動態規劃理論在錦江生態帶河道治理中的應用

摘要：城市河道的規劃與建設不僅要考慮傳統的防洪要求，更要考慮道路軌道規劃、地下管網建設以及周邊區域經濟發展等綜合因素，在施工階段還要顧及城市道路交通壓力、百姓居住環境、施工環境治理等動態因素。以錦江生態帶河道治理工程為研究對象，從工程設計角度出發，采用動態規劃理論，針對項目決策、設計、施工的3階段各關鍵要素進行動態研判和分析，并在具體實踐過程中進行最優解配置，在力求滿足工程實體建設高標準、高質量、低成本的基礎上，進一步優化滿足錦江生態帶周邊的“公園城市”建設。基于動態規劃理論的河道治理工程全過程控制取得了較好的應用效果，相關經驗可為其他市政工程提供借鑒。

關 鍵 詞：河道治理；市政工程；動態規劃；錦江生態帶

中圖法分類號：TV85 文獻標志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.008

0 引言

河道治理對城市建設具有重要意義，是城市基礎設施和環境管理的關鍵組成部分^［1］，涉及一系列工程及管理措施，旨在恢復、提升河流的安全、環境等功能價值。然而，城市河道治理工程的實施過程復雜，不僅關注工程技術經濟比選，還涵蓋社會經濟、環境和行政等多個維度。目前，城市河道治理主要采用碎片化的管理模式，項目各階段與相關部門的聯動不足^［2-3］。為了解決這些問題，必須對河道治理工程開展全過程控制，包括項目決策、設計、施工3個階段，有效控制成本、質量等關鍵內容。本文運用動態規劃理論，對河道治理項目全過程控制進行研究，確保河道建設與城市規劃建設目標一致，給居民帶來持久的利益。

1 工程概述

成都市是成渝地區建設和發展的中心城市，總體規劃的防洪標準為200 a一遇，而錦江則是成都市中心城區的重要河流，同時也作為“公園城市”建設的重要串聯主線，支撐著兩岸河流的區域經濟建設發展和“綠水青山就是金山銀山”環境建設^［4］。

錦江發源于成都市郫縣境內石堤堰分水樞紐府河閘，其水源來自都江堰干渠柏條河及走馬河分支徐堰河，從北至南依次流經金牛、青羊、成華、武侯、錦江、成都高新和天府新區^［5］。錦江生態帶位于天府新區，總長約10.8 km，規劃藍線寬度為200 m（圖1）。區域內管轄有9個街道，常駐人口約94.33萬，存有大量的地下綜合管廊等附屬設施，站華路、牧華路、天保大道、正公路等交通道路從區域內穿行而過，同時地鐵6號線、19號線等重要地鐵干線均在錦江周邊穿越而行。因此，錦江生態帶河道的治理工作面臨眾多復雜的邊界條件。針對以上問題，采用運籌學動態規劃理論，針對項目決策、設計、施工的3階段各關鍵要素進行動態研判和分析，并在錦江生態帶的治理過程中進行最優解配置，最終保證工程的高效推進和治理效果的生態美麗。

2 河道治理工程動態規劃理論模型

動態規劃是求解決策過程最優化的過程，主要用于求解以時間劃分階段的動態過程優化問題。動態規劃的尋優過程有正序、逆序兩種方式，正序適用于終止狀態給定，逆序則適用于初始狀態給定，其求解過程均采用序貫決策方法，把一個含有n個變量的問題轉換為求解n個單變量問題，同時必須滿足分級條件，即目標函數可分性和狀態可分性。

工程項目全過程控制包括質量、成本、進度3個目標控制，首先將各目標控制劃分為決策、設計、施工3個控制階段，引入階段控制變量k（k=1，2，3），相應的各階段狀態為S_k（當k=1，2，3時，分別是項目決策階段、設計階段、施工階段），某階段（狀態S_k）國家政策、工程項目所在地社會經濟情況、自然情況、工程項目參與各方以及其他邊界條件等對工程項目全過程控制產生影響的各種因素稱為狀態變量，用S_ki表示第k階段的第i個狀態變量，這樣第k階段狀態集合可表示為：S_k=（S_k1，S_k2，…，S_ki，…，S_kr）；相應的在各階段采取的過程控制措施，稱之為決策變量，用U_k（S_k）表示。當工程項目處于某種狀態時，在做出相應的決策后，從而進入下一狀態，這一過程可用狀態轉移方程S_k+1=T_k（S_k，U_k）表示。各階段指標函數用V_j（S_j，U_j）表示，j=1，2，3時分別對應項目決策過程控制效果、設計過程控制效果、施工過程控制效果，全過程指標函數用V_1，3（S₁，U₁，S₂，U₂，…，S₄）表示。從k階段的狀態S_k開始到終止狀態的最優指標函數用f_k（S_k）表示^［6］。

