王增煜

(哈同高等級公路管理處)

微表處預(yù)防性養(yǎng)護工程的實施時機選擇

王增煜

(哈同高等級公路管理處)

摘 要:微表處是一種經(jīng)工程實踐驗證的、行之有效的預(yù)防性養(yǎng)護的手段。微表處養(yǎng)護工程何時實施才會產(chǎn)生最佳的技術(shù)及經(jīng)濟效益，最大限度的延長道路的使用壽命成為了重要的研究內(nèi)容。

關(guān)鍵詞:生命周期費用;預(yù)防性養(yǎng)護;微表處

1 路面使用性能的預(yù)測

1.1 路面性能指標及影響因素

(1)路面性能指標。

路面在行車荷載和自然因素的綜合作用下，會出現(xiàn)不同程度的自然老化、損壞和使用性能降低，從而影響到行車的舒適性和安全性，增加了道路用戶的使用費。路面性能包括路面破損、平整度、強度和抗滑四大指標。在生命周期費用分析時只有路面破損和路面平整度兩項指標和費用有關(guān)系，在進行生命周期費用計算時一般只預(yù)測破損和平整度兩項指標的衰變。

①路面破損:反映了路面結(jié)構(gòu)的完整性，也是衡量路面服務(wù)潛力的最重要因素之一。綜合性指標是對路面損壞狀況的綜合測度，可綜合表征路面不同損壞類型、損壞程度和損壞數(shù)量的影響。根據(jù)目前的實踐水平，采用綜合性指標—路面狀況指數(shù)PCI作為表征路面損壞狀況的測度。但由于路面的破壞是復(fù)雜多樣的，所以研究瀝青路面PCI的變化規(guī)律，選擇適合于預(yù)防性養(yǎng)護相應(yīng)措施的PCI值是很關(guān)鍵的。

②平整度:是路面行駛舒適性、經(jīng)濟性和安全性最普通和最重要的標志。路面平整度對車輛磨損、燃油消耗、行駛舒適、路面損壞和交通安全等產(chǎn)生直接影響，用國際平整度指數(shù)(IRI)進行衡量。

③強度:我國在公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范中采用強度指數(shù)SSI作為評價指標。主要用于評價現(xiàn)有路面的承載力，即用路面允許彎沉值與路段代表彎沉值的比值來表示。其值越大路面的強度越好。

④抗滑:路面抗滑性能是影響行車安全的主要路面因素，路面需要具有一定的抗滑性能。抗滑能力調(diào)查常采用擺式摩擦儀或摩擦系數(shù)測定車測定。而抗漂滑的指標則通過鋪砂法或激光構(gòu)造儀測定路表面構(gòu)造深度來完成。

(2)路面性能的影響因素。

建立路面使用性能預(yù)測模型，首先要對促使路面使用性能變化的主要原因進行分析。因為很少有預(yù)測模型能包括所有影響使用性能的因素，所以分析各種影響因素不僅有助于建立盡可能完善的路用性能預(yù)估模型，而且還可以確定各種特定模型的適用范圍。路面是用性能影響因素主要包括路面類型、環(huán)境因素、路齡、交通量及其構(gòu)成和施工質(zhì)量和養(yǎng)護水平

1.2 路面使用性能預(yù)測方法分析

(1)確定型模型的建模方法。

現(xiàn)在較多采用的是確定型的模型，這種模型的建模方法主要有力學(xué)法、力學(xué)—經(jīng)驗法和經(jīng)驗(回歸)法三種。

①力學(xué)法:是利用彈性理論模型或者粘—彈性理論模型，通過結(jié)構(gòu)分析得到路面在荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變或者位移方程。力學(xué)建模方法雖然有充足的理論依據(jù)，但是計算復(fù)雜，工作量大。

