高連生

湖南中天建設(shè)集團(tuán)股份有限公司（412000）

0 前言

路面使用性能[1]包括很多屬性，主要有功能、安全和結(jié)構(gòu)三個方面。路用功能主要是為道路使用者提供舒適度，路面結(jié)構(gòu)主要包括結(jié)構(gòu)承載力和路面破損狀況，路面安全是指路面抗滑能力。路面使用性能的三個方面既有區(qū)別又有聯(lián)系，道路使用者關(guān)注路面功能和路面安全，道路管理者更關(guān)注路面結(jié)構(gòu)。

路面在使用過程中，其使用性能會隨路齡、路面特征因素、交通量和軸載因素、氣候因素以及工程因素的影響而衰減。當(dāng)路面指標(biāo)衰減到一定程度時，需對路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。因此，路面性能的預(yù)測對預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的實(shí)施至關(guān)重要，直接影響到養(yǎng)護(hù)時機(jī)的確定和養(yǎng)護(hù)措施的選擇。

1 高速公路路面使用性能評價方法研究

我國高速公路經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在高速公路路面性能評價方面取得了很大的進(jìn)展，制定了很多關(guān)于高速公路路面養(yǎng)護(hù)的規(guī)范和高速公路路面性能評價體系，并經(jīng)過長時間的積累，形成了系統(tǒng)的高速公路路面評價標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.1 現(xiàn)有的瀝青路面使用性能評價體系

《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGH20—2018)規(guī)定，瀝青路面檢測內(nèi)容包括路面破損狀況指數(shù)、路面抗滑性能指數(shù)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)、路面車轍深度指數(shù)、路面跳車指數(shù)和路面磨耗指數(shù)。路面使用性能指標(biāo)分為綜合指標(biāo)和分項(xiàng)指標(biāo)。分項(xiàng)指標(biāo)包括路面破損狀況指數(shù)(PCI)、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)(PSSI)、路面抗滑性能指數(shù)(SRI)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、路面車轍深度指數(shù)(RDI)、路面構(gòu)造深度MPD，其中路面構(gòu)造深度MPD和橫向力系數(shù)SFC應(yīng)二選一。綜合指數(shù)(PQI)是各分項(xiàng)指數(shù)的加權(quán)求和。

路面使用性能指數(shù)(PQI)按式（1）計(jì)算。

式 中:ωPCI、ωRQI、ωRDI、ωSRI、ωPBI為 對 應(yīng) 的 指 標(biāo) 在PQI中的權(quán)重，按表1取值[2]。

表1 PQI各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重

1.2 現(xiàn)有的瀝青路面使用性能評價體系存在的問題

《公路狀況技術(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGH20-2018)中以路面使用性能指數(shù)(PQI)作為綜合評價指標(biāo)，這種方法還存在以下不足[3]，主要表現(xiàn)為:

1）路面綜合評價等級判定不明確。各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重是定值，路面分項(xiàng)指標(biāo)評分差別大的路段其綜合評價指標(biāo)可能相同，因此還需進(jìn)一步確定各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，使綜合指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際路面情況[4]。

2）現(xiàn)有的路面使用性能評價體系對路面行駛質(zhì)量指數(shù)的權(quán)重是0.4，更多的是側(cè)重于路面的服務(wù)能力，不能全面、充分地反映路面的病害特征。

3）規(guī)范的綜合評價標(biāo)準(zhǔn)是針對路面技術(shù)狀況評定而確定的標(biāo)準(zhǔn)。

規(guī)范中高速公路各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)ωRQI＞ωPCI＞ωRDI＞ωSRI，規(guī)范主要側(cè)重道路行駛舒適性，重視其服務(wù)功能[5]。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)廣東省某高速公路2016年95.8%以上的路面破損狀況指數(shù)(PCI)評分為優(yōu)，91.9%以上的路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)評分為優(yōu)，而路面車轍深度指數(shù)(RDI)和抗滑性能指數(shù)(SRI)等級評定為良和中，按照規(guī)范中的權(quán)重值獲得的綜合指數(shù)(PQI)仍是優(yōu)，該路段很容易被忽略而不養(yǎng)護(hù)。

4）路面破損狀況指數(shù)的計(jì)算缺乏針對性。規(guī)范中包含了所有的破損類型，實(shí)際路面不可能產(chǎn)生所有的病害，而是以裂縫或者車轍又或者坑槽為主，規(guī)范沒有考慮上述因素，統(tǒng)一采用一套分類標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法，使得PCI不能有針對性的指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)。