河道治理工程動態規劃的函數方程表示為

maxV_1，3（S₁，U₁，S₂，U₂，…，S₄，U₄）=∑V_k（S_k，U_k）

S_（k+1）=T_k（S_k，U_k），f₄（S₄）=0

河道治理工程動態規劃模型示意見圖2，通過逆序解法求解。項目決策、設計、施工3個階段是河道治理工程轉流的關鍵線路，這是由河道治理工程的建設流程決定的。河道治理工程全過程控制最大的特征是衡量全過程優劣的主要指標函數包括了質量、成本、進度3個目標，既有量化指標又有抽象概念。

3 河道治理工程動態規劃分析

3.1 多階段的動態規劃求解分析

河道治理工程目標的總體優化通過項目決策階段、設計階段、施工階段3個階段的指標函數實現的，采取逆序解法，從項目施工完成后的質量、成本、進度控制成果出發，依次往施工階段、設計階段、決策階段逆推，要求施工質量、成本、進度最優，進而要求設計階段、決策階段的質量、成本、進度最優^［7］。各階段控制的最優化具體表述見表1。

基于動態規劃理論的河道治理工程全過程控制，就是要使得各階段控制變量作用下狀態變量對各階段指標函數的負面影響作用最小，從而構建全過程最優指標函數f₁（S₁）=max∑V^*_j（S_j，U_j），V^*_j為最優解，達到全過程控制的目的，實現河道治理工程全過程控制目標的總體優化以及與外部因素的協調。

3.2 多階段的狀態轉移及分析

河道治理工程包括項目決策階段、項目設計階段、項目施工階段3個狀態，多階段的狀態轉移是指由項目決策階段逐步向設計階段、施工階段過渡的演變過程，一直伴隨著各階段的決策進行。例如在項目決策階段時，河道治理工程的參與各方，包括政府部門、建設業主、咨詢單位等在政策、資源、經濟、技術等條件下開展項目策劃、項目建設書、可行性研究報告等編制和審查工作，最終決定該工程是否立項，一旦立項，即可轉移進入項目設計階段。還有在項目設計階段，初步設計文件、施工圖設計文件編制和審批后，即可轉移進入項目施工階段。可以看到，伴隨著各階段決策的進行，工程項目建設過程也逐步從初始階段向后轉移。狀態S_k+1隨著狀態S_k和U_k的變化而變化，這種關系可用狀態轉移方程S_k+1=T_k（S_k，U_k）表示^［9］。河道治理工程的狀態轉移過程如圖3所示。

圖3 河道治理工程建設狀態轉移示意

從狀態轉移的分析來看，河道治理工程的建設過程就是參與各方的工作與環境條件、材料設備、技術方法等有機組合的過程。同時，由于指標函數是狀態S_k和決策變量U_k的函數，而工程項目全過程控制質量由狀態變量S_k決定，因此針對狀態中的各變量進行特征分析，是全過程控制的關鍵環節。其狀態變量集合如表2所列。

將錦江生態帶河道治理工程建設全過程劃分為3個狀態、12個子狀態，并給出相應的狀態變量，在此基礎上再進行狀態變量的特征分析。運用層次分析法將其劃分為建設各方、材料設備、技術方法、環境條件4大類，從其特征分析看，建設各方的工作質量和技術方法具有較大可變性，自然環境和社會環境的有些變量具有不可預測性，對其進行控制難度較大，材料設備的質量及其對工程項目全過程控制的影響具有較強的可控制性。其狀態變量層次劃分如表3所列。

