劉愛華 李亞麗 盧 勇 劉林林

(蘇交科集團股份有限公司，新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211112)

針對農(nóng)村公路開展建養(yǎng)一體化、整體發(fā)包、捆綁模式和周期性養(yǎng)護總承包等模式的探索應(yīng)用，實際技術(shù)內(nèi)涵是通過延長質(zhì)保期，采用基于性能的付款方式，提高總承包單位的質(zhì)量控制意識，降低全壽命周期內(nèi)路面養(yǎng)護成本[1-4]。國外發(fā)達國家一般結(jié)合地區(qū)實際發(fā)展和公路養(yǎng)護管理的專業(yè)特點，開展新型公路養(yǎng)護管理模式。以美國佛吉利亞州養(yǎng)護服務(wù)中心VMS為例，針對佛吉利亞將近300 km的公路開展5年半的長期養(yǎng)護總承包模式，建立長期養(yǎng)護實施辦法和方案，最終實現(xiàn)公路技術(shù)狀況提高12%，養(yǎng)護經(jīng)費節(jié)約2 200萬美元，取得了成功應(yīng)用經(jīng)驗。國內(nèi)長期養(yǎng)護管理模式目前尚處于初步發(fā)展階段，部分省份開展了公路建養(yǎng)一體化工程應(yīng)用探索工程，并發(fā)布了相關(guān)實施方案，但總體而言，目前的實施方案僅處于宏觀框架層面，對于具體實施操作層面未作詳細的研究[5-7]，缺乏相應(yīng)的養(yǎng)護指標考核標準等，需要進一步結(jié)合本地區(qū)實際需求和養(yǎng)護現(xiàn)狀開展針對性的研究工作。

由于農(nóng)村公路技術(shù)等級低，橋隧構(gòu)造物及沿線設(shè)施少、結(jié)構(gòu)簡單，因此路面使用性能是農(nóng)村公路技術(shù)狀況的主要指標。交通量、自然因素等養(yǎng)護管理決策影響因素直接反映在路面使用性能中。因此，本文依托如皋市10年期長期養(yǎng)護總承包實際工程，結(jié)合江蘇地區(qū)農(nóng)村公路建養(yǎng)一體化的實際養(yǎng)護需求和歷年大中修養(yǎng)護閾值，運用GM(1,1)灰色改進型預(yù)測模型對該工程10年期養(yǎng)護質(zhì)量考核目標保障值進行預(yù)測，探討分析江蘇省農(nóng)村公路長期養(yǎng)護每年公路技術(shù)狀況養(yǎng)護考核標準。

1 養(yǎng)護目標考核模式及研究方法

1.1 養(yǎng)護目標考核模式探討

建養(yǎng)一體化項目養(yǎng)護目標考核指標采用養(yǎng)護綜合質(zhì)量指數(shù)CMQI進行評定，根據(jù)養(yǎng)護質(zhì)量MQI和管理質(zhì)量SQI兩個指標的檢查結(jié)果綜合評定，如式(1)所示。養(yǎng)護期第1年～第5年養(yǎng)護質(zhì)量和管理質(zhì)量權(quán)重分別為0.5和0.5，隨著養(yǎng)護時間的推移，考慮到隨著運營時間越來越長，部分路段路面開始出現(xiàn)一些病害，因此養(yǎng)護后期對養(yǎng)護質(zhì)量提出更高的要求，因此，養(yǎng)護期第6年～第10年的養(yǎng)護質(zhì)量和管理質(zhì)量權(quán)重分別為0.7和0.3。

CMQI=a1MQI+a2SQI

(1)

其中，CMQI為養(yǎng)護綜合質(zhì)量指數(shù)；a1,a2分別為養(yǎng)護質(zhì)量和管理質(zhì)量的權(quán)重；MQI,SQI分別為養(yǎng)護質(zhì)量和管理質(zhì)量指數(shù)。

