類型；（5）公路網(wǎng)歷史氣象災(zāi)害發(fā)生及造成損失情況；（6）公路網(wǎng)通行情況及氣象災(zāi)害條件下通行情況；（7）公路網(wǎng)運(yùn)行管理情況（管理體制、機(jī)制，公路管養(yǎng)現(xiàn)狀等）；（8）公路網(wǎng)抗災(zāi)管理情況（組織體系和機(jī)構(gòu)、工作流程、預(yù)警及預(yù)案情況、應(yīng)急響應(yīng)情況、保障情況、各方協(xié)調(diào)聯(lián)動情況等）；（9）公路網(wǎng)抗災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和目前存在的主要問題.

2 公路網(wǎng)抗災(zāi)能力分析評價

2.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

為描述各指標(biāo)內(nèi)在聯(lián)系和相互關(guān)系采用層次分析法建立兩級指標(biāo)層的評價體系樹狀關(guān)系結(jié)構(gòu)，見圖1.

2.2 評價方法和步驟

公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價過程實(shí)際上就是評價指標(biāo)體系的應(yīng)用過程.本文運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論［6］對公路網(wǎng)抗災(zāi)能力進(jìn)行評價.

步驟1確定評判對象 一般為區(qū)域整體公路網(wǎng)或區(qū)域包含的分區(qū)整體公路網(wǎng).

圖1 氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力綜合評價指標(biāo)體系示意圖

步驟1建立評判因素集 根據(jù)綜合評價指標(biāo)體系確定如下評判因素集：一級評價指標(biāo)U＝｛U1，U2，U3｝；二級評價指標(biāo)U1＝｛U11，U12，U13，U14，U15｝，U2＝｛U21，U22｝，U3＝｛U31，U32，U33，U34，U35｝.

步驟3建立備擇集（模糊評判集） 根據(jù)公路網(wǎng)抗災(zāi)能力的強(qiáng)弱，應(yīng)用三角模糊數(shù)原理并結(jié)合相關(guān)評價方法確定公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價標(biāo)準(zhǔn)門檻值，見表1.

表1 公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價標(biāo)準(zhǔn)門檻值

評價標(biāo)準(zhǔn)門檻值確定后，再根據(jù)三角模糊數(shù)得出隸屬度為1的判斷分值，用以定義5個級別的評價集V，其值分別為：V＝｛v1，v2，v3，v4，v5｝＝｛100，90，80，70，50｝＝｛抗災(zāi)能力強(qiáng)，抗災(zāi)能力較強(qiáng)，抗災(zāi)能力一般，抗災(zāi)能力較弱，抗災(zāi)能力弱｝.

步驟4確定權(quán)重集 權(quán)重的確定，可采用頭腦風(fēng)暴法、Delphi法等，應(yīng)按照不同區(qū)域特點(diǎn)結(jié)合對本領(lǐng)域相關(guān)專家、基層公路管理部門工作人員的走訪調(diào)查結(jié)果及國內(nèi)外相關(guān)研究成果來確定.權(quán)重集包括二級指標(biāo)的權(quán)重集：A1＝（a11，a12，a13，a14，a15）；A2＝（a21，a22）；A3＝（a31，a32，a33，a34，a35）和一級指標(biāo)的權(quán)重集：A＝（a1，a2，a3）.

步驟5二級指標(biāo)模糊綜合評判

1）單因素模糊評判 建立一個從U到F（V）的模糊映射，：U→F（V）

式中：rij為ui屬于vj的隸屬度（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）.

由（ui）可以得到單因素評判集Ri＝（γi1，γi2，…，γin），以單因素評判集為行組成矩陣稱為單因素評判矩陣，該矩陣為模糊矩陣：

在各子因素對評判元素的隸屬度計算上，按照不同程度抗災(zāi)能力的概率采用定量或定性與定量相結(jié)合的方法獲得.進(jìn)行二級指標(biāo)評價計算時，應(yīng)按照表1的評價標(biāo)準(zhǔn)門檻值，將定量評價和定性評價統(tǒng)一起來.評價時參考已有研究成果，保持公路評價一般思路、方法的連貫性；同時密切聯(lián)系區(qū)域?qū)嶋H，按照公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價的要求，對現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、方法做補(bǔ)充、調(diào)整，注重實(shí)用性和創(chuàng)新性.通過計算整理，得到單因素評判矩陣R1，R2，R3.

