基于不確定性分析的山區(qū)鐵路選線方案評價方法研究.pdf

1、中國是一個多山的國家，山地面積約占整個陸地面積的2/3。我國山區(qū)基本上靠長大干線承擔(dān)運輸任務(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，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和客運的運輸任務(wù)，還對鐵路周邊地區(qū)的經(jīng)濟、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)模及運營效益，還會關(guān)系到該項目能否滿足地方運輸需求，對區(qū)域經(jīng)濟、社會發(fā)展以及國防建設(shè)等方面都會產(chǎn)生深遠的影響。鐵路選線的整個過程，就是方案比選的過程，因此，建立一套科學(xué)的山區(qū)鐵路選線方案評價方法

3、，對于整個山區(qū)鐵路建設(shè)項目的成功實施，乃至引領(lǐng)鐵路選線設(shè)計向現(xiàn)代設(shè)計法邁進都具有重要作用。
　　山區(qū)鐵路選線方案評價和比選工作，是一個涉及大量評價指標、受多種外界因素影響、具有不確定性的復(fù)雜多目標決策過程，具有定性指標多、受宏觀經(jīng)濟形勢影響明顯和自然災(zāi)害風(fēng)險大等特點。但傳統(tǒng)鐵路方案評價方法對這些不確定性因素考慮不足，并且當(dāng)定性指標與定量指標出現(xiàn)交叉，經(jīng)濟上又差別不大時，也缺乏相應(yīng)的評價方法。這就造成目前的山區(qū)鐵路方案評價與比選工作

4、，仍然在很大程度上依賴專家經(jīng)驗決策和領(lǐng)導(dǎo)拍板。本文以成貴、成蘭等山區(qū)鐵路選線設(shè)計和方案決策案例資料以及汶川地震等實震資料為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的經(jīng)驗和技術(shù)，并吸收多目標決策、效用理論、風(fēng)險分析、可靠性數(shù)學(xué)、隨機過程理論等當(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)鐵路選線方案評價模型。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，首先對鐵路選線方案評價中一些難以直接量化的定性指標和專家意見

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定性指標進行評價的基礎(chǔ)上，通過使用云發(fā)生器實現(xiàn)了定性指標的科學(xué)量化及不確定性分析;然后運用離差法計算指標的客觀權(quán)重，避免了層次分析法等主觀權(quán)重法在確定指標權(quán)重時受專家主觀意見的影響;最后運用投影法對備擇方案進行排序。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)有方案指標計算方法的原則上，以效用值作為方案價值的表征，通過選用不同的效用

6、函數(shù)，相當(dāng)于改變評價體系，以反映宏觀經(jīng)濟形勢對方案比選的影響。首先將定性指標轉(zhuǎn)化為區(qū)間數(shù);然后通過定義對應(yīng)的效用函數(shù)，在各方案指標客觀不變的情況下，量化外部宏觀經(jīng)濟形勢對方案實際執(zhí)行效果的影響;最后運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)險分析理論，首先提出了鐵路低頻大災(zāi)風(fēng)險的定義。建議采用聯(lián)合概率模型計算發(fā)震概率，利用P-Ⅲ型曲線和期望破壞概率計算超過設(shè)防標準的洪水發(fā)生概

7、率;基于汶川地震實震資料的統(tǒng)計，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)濟損失的鐵路震害經(jīng)濟損失預(yù)測方法。然后將鐵路大災(zāi)風(fēng)險劃分為可接受風(fēng)險、可容忍風(fēng)險及不可容忍風(fēng)險三類，并建議采用年換算工程運營費的10％和1％分別作為不可容忍風(fēng)險和可接受風(fēng)險的判據(jù)。提出了相應(yīng)的方案比選程式為:若大災(zāi)風(fēng)險處于可接受風(fēng)險區(qū)，則采用傳統(tǒng)方案評價方法進行比選;若風(fēng)險處于可容忍區(qū)域，需對通過方案采用年換算工程-期望運營費法進

8、行經(jīng)濟評價，再與繞避方案進行比選;若風(fēng)險處于不可容忍區(qū)域，只能選擇繞避方案。此外，還針對“生命線”鐵路在搶險救災(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營費的權(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)的可靠性評價指標;然后將線路系統(tǒng)當(dāng)作一個由路基、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