農(nóng)村公路按行政等級可分為縣、鄉(xiāng)、村道，按技術(shù)等級可分為一級、二級、三級、四級公路。養(yǎng)護目標制定的內(nèi)容主要包括養(yǎng)護質(zhì)量技術(shù)狀況MQI、路面技術(shù)狀況PQI、路面破損PCI、路面平整度RQI與管理質(zhì)量SQI。建立農(nóng)村公路長期養(yǎng)護目標考核模式應(yīng)從以下三個方面進行考慮：1)差異性原則：由于公路等級的不同導(dǎo)致了養(yǎng)護需求的差異，在建立養(yǎng)護目標時需要結(jié)合不同等級公路自身特點進行單獨考慮。2)時效性原則：養(yǎng)護目標是養(yǎng)護質(zhì)量考核和經(jīng)費支付的基本依據(jù)，而質(zhì)量考核和經(jīng)費支付需要按照一定的周期進行，因此，需要根據(jù)不同階段制定相應(yīng)的養(yǎng)護目標。3)強制性原則：考核和經(jīng)費支付并不能完全約束承包商的行為，為了保證養(yǎng)護質(zhì)量，需要根據(jù)實際需求設(shè)置最低紅線值，強制承包商進行養(yǎng)護。鑒于以上三點原則，將農(nóng)村公路分為一級公路和二、三、四級公路兩個等級，按公路技術(shù)等級制定合理的養(yǎng)護目標進行考核，通過每年度制定不同的養(yǎng)護保障值、鼓勵值和紅線值，建立不同技術(shù)等級的養(yǎng)護目標。保障值主要用于保障公路使用性能處于良好的水平所設(shè)定的界限值，鼓勵值主要為了更好的激勵總承包單位積極開展建設(shè)和養(yǎng)護工作，用于對養(yǎng)護管理質(zhì)量取得優(yōu)異成績的獎勵，紅線值作為強制性指標要求低于該值時必須進行養(yǎng)護或整改，以保證養(yǎng)護管理質(zhì)量。

1.2 養(yǎng)護目標研究方法

1.2.1保障值

保障值用于保障公路使用性能處于良好的水平所設(shè)定的界限值。根據(jù)農(nóng)村公路實際現(xiàn)狀，針對歷年路面技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)不充分的情況，本文采用灰色理論預(yù)測方法進行分析?；疑碚揫8-10]是研究解決灰色系統(tǒng)分析、建模、預(yù)測、決策和控制的理論，對于數(shù)據(jù)量不大、增減趨勢明顯的事物預(yù)測，可靠度較高，預(yù)測結(jié)果直觀，灰色理論預(yù)測方法路面各性能指標的變化均有明顯的增減趨勢，在歷史檢測數(shù)據(jù)不夠充分的情況下，應(yīng)用該理論可以得到具有一定可靠度的預(yù)測結(jié)果。利用GM(1,1)模型建立回歸預(yù)測模型。建模過程如下：

給定數(shù)據(jù)序列：

x(0)=[x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n)]。

對子數(shù)據(jù)序列作一次累加生成1-AGO序列：

x(1)=[x(1)(1),x(1)(2),…,x(1)(n)]。

設(shè)z(1)(k)=0.5x(1)(k)+0.5x(1)(k-1)，則x(1)的近鄰生成序列為：

z(1)=[z(1)(1),z(1)(2),…,z(1)(n)]。

根據(jù)灰色理論GM(1,1)模型，灰色微分方程為：

x(0)(k)+az(1)(k)=b，k=1,2,…,n。

其中，a為發(fā)展灰數(shù)；b為內(nèi)生控制灰數(shù)。

則灰色微分方程的最小二乘估計參數(shù)列滿足：

故，還原值為：

x(0)(k+1)=x(1)(k+1)-x(1)(k)，k=1,2,…,n。

其中，x(0)為生成數(shù)據(jù)序列的預(yù)測值。

1.2.2鼓勵值

鼓勵值主要為了更好的激勵總承包單位積極開展建設(shè)和養(yǎng)護工作，用于對養(yǎng)護管理質(zhì)量取得優(yōu)異成績的獎勵。鼓勵值為養(yǎng)護綜合質(zhì)量指數(shù)CMQI超過保障值的一個界定值。管理質(zhì)量(SQI)鼓勵值統(tǒng)一采用超過保障值2分來制定獎勵值，即92分，養(yǎng)護質(zhì)量鼓勵值以考核子項PCI,RQI進行確定。

1.2.3紅線值

紅線值作為強制性指標要求低于該值時必須進行養(yǎng)護或整改，以保證養(yǎng)護質(zhì)量。而大中修養(yǎng)護作業(yè)只針對路面工程，故紅線值以PQI和SQI的控制閥值為依據(jù)進行設(shè)定。根據(jù)江蘇省農(nóng)村公路大中修養(yǎng)護閥值，設(shè)置紅線值為70時，強制要求總承包單位必須進行大中修養(yǎng)護。對于管理質(zhì)量SQI，采用低于保障值2分來制定紅線值，即88分。

2 典型案例

2.1 工程概況

依托如皋市農(nóng)村公路建養(yǎng)一體化項目進行試點應(yīng)用，探討確定農(nóng)村公路的養(yǎng)護目標。如皋市建養(yǎng)一體化項目承包內(nèi)容包括鄉(xiāng)村道387.742 km。采用建設(shè)期2年，養(yǎng)護期為10年的建養(yǎng)一體化模式。

