基于模糊综合评价法的高速公路枢纽互通方案比选分析

金梦媛

摘要：在互通立交设计中，一般会采用多个位置、多个角度、多种形式的方案进行比选研究，确定最优互通设计方案。当出现三个及以上方案需要决策时，仅陈列各个方案的详细数据及其优缺点不能够供评委及专家准确清晰的进行判断。特别是社会处于十四五发展时期，环境保护建设被重点关注，互通中环境指标应当越来越受到重视。本文以甬金衢上高速公路灵溪枢纽互通设计为例，利用模糊评价法，将方案指标因素数据化，设置因素的评价函数，配置指标的权重，增加环境影响因素及其权重，用统一的标准评判多个方案。

关键词 互通立交设计 方案比选 模糊评价法 环境指标

一、概述

甬金衢上高速公路是《浙江省综合立体交通网规划》(2021-2050年)中“九纵九横五环五通道多连”高速公路网中的“一横”，是国家沪昆综合运输通道的新增省际高速通道，也是服务义甬舟开放大通道的重要基础设施项目。

灵溪枢纽互通立交位于溧宁高速与甬金衢上高速衢州段的交叉点，地理位置在浙江省衢州市龙游县东南部，溪口镇北侧，主要服务于溧宁高速公路与甬金衢上高速公路交通转换。

1.交通量预测

图1交通量预测图

2028年   2035年2040年      2047年（预测末年）

从交通量预测结果分析，主交通流方向为龙游往返上饶方向，次交通流方向为丽水往返金华方向。最小交通流方向为龙游往来金华方向。从路网功能角度分析，甬金衢上高速建成后将弥补衢州市南侧的东西走向高速公路的空缺。

2.控制因素

（1）本项目受到被交线溧宁高速公路上灵溪服务区及灵溪互通间距、净距的限制。

（2）项目主线穿越海螺山、道士源山，设计需要满足隧道净距要求，减少或避免隧道拼宽。

（3）项目附近分布有高林坂、寺下村及溧宁高速的二次安置小区等等村落民房；设计应对其进行避让，减少对居民生产生活及出行的干扰。

（4）地方水利部门对灵山港有保护要求，设计应减少对灵山港的影响。

（5）地处山凹平坦区域，以农田耕地为主。设计应少占现有农田。

图2控制因素示意图

3.技术标准

（1）公路等级及路基宽度：

G4102溧宁高速（龙丽高速）公路为双向四车道，路基宽度24.5m。甬金衢上金华婺城至浙赣界高速为双向六车道，路基宽度34.5m。

（2）设计速度：

溧宁高速设计速度为80km/h，甬金衢上金华婺城至浙赣界高速设计速度为120km/h。主交通流匝道设计速度为60km/h，次交通流匝道设计速度为40km/h及以上。

二、方案设计

1.方案一：对角苜蓿叶形枢纽。其优点是枢纽冲突点较少，且总占地面积较小。其缺点为小半径匝道设计速度不高，通行效率不高，需要三次跨越灵山港。

图3 方案一 对角苜蓿叶形枢纽示意图

2.方案二：涡轮形枢纽。其优点是匝道设计速度均为60Km/h，通行效率较高；其缺点是冲突点多，占地面积较大,需要三次跨越灵山港。

图4 方案二 涡轮形枢纽示意图

3.方案三：双T形枢纽。考虑到方案一、二的缺点，主线向北侧移，可一次跨越灵山港。为满足枢纽内车辆不交叉的要求，设计每个方向均有对应匝道的双T形枢纽，匝道设计速度均为60km/h。其优点是对灵山港影响小，避开多处拆迁房屋。其缺点为通行效率低，占地较大，桥梁规模大。

图5 方案三 双T形枢纽示意图

三、方案比较因素分析

互通位置涉及因素多，本研究利用模糊综合评价法建立的分层评价指标体系，因素集是判断方案优劣的综合指标，其中子因素集对应的具体指标，用于描述方案的各项指标属性。

表1评价对象及因素集

评价对象	因素集	子因素集
枢纽比选方案Oi(i=1,2…i)，此项目i=3。	技术指标U1	平曲线最小半径U11
		平曲线线形协调性U12
		最大纵坡U13
	服务指标U2	互通立交的复杂性U21
		交通运行延误时间U22
		匝道服务水平U23
	经济指标U3	占地面积U31
		土石方数量U32
		桥梁面积U33
	环境指标U4	政策处理难度U41
		永久农田面积U42

1. 技术指标U1：

(1)平曲线最小半径U11 ：设该半径r等于或小于极限最小半径Rmin时，U11=0.1。而半径大于规定的最大值Rmax时，U11=1。而当半径处于二者之间时，其函数值为

(2)平曲线线形协调性U12 ：指相邻圆曲线之间，圆曲线与缓和曲线之间长度与参数的协调性。各种曲线元的组合参照《公路路线设计规范》确定评价函数值，满足规范要求的线形取1，其余情况取0，枢纽的评价函数值为所有匝道评价函数值的均值。

