張子平

廣東晶通公路工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510635

隨著我國(guó)在公路建設(shè)當(dāng)中投入較多資金和技術(shù)，也相應(yīng)提升了公路工程的養(yǎng)護(hù)處理技術(shù)，并取得顯著效果。不僅提升了我國(guó)公路網(wǎng)的整體水平，并且形成較多國(guó)家級(jí)高速公路干線(xiàn)網(wǎng)。我國(guó)公路優(yōu)良路率水平較高，并且以每年1%的幅度增長(zhǎng)。盡管我國(guó)公路建設(shè)取得較多成就，但是在路面養(yǎng)護(hù)管理當(dāng)中還存在較多問(wèn)題，例如，隨著我國(guó)汽車(chē)數(shù)量的持續(xù)增加，在交通流量提升的同時(shí)，也出現(xiàn)了較多重載交通流量，因此需要全面注重路面養(yǎng)護(hù)管理，特別是瀝青公路路面，需要全面優(yōu)化其使用性能，加強(qiáng)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1 路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 路面使用性能和影響因素

使用性能：在提出路面使用性能之后，大多數(shù)學(xué)者也逐漸改變了對(duì)路面使用性能的理解。隨著科學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，也逐漸深入了解道路工程施工技術(shù)，相應(yīng)提升了對(duì)使用性能的要求。路面使用性能能夠全面反映出行車(chē)需求和適應(yīng)程度等，尤其體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)性能、功能性能、安全性能、結(jié)構(gòu)承載力以及外觀等。

第一，結(jié)構(gòu)性能。該性能能夠反映出路面損壞程度，還能夠提供路面改造和養(yǎng)護(hù)依據(jù)。由于存在車(chē)輛荷載需求，使用環(huán)境不斷變化，造成路面結(jié)構(gòu)在壽命周期內(nèi)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，主要包括變形類(lèi)、松散類(lèi)、裂縫類(lèi)和其他。路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)對(duì)路面平整度造成影響，進(jìn)一步降低行駛質(zhì)量。因此，如果路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生問(wèn)題需要立即進(jìn)行處理，確保結(jié)構(gòu)完整性。

第二，功能性能。公路主要是為車(chē)輛提供行駛環(huán)境，使駕駛員具備舒適感和安全感。路面功能主要包括服務(wù)水平和行駛質(zhì)量，并且密切關(guān)聯(lián)路面表面平整度，振動(dòng)特性和振動(dòng)感知等。路面平整度會(huì)影響行車(chē)安全和運(yùn)輸效益，在車(chē)輛荷載影響下，路面平整度會(huì)隨著使用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)而產(chǎn)生降低趨勢(shì)，如果達(dá)到一定限額，則需要采取養(yǎng)護(hù)措施，恢復(fù)路面性能。

第三，安全性能。該性能表征指標(biāo)為表面抗滑系數(shù)，可以借助于量測(cè)檢測(cè)路面抗滑力?？够阅苤饕憩F(xiàn)在路面的構(gòu)造深度和表面紋理和集料形狀等。軸載作用次數(shù)和路面類(lèi)型也會(huì)影響路面摩擦系數(shù)。如果粗集料存在較多損耗問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致路面抗滑性能降低。

第四，結(jié)構(gòu)承載力。該性能主要能反映出路面剩余壽命，能夠?yàn)槁访嫣崆霸O(shè)定損壞狀態(tài)，在路面整體情況下可以使用承載力檢測(cè)該路面能夠承受的軸載作用次數(shù)。針對(duì)瀝青路面來(lái)說(shuō)，通常在測(cè)定路面結(jié)構(gòu)承載力時(shí)主要應(yīng)用無(wú)破損彎沉測(cè)定法實(shí)施。

第五，外觀。在設(shè)計(jì)道路時(shí)需要滿(mǎn)足各方面指標(biāo)，逐漸提升道路美觀度的要求，可以設(shè)計(jì)良好的道路景觀，給予良好的視覺(jué)效果。

1.2 使用性能的影響因素

（1）路面類(lèi)型：主要包括基層類(lèi)型、面層、基層厚度等方面，不同的路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型具有不同的路面性能。

