路塹環境協調性評價指標體系與評價方法

賈致榮，郭忠印

（1.山東理工大學建筑工程學院，山東淄博 255049;2.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 200092）

路塹環境協調性評價指標體系與評價方法

賈致榮1，郭忠印2

（1.山東理工大學建筑工程學院，山東淄博 255049;2.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海 200092）

為了評價路塹與環境的協調性，構建了路塹協調性評價指標體系。由視覺環境協調、生態環境協調、交通環境協調構成了準則層，線形等8項內容構成子準則層，公路線形與地形的協調程度等22個指標構成指標層，利用層次分析法給出了各級指標的權重，利用多級模糊綜合評價獲得了路塹協調性評價的結果，并給出了基于層次分析法的多級模糊綜合評價方法算例。

環境工程;評價指標;模糊綜合評價;路塹;協調性

處理好公路大發展與環境相和諧、資源有效利用的關系，是公路建設者面臨的重要課題［1］。

路塹是路基工程的重要組成部分，在山嶺重丘區中占有較大比重，要實現公路建設與自然環境、人文環境的和諧統一，路塹部分是難點。目前，與路塹設計相關的JTGD 30―2004《公路路基設計規范》、JTG B 04—2010《公路環境保護設計規范》、JTG B 03—2006《公路建設項目環境影響評價規范》中，涉及到路塹如何與環境協調的方法，僅僅停留在“目標的層面”，也就是要求達到“和諧統一”，但是并沒有提出系統的、具體的設計和評價辦法，具體執行困難。由于缺乏路塹設計的可操作性控制指標和方法，劣質的路塹邊坡仍然頻繁地出現在全國各地［2］。

因此，建立路塹環境協調性評價指標體系和評價模型，探討合理的評價方法，不僅可以客觀地分析評價公路路塹的現狀，制定優化措施，同時，對今后路塹設計與建設具有重要的指導意義。

1 路塹協調性評價指標體系的構建

1.1 評價指標體系的構建原則

路塹環境協調性評價指標體系構建時必須遵循以下基本原則:

1）科學性原則。指標體系建立在科學基礎上，指標概念明確，并具有一定科學內涵，能夠反映路塹協調性評價的內容。

2）可操作性原則。可以獲得所提出指標的量值，能夠被公路設計人員和管理人員等所把握。

3）定性指標和定量指標相結合的原則。盡管在環境協調性方面，多數指標難以量化，但是也需要深入挖掘量化指標，以方便評價。

4）針對性強的原則。所提出的指標能夠暴露目前路塹環境協調性方面存在的突出問題，并對路塹設計和施工具有指導意義。也就是說可以很好地保證評價對路塹設計和施工具有有力的“反作用”，指標的目的性明確。

5）動態性原則。路塹與環境的協調，既是一個目標，又是一個過程，并且隨著人們認識的深入而賦予不同的內涵，這就決定了評價指標并非一成不變，隨著研究的深入，應及時進行調整和修正。

1.2 評價指標體系的構建框架

環境包括的內容很廣，有自然環境、社會環境、美學環境、經濟環境等。公路路塹的存在改變了駕乘人員及公眾的視覺環境;路塹植被恢復和水土保持與生態環境密切相關;路塹段的天橋、圬工防護等構造物的建筑風格本身又是社會環境的組成分子;同時，路塹作為公路的一段，要保障公路安全與暢通，這是公路的基本功能之一，故是交通環境的組成部分。所以，路塹協調性評價指標體系的研究可從視覺環境協調、生態環境協調、交通環境協調3個方面來入手［3-5］。相比之下，路塹在其它方面的環境協調性問題并不特別突出，如聲環境、大氣環境等，本文暫不納入。

1.2.1 評價指標相關性的消除

在評價指標體系結構中，指標數量大并且指標之間存在某種程度的相關關系，這不僅增加了評價的工作量，也直接影響評價的有效性和可靠性。

筆者在指標構建過程中，采用了以下方法來降低指標相關性造成的影響:

1）盡量限制指標數量。在指標體系中，指標數量越少，重復的可能性就越小，指標相關性可能也就越小。

2）分離重迭源。將存在重復相關關系的指標分別進行分解，分析各個指標重復的因素，把重復的因素分離出去，得到一組相互獨立的指標。

1.2.2 視覺環境協調性指標

路塹與環境的協調性問題中，涉及到視覺環境的問題最為突出，而這方面的保護正逐漸為人們所重視，路塹施工隨意破壞山體的行為越來越不被人們所接受。可從以下5個方面、11個指標來評價視覺環境的協調性［6-8］，見圖1。

1）線 形

具體的評價指標為公路線形與地形的協調程度。即路塹段公路線形與地形結合的合理性。一般來說，曲線容易配合丘陵和山區地形。為了得到路線與地形的協調，路線的走向與地形等高線的走向大體一致時，協調性最好［9］;而當線形垂直于地形等高線時，可能造成高填深挖，對原地形改變過大，產生的協調性問題最大。

在丘陵區布線，則宜在坡腳之間穿越，這樣與地形有好的配合，且縱面不會有大的起伏。而高等級公路布線時采用隧道、半山橋等構造物來適應地形，這樣也可能形成優美的道路景觀。對原有地形大的切割與破壞不可能有好的視覺效果［10］。

因此，地形與線性的協調程度可以通過檢查線形與地形等高線的相對關系而得到。

圖1 視覺環境協調的評價指標Fig.1 Evaluation indexes in harmony with visual environment

2）邊 坡

邊坡在視域中所占的面積大，對視覺環境的影響大，用4方面的指標來對其評價:

①形狀與地形的協調程度。也就是人工路塹邊坡與周圍自然山坡的相似程度。目前的路塹邊坡多以平直的坡面為主，這與凹凸的自然山坡形成了鮮明的對比，造成了不協調。

②坡度與地形的協調程度。坡度直接影響到邊坡的穩定性和經濟性。一般來說，平緩的坡度可以降低邊坡的景觀敏感度，容易達到與周圍環境的協調。若邊坡的最大坡度與周圍自然地形坡度相差不大，就可以取得較好的協調。

③坡面與環境的協調程度。坡面為路塹開挖后造成的“創傷面”，其與環境的協調程度非常重要。為了更合理地評價該項指標，又細分為以下3個子指標來評價。

第1是顏色與環境的協調程度。坡面的主色調與周圍背景的協調程度，需要綜合考慮色彩的色相、明度、純度。顏色的不協調主要來源于裸露的巖石邊坡與周圍背景的對比。

第2是坡面防護的美觀程度。包含兩層含義:一方面是工程防護面積占路塹邊坡面積的比例，其值越小越好;另一方面是防護自身的美觀程度，即防護本身需要滿足形式美的基本原則。優美的防護形式為與環境協調奠定了基礎。

第3是人工痕跡弱化程度。主要指邊坡施工后留下的人工痕跡的清晰程度，如殘留的炮孔等。該項指標對路塹邊坡能否取得自然效果有影響。

④坡高與環境的協調程度。總坡高越小，對環境的破壞越小，協調性越好。另外，若單級邊坡高度根據巖石的開挖需要和環境的需要合理變化，協調程度較好。根據“不破壞就是最大的保護”的新理念，考慮到目前環境保護規范對深路塹的規定，推薦以30 m的總坡高作為對環境破壞“大”的分界值。

3）排水設施

評價排水設施的隱蔽程度。指標包括:

①截水溝的隱蔽程度，路塹段截水溝在視覺上的敏感程度，敏感度越小越好。

②邊溝的隱蔽程度，路塹段邊溝在視覺上的敏感程度，敏感度越小越好。

鑒于目前截水溝和邊溝以漿砌為主，視覺沖擊大，嚴重影響景觀效果，故利用地形及植被遮蔽后的排水設施為佳。

4）植被形式

評價植被形式與環境的協調程度。指標包括:

