■　孫斌（福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州　350001）

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基于層次分析法高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護決策探討

■孫斌
（福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州350001）

摘要高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護能夠延長路面壽命，節(jié)約養(yǎng)護資金，提高服務(wù)水平。本文闡述了高速公路路面預(yù)養(yǎng)護決策的原則和影響因素，歸納了現(xiàn)有常用的決策庫，采用層次分析法建模進行決策選擇。以某高速公路為例，論證了其可行性和有效性，為高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護決策提供參考。

關(guān)鍵詞層次分析法瀝青路面預(yù)養(yǎng)護決策

高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護能夠延長路面壽命、節(jié)約養(yǎng)護資金、提高服務(wù)水平，然而在實際應(yīng)用中，預(yù)養(yǎng)護決策技術(shù)尚未成熟，缺乏可量化科學(xué)依據(jù)，從而影響瀝青路面預(yù)養(yǎng)護的效果，限制預(yù)養(yǎng)護技術(shù)的推廣進一步應(yīng)用。本文通過分析我國高速公路瀝青路面的特點，探討預(yù)養(yǎng)護決策選擇的原則影響因素，對預(yù)養(yǎng)護決策選擇進行了研究。

1　預(yù)養(yǎng)護決策原則及選擇影響因素

1.1預(yù)養(yǎng)護決策原則

根據(jù)國內(nèi)外預(yù)養(yǎng)護的經(jīng)驗，瀝青路面預(yù)養(yǎng)護決策應(yīng)滿足以下四個原則。（1）技術(shù)性原則：根據(jù)預(yù)養(yǎng)護的技術(shù)理念，保證選擇的技術(shù)措施能滿足高速公路瀝青路面狀況、美觀、噪聲等技術(shù)要求。（2）經(jīng)濟性原則：在滿足技術(shù)要求前提下選擇經(jīng)濟效益好成本低的措施。（3）服務(wù)性原則：高速公路提供著高質(zhì)量服務(wù)，所采用的預(yù)養(yǎng)護措施應(yīng)與公路使用者滿意度相符。（4）施工便捷性原則：高速公路是地區(qū)經(jīng)濟動脈，減少施工維修對交通的影響。

1.2預(yù)養(yǎng)護決策影響因素

根據(jù)預(yù)養(yǎng)護決策原則，預(yù)養(yǎng)護決策選擇影響因素可分為技術(shù)因素、經(jīng)濟因素、施工工藝因素、氣候因素、用戶和環(huán)境因素六個方面。其中技術(shù)、經(jīng)濟和施工工藝因素影響最為顯著。技術(shù)因素主要應(yīng)考慮路面狀況、路面損壞類型和交通量方面；經(jīng)濟因素主要包含預(yù)養(yǎng)護措施的使用壽命和單位費用方面；施工因素主要考慮當(dāng)?shù)乜色@得的材料、施工質(zhì)量、交通干擾、材料的環(huán)保性等方面；服務(wù)因素主要關(guān)注使用者行駛的舒適性、噪音、美觀等方面。

2　預(yù)養(yǎng)護措施決策庫

根據(jù)高速公路瀝青路面主導(dǎo)損壞類型與嚴(yán)重程度、路面結(jié)構(gòu)與性能衰變規(guī)律、交通量與預(yù)養(yǎng)護需求與限制、預(yù)養(yǎng)護措施經(jīng)濟性等因素，在多年的工程實踐中，選取較為成熟的預(yù)養(yǎng)護措施形成備選決策庫，包括微表處、薄膜罩面、灌縫與封縫、就地?zé)嵩偕㈧F封層與銑刨重鋪，如表1所示。

表1　高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護對策庫

3　瀝青混凝土路面預(yù)養(yǎng)護決策模型

目前，國內(nèi)外主要采取定性和定量結(jié)合的綜合性方法進行預(yù)養(yǎng)護決策，其中層次分析法具有原理簡單易懂、實用性、靈活性、系統(tǒng)性等優(yōu)點，故本文采用該方法來探討預(yù)養(yǎng)護決策問題。

3.1建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

層次分析法反映遞階控制關(guān)系，采用層次結(jié)構(gòu)描述決策問題。本文建立層次結(jié)構(gòu)從高到低依次為“目標(biāo)層”、“準(zhǔn)則層”、“子準(zhǔn)則層”和“方案層”。目標(biāo)層為高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護措施；準(zhǔn)則層包含三個因素，分別為經(jīng)濟效益、技術(shù)性能、施工工藝；子準(zhǔn)則層則相對應(yīng)于準(zhǔn)則層列出平均費用、使用壽命等9個指標(biāo)；方案層可以根據(jù)路面使用性能評價結(jié)果、路面損壞情況、交通量、通車年限等因素確定預(yù)養(yǎng)護備選決策庫，如圖1所示。