②力學(xué)—經(jīng)驗法:不僅可以預(yù)測路面的使用壽命和結(jié)構(gòu)性能，而且還可以通過將路面反應(yīng)同路面性能相關(guān)聯(lián)進行功能性預(yù)測?，F(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法大多采用水平拉應(yīng)力、疲勞開裂、車轍或路表彎沉等指標作為衡量路面結(jié)構(gòu)損壞的標準。

③經(jīng)驗回歸法:經(jīng)驗回歸預(yù)測模型以多年的檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過回歸分析方法確定影響路面使用性能的主要變量(通常為路齡、交通量和相關(guān)使用性能參數(shù))，建立路面使用性能預(yù)測模型。經(jīng)驗回歸預(yù)測模型避免了力學(xué)法和力學(xué)—經(jīng)驗法對路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的計算，所以該回歸方程建立的預(yù)測模型形式都比較簡單。

(2)概率型模型的建模方法。

由于影響路面使用性能變化的因素，如荷載、環(huán)境、材料性能和養(yǎng)護水平等都具有不同程度的變異，使用性能變化的速率是不確定的，它可能比預(yù)期的快，也有可能比預(yù)期的慢。目前，應(yīng)用最多且發(fā)展最完善的概率型預(yù)測模型是馬爾可夫模型，其假設(shè)一是路面使用性能指標可劃分為有限個狀態(tài);二是路面使用性能從某一狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一狀態(tài)時的概率只與當前的狀態(tài)有關(guān)，而與以前的狀態(tài)無關(guān);三是轉(zhuǎn)移過程是靜態(tài)的，即轉(zhuǎn)移概率不隨時間變化。

(3)其他模型。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，更多的新技術(shù)被應(yīng)用到路面性能預(yù)測模型中，如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色系統(tǒng)等。專家系統(tǒng)(Hass，1944)綜合融會路面管理專家的經(jīng)驗，建立知識庫，從而使計算機能夠模擬專家對各種條件下的路況進行預(yù)測?；疑碚摚軌?qū)?shù)據(jù)進行預(yù)處理，儲存路網(wǎng)更多的信息。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANA與一般的統(tǒng)計方法相比，有很多優(yōu)點。ANAL夠模擬人類的思考和判斷過程，根據(jù)己有的歷史數(shù)據(jù)庫對其中的規(guī)律進行總結(jié)并對復(fù)雜預(yù)測問題提供實時的解答，預(yù)測時不需要專家的介入或?qū)ｉT的知識，在路面結(jié)構(gòu)性能預(yù)測中有廣泛的應(yīng)用前景。

2 微表處最佳預(yù)防性養(yǎng)護時機的確定

2.1 方法簡介

(1)研究路線:效果費用比方法用采取某養(yǎng)護措施之后帶來的效果和為達到此效果所需的費用之比來評價此養(yǎng)護措施的有效性。此方法中效果是指表示路面使用性能的一個或多個指標的量上變化，分析中費用包括的管理部門費用、道路使用者費用(用戶費用)、最佳微表處養(yǎng)護時機是在單位費用效果最大時。

(2)路面使用性能:評價采取微表處養(yǎng)護后所帶來的效果需要知道采取此養(yǎng)護措施所期望達到的路面使用性能。效果可以通過路況指標來評價，如國際平整度指數(shù)IRI、道路現(xiàn)行服務(wù)指數(shù)PS、路面破損狀況PCI等。

(3)單個路況指標與效果的關(guān)系。

效果是采取微表處措施后路況指標的提高。其效果就是采用微表處養(yǎng)護后此指標的性能衰變曲線下的面積與未采取微表處預(yù)防性養(yǎng)護措施時此指標性能曲線下的面積之差，通常情況效果是正的，因為微表處養(yǎng)護可以改善路況、延長路面的壽命。

(4)效果權(quán)重系數(shù)。

當在效果分析中采用多個路況指標時，就需要用權(quán)重系數(shù)方法將不同路況指標的效果結(jié)合起來綜合考慮。在應(yīng)用效果權(quán)重系數(shù)計算綜合效果時，每個路況指標都分配一個介于0到100%之間的系數(shù)，各指標的系數(shù)之和為100%。各路況指標的效果乘以其權(quán)重系數(shù)之和就是此預(yù)防性養(yǎng)護措施所帶來的全部效果。