①用地范圍內外喬灌木匹配合理性。即路塹坡腳綠化平臺、中央分隔帶、坡面、路界內坡頂、路界外綠化帶及與路域外植物品種搭配的合理性。因為這些綠化設計目前由不同管理部門委托，如路塹坡腳綠化平臺、中央分隔帶、坡面、路界內坡頂等處由公路管理部門負責，路界外綠化帶由林業部門負責。不同部門之間往往缺乏有效的溝通，再加上設計理念的差異，經常造成路界內為常綠植物而路界外為落葉喬木的反差，在色彩、季相變化、樹形等方面協調性較差。

②植物栽植模式的協調程度。指坡腳、坡面、坡頂及路域范圍內植物栽植模式與背景的匹配程度。植物栽植應選擇與周圍環境和公路特點相適應的栽植模式。如在城鎮范圍內可以選用規則式栽植，而在遠離城鎮的地方，通過采用自然式栽植，可以與自然景觀相協調，構成平穩的畫面，能獲得更好的栽植效果。特別是在強調景觀變化和沿途景觀資源的時候，隨機栽植能夠自由配置，發揮卓越的景觀效果［11］。否則，便會產生不協調。

5）構造物及沿線設施

指路塹段內天橋及支檔結構、隔離柵等與環境的協調程度。指標包括:

①構造物及沿線設施的形式美。主要利用“統一、變化、對比、相似、均衡、比例、尺度、韻律、節奏”等方面形式美的基本原則去檢驗構造物與沿線設施在特定路塹環境下是否是美的。

②構造物及沿線設施與環境的協調性。評價構造物及沿線設施能否融入路塹環境，包括構造物的型式、顏色、紋理等方面。

1.2.3 生態環境協調性指標

生態環境是指影響生態發展的環境條件的總體。路塹生態環境的協調性評價主要從2個方面、6個指標來進行［4，11-12］，如圖 2。

圖2 生態環境協調的評價指標Fig.2 Evaluation indexes in harmony with ecological environment

1）植 被

評價植被方面的協調性的指標包括:

①植被覆蓋率。路塹邊坡植被覆蓋率與周圍覆蓋率的差異對環境協調影響較大。一般來說，邊坡覆蓋率在不低于周圍綠化覆蓋率的情況下，能取得較好的協調效果。

②植物多樣性協調程度。植物多樣性是指植物和它組成的系統的總體多樣性和變異性。路塹段應草、灌（喬）、花合理搭配，品種豐富為宜。多樣性是自然植被的特點之一，也是公路途經多個地區的客觀反映，同時也是駕乘人員所追求的景觀效果［13］。

③植被鄉土化率。鄉土植物適應當地的氣候和土壤，完全融入周圍的環境，形成有地域特色的植物景觀，并且養護管理成本低，病蟲害少，是路塹綠化的合理選擇［14］。若引入有害植物品種，對當地生態環境來說是一場災難。

2）土壤與土地

評價土壤與土地方面的協調性的指標包括:

①水土流失程度。主要指坡面的土壤侵蝕程度。土壤侵蝕形式分為雨滴濺蝕、片蝕、細溝侵蝕、淺溝侵蝕、切溝侵蝕等。根據有關規范，土壤侵蝕強度分級參照表1確定［15］。

表1 土壤侵蝕強度分級標準Table 1 Soil erosion intensity classification

②表層土保護與利用。挖方地段挖除的地表種植土是一種難以再生的自然資源，挖除后應該臨時集中堆放，作為未來中央分隔帶、土路肩、邊坡綠化工程用土，即保障了綠化效果，又減少了棄方量，一舉兩得。以表層土的利用率作為該指標的量化考核值。

③棄方利用率。在理想的狀態下，挖方與填方應平衡，但在實際工作中，很難達到這一要求。在山區，過多的廢棄方和不恰當的處理方式均會對原生植物和自然水系造成災難性的后果，因此棄方的利用率可采用被合理利用的棄方量與挖方總量的比值來計算。

1.2.4 交通環境協調性指標

公路交通環境可以定義為道路交通規劃、建設者為交通參與者提供的、可供交通參與者利用的各種交通條件的總和，是通過人的行為對自然環境進行改造、為交通參與者營造的適宜于交通的“小環境”［16］。

