朱 勇， 杨 睿， 李德生， 刘伊生

(1. 北京交通大学 土木建筑工程学院, 北京 100044; 2. 中铁十一局集团有限公司, 湖北 武汉 430061)

中国高速铁路的建设与发展促进了经济增长的同时也带来了日益严重的环境问题。高速铁路建设项目的施工及运营不同程度地破坏或影响区域环境质量，需进行科学合理的环境影响评价并提出相应措施，以免给环境生态带来巨大灾难。根据高速铁路建设的特点,研究建设项目的环境影响评价方法具有重要意义。高速铁路建设项目环境影响评价原则是“以点为主，点线结合，突出重点”，但很难评价高速铁路建设对区域环境的总体影响程度，也不易在不同建设方案中进行比选[1]。高速铁路建设的环境影响是一个综合、复杂的系统，受许多不同环境要素影响，对周围环境的污染程度也不相同，需要一个具体的界限判定。

目前，一般采取定性与定量相结合、对比与预测相结合、现代与传统相结合的方法进行评价，常用的方法有综合指数法、模糊综合评价法、层次分析法、灰色关联分析法、聚类分析法等。这些方法在单独运用时各有弊端：综合指数法需将不同计量单位的数值进行无量纲化处理；灰色关联分析法适用于少数据、贫信息不确定性问题，对随机性序列中的关联性问题难以分析；聚类分析法理论尚不完善，应用面较窄[2]。环境影响评价涉及对工程项目的社会、经济、环境以及生态等诸多方面因素的分析和比较，其评价指标体系的综合性、层次性、关联性和多指标性决定了其必须以综合评价为基础，结合层次分析法决定指标体系及权重。因此，采用模糊数学理论对高速铁路环境进行综合评价有助于对建设方案进行辅助评价[3-4]。

1 建立高速铁路环境评价指标体系

本文以京沪高速铁路为例进行评价。京沪高速铁路是中国最长、投资最大、标准最高的高速铁路，是一条环保之路。京沪高速铁路连接环渤海和长三角经济圈两个经济区域，正线全长1 318 km，所经区域面积占国土面积的6.5%，人口占全国的26.7%，在国民经济中起着举足轻重的作用。京沪高速铁路是我国规划的四纵四横高速铁路网络中的南北向主骨架，形成一条以北京为政治文化中心，上海为国际经济、金融、贸易、航运中心的经济带，加快沿线地区的城市化进程；将加强东部地区对西部地区乃至全国的经济辐射与带动效应，带动铁路及其相关产业的技术进步，进而促进全国经济的全面快速增长。京沪高速铁路的建设，在国民经济中具有极其重要的意义和作用[5]。对高速铁路进行全过程的环境影响评价尤为重要。

高速铁路生态环境影响评价依据的基本理论有生态学理论、生态经济学理论、可持续发展理论、系统动力学理论等。评价过程中，指标的选取遵循科学、完整、有效的原则，满足层次性、区域性、可操作性等条件。指标体系具有可比性、联系性、简明性和系统性等特征。常见的指标筛选方法有因子分析法、主要成分分析法、因果法、德尔菲法等。本文综合上述方法，选取科学合理、描述性好的指标。

为满足指标体系的操作性和全面性，根据高速铁路建设项目的生态、环境、社会影响特点，经分析筛选，通过专家咨询、资料收集和工程分析等多种手段，将高速铁路建设项目环境影响评价指标体系总体作为目标层，以自然环境、生态环境、社会环境为评价的一级系统，列举11个指标为二级子系统，构成京沪高速铁路的评价要素集合[6]，见表1。

表1 高速铁路建设项目环境影响评价指标体系

通过上述分析，建立由噪声、电磁、大气、水、固体废弃物、景观、植被破坏、水土流失、自然景观、征地拆迁、移民安置等11个基础指标构成的高速铁路建设项目环境影响评价指标体系。京沪高速铁路建设项目评价要素集合是进行AHP综合评价的基础，通过建立层次分析模型来构造两两判断矩阵，结合层次分析法确定指标体系及其权重。

2 建立高速铁路环境综合评价数学模型

利用模糊层次分析法，建立环境影响综合评价值制度，根据其综合评价值对建设项目规划阶段各方案进行比选，一定程度上反映建设项目的经济和社会效益，为高速铁路建设的环境保护提供理论指导。评价程序见图1。

2.1 评价指标权重的确定

层次分析法是一种多目标决策系统评价方法，基本思路是将评价问题分为目标层、准则层、指标层等进行定性和定量分析。该方法具有实用性、系统性、灵活性的优点，尤其适用于对决策结果难以直接准确计量的领域。缺点是指标层方案较多时，在针对上一级标准层确定权重系数时，给专家打分造成困扰，同时专家打分有一定的主观性。高速铁路建设项目环境影响评价涉及对社会、经济、环境及生态等多方面因素的分析和比较，综合考虑层次分析法能够有效确定权重，为后续的环境影响评价奠定良好的基础[7]。