（2）氣候因素：主要表現(xiàn)在溫度和濕度等方面。濕度能夠?qū)β坊恋某休d力和性能造成影響；溫度能夠?qū)Σ牧闲阅茏兓斐捎绊憽?/p>

（3）公路等級(jí)因素：不同的道路等級(jí)也會(huì)出現(xiàn)不同的公路技術(shù)指標(biāo)，這樣也會(huì)出現(xiàn)不同的養(yǎng)護(hù)措施。

（4）交通量：軸載作用次數(shù)會(huì)破壞路面，并且不斷惡化路面狀況，隨著交通量的不斷增大也會(huì)逐漸加快路面惡化情況。

2 建立物元法評(píng)價(jià)模型

2.1 基于層次分析法的評(píng)價(jià)方法

在建立層次評(píng)價(jià)模型時(shí)通常都需要經(jīng)過(guò)以下步驟：（1）確定評(píng)價(jià)因素和目標(biāo)，建立多層次階梯結(jié)構(gòu)模型；（2）在結(jié)構(gòu)模型當(dāng)中對(duì)比要素，按照重要性確定判斷矩陣；（3）計(jì)算單層內(nèi)元素間的相對(duì)權(quán)重后和所有層元素組合權(quán)重后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

2.2 確立經(jīng)典域和節(jié)域

假設(shè)有n級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)M1，M2…Mn，按照各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立的物元見(jiàn)式（1）。

在式（1）當(dāng)中，關(guān)于評(píng)價(jià)Ci的量值范圍就是經(jīng)典域。按照事物的特征和取值范圍能夠確定節(jié)域，見(jiàn)式（2）。

3 建立物元法預(yù)測(cè)模型

3.1 建立預(yù)測(cè)模型

物元法預(yù)測(cè)基本步驟：

（1）確定經(jīng)典域和節(jié)域：按照選取指標(biāo)確定指標(biāo)內(nèi)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，主要表現(xiàn)在優(yōu)-差等五等級(jí)，這樣就能夠確定出經(jīng)典域物元，之后按照指標(biāo)檢測(cè)值的范圍確定節(jié)域物元。

（2）建立待評(píng)價(jià)物元：在簡(jiǎn)單數(shù)量梳理待評(píng)價(jià)路段檢測(cè)值之后需要建立評(píng)價(jià)物元。

（3）計(jì)算變權(quán)重：計(jì)算變權(quán)重主要是在待評(píng)價(jià)物元模型基礎(chǔ)之上給予指標(biāo)值賦值的權(quán)重。

（4）計(jì)算關(guān)聯(lián)度：給予節(jié)域物元和經(jīng)典域，利用公式對(duì)每個(gè)指標(biāo)值的關(guān)聯(lián)函數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，之后聯(lián)合權(quán)重計(jì)算路段在不同等級(jí)和年份下的關(guān)聯(lián)性，其中關(guān)聯(lián)度的取值范圍至（-1，1），如果關(guān)聯(lián)度大于0但小于1時(shí)，此時(shí)被預(yù)測(cè)路段符合等級(jí)要求，數(shù)值持續(xù)上升則會(huì)越加符合，無(wú)限貼近于標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)上界。如果關(guān)聯(lián)度在（-1，0）之間，那么被預(yù)測(cè)路段盡管沒(méi)有滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)要求，但是具備轉(zhuǎn)化條件。

（5）建立預(yù)測(cè)模型：根據(jù)時(shí)間序列能夠選擇路段所需等級(jí)關(guān)聯(lián)度值，之后圍繞該關(guān)聯(lián)度建立函數(shù)關(guān)系式，以此作為預(yù)測(cè)模型。利用該模型能夠?qū)β访嫘阅茏兓瘯r(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.2 物元預(yù)測(cè)應(yīng)用案例

（1）建立待評(píng)價(jià)物元：盡管我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展速度較晚，但是近幾年的建設(shè)速度一直處于上升發(fā)展階段，在此期間也出現(xiàn)了較多養(yǎng)護(hù)管理問(wèn)題，缺乏統(tǒng)一的路面管理系統(tǒng)，并且在路面使用性能方面各項(xiàng)數(shù)據(jù)也比較少，這樣就導(dǎo)致公路性能測(cè)試存在較多難度，在此研究當(dāng)中為了便于數(shù)據(jù)處理，將行駛質(zhì)量指數(shù)、路面狀況指數(shù)、車(chē)轍以及橫向力系數(shù)和強(qiáng)度系數(shù)等進(jìn)行標(biāo)號(hào)，分別使用A1，A2，A3，A4，A5表示。

