Comprehensive Evaluation of Railway Green Construction Based on
Grey Clustering Method in the Northwest Cold Area
陶李培 TAO Li-pei；鲍学英 BAO Xue-ying
（兰州交通大学土木工程学院，兰州 730070）
（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）
摘要：随着铁路绿色施工的不断推广，对铁路绿色施工程度的评价等级划分显得极为重要。目前，《建筑工程绿色施工评价标准》已在建筑业推广和实施，但对于铁路工程的绿色施工准则还处于研究阶段。对于划分施工阶段的铁路绿色施工研究更是没有。本文以《建筑工程绿色施工评价标准》为依据，在考虑无砟轨道施工特点的基础上，结合“四节一环保”选取实用易测的数据指标，针对西北寒冷地区以及无砟轨道施工的特点，利用网络层次分析法（ANP）确定指标的权重，灰色聚类法确定评价等级。
Abstract: With the continuous promotion of green construction of the railway, it seems extremely important to grade the green construction level of the railway. At present, "Construction engineering green construction evaluation standard" has been promoted and implemented in the construction industry, but the green construction criterion for railway engineering is still in the stage of research. There is no research on the railway green construction in the construction phase. In this paper, the "evaluation criterion" green building construction was taken as the basis, on the basis of considering the construction features of the nonballasted-track, then considering the characteristics of railway construction projects, and "A green four sections" was combined to select practical and easily measured data indicators, the characteristics of the northwest cold region and the construction of the nonballasted-track were discussed, network analytic hierarchy process (ANP) was used to determine, then the combination weight was determined by distance function.
关键词：网络层次分析法；灰色聚类法；绿色施工
Key words: network analytic hierarchy process (ANP)；grey clustering method；green construction
中图分类号：TU711 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0023-04
0 引言
绿色施工是指工程建设中，在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术创新，最大限度地节约资源以及减少对环境负影响的施工活动[1]，实现“四节一环保”（节能、节地、节水、节材和环境保护）。尽快建立中国绿色铁路施工标准，用于规范和指导现代化铁路建设，是我国铁路事业发展的必然和需要。我国西北地区，冬季严寒、夏季高温、昼夜温差大、干燥少雨、风区多且风沙大是该地区的典型气候特点[4]。熊风等[5]较早提出了可持续发展的“绿色铁路”系统研究，并利用模糊神经网络建立绿色铁路评价体系；鲍学英[7]利用灰色聚类法对铁路绿色施工等级评价进行了研究并通过实例确定了铁路施工的绿色等级。
尽管关于铁路绿色施工的等级评价研究取得了较好的成果，但都是针对整个铁路施工过程，且评价指标大多与建筑施工无异，针对铁路各个施工阶段的绿色评价研究甚少。
1 建立无砟轨道绿色施工评价体系
依据中华人民共和国行业标准《绿色铁路客站评价标准》（TB10429—2014）和《建筑工程绿色施工评价标准》，突出无砟轨道施工具有工期长、施工组织复杂、技术含量高、施工难度大、施工污染较[7]严重的特点，结合可持续发展原则，循环经济和清洁生产原则，初步制定制定符合无砟轨道绿色施工的“四节一环保”评价指标，包括网络层节地与土地资源保护（U1）、节材与材料资源利用（U2）、节能与能源利用（U3）、节水与水资源利用（U4）和环境保护（U5）5个一级指标和次网络层16个二级指标。
充分考虑可行性、适用性和科学性[8]，使用优化后的评价指标建立西北寒冷地区无砟轨道绿色施工“四节一环保”评价指标体系。在确定评价等级标准时，参考《绿色建筑评价规范》和《绿色铁路客站评价标准》，将评价等级划分为五等，分别是：优（10分）、良（8分）、中（6分）、合格（4分）、不合格（2分）对应1、2、3、4、5等。评价指标及分级标准如表1。