2）模糊綜合評判 在單因素評判矩陣和權(quán)重確定后，模糊綜合評判可表示為

B為模糊綜合評判集；bj（j＝1，2，…，n）為模糊綜合評判指標(biāo)，其含義是綜合考慮所有因素的影響時，評判對象對備擇集中第j個元素的隸屬度.通過計算得到B1，B2，B3.

步驟6一級指標(biāo)模糊綜合評判 得到二級指標(biāo)模糊綜合評判結(jié)果后，將網(wǎng)絡(luò)常態(tài)特征、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、養(yǎng)護(hù)管理情況作為單一因素，其各自二級指標(biāo)評判結(jié)果視為單因素評判集，組成一級指標(biāo)模糊綜合評判的單因素評判矩陣：R＝［B1，B2，B3］T.

由單因素評判矩陣和權(quán)重得到一級指標(biāo)模糊綜合評判為B＝AR.根據(jù)前面的評判集V，以隸屬度bj為權(quán)數(shù)，對評判對象進(jìn)行綜合評分.

3 案例研究

本文以杭州市國省干線公路網(wǎng)為例，對氣象災(zāi)害頻發(fā)條件下公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價方法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的研究.杭州市國省干線公路網(wǎng)見圖2.

根據(jù)評價方法，對杭州市國省干線公路網(wǎng)抗災(zāi)能力進(jìn)行了評價.其中權(quán)重集的確定采用Delphi法，得到二級指標(biāo)的權(quán)重集：A1＝（a11，a12，a13，a14，a15）＝ （0.3，0.2，0.2，0.2，0.1）；A2＝（a21，a22）＝（0.6，0.4）；A3＝（a31，a32，a33，a34，a35）＝（0.2，0.3，0.2，0.1，0.2）.一級指標(biāo)的權(quán)重集：A＝（a1，a2，a3）＝（0.4，0.3，0.3）.

對于二級指標(biāo)的評價，根據(jù)區(qū)別對待、因地制宜的原則，密切結(jié)合杭州實(shí)際，參考了杭州市交通局、公路管理局的相關(guān)研究報告［7－12］，制定評價標(biāo)準(zhǔn)見表2.

圖2 杭州市國省干線公路網(wǎng)絡(luò)示意圖

表2 杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力二級指標(biāo)評價計算標(biāo)準(zhǔn)

二級指標(biāo)評價結(jié)束后再結(jié)合權(quán)重集和模糊數(shù)學(xué)理論，對杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力一級指標(biāo)進(jìn)行評價，然后結(jié)合一級指標(biāo)權(quán)重集和模糊數(shù)學(xué)理論，得到杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價綜合評分為84分，抗災(zāi)能力屬于“一般”等級，接近“較強(qiáng)”等級，從隸屬度來看對于“一般”等級的隸屬度為0.6，對于“較強(qiáng)”為0.4，意味著抗災(zāi)能力尚有很大提升空間.

表3 杭州市公路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)先建設(shè)建議

4 結(jié)束語

頻發(fā)的氣象災(zāi)害使得公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價的必要性日益突顯，本文提出的評價方法在公路網(wǎng)整體抗災(zāi)能力評價方面做了一次探索.通過建立的評價指標(biāo)體系對杭州市公路網(wǎng)的抗災(zāi)能力進(jìn)行評價，得到了比較可信的結(jié)論，并根據(jù)回溯分析找出其薄弱環(huán)節(jié)并對改善策略加以探討，為提升杭州市公路網(wǎng)抗災(zāi)能力提供了可靠依據(jù).同時，公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價方法及應(yīng)用的研究也為災(zāi)害應(yīng)對機(jī)制的建立奠定了基礎(chǔ).公路網(wǎng)抗災(zāi)能力評價是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過長期的理論與實(shí)踐過程才能最終趨于完善.如果能在公路網(wǎng)整體評價的基礎(chǔ)上開展分區(qū)域、分災(zāi)種的抗災(zāi)能力評價將有利于深入認(rèn)識區(qū)域公路網(wǎng)不同分區(qū)抗擊不同氣象災(zāi)害能力的差異，從而提出更具針對性的改善建議和應(yīng)對機(jī)制.

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