基于多目標(biāo)決策法的虎門大橋大修方案研究

摘 要：跨江通道大修涉及安全、保暢、效益等諸多問題，是一個(gè)多因素的復(fù)雜決策過程，文章分析了虎門大橋在不同大修方式、大修時(shí)機(jī)情況下的區(qū)域路網(wǎng)交通變化情況，在綜合對(duì)比交通影響、財(cái)務(wù)效益、結(jié)構(gòu)安全等多方面因素的基礎(chǔ)上，采用多目標(biāo)決策方法確定最優(yōu)的大修方案，并基于此方案提出合理有效的交通組織建議。研究結(jié)果可為相關(guān)部門實(shí)施虎門大橋大修提供參考，同時(shí)對(duì)類似跨江通道大修方案的研究具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：跨江通道 大修改造 多目標(biāo)決策 交通組織

1 緒論

虎門大橋是連接珠江兩岸的重要交通通道，自1997年通車以來長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，橋梁技術(shù)狀況逐年下降，大修迫在眉睫。2019年南沙大橋通車緩解了部分車流，為大修提供了契機(jī)。

由于跨江通道資源緊張，虎門大橋大修的時(shí)間和方式將顯著影響區(qū)域路網(wǎng)交通。文章從珠江口跨江路網(wǎng)整體出發(fā)，分析不同大修方案對(duì)交通流的影響，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、結(jié)構(gòu)安全等因素，確定最優(yōu)方案，并提出合理的交通組織建議。

2 多目標(biāo)決策方法

為提出合理的大修時(shí)間、大修形式，文章采用多目標(biāo)決策方法[1]對(duì)比分析大修方案，從交通影響分析、財(cái)務(wù)效益分析、安全評(píng)價(jià)分析三個(gè)方面綜合研究，技術(shù)路線如圖1所示。

3 影響因素分析

基于工程可行性，初步篩選出四種方案如下。方案一：東側(cè)橋組（虎門大橋懸索橋、輔航道橋和東引橋）、西側(cè)橋組（太平大橋和廣濟(jì)2號(hào)橋）同時(shí)于“十四五”初開始全封大修；方案二：東、西橋組同時(shí)于“十四五”末開始全封大修；方案三：東側(cè)橋組于“十四五”初半封大修、西側(cè)橋組于“十四五”末全封大修；方案四：東側(cè)橋組于“十四五”初半封大修，西側(cè)橋組于東側(cè)橋組修好后立即全封大修。

3.1 交通影響分析

基于“四階段法”[2]預(yù)測(cè)四種方案下虎門大橋及周邊路網(wǎng)各路段交通量及飽和度v/c[3]，篩選出周邊路網(wǎng)瓶頸路段如下：廣深高速厚街南-新聯(lián)段、新聯(lián)-太平段及南沙大橋主橋段，各方案下大修期間高峰年份瓶頸路段飽和度見表1。

3.2 財(cái)務(wù)效益分析

根據(jù)不同大修方案費(fèi)用投入、收入估算和成本估算，計(jì)算得到方案一、二、三、四未來年份凈現(xiàn)金流的折現(xiàn)值分別為（以2020年作為基準(zhǔn)年、折現(xiàn)率按6%）29.5、24.5、23.0和22.7億元。

3.3 安全評(píng)價(jià)分析

在考慮大修方案安全性的情況下，越快進(jìn)行大修虎門大橋的安全性越高。故文章將各方案距離大修開始的時(shí)間作為安全性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以2020年中為基準(zhǔn)時(shí)間，計(jì)算得到方案一、二、三、四東側(cè)橋組及西側(cè)橋組大修時(shí)間累計(jì)值分別為1.2、9.2、5.2、3.7年。