通過對狀態變量開展層次分析，可以確定決策變量U_k與狀態變量S_k密切相關。以決策階段的允許決策集合與該階段狀態變量分析為例，決策變量主要涉及政府部門、建設業主、設計咨詢單位，進一步分析，決策變量實際上是參與各方的具體表現。因此項目決策階段的全過程控制主要是如何采取有效措施提高參建各方的工作質量，從而保證對設計文件質量、材料設備質量、施工組織安排等進行有效控制，有效地改進技術方案，并對環境條件可能造成的不利情況進行預防。

3.3 項目建議書階段全過程控制分析

以項目決策階段的子狀態項目建議書為例進行控制分析，按照本文提出的動態規劃方法，首先確定最優指標函數，即錦江生態帶河道治理工程建設必要性、實施條件成熟程度等。根據最優評價標準可知，建設必要性主要是符合城市發展規劃、防洪專項規劃，河道的防洪標準可達200 a一遇，項目實施后極大改善城市防洪排澇能力，有顯著的社會效益；實施條件成熟主要是周邊用地保證到位，架空線可進行遷改下地等。

本子狀態下狀態變量主要有政府部門、建設業主、設計咨詢單位等，決策變量就是上述各方的行為表現。首先，建設業主的全過程控制主要體現在指導設計咨詢單位編制項目建議書過程中，充分分析城市發展規劃、城市防洪規劃確保項目建設必要性，同時梳理工程項目建設存在的障礙條件，積極與政府部門、街道辦事處等溝通，協調用地保障，聯系相關地下管線、架空線產權單位調取資料，支撐項目方案并開展遷改研究工作等。建設業主在項目建議書階段積極開展以上工作，才能確保該狀態變量在該階段的決策與最優指標函數一致。其次，政府部門進行項目建議書的審批正是為了有效防止財政資金流失，避免不良項目的有效控制程序。其中水務部門主要對工程項目防洪排澇功能實現進行審查，規自部門對工程項目合規性及土地條件進行審查。國家發改委結合前述部門的前期評審意見對項目建議書進行專項審批后，本工程即可流轉至可行性研究子狀態。政府部門在項目建議書階段對項目建設規模、投資、社會經濟影響等進行審查，保證了工程項目全過程控制的階段最優。

4 結語

基于動態規劃理論的河道治理工程全過程控制，是運用動態規劃基本思想進行建設項目全過程控制的一種方法，與其他多階段決策問題相比具有一般動態規劃的基本特征，在解法上又區別于其他動態規劃問題。通過各階段指標函數的確定，可以找出影響指標函數的關鍵因素，即相關狀態，通過狀態的特征分析而采用相應的決策。雖然可將全過程最優指標函數定義為各階段最優指標函數的綜合體現，但對建設項目全過程控制起決定性作用的應該是各階段狀態的決策質量，從動態規劃的逆序解法很容易證明這一點。本文的全過程控制在錦江生態帶河道治理工程中得到了應用，并取得較好的效果。

參考文獻：

［1］ 王冬根.豐城市河道治理工程建設中的具體方案設計及應用［J］.水上安全，2024（8）：98-100.

［2］ 曹玉奎.榮成市沽河河道治理工程項目風險管理研究［D］.哈爾濱：哈爾濱理工大學，2023.

［3］ 黨劍英，趙曉芳.工程項目管理優先考慮因素分析［J］.項目管理技術，2020，18（11）：143-146.

［4］ 謝瑞武.成都新時代科學治理錦江的實踐與思考［J］.城鄉規劃，2023（2）：100-108.

［5］ 薛紹芬，詹北婭.重鑄錦江，再創輝煌：記成都市重點河道整治工程［J］.城市道橋與防洪，2004（6）：5-9，1.

［6］ 錢頌迪.運籌學［M］.北京：清華大學出版社，1990.

［7］ 劉喆坤.試析大型建設項目的選址及城市規劃管理影響因素［J］.建設科技，2021（24）：86-88.

［8］ 方美玲.建設工程項目決策、實施階段全過程造價控制探討［J］.中國住宅設施，2024（7）：58-60.

［9］ 張曼.動態規劃在項目投資決策中的應用［J］.商業2.0，2023（16）：59-61.

（編輯：謝玲嫻）