3.2判別矩陣的構(gòu)造

圖1　高速公路瀝青路面預(yù)養(yǎng)護決策層次結(jié)構(gòu)圖

層次結(jié)構(gòu)反映了上下層之間元素的隸屬關(guān)系，但準(zhǔn)則層中的各準(zhǔn)則在目標(biāo)衡量中所占的比重并不一定相同，在決策者的心目中，它們各占有一定的比例?；谏蠈幽繕?biāo)對下層元素進行兩兩比較，決定下層元素對于上層目標(biāo)的重要度，對于多因素的重要度比較，可依據(jù)公式（1）給出的判斷矩陣。式中：aij表示第i個目標(biāo)和第j個目標(biāo)的相對重要程度。相對重要程度一般根據(jù)Saaty的1-9級標(biāo)準(zhǔn)度表，通過比較兩兩指標(biāo)，確定相應(yīng)的比值。

對判別矩陣進行歸一化處理，并計算歸一化后的權(quán)重系數(shù)，所得到的矩陣為單層次排序權(quán)重值，相應(yīng)的計算見公式（2）～（3）。

3.3一致性檢驗

如要保證判斷矩陣計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，需對判斷矩陣的元素之間一致性進行檢驗。通常用一致性指標(biāo)CI和一致性比率Cr來檢驗，在計算前需計算判斷矩陣的最大特征值λ，相應(yīng)的計算見公式（4）～（6）。

式中，引入平均隨機一致性指標(biāo)RI，該指標(biāo)具體數(shù)值可通過查表得到，故不再累述。當(dāng)一致性比率Cr＜0.1，則aij通過一致性檢驗。

3.4層次總排序

為了實現(xiàn)方案層對目標(biāo)層的影響，還需要對整個層次結(jié)構(gòu)進行總排序。k層元素對頂層總準(zhǔn)則的合成權(quán)重向量w（k）可由式（7）、（8）計算。其中P（k）為k層上個元素對k-1層上各元素的合成權(quán)重。每遞推一層時，均需對層次的總排序做相應(yīng)的一致性檢驗。

4　工程實例

4.1項目概述

福建省某段高速公路，路面總體狀況良好，主要呈輕微松散和老化，有少量細小且不規(guī)則的裂縫和5～15mm深車轍。該路段2005年交付使用，2010年至2014年日平均交通量分別5653pcu、6808pcu、7733pcu，、11810pcu、14354pcu，屬于重交通路段。

4.2建層次分析模型

（1）決策者根據(jù)該路段的路面結(jié)構(gòu)、交通量、路面受損狀況等確定預(yù)養(yǎng)護施工決策庫為銑刨重鋪、微表處、薄層罩面、灌縫與封縫、就地?zé)嵩偕?，建立該路段預(yù)養(yǎng)護決策層次結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

（2）根據(jù)福建省經(jīng)濟發(fā)展水平和施工情況等，決策者依據(jù)公司多年在路面養(yǎng)護方面咨詢和施工的大量經(jīng)驗，建立目標(biāo)層與準(zhǔn)則層判斷矩陣見表2、準(zhǔn)則層與子準(zhǔn)則層的判斷矩陣、方案層與子準(zhǔn)則層的判斷矩陣（由于篇幅有限，本文僅列出基于技術(shù)判斷的矩陣見表3，基于平均費用判斷矩陣見表4），并對以下矩陣進行了一致性檢驗，得出一致性比率Cr均小于0.1，故各矩陣計算結(jié)果可取。

表2　目標(biāo)層與準(zhǔn)則層判斷矩陣

表3　基于技術(shù)性能判斷矩陣

表4　基于平均費用判斷矩陣

4.3計算結(jié)果

層次分析法模型計算各準(zhǔn)則層的方案結(jié)果見表5～7，各方案最終綜合權(quán)重值為：W=（0.2475，0.1644，0.2356，0.1386，0.2139）T。在五種預(yù)養(yǎng)護技術(shù)方案中銑刨重鋪目標(biāo)層權(quán)重最大，故推薦為本路段的預(yù)養(yǎng)護最佳方案，其次推薦薄層罩面、就地?zé)嵩偕鸀閭溥x方案。

表5　基于經(jīng)濟效益計算結(jié)果

表6　基于技術(shù)性能計算結(jié)果

表7　基于施工工藝計算結(jié)果

5　結(jié)論

本文討論預(yù)養(yǎng)護決策原則和影響因素，采用層次分析法對預(yù)養(yǎng)護決策方案進行科學(xué)決策，對人們的思維過程主觀判斷進行加工整理，減少工程師的主觀決策。該方法可以將復(fù)雜的養(yǎng)護決策問題進行定量、定性分析，且操作相對簡便，便于在養(yǎng)護決策中推廣應(yīng)用。

參考文獻

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