基于CRITIC賦權(quán)法和可拓理論的山區(qū)鐵路線路方案優(yōu)選模型的研究

王廣開

【摘 要】?山區(qū)鐵路地形地質(zhì)復(fù)雜，高橋、長隧占比大，且途經(jīng)經(jīng)濟(jì)、人口據(jù)點較為分散，鐵路方案選定過程困難復(fù)雜。文章選用成本型和效益型兩類指標(biāo)來對鐵路線路方案進(jìn)行評價，采用Critic客觀賦權(quán)法對各子指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，采用可拓理論中的優(yōu)度評價法建立優(yōu)選模型，定量計算出各方案優(yōu)度，優(yōu)度值最大的即為最優(yōu)方案。最后將該模型運用于西南山區(qū)某鐵路實例中驗證了其是可操作和合理的。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)鐵路; 線路方案; Critic賦權(quán)法; 可拓理論; 優(yōu)選模型

截至2019年底，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到13.9×104 km，其中高速鐵路營業(yè)里程達(dá)到3.5×104 km，其中西部地區(qū)鐵路營業(yè)里程5.6×104 km。我國山區(qū)面積約占國土面積的1/3，且多集中于我國西南地區(qū)，目前多個復(fù)雜山區(qū)鐵路項目正在建設(shè)和納入規(guī)劃，典型的復(fù)雜艱險山區(qū)項目如川藏鐵路和滇藏鐵路，線路全長都超過了1 600 km，線路途徑區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害頻發(fā)，且主要為高橋和長隧工程，因此確定一個最優(yōu)的線路方案會對整個項目的造價、工期、安全、運營、社會影響及經(jīng)濟(jì)效益起到?jīng)Q定性作用，是整個鐵路項目中決定全局的工作[1～3]。傳統(tǒng)的鐵路方案優(yōu)選方法主要以經(jīng)濟(jì)量評價方法為主，追求成本最低，換算工程運營費最省，但山區(qū)鐵路因其高橋、長隧占比較大，不同選線方案建造成本波動性較大，各線路方案在鐵路建成運營期間的效益也因山區(qū)經(jīng)濟(jì)、人口據(jù)點分散而具有較大的不確定性，因此單一追求成本和換算工程運營費最省會忽略鐵路效益這一層面。目前針對線路方案優(yōu)選的方法有層次分析法、模糊綜合評判方法及不確定性分析法等，對于層次分析法來說定量數(shù)據(jù)較少定性成分多，不易使人信服，而且評價指標(biāo)過多時，數(shù)據(jù)統(tǒng)計量大，權(quán)重難以確定[4];綜合模糊評判法計算復(fù)雜，對指標(biāo)權(quán)重矢量的確定主觀性較強(qiáng)[5];不確定性分析法在處理商業(yè)盈虧問題時會有較好的效果，但在處理多個存在關(guān)聯(lián)的指標(biāo)控制的鐵路方案時可能會脫離實際[6]。而本文所采用的Critic方法可以客觀有效的處理存在信息交互指標(biāo)的權(quán)重分配問題，可拓理論中優(yōu)度評價法則可以有效解決山區(qū)線路方案決策過程中不斷涌現(xiàn)的矛盾問題，尋找處理矛盾問題的規(guī)律，避免依靠工程經(jīng)驗進(jìn)行選線的固化思維[7]。本文將選取成本型和效益型兩大類指標(biāo)建立基于Critic賦權(quán)法和可拓理論的線路優(yōu)選模型，得到最優(yōu)線路方案。

1 基于Critic賦權(quán)法的指標(biāo)權(quán)重確定

Critic方法是由Diakoulaki提出的一種客觀權(quán)重賦權(quán)法，在處理存在信息交互的指標(biāo)時能得到比主成分分析法和多目標(biāo)規(guī)劃法等客觀賦權(quán)法更精確的結(jié)果，對比于主觀賦權(quán)法可以有效避免受技術(shù)經(jīng)驗等主觀因素的影響。在鐵路選線中各成本和效益指標(biāo)間存在著一定的信息交互和關(guān)聯(lián)，Critic賦權(quán)法則可以基于各方案的具體數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的描述各評價指標(biāo)的信息量，并依據(jù)信息量的大小確定各指標(biāo)的權(quán)重[8～10]。下面根據(jù)西南山區(qū)某鐵路的預(yù)可行性研究資料選取表1中指標(biāo)進(jìn)行線路優(yōu)度評價。

3 實例應(yīng)用

本實例取自某規(guī)劃山區(qū)鐵路資料，該區(qū)段途經(jīng)區(qū)域地形地質(zhì)條件復(fù)雜，橋隧長度占比較大，途經(jīng)區(qū)域無大型城市，站點設(shè)置于縣級城市，對各方案主要工程數(shù)量、工程投資和各走向方案影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理見表2。

3.1 確定權(quán)重

以上各指標(biāo)如橋隧總長會直接影響到靜態(tài)投資和運營費現(xiàn)值等，建筑長度會影響到所輻射人口范圍，選取的10個指標(biāo)都存在不同程度的信息交互，因此可采用Critic方法進(jìn)行賦權(quán)，首先根據(jù)式（1）和式（2）對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理，然后根據(jù)式（3）～式（6）計算各指標(biāo)的變異性、沖突性和信息量，結(jié)果見表3。

4 結(jié)論

（1）基于Critic賦權(quán)法和可拓理論的山區(qū)鐵路線路方案優(yōu)選模型可以充分發(fā)揮可拓學(xué)定性定量分析的優(yōu)勢，并且從成本和效益兩個矛盾層面分析問題，使優(yōu)選過程更加全面。

（2）根據(jù)Critic賦權(quán)法計算各評價指標(biāo)權(quán)重，可有效避免個人主觀隨意性，并能充分體現(xiàn)各指標(biāo)包含的有效信息量。

（3）權(quán)重計算過程是基于數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)不同代表所含的有效信息也不同，權(quán)重相應(yīng)浮動，保證了不同線路方案在進(jìn)行優(yōu)選時的獨特性。

綜上講用Critic賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重可以讓線路方案在比選過程中更注重各指標(biāo)之間的信息關(guān)聯(lián)，可拓理論應(yīng)用于山區(qū)鐵路選線工作之中不僅進(jìn)一步開拓了可拓理論的應(yīng)用范圍，也給鐵路選線技術(shù)的發(fā)展提供了一個新的發(fā)展方向。

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