陳斌

摘 要：公路瀝青路面的使用性能評價(jià)為瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策提供了重要支撐。本文在指出我國現(xiàn)行瀝青路面評價(jià)方法不足的基礎(chǔ)上，對目前國內(nèi)常見的各種瀝青路面評價(jià)方法和評價(jià)模型進(jìn)行綜述，對比分析了其優(yōu)缺點(diǎn)及適用對象，為改進(jìn)我國瀝青路面評價(jià)方法提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;評價(jià)方法;評價(jià)模型;權(quán)重

中圖分類號：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）12-0090-03

Summary of Evaluation Methods of Highway Asphalt

Pavement Performance

CHEN Bin

（Lanzhou Transportation Infrastructure Project Quality Supervision Station，Lanzhou Gansu 730070）

Abstract： The performance evaluation of highway asphalt pavement provides important support for asphalt pavement maintenance decision-making. On the basis of pointing out the insufficiency of current asphalt pavement evaluation methods in China， this paper reviews various domestic common asphalt pavement evaluation methods and evaluation models， and compares and analyzes their advantages and disadvantages and applicable objects， so as to provide a certain reference for improving the evaluation method of asphalt pavement in China.

Keywords： asphalt pavement;evaluation method;evaluation model;weight

瀝青路面使用性能評價(jià)是指根據(jù)現(xiàn)場采集的路面狀況數(shù)據(jù)，判斷路面使用性能滿足使用要求的程度，進(jìn)而衡量整個(gè)路網(wǎng)的服務(wù)水平并確定路網(wǎng)內(nèi)需要養(yǎng)護(hù)和改建的路段，最后選擇相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)和改建方案。瀝青路面使用性能的評價(jià)包括單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)和綜合評價(jià)[1-2]。單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)是指在對路面狀況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從道路路面使用性能的不同方面對其進(jìn)行評價(jià)，如破損狀況評價(jià)、結(jié)構(gòu)承載力評價(jià)、行駛質(zhì)量評價(jià)、抗滑性能評價(jià)和抗車轍能力評價(jià)等;綜合評價(jià)指標(biāo)是為了使路網(wǎng)或各路段的路面狀況具有可比性而建立的一種對路面使用性能的總體評價(jià)。

高等級公路瀝青路面使用性能評價(jià)的主要作用為：反映出高等級公路瀝青路面使用性能現(xiàn)狀;對瀝青路面長期使用條件下的不同性能狀況進(jìn)行預(yù)測;為確定路面養(yǎng)護(hù)方案和編制年度路面養(yǎng)護(hù)預(yù)算提供主要依據(jù)。

1 我國現(xiàn)行瀝青路面使用性能評價(jià)指標(biāo)及評價(jià)體系

1.1 我國瀝青路面使用性能分項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)

我國公路瀝青路面的養(yǎng)護(hù)及評定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：瀝青路面技術(shù)狀況評定應(yīng)包括路面損壞、路面平整度、路面車轍、路面跳車、路面抗滑性能、路面磨耗和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度七項(xiàng)內(nèi)容，相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)為路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面車轍深度指數(shù)（RDI）、路面跳車指數(shù)（PBI）、路面抗滑性能指數(shù)（SRI）、路面磨耗指數(shù)（PWI）、路面結(jié)構(gòu)性能指數(shù)（PSSI），檢測指標(biāo)分別為路面破損率（DR）、國際平整度指數(shù)（IRI）、路面車轍深度（RD）、路面跳車（PB）、橫向力系數(shù)（SFC）/擺式摩擦系數(shù)（BPN）、路面構(gòu)造深度（MPD）以及路面彎沉[l0][3-5]。各指標(biāo)具體關(guān)系如圖1所示，除了上述七個(gè)分項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)外，還有一個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)——路面技術(shù)狀況指數(shù)（PQI）。相關(guān)規(guī)范評定時(shí)將以上八個(gè)指標(biāo)分為優(yōu)、良、中、次、差5個(gè)等級[3-5]。

1.2 我國現(xiàn)行瀝青路面使用性能評價(jià)模型

我國瀝青路面技術(shù)狀況采用PQI指數(shù)進(jìn)行評定，PQI指數(shù)是PCI指數(shù)、RQI指數(shù)、RDI指數(shù)、SRI指數(shù)（或PWI指數(shù)，二選一）、PBI指數(shù)的函數(shù)，PSSI指數(shù)不參與PQI指數(shù)的計(jì)算，單獨(dú)進(jìn)行評價(jià)。PQI評價(jià)模型的關(guān)鍵在于如何科學(xué)合理地確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，相關(guān)規(guī)范中各指標(biāo)的權(quán)重如表1所示，PQI指數(shù)的計(jì)算公式如下：

[PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wSRISRI] （1）

式中，[wPCI]、[wRQI]、[wRDI]、[wPBI]、[wSRI]均為相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.3 我國瀝青路面評價(jià)體系存在的問題

合理的單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)是路面性能綜合評價(jià)的基礎(chǔ)，也是路面養(yǎng)護(hù)對策選擇的依據(jù)。據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研可知，目前，我國公路瀝青路面使用性能評價(jià)主要存在以下問題：由于高等級公路與低等級公路在車速、荷載、交通量、路面材料以及路面結(jié)構(gòu)層等方面不盡相同，因此不能把低等級公路的評價(jià)模型直接應(yīng)用于高等級公路評價(jià)中;評價(jià)模型受人為因素影響較大，客觀性不強(qiáng)，同時(shí)由于評價(jià)指標(biāo)采用固定權(quán)重，與實(shí)際狀況的一致性較差;對于行駛質(zhì)量指標(biāo)RQI指數(shù)而言，當(dāng)IRI指數(shù)顯示非常不平整和非常平整時(shí)，行駛質(zhì)量指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)不合理的評價(jià)結(jié)果。

2 常見的瀝青路面使用性能評價(jià)方法

2.1 基于回歸模型法的路面使用性能評價(jià)模型

這種評價(jià)模型是通過對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，建立各個(gè)影響因素和路況綜合評價(jià)指標(biāo)間的函數(shù)關(guān)系。美國路面服務(wù)性能指數(shù)（PSI）、日本路面養(yǎng)護(hù)指數(shù)（MCI）以及我國路面技術(shù)狀況指數(shù)（PQI）的建立均采用了這種模型。

該模型主要基于實(shí)際采集的數(shù)據(jù)，具有一定的科學(xué)性。然而，評價(jià)數(shù)據(jù)本身具有隨機(jī)性、偶然性、復(fù)雜性和模糊性等特點(diǎn)，只靠單因素回歸分析很難準(zhǔn)確表達(dá)出因素與結(jié)果、目標(biāo)與監(jiān)督的對應(yīng)關(guān)系，評價(jià)結(jié)果會(huì)偏離實(shí)際。

2.2 基于灰色理論的路面使用性能評價(jià)模型

人們可以將灰色系統(tǒng)理論的“灰唯一性”原理引入瀝青路面評價(jià)體系中，即在路況信息不全的情況下，通過對已經(jīng)了解的部分信息的處理，把路面的綜合路況集中在某灰域內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)路面綜合路況的評價(jià)。

李清富等通過白化函數(shù)和灰色聚類權(quán)值的分析計(jì)算，生成灰色聚類矩陣，在應(yīng)用灰色聚類決策的基礎(chǔ)上，討論了灰色聚類決策在路面性能評價(jià)中的應(yīng)用[6]。劉秀菊等應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論模型，對PCI、SSI（路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)）、RQI、SFC 4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，建立了基于歷史數(shù)據(jù)的指標(biāo)預(yù)測模型，對模型的精度進(jìn)行了評價(jià)，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果提出了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施[7]。

灰色理論的引入和應(yīng)用可以解決路面使用性能評價(jià)中評價(jià)指標(biāo)模糊、復(fù)雜、不規(guī)則的問題，它是目前科學(xué)、客觀、先進(jìn)的評價(jià)方法。然而，評價(jià)指標(biāo)的白化權(quán)函數(shù)、灰色聚類系數(shù)和閾值是根據(jù)各指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)取值范圍確定的，主觀經(jīng)驗(yàn)成為影響評價(jià)結(jié)果的主要因素，當(dāng)評價(jià)結(jié)果與聚類結(jié)果接近時(shí)，人們難以選擇更優(yōu)的評價(jià)結(jié)果。

2.3 基于層次分析法的路面使用性能評價(jià)模型

層次分析法（AHP）是一種利用多因素遞階處理確定因素權(quán)重的方法。其基本思想是將復(fù)雜問題分解為相互關(guān)聯(lián)、有序的層次，使每個(gè)層次系統(tǒng)化、組織化，從而有效地分析和解決問題。通過比較、判斷和計(jì)算各層次中兩個(gè)不同要素的相對重要性，人們可以計(jì)算出各相關(guān)要素的權(quán)重。

元松根據(jù)層次分析法的基本原理，編制了基于MATLAB軟件的路面綜合評價(jià)程序，并結(jié)合工程實(shí)際對路面使用性能指標(biāo)進(jìn)行了綜合評價(jià)，為道路養(yǎng)護(hù)及改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供理論參考[8]。葉真等通過路面使用性能評價(jià)的現(xiàn)狀研究，采用層次分析法計(jì)算得出模型各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，最后通過工程案例與規(guī)范評價(jià)方法進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了模型的實(shí)用性[9]。