2.2 歷年農(nóng)村公路技術(shù)狀況

江蘇省如皋市農(nóng)村公路(一級及二、三、四級公路)的2016年—2018年的養(yǎng)護質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)表1可知農(nóng)村公路2016年—2018年的MQI，PQI，PCI和RQI均值。據(jù)統(tǒng)計，如皋地區(qū)農(nóng)村公路的平均路齡為7年。由于采用建養(yǎng)一體化模式下對建設(shè)期工程質(zhì)量重視的情況，考慮以均值MQI，PQI，PCI和RQI作為農(nóng)村公路養(yǎng)護期第7年的養(yǎng)護考核目標保障值。

表1 江蘇省如皋市農(nóng)村公路養(yǎng)護質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)

對于管理質(zhì)量，要求總承包單位至少達到90分的水平，即SQI≥90。因此，根據(jù)式(1)可計算出養(yǎng)護期第7年的養(yǎng)護綜合質(zhì)量指數(shù)CMQI，養(yǎng)護期第7年的養(yǎng)護目標保障值如表2所示。

表2 農(nóng)村公路建養(yǎng)一體化項目養(yǎng)護期第7年養(yǎng)護目標保障值

2.3 模型建立及預(yù)測計算

以路面破損狀況指數(shù)PCI為例，采用灰色理論進行模擬預(yù)測，根據(jù)路面性能隨著時間的增加而降低，根據(jù)表2初步確定農(nóng)村公路建養(yǎng)一體化養(yǎng)護期第5年～第8年的路面破損指標如表3所示。

表3 路面破損狀況PCI指標

根據(jù)表3中養(yǎng)護期第5年～第8年的路面破損狀況PCI指標，本文基于灰色理論預(yù)測模型，建立第一類預(yù)測模型用于預(yù)估第8年～第10年期的養(yǎng)護目標保障值，以及第二類預(yù)測模型用于預(yù)估第1年～第6年期的養(yǎng)護目標保障值。兩類預(yù)估模型的建立以及精度驗證如下所示。

1)第一類預(yù)測模型。

以表4中的數(shù)據(jù)對路面破損狀況指數(shù)PCI用灰色理論對一級和二、三及四級公路分別進行模擬預(yù)測，得到公式為：

一級公路：

Y′=88.258 2×e-0.010 123t

(2)

二、三、四級公路：Y′=83.352 35×e-0.005 565t

(3)

其中，t=1,2，…，模擬結(jié)果見表4，殘差分別為0.000 008，0.000 002均小于10%，因此模型精度較高。可以通過此預(yù)測模型得到養(yǎng)護期第8～第10年的養(yǎng)護目標保障值。

表4 路面性能實際情況及灰色理論模擬表

2)第二類預(yù)測模型。

以表5中的數(shù)據(jù)對路面破損狀況指數(shù)PCI用灰色理論對一級和二、三、四級公路分別進行模擬預(yù)測，得到公式為：

一級公路：

Y′=87.062 6×e0.005 69t

(4)

二、三、四級公路：Y′=82.451 31×e0.012 15t

(5)

其中t=1,2，…，模擬結(jié)果見表5，殘差分別為0.000 002，0.000 01均小于10%，因此模型精度較高。可通過上述預(yù)測模型計算第1年～第6年養(yǎng)護目標保障值。

根據(jù)表4，表5中實際檢測數(shù)據(jù)和GM(1,1)獲取的模擬數(shù)據(jù)進行對比可知，可在第7年養(yǎng)護保障值的基礎(chǔ)上，運用灰色理論模型確定養(yǎng)護期第1年～第10年的PCI養(yǎng)護目標保障值，其他考核指標的保障值可參照上述方法進行確定。

表5 路面性能實際情況及灰色理論模擬表

通過上述測算，最終制定了江蘇省如皋地區(qū)建養(yǎng)一體化模式下的養(yǎng)護目標值如表6所示，具體建養(yǎng)一體化項目實施過程中可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

表6 建養(yǎng)一體化模式下農(nóng)村公路10年期的養(yǎng)護目標值

3 結(jié)論

本文依托江蘇省如皋市農(nóng)村公路建養(yǎng)一體化工程，運用GM(1,1)灰色改進型預(yù)測模型對建養(yǎng)一體化模式下的養(yǎng)護目標值進行預(yù)測探討，主要結(jié)論如下：

1)根據(jù)差異性原則、時效性原則和強制性原則，探索建立了采用鼓勵值、目標保障值和紅線值的考核模式建立養(yǎng)護質(zhì)量目標的可行性；

2)基于如皋地區(qū)農(nóng)村公路歷年路面技術(shù)狀況，運用灰色理論模型，建立了第一類和第二類的灰色改性預(yù)測模型，通過采用實際值和預(yù)估值的殘差對比發(fā)現(xiàn)，建立的預(yù)估模型具有較高的精度；

3)依托如皋地區(qū)建養(yǎng)一體化實際工程，運用建立的養(yǎng)護考核模式和灰色理論改性型預(yù)測模型，確定了農(nóng)村公路10年期的公路技術(shù)狀況考核標準。