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        高速公路管理和技術(shù)指標(biāo)的前提、屬性分析及方法探討

        2019-12-19 02:39:06
        城市道橋與防洪 2019年12期
        關(guān)鍵詞:范數(shù)狀況指標(biāo)體系

        殷 峰

        (上海城投公路投資(集團(tuán))有限公司高速運(yùn)管中心,上海市201913)

        0 引 言

        高速公路管養(yǎng)經(jīng)常遇到各種各樣的指標(biāo),有工程質(zhì)量指標(biāo)(如瀝青路面的壓實度、平整度、滲水系數(shù)、彎沉[1]),有技術(shù)狀況指標(biāo)(如橋梁采用分層綜合評定與單項指標(biāo)控制相結(jié)合的方法[2],形成基于病害標(biāo)度,從構(gòu)件、部件到整體的評分體系),還有管理指標(biāo)。要準(zhǔn)確把握客觀事物的狀況,就必須用指標(biāo)來量化,以作判據(jù)。指標(biāo)體系也是公路智慧運(yùn)維的基礎(chǔ),重要性不言而喻。但是,目前常用指標(biāo)的評定結(jié)果與實際不能很好吻合,究其原因,仍是指標(biāo)體系不完善這個老問題??梢?,期望通過經(jīng)驗解決問題已不現(xiàn)實,而是需要深度思考:指標(biāo)的實質(zhì)究竟是什么?有沒有數(shù)學(xué)根源?本文嘗試探究,得出一些啟發(fā),用于解決實際問題,供同行參考。

        1 關(guān)于指標(biāo)

        指標(biāo)是對公路管養(yǎng)的定量判斷尺度,分為技術(shù)指標(biāo)和管理指標(biāo),也可分為單一指標(biāo)和綜合指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)用于表征設(shè)施狀況;管理指標(biāo)主要用于評價管理行為(包括模式、計劃、方案、質(zhì)量控制等)特征、成效。單一指標(biāo)表述一個具體屬性;綜合指標(biāo)由多個單一指標(biāo)組成。

        指標(biāo),實質(zhì)上是一種廣義的測量,是對屬性的測量,需滿足可測條件。對單一指標(biāo)而言是滿足可測性的3個條件:μ()=0;非負(fù)性;可列可加性[3]。即對取值范圍內(nèi)任意不相交的分段,所選總長度等于各分段長度之和。綜合指標(biāo)應(yīng)滿足線性空間的條件,有5個屬性:明晰性;完整性,包含所有相關(guān)的單一指標(biāo);獨(dú)立性;可度量性;復(fù)雜性。獨(dú)立性是指存在一組單位正交向量形成坐標(biāo)系e1,e2,……en,其他向量表示為這個坐標(biāo)系的線性組合。度量性是選取線性空間范數(shù),目前多采用1-范數(shù),即加權(quán)平均,是對綜合指標(biāo)空間先作線性變換,再對變換后線性空間單一指標(biāo)值求和,不足之處是線性變換向量(即權(quán)重)源于經(jīng)驗。實際上可采用∞-范數(shù),即‖x‖=max(│x1│,│x2│,…,│xn│)。復(fù)雜性是說實際工作中需用綜合指標(biāo)(空間)描述一個總體對象(如一座橋、一個養(yǎng)護(hù)單位),而總體對象由大量單元組成,屬性種類繁復(fù),不同單元屬性各異,每個單一指標(biāo)描述單元屬性,所有單一指標(biāo)構(gòu)成綜合指標(biāo)。

        以上立足可測性和線性空間,對指標(biāo)有了較為深刻的認(rèn)識,知道了要構(gòu)建可靠、穩(wěn)固的指標(biāo)體系,必須從可測性和線性空間的深度出發(fā),滿足下列共同原則:

        (1)把關(guān)心的屬性表述為可測的單一指標(biāo);

        (2)指標(biāo)體系清晰、完整、獨(dú)立;

        (3)選取的范數(shù)嚴(yán)謹(jǐn)、針對性強(qiáng);

        (4)復(fù)雜性決定了建立綜合指標(biāo)體系并不簡單,應(yīng)從分析單元、屬性及其關(guān)系起厘清結(jié)構(gòu)。

        這些原則如何在實際應(yīng)用中展現(xiàn)其作用?結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、橋隧技術(shù)狀況評定、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)評價的指標(biāo)體系是熱點和難點,下面開始討論。

        2 問題討論

        2.1 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

        橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要難題是如何指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作,實際上仍歸結(jié)為指標(biāo)。通過上海長江隧橋健康監(jiān)測的多年應(yīng)用,可認(rèn)為養(yǎng)護(hù)需要健康監(jiān)測提供兩類資訊:實時安全性;長期健康及安全性。由此從屬性出發(fā),從周期性、收斂性、關(guān)聯(lián)性等方面總結(jié)出一些指標(biāo),如圖1所示。