考慮到與路塹設計的相關性，從以下5個方面來評價交通環境的協調性。

1）視距保證

路塹段除線形設計需要滿足行車視距要求外，應主要檢查橫凈距是否滿足要求，坡面（含坡面植被）不影響安全行車。

2）視線誘導性

主要檢查視線誘導標志與線形的一致程度，尤其注意凸形豎曲線處誘導標志設置是否得當。

3）標志標線的可視性

主要檢查邊坡綠化和防護設施是否遮擋標志標線。

4）分隔帶防眩效果

主要檢查中央分隔帶栽植的高度和密度，是否有效避免眩光。

5）興趣點設置合理性

為緩解視覺疲勞，提高交通安全，駕駛員的視覺吸引點需要每5～10 min變化一次，路塹段也應如此，應安排一定的視覺要素（綠化、景點等），強化道路曲折性及協助駕駛員定位，增加旅途的趣味性，避免單調感［17］。

2 路塹環境協調性評價方法

由于路塹環境協調性評價體系的層次性、多要素的特性，且多數評價指標為定性指標，具有模糊性，故引入模糊理論，使環境協調性評價具有定性和定量相結合的特點，并具有科學、準確、直觀和易操作等優點［6］。為了更加科學合理地建立指標權重集，并根據環境協調性評價指標體系的層次結構，筆者采用基于層次分析法（AHP）的多級模糊綜合評價方法來對路塹環境協調性進行評價分析。

協調性評價指標體系第1層為目標層，即路塹環境協調性設計;第2層為準則層，是以視覺環境協調、生態環境協調、交通環境協調作為3大準則;第3層為子準則層，從不同角度體現了環境協調的準則;第4層為指標層，具體描繪各準則對應的各項指標的屬性。所有路塹協調性評價的指標體系見表2。

根據模糊綜合評價理論，結合路塹環境協調性評價指標體系結構，協調性評價過程是一個多級評價過程。第1級為指標層因素對子準則層因素的綜合評判;第2級為子準則層因素對準則層因素的綜合評判，準則層的所有因素進行2級綜合評判的單因素評價矩陣應為1級綜合評判的結論向量所組成的矩陣;第3級為準則層因素對目標層因素的綜合評判。最終求得評價結論向量，按最大隸屬度原則對路塹環境協調度等級進行評價，得出評價結果（具體步驟略）。

表2 路塹協調性評價的指標體系和權重系數Table 2 Evaluation indexes in harmony with cuts environment and its weight coefficients

3 建成路塹的協調性評價實例分析

3.1 路塹總體情況

選擇濟萊高速公路的一段的路塹段進行分析，該路塹段的邊坡情況見表3。

表3 路塹邊坡情況Table 3 Details of cut slope

路塹處在東鐵車隧道東口和一分離式立交之間。路界外綠化為規則種植的側柏。中央分隔帶采用蜀檜、紫葉李間隔種植，間距1 m;蜀檜冠幅大于0.6 m，高度大于1.8 m，作為主防眩，紫葉李高度大于1.5 m。

路塹兩側為次生灌草叢構成的荒草坡，以荊條、酸棗與黃背草、白羊草為主。

經調查，該路塹施工初期已將表土層集中存放，大部分被利用;絕大部分路塹棄方被用來填筑了路基，部分堆置于棄土堆（進行了簡單綠化）。

3.2 多級模糊綜合評價方法的應用

3.2.1 建立因素集

建立路塹環境協調性評價的影響因素集U，影響因素劃分為視覺環境協調、生態環境協調、交通環境協調3 個子集，記作U={U1，U2，U3}，Ui表示環境協調第i個方面影響因素子集，Ui為表2中的準則層B。

Uij表示路塹環境協調性評價第i個子集的第j個方面影響因素子集，Uij為表2中的子準則層C。同理，Uijk表示環境協調評價第i子集的第j個方面影響因素子集的第k個影響因素，Uijk為表2中的指標層D。

3.2.2 建立權重集

利用美國運籌學家、匹茲堡大學教授T.L.Saaty提出的AHP法確定各指標在綜合評價中的權重。采用1～9比率標度法對不同指標進行兩兩比較，得到關于評價指標的評判矩陣。然后，利用和積法進行評判矩陣一致性檢驗，要求一致性比例小于0.1。結果見表2括號中數據。