判断矩阵，表示针对上一层某要素，本层与之有关联的各要素之间的相对优越程度，是求各层级权重的基础。先进行某一层级各要素的两两比较，用数值表示，构造出判断矩阵。高速铁路建设项目环境影响评价因素集U={u1，u2，u3}，其中，自然环境u1={u11，u12，u13，u14，u15，u16}，生态环境u2={u21，u22，u23}，社会环境u3={u31，u32}。建立判断矩阵后，求判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，进行权重计算，确定评价指标权重值。

(1) 权重的确定

采用1～9及其倒数的标度方法构造判断矩阵S=(uij)3×3，用Mathematica软件计算判断矩阵S的最大特征根λmax及其特征向量A，此特征向量是各评价因素的重要性排序[8]。

(2) 层次单排序及判断矩阵的一致性检验

由专家打分法构造的判断矩阵与理论上的判断矩阵有误差。为使误差减到最小，需要进行一致性检验。检验的标准为CI，其计算方法为

( 1 )

式中：λmax为判断矩阵的最大特征值；n为判断矩阵的维度。

CI=0时，判断矩阵具有完全的一致性；CI值越大，判断矩阵的一致性越差。

利用随机一致性比率CR判断层次分析排序的结果，其计算公式为

( 2 )

式中：RI为平均随机一致性指标。

CR<0.10时，层次分析排序的结果有满意的一致性；否则，调整判断矩阵的元素取值，重新分配权系数的值。

根据上述层次分析法,构造第一层次的判断矩阵

根据Mathematica软件计算出的判断矩阵最大特征根λmax=3.036，有

查表[9],n=3时RI=0.52，则随机一致性比率

矩阵S满足一致性要求,权系数分配合理。

作归一化处理，得三因子的权向量A=(0.637，0.105，0.258)。同理，采用层次分析法求出指标权重，分别对各二级指标构造判断矩阵，再用Mathematica软件计算最大特征根和一致性检验，得

自然环境指标的权重

A1=(0.174，0.183，0.199，0.210，0.106，0.128)

生态环境指标的权重

A2=(0.638，0.105，0.257)

社会环境指标的权重

A3=(0.474，0.526)

2.2 模糊综合评判法模型的建立

高速铁路建设项目环境影响评价各因子对周围环境的影响互不相同，既有正面影响又有负面影响，且影响大小不同。故需建立备选集。等级集合V={v1,v2，…，v5}，其中，v1～v5分别为高速铁路对周围环境有负面影响且影响很大、有负面影响但影响较小、基本无影响、有正面影响且影响较小、正面影响且影响很大。为了便于评价，本文用分值表示各级别的评价标准。

构造等级模糊子集后，确定从单因素看被评事物对等级模糊子集的隶属度(R|ui)，其中ui为被评事物的各个因素，矩阵R中元素rij表示某个被评事物从某因素看对模糊子集的隶属度。

采用降半梯形法确定隶属函数。对自然环境进行一级评价时，根据实际情况对噪声、电磁、大气、水、固体废弃物、景观等因素的评分为(36，38，42，35，36，26)，相应的单因素评判矩阵为

同样求得

利用合适的算子将权向量A与各被评事物的模糊关系矩阵R进行合成，得到各被评事物的模糊综合评价结果向量B，bj是被评事物从整体上看对等级模糊子集的隶属程度,即

A·R=B

( 3 )

将权重集和单因素评判矩阵代入式( 3 )，得一级模糊综合评判结果

B1=(0.040，0.579，0.330，0.051，0)

B2=(0.051，0.206，0.447，0.233，0.063)

B3=(0.105，0.753，0.142，0，0)

二级模糊综合评价结果

B=A·R=(0.637,0.105,0.258)·

(0.058，0.585，0.294，0.057，0.006)

2.3 对模糊综合评价结果向量进行分析

高速铁路建设项目的实际过程中，使用加权平均求隶属等级，对多个被评事物依据其等级位置进行排序[10-11]。对于高速铁路建设项目环境影响评价，采用降半梯形法确定隶属函数。设Vj和Vj+1为相邻两级的分级标准，显然Vj>Vj+1,则因素对Vj的隶属函数为

( 4 )

Vj+1的隶属函数为

( 5 )

得到评判指标bk后，评价结果V的值，用加权平均法确定

( 6 )

式中:p为评判矩阵的列数;bk为评价指标，k=1,2,3,…，p。

结合上述方法和二级模糊综合评判的结果，对综合评分值进行等级评定。

V1=50×0.040+40×0.579+

30×0.330+20×0.051=36.08

V2=50×0.051+40×0.206+30×0.447+

20×0.233+10×0.630=35.16

V3=50×0.105+40×0.753+

30×0.142=39.63

V总=50×0.058+40×0.585+30×0.294+

20×0.057+10×0.006=36.32

综上，高速铁路建设项目在生态环境污染方面影响程度大，会产生中等程度的影响，在自然与社会环境污染方面影响程度小，仅产生较弱程度的污染。京沪高铁对周围整体环境影响程度较小。