按照路面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立待評(píng)價(jià)物元見(jiàn)式（3）。

（2）計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)：① 確立節(jié)域物元和經(jīng)典域物元：按照上述的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)范圍，如表1所示。年份相應(yīng)的經(jīng)典域的關(guān)聯(lián)函數(shù)值，在實(shí)際計(jì)算期間，由于某些數(shù)據(jù)在不同等級(jí)經(jīng)典域名的分界點(diǎn)上，因此就能夠看出點(diǎn)到區(qū)間的距離為0，此時(shí)函數(shù)計(jì)算公式的點(diǎn)到區(qū)間的距離有可能為分子，導(dǎo)致關(guān)聯(lián)函數(shù)值也會(huì)存在0現(xiàn)象。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

表2 各個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

（3）建立綜合預(yù)測(cè)模型，此次研究將2013年作為基年并且使用a代替，之后按照順序排列其他年份，結(jié)果如表3所示。

表3 關(guān)聯(lián)度和時(shí)間序列表

從以上數(shù)據(jù)能夠看出，K1（M）值隨著時(shí)間序列的增加呈遞減趨勢(shì)，基本為元線(xiàn)性的發(fā)展態(tài)勢(shì)。K1（M）在b和c年之間從0以上逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?以下，從滿(mǎn)足等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為不滿(mǎn)足等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。按照路面使用性能變化發(fā)展能夠看出，在對(duì)路面沒(méi)有進(jìn)行大養(yǎng)護(hù)維護(hù)時(shí)，公路將會(huì)在次年以及第三年出現(xiàn)等級(jí)變化，從優(yōu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱肌4（M）在研究年份當(dāng)中一直在0以下，但是卻隨著時(shí)間序列的增加呈增加趨勢(shì)，并且逐漸趨向于0，滿(mǎn)足一元線(xiàn)性發(fā)展。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析對(duì)K1（M）和K4（M）建立了關(guān)于時(shí)間序列的趨勢(shì)線(xiàn)回歸方程，并且根據(jù)對(duì)數(shù)和一元線(xiàn)性進(jìn)行曲線(xiàn)回歸分析，并且給予回歸方程的相關(guān)性大小，利用對(duì)數(shù)和一元線(xiàn)性回歸方程的相關(guān)度，需要設(shè)置回歸方程和回歸曲線(xiàn)，詳見(jiàn)圖1～圖4。

圖1 K1(M)值隨時(shí)間t變化的一元線(xiàn)性回歸曲線(xiàn)

圖2 K1(M)值隨時(shí)間t變化的對(duì)數(shù)回歸曲線(xiàn)

針對(duì)優(yōu)等級(jí)的時(shí)間曲線(xiàn)和關(guān)聯(lián)度來(lái)看，圖1根據(jù)一元線(xiàn)性類(lèi)型進(jìn)行回歸的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)方程見(jiàn)式（4）。

圖2主要是根據(jù)對(duì)數(shù)類(lèi)型編寫(xiě)的回歸方程，其曲線(xiàn)方程見(jiàn)式（5）。

在R2值進(jìn)行對(duì)比分析能夠看出：根據(jù)對(duì)數(shù)類(lèi)型進(jìn)行的回歸方程要比一元線(xiàn)性回歸更加滿(mǎn)足數(shù)據(jù)的發(fā)展要求，具有較高的相關(guān)性，能夠滿(mǎn)足路面的發(fā)展趨勢(shì)，因此需要優(yōu)先選擇對(duì)數(shù)類(lèi)型回歸方程對(duì)路面性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。

將進(jìn)行轉(zhuǎn)化之后能夠得出預(yù)測(cè)模型見(jiàn)式（6）。

在實(shí)際計(jì)算期間將設(shè)為0，此時(shí)求解t為2.2，這樣能夠得出路面性能在2013年其每隔2.2年就會(huì)從優(yōu)等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱坏燃?jí)。

對(duì)次等級(jí)關(guān)聯(lián)度隨著時(shí)間序列的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，能夠看出根據(jù)一元線(xiàn)性回歸曲線(xiàn)的相關(guān)性要顯著低于對(duì)數(shù)類(lèi)型，如圖3、圖4所示。

圖3 K4(M)值隨時(shí)間t變化的一元線(xiàn)性回歸曲線(xiàn)

圖4 K4(M)值隨時(shí)間t變化的對(duì)數(shù)回歸曲線(xiàn)