2 ANP法确定指标权重
ANP[9]方法计算基本步骤如下。
步骤1：分析问题，构建指标体系，确定评价指标间的依存和反馈关系。
步骤2：构造权矩阵。将网络层元素组之间进行各元素组间的相对影响程度比较，计算重要度排序向量，得到加权矩阵A0。其中，若某元素对另外元素没有影响，则值取0。
步骤3：构造加权超矩阵。以一级指标为准则，对二级指标的影响力大小进行优势度判断并计算其特征向量，得到超矩阵W0。整个ANP结构的实际影响得到加权超矩阵■。
步骤4：计算极限超矩阵W（i）。使用幂法求超矩阵的n次方，直到矩阵各列向量保持不变即为极限超矩阵W（i），当加权超矩阵存在时，其各列元素值就是次网络层相对于目标层的权重值。
■（1）
3 灰色聚类法确定铁路绿色施工评价等级
由表1可知，用于评价铁路绿色施工的指标较多，涉及范围较广泛，且各项数据之间不存在规律性，因此选取灰色聚类法[10]进行综合评价是较为合理的。
3.1 构建灰色评价矩阵
对已构建的1、2、3、4、5等级对应的优、良、中、合格、不合格，分别赋予10、8、6、4、2分，以形成灰类等级值向量。每位专家所给出的分值记为mijt，统计得分得到评价样本的灰色评价矩阵M。
3.2 确定评价灰类
由于评价等级分为5等，相应就有五个评价灰类。依据灰色系统理论，构建白化权函数如表2所示。
3.3 确定灰色评价系数
对于专家给出的任一二级Uij指标得分由白化权函数可以得到其灰色评价系数为xijk，则
■ （2）
进而得到各评价灰类总灰色评价系数xij为
■ （3）
3.4 确定灰色评价权
Uij指标属于第k个灰类的灰色评价权向量为rijk，则
■ （4）
进而得到Uij指标的灰色权矩阵Rij。二级指标的灰色权矩阵Rij计算得一级指标的评价矩阵：
■ （5）
3.5 项目综合评价结果
计算铁路绿色施工项目综合评价结果为R，得分为Q：
■ ■ （6）
４ 工程实例分析
兰新铁路全长1776公里，东起甘肃兰州与徐兰高速铁路相接，途经青海、甘肃、新疆三省，旅客列车设计最高时速250km/h，是中国西北高寒风沙区域修建的首条高速铁路。风沙、风害是该标段的主要不良环境现象。气候主要特征为昼夜温差大、日照时间长、大风天气居多，其中干旱和大风灾害是该标段的主要危害[11]。
4.1 ANP法确定指标权重
请10位专家利用1-9标度法构造判断矩阵，并对其归一化处理，通过SD软件可直接计算得到初始超矩阵W0、加权超矩阵W、极限超矩阵W（i）（限于篇幅，此处只列出极限超矩阵W（i））。由极限超矩阵W1 （i）得到绿色铁路客站一级指标、二级指标的主观权重W■■、W■■。
Wi矩阵见下页。
W■■=（0.244,0.116,0.172,0.134,0.330）
W■■=（0.040，0.118，0.063，0.023，0.029，0.045，0.089，
0.085，0.020，0.058，0.086，0.018，0.083，0.115，0.013，0.114）
其中二级指标相对其一级指标的的相对权重
W■■=（0.182，0.532，0.285） W■■=（0.238，0.299，0.463）
W■■=（0.111，0.316，0.472，0.101） W■■=（0.513，0.487）
W■■=（0.256，0.354，0.039，0.351）
4.2 基于灰色聚类法的铁路绿色施工综合评价
依据表1的各项指标等级划分请10位专家对其打分。确定各二级指标和一级指标对应的灰色权矩阵如表3。由公式（6）得到铁路绿色施工项目综合评价。
由公式（6）得到铁路绿色施工项目综合得分。
即兰新铁路第二双线无砟轨道绿色施工项目综合评分为5.91分，绿色程度为中等。
5 结论
①采用ANP法确定权重，避免了因指标间的影响所造成的误差，使评价结果更为准确。②确定适用于了无砟轨道绿色施工的“四节一环保”评价指标体系。③通过结果看出，兰新铁路无砟轨道绿色综合评分5.91分，绿色程度接近为中等。说明了此评价模型具有较高的合理性和可实施性，该评价模型为准确科学的对无砟轨道绿色施工综合评价提供了一种新的理论方法。
参考文献：
[1]丁士昭，商丽萍.建筑工程管理与实务[M]北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]杨立中，贺玉龙，熊春梅，等.绿色铁路理论及评价[M].成都：西南交通大学出版社，2014.
[3]赵红星.层次分析法在铁路工程评标指标权重中的应用[J].铁道工程学报，2012，29（10）：120-123.
[4]严德平.浅谈荒漠戈壁地区双块式无柞轨道防开裂技术与措施[J]，铁道建筑技术，2013（7）：46-50.
[5]熊风，杨立中，罗洁，贺玉龙.可持续发展的“绿色铁路”系统研究[J].铁道工程学报，2007，22（05）：43-46.
[6]熊风，杨立中，罗洁，查坤.“绿色铁路”基础理论研究及其评价指标体系的建立[J].生态经济，2007，21（06）：57-61.
[7]鲍学英，杨姝，王起才.基于灰色聚类法的铁路绿色施工等级评价研究[J].铁道工程学报，2016，33（07）：106-110.
[8]李向国.高速铁路技术[M].北京：中国铁道出版社，2008.
[9]李惠玲，李军.绿色施工评标体系研究：基于多层次灰色评价法[J].技术经济与管理研究，2013（1）：20-23.
[10]王海涌.基于ANP和VPRS的高速列车舒适性综合评价指标权重分析[J].铁道学报，2014，6（6）：15-20．
[11]韩赟.兰新高铁甘青段水土保持生态文明工程建设的实践与思考[J].中国水土保持，2017，9（09）：17-18，55. |