3.2.3 單因素模糊評價

由項目評價數據整理分析及咨詢專家得出單因素評價矩陣R:

γmn為隸屬度。評價對象按因素集中第i個因素Ui進行評價，對評價集中第j個元素vj的隸屬度為γij。

3.2.4 綜合模糊評判

進行1級綜合模糊評判，作模糊矩陣運算B=A°R，其中B為1級評判準則的結論向量，A為指標層的模糊權重集，R單因素評判矩陣。由此得出1級評判準則的結論向量。同理可以求解多級評判準則的結論向量，最終得出綜合評價結論向量:B綜合=［0.233 0.184 0.211 0.379］。

從綜合計算結果可以看出，優占23.3% ，良占18.4%，中占21.1%，差占 37.9%。最后根據最大隸屬度原則對青萊高速公路馬萊段東鐵車隧道東側路塹協調性等級進行評價，認為該段路塹的綜合評價結果為差。該路塹雖然在環境保護和交通安全保障方面采取了一定的措施，但是，該路塹視覺協調性較差，采用了景觀效果較差的工程防護、坡面過于平直、路塹兩側綠化帶過于人工化等，不能很好地與地形地貌及植被相協調，也沒有進行專門的景觀設計，取得的實際效果不佳。

4 結論

1）基于路塹協調性突出問題，構建了路塹協調性評價指標體系。

2）提出了視覺環境協調性、生態環境協調性、交通環境協調性分級指標框架并給出了指標內涵、測算方法。

3）利用層次分析法給出了各級指標的權重，利用多級模糊綜合評價獲得了路塹協調性評價的結果。

4）評價指標緊扣協調性設計的突出問題，評價結果對改進協調性設計有一定幫助。

5）路塹與環境的協調性問題一直未得到人們的足夠重視，還要從設計理念、設計方法、施工方法等多方面進行綜合深入研究。

（References）:

［1］ 交通部公路司.新理念公路設計指南［M］.北京:人民交通出版社，2005:1-10.

Ministry of Communications.New Concept Highway Design Guidelines［M］.Beijing:China Communications Press，2005:1-10.

［2］ 賈致榮.路塹環境協調性設計與評價方法研究［D］.上海:同濟大學，2009.

Jia Zhirong.Design and Evaluation Methods for Highway Cuts in Harmony with Environment［D］.Shanghai:Tongji University，2009.

［3］ 戴娟娟，楊海真.高速公路環境評價指標體系綜述［J］.四川環境，2006，25（6）:52-56.

Dai Juanjuan，Yang Haizhen.Review on indicator system of environmental assessment for expressways［J］.Sichuan Environment，2006，25（6）:52-56.

［4］ 上官甦.石灰巖山區高速公路路基開挖中的環境保護研究［D］.北京:北京工業大學，2006.

Shangguan Su.Study on Environmental Protection of the Expressway Subgrade Excavation in the Limestone Mountainous Area［D］.Beijing:Beijing University of Technology，2006.

［5］ 王紫雯，吳水珍.大型土建工程對景觀美學環境的影響問題研究［J］.浙江大學學報:人文社會科學版，2003，33（2）:145-152.

Wang Ziwen，Wu Shuizhen.The impact of construction projects on landscape aesthetics［J］.Journal of Zhejiang University:Humanities and Social Science，2003，33（2）:145-152.

［6］ 杜智民，王建軍.基于多級模糊評價方法的公路景觀評價分析［J］.公路交通科技，2007，24（12）:144-148.

Du Zhimin，Wang Jianjun.Analysis on highway landscape evaluation based on fuzzy comprehensive evaluation［J］.Journal of Highway and Transportation Research and Development，2007，24（12）:144-148.

［7］ 張陽，董小林.公路景觀及視覺影響評價方法研究［J］.西安公路交通大學學報，1999，19（4）:65-67.

Zhang Yang，Dong Xiaolin.A study of highway landscape and visual impact assessment［J］.Journal of Xi’an Highway University，1999，19（4）:65-67.

