基于不確定性分析的山區(qū)鐵路選線方案評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、中國是一個(gè)多山的國家，山地面積約占整個(gè)陸地面積的2/3。我國山區(qū)基本上靠長大干線承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)，建國以來，國家先后修建了寶成、成昆、南昆、內(nèi)昆、渝懷等世人矚目的山區(qū)長大干線，基本形成了山區(qū)鐵路網(wǎng)，但路網(wǎng)長度與國土面積和人口數(shù)極不相稱，如西部12省區(qū)市占我國國土面積71.5％，而鐵路營業(yè)里程僅占全國的36.6％。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略等區(qū)域發(fā)展的不斷推進(jìn)，山區(qū)鐵路網(wǎng)的總量仍是發(fā)展的“瓶頸”。為此，國家提出了以擴(kuò)大西部路網(wǎng)規(guī)模為主，形成西部鐵

2、路網(wǎng)骨架的鐵路網(wǎng)規(guī)劃。
　　山區(qū)鐵路不但承擔(dān)了區(qū)域大部分中長途貨運(yùn)和客運(yùn)的運(yùn)輸任務(wù)，還對(duì)鐵路周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、政治、科技、軍事等方面的發(fā)展也起著非常重要的作用。所以山區(qū)鐵路線路方案選擇的客觀、合理與否，除了直接影響工程本身的投資、建設(shè)周期、規(guī)模及運(yùn)營效益，還會(huì)關(guān)系到該項(xiàng)目能否滿足地方運(yùn)輸需求，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展以及國防建設(shè)等方面都會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。鐵路選線的整個(gè)過程，就是方案比選的過程，因此，建立一套科學(xué)的山區(qū)鐵路選線方案評(píng)價(jià)方法

3、，對(duì)于整個(gè)山區(qū)鐵路建設(shè)項(xiàng)目的成功實(shí)施，乃至引領(lǐng)鐵路選線設(shè)計(jì)向現(xiàn)代設(shè)計(jì)法邁進(jìn)都具有重要作用。
　　山區(qū)鐵路選線方案評(píng)價(jià)和比選工作，是一個(gè)涉及大量評(píng)價(jià)指標(biāo)、受多種外界因素影響、具有不確定性的復(fù)雜多目標(biāo)決策過程，具有定性指標(biāo)多、受宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響明顯和自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)。但傳統(tǒng)鐵路方案評(píng)價(jià)方法對(duì)這些不確定性因素考慮不足，并且當(dāng)定性指標(biāo)與定量指標(biāo)出現(xiàn)交叉，經(jīng)濟(jì)上又差別不大時(shí)，也缺乏相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法。這就造成目前的山區(qū)鐵路方案評(píng)價(jià)與比選工作

4、，仍然在很大程度上依賴專家經(jīng)驗(yàn)決策和領(lǐng)導(dǎo)拍板。本文以成貴、成蘭等山區(qū)鐵路選線設(shè)計(jì)和方案決策案例資料以及汶川地震等實(shí)震資料為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，并吸收多目標(biāo)決策、效用理論、風(fēng)險(xiǎn)分析、可靠性數(shù)學(xué)、隨機(jī)過程理論等當(dāng)代世界科技發(fā)展的最新成果，提出定量化的決策方法，建立了具有普適性的山區(qū)鐵路選線方案評(píng)價(jià)模型。主要工作及研究結(jié)論如下:
　　(1)基于不確定多屬性決策理論，首先對(duì)鐵路選線方案評(píng)價(jià)中一些難以直接量化的定性指標(biāo)和專家意見

5、，利用云模型的不確定性推理原理，在專家采用語言變量對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過使用云發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了定性指標(biāo)的科學(xué)量化及不確定性分析;然后運(yùn)用離差法計(jì)算指標(biāo)的客觀權(quán)重，避免了層次分析法等主觀權(quán)重法在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)受專家主觀意見的影響;最后運(yùn)用投影法對(duì)備擇方案進(jìn)行排序。建立了基于云模型-投影的山區(qū)鐵路選線方案比選模型。
　　(2)基于多屬性效用理論，在不改變現(xiàn)有方案指標(biāo)計(jì)算方法的原則上，以效用值作為方案價(jià)值的表征，通過選用不同的效用

6、函數(shù)，相當(dāng)于改變?cè)u(píng)價(jià)體系，以反映宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)對(duì)方案比選的影響。首先將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為區(qū)間數(shù);然后通過定義對(duì)應(yīng)的效用函數(shù)，在各方案指標(biāo)客觀不變的情況下，量化外部宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)對(duì)方案實(shí)際執(zhí)行效果的影響;最后運(yùn)用投影法選出具有最高效用的方案。建立了基于效用理論的山區(qū)鐵路選線方案比選模型。
　　(3)基于風(fēng)險(xiǎn)分析理論，首先提出了鐵路低頻大災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的定義。建議采用聯(lián)合概率模型計(jì)算發(fā)震概率，利用P-Ⅲ型曲線和期望破壞概率計(jì)算超過設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的洪水發(fā)生概

7、率;基于汶川地震實(shí)震資料的統(tǒng)計(jì)，建立了包括線路工程震害造成的直接損失、以及以鐵路系統(tǒng)通過能力損失值作為間接經(jīng)濟(jì)損失的鐵路震害經(jīng)濟(jì)損失預(yù)測(cè)方法。然后將鐵路大災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)劃分為可接受風(fēng)險(xiǎn)、可容忍風(fēng)險(xiǎn)及不可容忍風(fēng)險(xiǎn)三類，并建議采用年換算工程運(yùn)營費(fèi)的10％和1％分別作為不可容忍風(fēng)險(xiǎn)和可接受風(fēng)險(xiǎn)的判據(jù)。提出了相應(yīng)的方案比選程式為:若大災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處于可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，則采用傳統(tǒng)方案評(píng)價(jià)方法進(jìn)行比選;若風(fēng)險(xiǎn)處于可容忍區(qū)域，需對(duì)通過方案采用年換算工程-期望運(yùn)營費(fèi)法進(jìn)

8、行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，再與繞避方案進(jìn)行比選;若風(fēng)險(xiǎn)處于不可容忍區(qū)域，只能選擇繞避方案。此外，還針對(duì)“生命線”鐵路在搶險(xiǎn)救災(zāi)方面的特殊性，基于推導(dǎo)的變權(quán)公式，提出了生命線鐵路期望運(yùn)營費(fèi)的權(quán)重修正系數(shù)。在宏觀決策技術(shù)層面上,建立了鐵路通過方案與繞避方案比選的大災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控程式。
　　(4)基于可靠性數(shù)學(xué)理論，首先提出了鐵路線路系統(tǒng)可靠性的定義及相應(yīng)的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo);然后將線路系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)由路基、橋梁、隧道組成的串聯(lián)可修系統(tǒng)，利用更新過程原理，當(dāng)正