(3)最大纵坡U13：平稳的匝道设计有利于行车舒适与安全，其评价函数为：

2. 使用指标U2：

(1)互通立交复杂性U21：是评价立交可辨性与安全性的定量反映，定义A=n1+3*n2+5*n3其中n1，n2，n3分别为立交的分流点、合流点、交叉点。A大于等于55时为常复杂立交，U21=0.4；26至55时为中等复杂立交，U21=0.6；11至25时为简单立交，U

21=0.8；小于等于10时为极简单立交，U21=1。

(2)运行延误时间U22：指车辆通过枢纽实际的行驶时间与直线行驶时间之差。定义DN为某方向某车辆延误时间。定义同方向的车辆起终点一致，同方向的直线距离也一致，且设所有车辆以匀速且一致的速度行驶，则

DN越大表示整个枢纽区（东西南北及主线）的延误时间越长。定义评价函数为：

。

(3)匝道服务水平U23：服务水平是衡量交通设施提供的运行质量好坏的定性指标。定义各级服务水平与其评价值：

3. 经济指标U3：

(1)占地面积U31：当占地面积等于或大于规范值S时，评价函数值为0。当占地面积均小于规范值时，将最小占地面积方案赋值为1，介于两者之间为

(2)土石方数量U32：反映一部分造价情况。填方与挖方评价函数值单独计算，均值为土石方数量评价函数值。定义方案评价函数为：

(3)桥梁面积U33：反映一部分造价情况。定义方案评价函数为：

。

4. 环境指标U4：

(1)政策处理难度U41：指枢纽区是否有政策处理困难的地域或者水域，有则会消耗更多项目建设时间，不利项目进行。以 “没有”、“少”、“多”3个等级对其评价，相应评价矩阵U41为：。

(2)永久农田面积U42：指枢纽区占永久农田区块面积之和。面积越大，说明对周边耕地影响越大且需要进行更多的补划处理，不利项目进行。因此，方案评价函数为

。

四、方案比较分析

灵溪枢纽方案的主要指标如表所示：

表2 灵溪枢纽比选方案的主要指标

主要指标			方案一 (苜蓿叶)	方案二 (涡轮)	方案三 （双T）
技术指标	平曲线最小半径(m)		60	120	145
	平曲线线形比例		根据线形确定	根据线形确定	根据线形确定
	最大纵坡		-3.8%	3.65%	-3.563%
使用指标	互通立交复杂性		22	32	26
	运行延误时间		444769/V-LT/V	423480/V-LT/V	467823/V -LT/V
	匝道服务水平		二级	二级/一级	二级
经济指标	占地面积(m2)		39.234	39.69	47.546
	土石方数量	填方(m3)	970665	1142811	762178
		挖方(m3)	175219	213227	529805
	桥梁面积(m2)		61759.5	55329.742	74610.5
环境指标	政策处理难度		少	少	没有
	永久农田面积(m2)		4.368	2.3	13.819

根据各指标及其评价函数，得到评价矩阵。同时根据优序图法，即指标A比B重要，则权重评分为1;若指标A比B不重要，则权重评分为0；若指标A与B，重要性相当，则权重评分为0.5.各项指标两两对比确定指标权重值如下：

表3 灵溪枢纽比选方案的指标评价函数值

指标值		方案一 (苜蓿叶)	方案二 (涡轮)	方案三 （双T）	权重值
技术指标	平曲线最小半径U11	0.2	0.6	0.8	4/15
	平曲线线形协调性U12	0.765	0.576	0.733	5/15
	最大纵坡U13	1	1	1	6/15
使用指标	互通立交的复杂性U21	0.8	0.6	0.6	1/9
	运行延误时间U22	0.683	1	0.350	4/9
	匝道通行能力U23	0.75	0.813	0.75	4/9
经济指标	占地面积U31	1	0.959	0.246	1/3
	土石方数量U32	0.781	0.557	0.6	1/3
	桥梁面积U33	0.733	1	0.2	1/3
环境指标	政策处理难度U41	0.5	0.5	1	1/2
	永久农田面积U42	0.743	0.865	0.2	1/2

技术指标：            

同理得到：使用指标    

经济指标              

环境指标          

本项目更侧重使用指标与环境指标，因此一层指标的权重值为

则评价结果：          

根据评价指标，方案二得分最高。通过评价分析，将涡轮形作为推荐方案。

五、结语

(1)互通的建设与运营对周边环境影响是巨大的，所以环境影响指标需要与设计期的技术指标、建设期的经济指标、运营期的服务指标一同考虑。环境评价制度一直以来就是关于建设项目环境管理的一项重要制度。本项目提出了多项影响环境的指标，通过加大环境指标的权重分配，在互通的选择上贯彻国家“以防为主”的环境保护方针。

(2)模糊综合评价法的优势是统一了评判标准，同时还有可定义的指标权重。指标权重可以通过项目各方的意见及专家的知识进行调整。该方法既有评价的客观合理性，又有主观合理性。

(3)评价过程中应注意罗列的指标不仅需反映方案，也需反映决策方的需求。如本项目对环境指标的要求即是项目决策方的需求。确定指标权重矩阵应根据项目的环境反复征求多方意见，分析比较，得出结论。指标的量化标准需要转换成统一量度的评分值。

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