本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：中國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家,山地面積約占整個(gè)陸地面積的2/3。我國(guó)山區(qū)基本上靠長(zhǎng)大干線承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù),建國(guó)以來(lái),國(guó)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(zhǎng)大干線,基本形成了山區(qū)鐵路網(wǎng),但路網(wǎng)長(zhǎng)度與國(guó)土面積和人口數(shù)極不相稱,如西部12省區(qū)市占我國(guó)國(guó)土面積71.5%,而鐵路營(yíng)業(yè)里程僅占全國(guó)的36.6%。隨著國(guó)家西部大開(kāi)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(guó)家提出了以擴(kuò)大西部路網(wǎng)規(guī)模為主,形成西部鐵路網(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(zhǎng)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(yíng)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(guó)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(guò)程,就是方案比選的過(guò)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,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(guò)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,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(guò)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(jiàn),利用云模型的不確定性推理原理,在專家采用語(yǔ)言變量對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,通過(guò)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(jiàn)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(guò)選用不同的效用函數(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(guò)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(guò)設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的洪水發(fā)生概率；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(guò)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(yíng)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(guò)方案采用年換算工程-期望運(yùn)營(yíng)費(fèi)法進(jìn)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(yíng)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(guò)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(guò)程原理,當(dāng)正常工作時(shí)間服從指數(shù)分布或一般性分布、工程平均搶修時(shí)間已知時(shí),計(jì)算地震、洪水威脅區(qū)鐵路線路系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；再提出采用期望可用度作為泥石流、滑坡區(qū)鐵路方案評(píng)價(jià)指標(biāo)；最后提出了多災(zāi)種綜合可用度的計(jì)算公式。建立了山區(qū)鐵路線路系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)模型。從而提出了基于不確定性分析的山區(qū)鐵路選線方案評(píng)價(jià)方法。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U212.32

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