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原文传递基于不确定性分析的山区铁路选线方案评价方法研究

论文题名：	基于不确定性分析的山区铁路选线方案评价方法研究
关键词：	山区铁路;选线设计;评价模型;不确定性分析
摘要：	中国是一个多山的国家，山地面积约占整个陆地面积的2/3。我国山区基本上靠长大干线承担运输任务，建国以来，国家先后修建了宝成、成昆、南昆、内昆、渝怀等世人瞩目的山区长大干线，基本形成了山区铁路网，但路网长度与国土面积和人口数极不相称，如西部12省区市占我国国土面积71.5％，而铁路营业里程仅占全国的36.6％。随着国家西部大开发战略等区域发展的不断推进，山区铁路网的总量仍是发展的“瓶颈”。为此，国家提出了以扩大西部路网规模为主，形成西部铁路网骨架的铁路网规划。　　山区铁路不但承担了区域大部分中长途货运和客运的运输任务，还对铁路周边地区的经济、政治、科技、军事等方面的发展也起着非常重要的作用。所以山区铁路线路方案选择的客观、合理与否，除了直接影响工程本身的投资、建设周期、规模及运营效益，还会关系到该项目能否满足地方运输需求，对区域经济、社会发展以及国防建设等方面都会产生深远的影响。铁路选线的整个过程，就是方案比选的过程，因此，建立一套科学的山区铁路选线方案评价方法，对于整个山区铁路建设项目的成功实施，乃至引领铁路选线设计向现代设计法迈进都具有重要作用。　　山区铁路选线方案评价和比选工作，是一个涉及大量评价指标、受多种外界因素影响、具有不确定性的复杂多目标决策过程，具有定性指标多、受宏观经济形势影响明显和自然灾害风险大等特点。但传统铁路方案评价方法对这些不确定性因素考虑不足，并且当定性指标与定量指标出现交叉，经济上又差别不大时，也缺乏相应的评价方法。这就造成目前的山区铁路方案评价与比选工作，仍然在很大程度上依赖专家经验决策和领导拍板。本文以成贵、成兰等山区铁路选线设计和方案决策案例资料以及汶川地震等实震资料为基础，充分利用现有的经验和技术，并吸收多目标决策、效用理论、风险分析、可靠性数学、随机过程理论等当代世界科技发展的最新成果，提出定量化的决策方法，建立了具有普适性的山区铁路选线方案评价模型。主要工作及研究结论如下: 　　(1)基于不确定多属性决策理论，首先对铁路选线方案评价中一些难以直接量化的定性指标和专家意见，利用云模型的不确定性推理原理，在专家采用语言变量对定性指标进行评价的基础上，通过使用云发生器实现了定性指标的科学量化及不确定性分析;然后运用离差法计算指标的客观权重，避免了层次分析法等主观权重法在确定指标权重时受专家主观意见的影响;最后运用投影法对备择方案进行排序。建立了基于云模型-投影的山区铁路选线方案比选模型。　　(2)基于多属性效用理论，在不改变现有方案指标计算方法的原则上，以效用值作为方案价值的表征，通过选用不同的效用函数，相当于改变评价体系，以反映宏观经济形势对方案比选的影响。首先将定性指标转化为区间数;然后通过定义对应的效用函数，在各方案指标客观不变的情况下，量化外部宏观经济形势对方案实际执行效果的影响;最后运用投影法选出具有最高效用的方案。建立了基于效用理论的山区铁路选线方案比选模型。　　(3)基于风险分析理论，首先提出了铁路低频大灾风险的定义。建议采用联合概率模型计算发震概率，利用P-Ⅲ型曲线和期望破坏概率计算超过设防标准的洪水发生概率;基于汶川地震实震资料的统计，建立了包括线路工程震害造成的直接损失、以及以铁路系统通过能力损失值作为间接经济损失的铁路震害经济损失预测方法。然后将铁路大灾风险划分为可接受风险、可容忍风险及不可容忍风险三类，并建议采用年换算工程运营费的10％和1％分别作为不可容忍风险和可接受风险的判据。提出了相应的方案比选程式为:若大灾风险处于可接受风险区，则采用传统方案评价方法进行比选;若风险处于可容忍区域，需对通过方案采用年换算工程-期望运营费法进行经济评价，再与绕避方案进行比选;若风险处于不可容忍区域，只能选择绕避方案。此外，还针对“生命线”铁路在抢险救灾方面的特殊性，基于推导的变权公式，提出了生命线铁路期望运营费的权重修正系数。在宏观决策技术层面上,建立了铁路通过方案与绕避方案比选的大灾风险调控程式。　　(4)基于可靠性数学理论，首先提出了铁路线路系统可靠性的定义及相应的可靠性评价指标;然后将线路系统当作一个由路基、桥梁、隧道组成的串联可修系统，利用更新过程原理，当正常工作时间服从指数分布或一般性分布、工程平均抢修时间已知时，计算地震、洪水威胁区铁路线路系统的可靠性指标;再提出采用期望可用度作为泥石流、滑坡区铁路方案评价指标;最后提出了多灾种综合可用度的计算公式。建立了山区铁路线路系统可靠性评价模型。　　从而提出了基于不确定性分析的山区铁路选线方案评价方法。
作者：	罗圆
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	姚令侃
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文