        圖1 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測指標(biāo)討論——從屬性分析到指標(biāo)

        其中:短周期指標(biāo)著重于表征即時安全性(如臺風(fēng)影響);長期數(shù)據(jù)存在兩類指標(biāo),即周期性和非周期性,前者的重點是能否保持長期周期性(如索塔頂端位移),后者則重點指是否處于收斂狀態(tài)(如橋墩沉降);關(guān)聯(lián)屬性重在從相關(guān)性角度判斷結(jié)構(gòu)的整體變化。

        2.2 橋梁技術(shù)狀況評定

        技術(shù)狀況的復(fù)雜性表現(xiàn)在4個方面:關(guān)注視角多,如結(jié)構(gòu)安全和材料耐久;結(jié)構(gòu)型式、材料組合多;構(gòu)件差異大;病害與構(gòu)件、結(jié)構(gòu)型式、材料構(gòu)造相關(guān)。根據(jù)前文的原則,從對象(單元)屬性→指標(biāo)的鏈條出發(fā),提出“從屬性出發(fā)定指標(biāo),對象類型與屬性匹配,篩選指標(biāo)值顯著的對象,參與總體評價”,先看指標(biāo)結(jié)構(gòu),再看評價過程。

        2.2.1 指標(biāo)空間構(gòu)造分析

        用尺度劃分對象是適當(dāng)?shù)?,?為對象尺度。

        表1 對象尺度分類

        下一步,進(jìn)行屬性和指標(biāo)分析。行業(yè)對橋梁的評價是從結(jié)構(gòu)、功能和耐久三方面進(jìn)行的,三者相互獨(dú)立,故總體評價按此分開,分析過程詳見表2。

        表2 屬性及指標(biāo)空間構(gòu)造分析

        2.2.2 評定過程

        評定是從現(xiàn)場檢測→病害指標(biāo)化→指標(biāo)點篩選→總體評價→養(yǎng)護(hù)對策的全過程,其關(guān)鍵是如何從大量單一指標(biāo)匯總成綜合指標(biāo)。在指標(biāo)點形成階段,采集病害數(shù)據(jù)并計算單一指標(biāo)(原始數(shù)據(jù))。在篩選階段,從單一指標(biāo)中按一定原則遴選參與總體評價的指標(biāo)點;評價過程選用合適的范數(shù),或作統(tǒng)計分析;最后分門別類形成對策,具有很強(qiáng)的針對性(見表3)。

        2.3 關(guān)于隧道技術(shù)狀況

        隧道技術(shù)狀況評價的困難在于,隧道的熱點在運(yùn)營安全和機(jī)電而非僅僅結(jié)構(gòu),迥異于橋梁。上文橋梁技術(shù)狀況指標(biāo)的分析過程已提供了啟示——可將運(yùn)營安全劃分細(xì)類屬性,如分為消防安全、事故安全等,再建立指標(biāo),按表2步驟提供的線索逐漸完成。

        表3 評定過程表(示意)

        2.4 養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指標(biāo)

        養(yǎng)護(hù)質(zhì)量受很多因素(如設(shè)施本身質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)合同經(jīng)費(fèi)、設(shè)施新舊、體制機(jī)制等)制約,養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的對象是人,但養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指標(biāo)本質(zhì)上仍是綜合指標(biāo)空間,前文的原則依然適用,故可借鑒表2、表3的方法,進(jìn)行對象、屬性分析,篩選單一指標(biāo)用于總體評價。關(guān)鍵是從養(yǎng)護(hù)品質(zhì)(主動與被動、提前與應(yīng)急、多樣與單一)、病害評價(密度、頻度、暴露時間)[4]等方面建立單一指標(biāo)。

        3 結(jié) 語

        對于公路運(yùn)養(yǎng)指標(biāo),本文從可測性和線性空間的深度進(jìn)行探討,得出重要屬性和構(gòu)建指標(biāo)體系需滿足的共同原則,并對實際問題加以檢驗,獲得有價值的方法。主要有以下結(jié)論:

        (1)公路單一指標(biāo)需滿足可測性,綜合指標(biāo)為線性空間,指標(biāo)具備明晰、完整、正交性、范數(shù)、復(fù)雜性等屬性,構(gòu)建好的指標(biāo)體系需滿足4個原則。

        (2)在健康監(jiān)測和橋梁技術(shù)狀況指標(biāo)的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn):建立指標(biāo)應(yīng)分析對象、屬性,建立單一指標(biāo);利用指標(biāo)評定的關(guān)鍵是按一定原則從單一指標(biāo)點中篩選代表點,選用合適的范數(shù)用于評價。

        (3)可將上述方法推廣到隧道技術(shù)狀況和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量指標(biāo)。

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