基于層次分析法的路面使用性能評價(jià)模型主要特點(diǎn)是將整個(gè)評價(jià)過程數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化。這種模型誤差小，可靠性高，但評價(jià)對象的影響因子不宜過多。

2.4 基于模糊數(shù)學(xué)法的路面使用性能評價(jià)模型

人們可以將模糊數(shù)學(xué)理論引入路面使用性能評價(jià)中，通過建立一套模糊評價(jià)集并對專家的打分進(jìn)行處理和分析，獲得各評價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，接下來通過現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)和隸屬度函數(shù)對路面使用性能進(jìn)行評價(jià)，得到路面使用性能綜合評價(jià)矩陣，最后建立基于評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的綜合評價(jià)模型。

李國強(qiáng)等通過對國際平整度指數(shù)、年均日交通量、路況指數(shù)和路標(biāo)彎沉值等因素進(jìn)行分析以及無量綱化處理，基于模糊數(shù)學(xué)法建立了各評價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，得出路面的綜合耐用性指數(shù)（CSI）[10]。曹志基于隸屬度函數(shù)以及均方差賦權(quán)法建立了單項(xiàng)評價(jià)及組合隸屬度函數(shù)模糊綜合評價(jià)模型，并通過算例證明模糊綜合評價(jià)模型可以有效減小路面性能綜合評價(jià)的波動(dòng)[11]。

這種模型的建立依據(jù)是評價(jià)模型中的不確定性和模糊性等特點(diǎn)，其具有一定的合理性、客觀性和實(shí)用性。但是，這種模型也存在一些不足之處：評價(jià)過程煩瑣，難以操作，評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況之間存在失真、跳躍等問題。

2.5 基于主成分分析法的路面使用性能評價(jià)模型

主成分分析法是指通過數(shù)學(xué)和矩陣變換，選取一些在評價(jià)對象中占比較大的主成分（因素），使這些主成分（因素）成為原來變量的線性組合，最后通過每個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率求得各變量的綜合評價(jià)值。

楊明等以河北高速公路路面的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用主成分分析法對路面使用性能進(jìn)行了綜合評價(jià)分析，計(jì)算結(jié)果不僅反映了各主成分的影響因子大小，還為道路養(yǎng)護(hù)維修的決策提供了有效的支撐[12]。潘懷兵采用主成分分析法，借助MATLAB軟件對瀝青路面使用性能進(jìn)行綜合評價(jià)，分析表明，主成分分析法評價(jià)瀝青路面，能客觀地反映評價(jià)指標(biāo)對綜合評價(jià)值影響的強(qiáng)弱，具有獨(dú)特的優(yōu)越性[13]。

主成分分析法的優(yōu)點(diǎn)是：評價(jià)結(jié)果全面、客觀、合理，分析難度較低。不足之處在于：因子負(fù)荷符號交替使得函數(shù)意義不明確，沒有反映客觀發(fā)展水平。

2.6 其他瀝青路面使用性能評價(jià)模型

隨著交通科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、學(xué)科之間的交叉以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，新的方法和理論在高速公路工程中的應(yīng)用逐漸增多，如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及物元理論等。

胡霞光等通過建立高速公路路面檢測數(shù)據(jù)和專家綜合評價(jià)之間的回歸模型，利用遺傳算法對模型進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，得到令人滿意的評價(jià)結(jié)果，并為路面養(yǎng)護(hù)對策提供了重要依據(jù)[14]。孫曉震等依據(jù)BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，建立了瀝青路面使用性能綜合評價(jià)體系，最后通過實(shí)例分析表明，該模型的評價(jià)結(jié)果與實(shí)際路況相符，具有較高的評價(jià)精度和工程實(shí)用性[15]。王惠勇等首次提出了基于物元模型的路面狀況評定方法，并以武漢市主城區(qū)20年的路面狀況檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)例分析，結(jié)果表明，這種模型可以準(zhǔn)確反映路面使用狀況，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值[16]。

3 結(jié)語

由于瀝青路面使用性能受到道路行車車載、路面材料結(jié)構(gòu)與特性以及自然環(huán)境等多種因素的影響，只采用一種評價(jià)方法進(jìn)行瀝青路面使用性能的評價(jià)容易產(chǎn)生誤判，從而形成錯(cuò)誤的養(yǎng)護(hù)決策。針對目前規(guī)范評價(jià)模型采用常權(quán)的缺陷，考慮到各評價(jià)指標(biāo)間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，在評價(jià)過程中，人們可以根據(jù)前述灰色模型、層次分析法、主成分分析法、模糊數(shù)學(xué)法、集對分析、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法的適用性，選擇合理的評價(jià)模型，提高評價(jià)的科學(xué)性，使評價(jià)結(jié)果更具有客觀性，為養(yǎng)護(hù)決策提供有效指導(dǎo)。

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