郭 騫

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心 沈陽市 110111)

針對橋梁的某種病害，會有多種相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，決策者通常以養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)來決定采用何種養(yǎng)護(hù)技術(shù)。但是，由于病害的發(fā)生位置不同，養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命和適用時機(jī)不同，決策者僅以養(yǎng)護(hù)成本篩選出來的養(yǎng)護(hù)技術(shù)在長期的養(yǎng)護(hù)過程中可能因?yàn)槎啻问┯镁C合性能較差的養(yǎng)護(hù)技術(shù)而增加成本。下面討論建立單一病害下的養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評選模型，采用層次分析法和離差平方和最小法對同一病害下的養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行多屬性評選，針對不同橋梁構(gòu)件的技術(shù)狀況評分篩選出單一病害下的最優(yōu)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

1 多屬性評選的概念

多屬性綜合評選是把多個描述被評選事物不同方面且量綱不同的指標(biāo)，轉(zhuǎn)換成無量綱的相對評估值，并綜合這些評估值以得出對某幾項(xiàng)事物整體評選的方法。

多屬性評選包括五個要點(diǎn)：

(1)多屬性綜合評選包括多個評選指標(biāo)；

(2)多屬性綜合評選的多個指標(biāo)是分別描述被評選事物各個不同方面的，它們應(yīng)該包含被評選對象的全面信息；

(3)各評選指標(biāo)的量綱可能是各不相同的；

(4)多屬性綜合評選的前提是把不同量綱的指標(biāo)實(shí)際值轉(zhuǎn)化成無量綱的相對評選值；

(5)多屬性綜合評選要把各指標(biāo)評估值合成在一起，得出一個整體性的評估值，之后根據(jù)評估值的大小來對被評選事物進(jìn)行評選。

對于多屬性綜合評選問題，人們已提出許多不同的評選方法，根據(jù)特定的問題和不同的研究目的，要有選擇地應(yīng)用評選方法，才能達(dá)到預(yù)期的分析效果。采用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)體系建立和權(quán)重計算，采用離差平方和最小法對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。

2 橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的多屬性評選

2.1 指標(biāo)體系的優(yōu)選

綜合考慮養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特性和橋梁各部件技術(shù)狀況的情況，采用的指標(biāo)主要有三個，即成本指標(biāo)、使用壽命以及應(yīng)用時機(jī)。

(1)成本指標(biāo)

對于任何養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在考慮是否施用時，由于管養(yǎng)部門的養(yǎng)護(hù)資金有限，決策者必然會放棄成本過高的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，但是施用養(yǎng)護(hù)成本過低的養(yǎng)護(hù)技術(shù)也必然會影響?zhàn)B護(hù)的效果，故此養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)至關(guān)重要。

(2)使用壽命

雖然養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)是決策者首要考慮的指標(biāo)，但是在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時僅考慮成本而不考慮養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命，可能會致使橋梁在整個養(yǎng)護(hù)周期中陷入多次養(yǎng)護(hù)而間接增加成本，故此養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命也應(yīng)加以考慮。

(3)應(yīng)用時機(jī)

同一種病害在不同惡化程度下應(yīng)該施用不同的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，統(tǒng)一采用同一種養(yǎng)護(hù)技術(shù)去處理相關(guān)病害必然導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)成本的增加。故此，需要根據(jù)病害的發(fā)生位置以及構(gòu)件的惡化程度來選用不同的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

2.2 評價指標(biāo)權(quán)重計算

由于選定的指標(biāo)較少，且考慮到計算權(quán)重方法的可操作性和可拓展性，將采用選用層次分析法來計算各指標(biāo)的權(quán)重，從而建立單一病害下橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評選模型對橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行評選。步驟如下：

(1)明確問題的層次結(jié)構(gòu)

圖1 單一病害下養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評選層次結(jié)構(gòu)圖

(2)專家打分

根據(jù)單一病害下養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評選層次結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計專家打分表，如表1所示。比較第i個指標(biāo)和第j個指標(biāo)相對于同一個問題的重要性，使用bij描述它的相對權(quán)重如表2。若i對j的重要度為bij，則j對i的重要度為1/bij，即bij=1/bji。

表1 專家打分表

表2 重要性比較表

最后，通過征詢數(shù)十位業(yè)內(nèi)專家的意見，整合打分結(jié)果，根據(jù)層次分析法計算原理，計算出最終的權(quán)重值，見表3。

2.3 指標(biāo)數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

由于各數(shù)據(jù)之間的數(shù)量級和量綱不一致，不能直接使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行評選，故此，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。對于各個指標(biāo)的數(shù)據(jù)處理，借鑒離差平方和最小法的方法，決策矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，使其變成0～1之間的綱數(shù)。規(guī)范化后的矩陣為D=(dij)m×n，記為：

表3 三指標(biāo)權(quán)重值分析表

對于不同評價，dij的計算方法也不相同。對于成本指標(biāo)，我們希望其越小越好，利用式(1)對其進(jìn)行處理；對于使用壽命，我們希望其越大越好，故利用式(2)對其進(jìn)行處理；對于應(yīng)用時機(jī)，我們希望其越接近其橋梁構(gòu)件的技術(shù)狀況評分值越好，利用式(3)對其進(jìn)行處理。

(1)

(2)

(3)

2.4 評價模型

使正規(guī)化矩陣D與權(quán)向量w相乘，即可得到?jīng)Q策向量R，其中：

則對于一個構(gòu)件的一個病害，決策向量中最大的值對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)即為最佳的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

3 案例分析

某混凝土梁板局部破損，面積為1×1m2，該構(gòu)件評分為85分，現(xiàn)有三種養(yǎng)護(hù)方法可以選用，分別為普通水泥砂漿修補(bǔ)、聚合物砂漿修補(bǔ)和環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，三種方案的各項(xiàng)指標(biāo)如表4所示。

表4 病害及其養(yǎng)護(hù)技術(shù)的性能指標(biāo)

根據(jù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)綜合單價與工程量，計算養(yǎng)護(hù)成本指標(biāo)，根據(jù)遼寧省高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的退化模型對應(yīng)用時機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后根據(jù)式(1)、式(2)、式(3)對各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，得到的橋梁構(gòu)件綜合指標(biāo)規(guī)范化處理表5。

表5 綜合指標(biāo)規(guī)范化處理表

確定了各指標(biāo)的規(guī)范化數(shù)值后，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重，建立構(gòu)件的決策矩陣，如下式。

即方案一、方案二、方案三的評分分別是0.5983、0.6760、0.5971，可判斷本次養(yǎng)護(hù)采取聚合物砂漿修補(bǔ)為最佳方案。

4 結(jié)語

通過設(shè)置合理指標(biāo)，建立了養(yǎng)護(hù)技術(shù)評選模型，基于橋梁構(gòu)件實(shí)際技術(shù)狀況，實(shí)現(xiàn)單一病害下橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)優(yōu)選。這里提供了一種基于層次分析法和離差平方和最小法對橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行評選的參考方法，但是決策結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于若干數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量及其準(zhǔn)確性，在具體的應(yīng)用時常會受到比較大的制約，因此，關(guān)于這方面還有大量的基礎(chǔ)工作要做，需要加大對橋梁檢查、維修歷史、養(yǎng)護(hù)技術(shù)持續(xù)年限等重要數(shù)據(jù)資料的收集整理工作以及對模型進(jìn)行進(jìn)一步完善。