4 大修方案決策模型構(gòu)建及輸出

文章構(gòu)建了交通影響、財(cái)務(wù)效益和安全性三個(gè)維度的多目標(biāo)評(píng)價(jià)體系，通過量化指標(biāo)將其轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)決策問題，選用評(píng)價(jià)函數(shù)法中的權(quán)重系數(shù)法求解。具體過程如下：首先將各方案的交通影響、財(cái)務(wù)效益和安全度值無量綱化，再采用加權(quán)和法計(jì)算各方案的綜合效值，從而得到單一目標(biāo)的決策效用函數(shù)，并建立模型如式1所示。

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

（1）

式中：—決策效用值。

—交通影響、財(cái)務(wù)效益、安全度決策效用值。

——交通影響、財(cái)務(wù)效益、安全度指標(biāo)，其中為各大修方案下瓶頸路段的平均飽和度，為各大修方案下未來年份凈現(xiàn)金流的折現(xiàn)值，為各大修方案下大修時(shí)間累計(jì)值。

—分別為交通影響、財(cái)務(wù)效益、安全度決策權(quán)重，且[0，1]。

根據(jù)專家打分法，本次設(shè)定各分量權(quán)重為，得到各方案綜合指標(biāo)如表2。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在綜合考慮交通影響、財(cái)務(wù)效益、安全性三個(gè)因素的情況下，得到各大修方案優(yōu)劣度排序如下（從優(yōu)到劣）：方案一＞方案三＞方案四＞方案二。

5 交通組織建議

根據(jù)上述分析，實(shí)施全封大修時(shí)，將對(duì)珠江東西兩岸的相關(guān)路段與互通匝道產(chǎn)生較大通行壓力，依據(jù)影響區(qū)內(nèi)交通流向和路網(wǎng)銜接情況，文章通過設(shè)置交通分流點(diǎn)[4]（包括誘導(dǎo)點(diǎn)、管制點(diǎn)）提出全封大修期間的交通組織方案如下。

（1）將珠江西岸經(jīng)由中江高速-京珠高速-南沙大橋路徑的過江交通量疏導(dǎo)至南二環(huán)高速-南沙大橋或地方道路-南沙大橋路徑。

誘導(dǎo)點(diǎn)：共和、花溪、中江、新隆、東涌互通；管制點(diǎn)：靈山互通。

（2）將珠江東岸經(jīng)由沈海高速-廣深高速-南沙大橋路徑的過江交通量疏導(dǎo)至沈海高速-南光高速/龍大高速-莞佛高速-虎門港支線-廣深高速-南沙大橋或地方道路-南沙大橋路徑。

誘導(dǎo)點(diǎn)：塘頭、水朗、沙田、厚街南互通；管制點(diǎn)：太平互通。

（3）將珠江兩岸經(jīng)由南沙大橋的過江交通量疏導(dǎo)至黃埔大橋。

誘導(dǎo)點(diǎn)：張松、順德東、順德西、九江、東涌、沙田互通。

此外，在虎門大橋坦尾互通、威遠(yuǎn)互通處設(shè)置管制點(diǎn)，禁止車流進(jìn)入施工區(qū)，以保證大修區(qū)域正常施工。

6 結(jié)論

虎門大橋作為粵港澳大灣區(qū)內(nèi)最重要的運(yùn)輸通道之一，其是否暢通和安全對(duì)于區(qū)域路網(wǎng)有著一定的影響力。虎門大橋目前橋梁病害較為嚴(yán)重、大修需求迫切，若其實(shí)施大修將會(huì)對(duì)周邊路網(wǎng)造成一定的壓力。基于此，研究從大修時(shí)間和方式兩個(gè)維度篩選出四種可行方案，建立以收費(fèi)效益、路段飽和度和安全度為指標(biāo)的多目標(biāo)決策模型，通過量化分析確定最優(yōu)方案，并制定配套交通組織措施。研究成果既能保障虎門大橋大修期間路網(wǎng)運(yùn)行，又為類似工程提供了可推廣的決策方法，對(duì)提升大灣區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施管理水平具有重要意義。

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