京沪高速铁路环境影响评价结果显示，沿线各城市均已对高速铁路进行规划预留或规划调整，项目建设与沿线城市发展规划是相容的。高速铁路具有占地省、能耗低、污染少、全天候、安全等技术经济优势；车站污水经处理后纳入城市污水管网或回用；充分利用城市热源集中供暖，采用清洁能源或污染防治措施，确保污染物达标排放；主体设施和运行动车通过设置声屏障等工程防治措施，声环境和振动环境影响得到有效控制。对区域内生态、环境等方面产生的影响，工程设计中采取积极有效的防治措施，使工程建设对环境的影响将减少到最低程度[12-13]。因此，京沪高速铁路符合社会效益、经济效益和环境效益协调统一的原则，具有环境可行性。

本文建立的模型，将定量分析和定性分析结合，符合实际，与环境影响评价报告书[12]结果一致，为高速铁路建设项目环境影响综合评价提供一种科学合理、简单易行的方法。利用上述模糊评价方法可以计算单方案的环境影响综合评价值，若在规划阶段有多项技术、经济可行方案，也可根据各个方案的环境影响综合评价值进行方案比选的辅助决策，提出可行性方案，以减少评价工作量。

3 结论

(1) 对高速铁路建设项目的环境影响评价，单一的污染源评价方法会受到各个客观因素的限制，难以获取环境污染的全面认识。采用模糊层次分析法进行评价，可避免单一评价方法的局限性，能更全面合理地评价高速铁路建设项目的主要污染源和污染物的排放。

(2) 围绕高速铁路在建设过程中产生的环境问题，从生态、环境、社会经济和资源利用等方面分析了造成环境污染的原因，为对其进行生态影响综合评价提供了依据。其研究成果可为高速铁路建设的环境保护提供理论指导。

(3) 高速铁路建设项目对生态环境污染能产生中等程度的影响，对自然与社会环境影响程度较小。此研究结论不仅够客观地评价了建设项目中污染物的排放，对其经济和社会效益也给予了一定程度的反映，为深入评判高速铁路的环境效益和社会效益提供依据。

参考文献：

[1] 李陆军,郭文军,杨成永.铁路建设项目环境影响综合评价方法[J].交通环保,2002,23(4)：18-21.

LI Lu-jun, GUO Wen-jun, YANG Cheng-yong. On Comprehensive Model for Environmental Impact Assessment of Railway Construction Projects[J]. Environmental Protection in Transportation,2002,23(4)：18-21.

[2] 武俊杰.铁路客运专线建设生态影响评价研究[D].成都：西南交通大学,2010.

[3] 周文钊,潘存荣,刘琪.铁路客运专线建设项目环境影响评价研究[J].科技信息,2008，(18):506-507.

ZHOU Wen-zhao, PAN Cun-rong, LIU Qi. Study on Assessment of Environmental Impacts Assessment for Railway Passenger Dedicated Line Construction Project [J]. Science & Technology Information, 2008，(18):506-507.

[4] 王裕东,倪晋仁,罗华铭.区域工业污染源评价方法及其应用[J].环境科学研究,2003,16(4):53-57.

WANG Yu-dong, NI Jin-ren, LUO Hua-ming.Method of Regional Industrial Pollution Source Assessment and its Application[J]. Research of Environmental Sciences, 2003,16(4):53-57.

[5] 环境保护部环境工程评估中心.新建京沪高速铁路及相关工程竣工环境保护验收调查报告[R].北京：环境保护部环境工程评估中心，2012.

[6] 阙晖.铁路客运专线建设项目综合评价指标体系研究[J].铁路采购与物流,2009,(6):37-39.

QUE Hui. Comprehensive Evaluation Index System of Railway Passenger Dedicated Line Construction Project [J]. Railway Purchase and Logistics, 2009, (6):37-39.

[7] 龙翔.公路建设项目的生态影响评价研究与实例分析[D].广州：暨南大学，2010.

[8] 姜启源.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2005：225-231.

[9] MINE M, BROOKS F, SEQUIN C. Moving Objects in Apace: Exploiting Pro-prioception in Virtual-environment Interaction [C]// Proceedings of the SIGGRAPH 97.New York: ACM Press ，1997:19-26.

[10] 李祚泳.环境质量评价原理与方法[M].北京:化学工业出版社,2004: 69-133.

[11] 贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津：天津科学技术出版社，1983.

[12] 中铁第三勘察设计院环境工程设计研究处.新建京沪高速铁路环境影响报告书[R]. 天津：中铁第三勘察设计院环境工程设计研究处，2006.

[13] 中铁第三勘察设计院环境工程设计研究处.新建高速铁路水土保持方案报告书[R].天津：中铁第三勘察设计院环境工程设计研究处，2006.