要合理的分配各路況指標的權(quán)重系數(shù)是比較困難的，因為每個路況指標的計量單位不同，同一養(yǎng)護措施所引起的單個路況指標變化的量也是不同的。

可以按照以下幾步來收集選擇權(quán)重系數(shù)所需要的信息。

①首先利用專家來判斷各指標相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，初始選擇的權(quán)重系數(shù)量化了此養(yǎng)護措施的目標和其所帶來的效益;然后單獨分析各路況指標。初始給定的權(quán)重系數(shù)可以通過敏感性分析來調(diào)節(jié)其值。通過獨立分析每一個路況指標對微表處養(yǎng)護時機的影響來分析其權(quán)重系數(shù)(設(shè)與此指標相關(guān)的效果權(quán)重系數(shù)為100%，其他指標的效果權(quán)重系數(shù)為0)。對養(yǎng)護時機影響比較大的指標就比其他指標相對重要一些。

②為證明權(quán)重分析過程的重要性，假設(shè)獨立分析3個路況指標(車轍、裂縫和抗滑)分別對養(yǎng)護時機的影響，當3個指標分別確定的養(yǎng)護時機比較接近時(如分別是3，4和4年)，權(quán)重分析過程就沒有養(yǎng)護時機相差比較大時重要。在權(quán)重分析時就可以考慮平均分配各路況指標的權(quán)重系數(shù)。但是如果單指標分析決定的最佳養(yǎng)護時機相差比較大時(如分別是4，2和7年)，最初給定的權(quán)重系數(shù)對養(yǎng)護時機的影響就很難評估。此時就需要用下面的方法對權(quán)重系數(shù)進行分析。

③試驗不同的權(quán)重系數(shù)組合。通過對不同權(quán)重系數(shù)組合的調(diào)查、分析可以得到有用的回饋信息。例如，初始選擇的權(quán)重系數(shù)(假如車轍的權(quán)重系數(shù)為60%，裂縫的權(quán)重系數(shù)為30%、抗滑的權(quán)重系數(shù)為10%)表明控制車轍性能是養(yǎng)護的主要目的，這個組合計算得到的養(yǎng)護時機就和只考慮車轍指標時所得到的養(yǎng)護時機(4年)比較相近。詳見表1。

表1 不同權(quán)重系數(shù)組合對養(yǎng)護時機的影響結(jié)果

2.2 確定微表處最佳養(yǎng)護時機

最佳預(yù)防性養(yǎng)護時機是基于效果費用比得到的。最佳時機就是在費用最小而效果最大時，即效果費用比額E/C最大時是最佳的養(yǎng)護時機。

為了使效果費用比的實際值更有意義，采用效用指標Effectiveness Index(ED)來評價。效用指標是用每個方案的效果費用比與最大的效果費用比的比率來表示。效果費用比最大的效用100，效用指標按下式計算

式中:EIi為第i個時間方案的效用指標;(E/C)i為第i個方案的效果費用比;(E/C)max養(yǎng)護時間方案中效果費用比最大的;i為第i個方案。

3 結(jié)論

預(yù)防性養(yǎng)護時機的研究是一個嶄新的課題，即使在預(yù)防性養(yǎng)護應(yīng)用比較多的國家，對路面預(yù)防性養(yǎng)護時機的研究仍然很少?？茖W(xué)的確定采用微表處施工時機，是一項重要的工作，但現(xiàn)階段更多的處在研究與探索階段，上述方法是對微表處預(yù)防性養(yǎng)護實施時機的一種研究，還需要進一步積累資料，繼續(xù)進行一些更深層次的工作，對所建模型進一步改進和完善。

中圖分類號:U418.9

C

1008-3383(2011)06-0071-02

收稿日期:2011-03-20