因此需要應(yīng)用對(duì)數(shù)類(lèi)型建立模型，預(yù)測(cè)模型的公式見(jiàn)式（7）。

在將其進(jìn)行變形之后能夠得到式（8）。

在實(shí)際計(jì)算期間將為0，此時(shí)求解t為6.8，這樣能夠得出路面性能在2013年其每隔6.8年就會(huì)從優(yōu)等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橄乱坏燃?jí)。

按照上述預(yù)測(cè)過(guò)程和實(shí)際結(jié)果能夠看出，每一等級(jí)的關(guān)聯(lián)度不僅能夠體現(xiàn)出該等級(jí)的符合程度，還能夠表現(xiàn)出臨近等級(jí)的變化情況，以上研究能夠全面展現(xiàn)出物元法既可以集結(jié)多指標(biāo)，還能夠具備多個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)預(yù)測(cè)優(yōu)勢(shì)。該種預(yù)測(cè)方法會(huì)將定性預(yù)測(cè)方法轉(zhuǎn)化為定量預(yù)測(cè)方法，這樣能夠更加直觀地了解到預(yù)測(cè)過(guò)程，然而該種方式也具有較大的限制因素，表現(xiàn)在節(jié)域物元和經(jīng)典域物元在建立期間可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的影響，并且建立的預(yù)測(cè)模型也只能預(yù)測(cè)項(xiàng)目級(jí)道路，因此，物元法預(yù)測(cè)模型,在實(shí)際預(yù)測(cè)當(dāng)中具有顯著優(yōu)勢(shì)，在項(xiàng)目級(jí)綜合預(yù)測(cè)當(dāng)中效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要是研究了高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)，首先介紹了瀝青路面使用性能，影響因素以及評(píng)價(jià)等，之后針對(duì)路面使用性能建立了物元法預(yù)測(cè)模型，主要是建立與時(shí)間有關(guān)的預(yù)測(cè)模型公式，通過(guò)實(shí)際案例分析選取不同評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且建立經(jīng)典域和節(jié)域物元，獲取道路關(guān)聯(lián)度值，模擬了優(yōu)等級(jí)和次等級(jí)時(shí)間序列和關(guān)聯(lián)度的函數(shù)關(guān)系式，為該道路的發(fā)展選擇良好相關(guān)度的指數(shù)形式，并且將2013年作為基年分析，預(yù)測(cè)效果顯著。并且在此期間沒(méi)有涉及到較復(fù)雜的預(yù)測(cè)過(guò)程，按照實(shí)際需求能夠?qū)Φ缆吩诿總€(gè)發(fā)展時(shí)間段的符合情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此能夠驗(yàn)證物元法在性能級(jí)瀝青路面性能預(yù)測(cè)當(dāng)中具有應(yīng)用價(jià)值，值得推廣使用。

[1] 李巧茹，郭知洋，王耀軍，等.基于PCA-SVM的高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，44（2）：283-288.

[2] 祝飛，張萌.基于改進(jìn)灰色聚類(lèi)法的高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)[J].公路與汽運(yùn)，2017（5）：192-196，201.

[3] 王小鳳，高攀科，王進(jìn)璽.基于混合遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)方法研究[J].公路工程，2017，42（4）：219-222.

[4] 張鵬，張坤，張春海.基于MA-GM（1，1）的高速公路瀝青路面使用性能預(yù)測(cè)[J].公路與汽運(yùn)，2017，15（4）：204-206.

[5] 宋海云.檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性對(duì)高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)的影響[J].城市道橋與防洪，2017（4）：190-193.

[6] 靳彥彪.我國(guó)高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2015，15（12）：227-229.

[7] 韻耀斌.高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)及處治方案研究[J].黑龍江交通科技，2015，38（12）：3-6.

[8] 魏建國(guó)，龔文劍，南秋彩，等.G6高速公路巴新麻段瀝青路面使用性能預(yù)測(cè)研究[J].公路與汽運(yùn)，2015，20（3）：92-95.

[9] 唐軍，徐艷，李金龍.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與馬爾科夫組合預(yù)測(cè)模型在高速公路瀝青路面使用性能中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2015，10（1）：108-111.

[10] 李金龍，徐艷.高速公路瀝青路面使用性能評(píng)價(jià)體系的優(yōu)化[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2015，10（1）：123-125.