［8］ 趙勇，吳明作，鐘崇林.公路建設項目對景觀影響綜合評價［J］.安全與環境學報，2004，4（4）:38-41.

Zhao Yong，Wu Mingzuo，Zhong Chonglin.Comprehensive impact assessment of highway construction project on landscape［J］.Journal of Safety and Environment，2004，4（4）:38-41.

［9］ 趙武，陳曉利.與環境相協調的公路線形靈活性設計方法研究［J］.公路交通技術，2007（6）:129-131.

Zhao Wu，Chen Xiaoli.Research on flexible design for environment friend expressway profiles［J］.Technology of Highway and Transport，2007（6）:129-131.

［10］韓相春.道路交通景觀設計［M］.哈爾濱:東北林業大學出版社，2005:170-185.

Han Xiangchun.Road Landscape Design［M］.Harbin:Northeast Forestry University Press，2005:170-185.

［11］國外道路標準規范編譯組.國外公路景觀與環境設計指南［M］.北京:人民交通出版社，2006:31-42.

Foreign Road Standard and Specification Compiler Group.Highway Landscape and Environment Design Guide［M］.Beijing:China Communications Press，2006:31-42.

［12］陳紅，魏風虎.公路生態系統評價指標體系構建方法研究［J］.中國公路學報，2004，17（4）:89-92.

Chen Hong，Wei Fenghu.Study of the way on indicator set of ecological assessment of highway［J］.China Journal of Highway and Transport，2004，17（4）:89-92.

［13］ Akbar K F，Hale W H G，Headley A D.Assessment of scenic beauty of the roadside vegetation in northern England［J］.Landscape and Urban Planning，2003，63（2）:139-144.

［14］ Froment J，Domon G.Viewer appreciation of highway landscapes［J］.Landscape and Urban Planning，2005，65（5）:1-19.

［15］SL 190—2007土壤侵蝕分類分級標準［S］.北京:中國水利水電出版社，2007.

SL 190—2007 Standards for Classification and Gradation of Soil E-rosion［S］.Beijing:China Waterpower Press，2007.

［16］劉志強，王文錦，李亞強，等.論道路交通安全環境［J］.中國安全科學學報，2002，12（4）:27-30.

Liu Zhiqiang，Wang Wenjin，Li Yaqiang，et al.Relationship between traffic safety and safety environment of expressway［J］.China Safety Science Journal，2002，12（4）:27-30.

［17］賈致榮，郭忠印.“555”原則及其在公路景觀設計中的應用［J］.公路，2007（10）:209-212.

Jia Zhirong，Guo Zhongyin.“555”Principle and its applications in highway landscape design［J］.Highway，2007（10）:209-212.

Indexes and Evaluation Method for Highway Cuts in Harmony with Environment

Jia Zhirong1，Guo Zhongyin2
（1.School of Architectural Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，Shandong，China;
2.Key Laboratory of Traffic Engineering of the Ministry of Education，Tongji University，Shanghai 200092，China）

In order to evaluate the harmony between cut and environment，harmony evaluation index system of cut-slope was constructed.Rule hierarchy was composed of three aspects，visual environment harmony，ecological environment harmony，traffic environment harmony;sub-rule hierarchy was composed of alignment and other 7 parts;and index layer was composed of coordination degree between highway alignment and topography，and other 21 indexes.The weights of indexes at all levels were presented by utilizing the analytic hierarchy process，and the value of harmony evaluation was obtained by utilizing the method of multilevel fuzzy comprehensive evaluation，and an example was also given using the fuzzy analytic hierarchy process method（FAHP）.

environment engineering;evaluation index;fuzzy analytic hierarchy process method（FAHP）;cuts;harmony

U416.1+3

A

1674-0696（2013）02-0238-06

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.15

2012-04-18;

2012-09-29

山東省高等學校科技計劃項目（J12LF13）;山東省自然科學基金項目（ZR2012EEL30）

賈致榮（1968—），男，山東濱州人，教授，博士，主要從事道路與環境工程方面的研究。E-mail:jiazhr@126.com。