1.3 文章瀝青路面使用性能評價方法的確定

付新新[6]使用包含五個分項(xiàng)指標(biāo)的綜合指標(biāo)法來評價路面使用性能，研究發(fā)現(xiàn)綜合指標(biāo)能很好的反映路面使用性能的衰減過程。因此，為了使研究更具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性，文章使用包含路面破損狀況指數(shù)(PCI)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、路面抗滑性能指數(shù)(SRI)、路面車轍深度指數(shù)(RDI)和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)(PSSI)五個分項(xiàng)指標(biāo)的綜合指標(biāo)(PQI)來表征路面使用性能。具體見下式。

式中各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重按表4~7取值。

文章基于多年的路面性能檢測數(shù)據(jù)利用熵權(quán)法確定各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，對各指標(biāo)的權(quán)重值取平均值作為該指標(biāo)的權(quán)重值，加權(quán)計(jì)算獲得路面使用性能指數(shù)(PQI)，通過定期和不定期的路面狀況檢測數(shù)據(jù)，對路面使用性能衰變預(yù)測模型進(jìn)行修正，使其預(yù)測結(jié)果更加符合路面實(shí)際狀況。

2 路面使用性能評價指標(biāo)權(quán)重的確定

各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值的選取直接影響到路面性能的綜合評價，權(quán)重值的大小表征了路面各性能指標(biāo)的重要性和路面的主要病害。而不同時間的瀝青路面的主要病害是動態(tài)變化的，本文基于2014年、2015年和2016年廣東省某高速公路檢測數(shù)據(jù)使用熵權(quán)法[7]計(jì)算各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，發(fā)現(xiàn)根據(jù)每年的檢測數(shù)據(jù)獲取的權(quán)重值各不相同，也就是說使用固定的一組權(quán)重值顯然不能準(zhǔn)確表征路面的主要病害，因此，文章基于多年的路面性能檢測數(shù)據(jù)利用熵權(quán)法確定各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，對各指標(biāo)的權(quán)重值取平均值作為該指標(biāo)的權(quán)重值，計(jì)算路面性能綜合評價指標(biāo)。

熵權(quán)法具體計(jì)算過程如下:

1）確定原始數(shù)據(jù)矩陣為:

其中yij為評價指標(biāo)值。

2）將該矩陣進(jìn)行歸一化處理，也就是以Y矩陣中列向量與列向量中所有元素之和的比值作為歸一化結(jié)果，按式（4）計(jì)算。

式中：zij：第i個評價單元第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值。

3）確定評價指標(biāo)的熵權(quán)值，按式（5）計(jì)算。

4）將評價指標(biāo)的熵值轉(zhuǎn)化為權(quán)重值:

最終確定權(quán)重系數(shù)向量:d=(d1,d2,…,dn)。

文章利用綜合評價指數(shù)（PQI）評價廣東省某高速公路路面狀況，利用熵權(quán)法確定廣東省某高速公路五種評價指標(biāo)的權(quán)重。

將具體數(shù)據(jù)代入上述計(jì)算過程，結(jié)果如下:

①確定路面使用性能指數(shù)（PQI）原始數(shù)據(jù)矩陣。

②矩陣歸一處理。

總之，以頤和園和凡爾賽宮為例，中西方皇家園林在軸線的造園手法上確實(shí)存在著很大的差異性，不管是在宮廷區(qū)還是在園林區(qū)。從政治美學(xué)的視角看，這與二者不同背景下的政治文化意蘊(yùn)有關(guān)，中國的皇家園林要立足于儒家的禮制文化，兼之統(tǒng)治者對江南園林的喜愛，在宮廷區(qū)要符合禮制的要求，在園林區(qū)則是要滿足統(tǒng)治者對自然山水的追求。西方的皇家園林則是與唯理主義的意識形態(tài)有關(guān)，并且要滿足統(tǒng)治者集權(quán)的要求，不論是在宮廷區(qū)還是在園林區(qū)都要用軸線布局來強(qiáng)調(diào)理性，以及統(tǒng)治者統(tǒng)攝一切的權(quán)威。

③確定評價指標(biāo)的熵權(quán)值。

式中:k:調(diào)節(jié)系數(shù)，k=1/(lnm)，m=100；pqiij:第i個評價單元第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值。

表2 各分項(xiàng)評價指標(biāo)熵權(quán)值

④將評價指標(biāo)的熵值轉(zhuǎn)化為權(quán)重值。

從表3可以看出，文章使用熵權(quán)法得到的各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值中抗滑指標(biāo)的權(quán)重值最大，其次是路面行駛質(zhì)量指數(shù)的權(quán)重，這兩個指標(biāo)的權(quán)重值占總權(quán)重的80%左右，和規(guī)范中權(quán)重值差別較大。附表1的檢測數(shù)據(jù)表明，廣東省該路段高速公路的抗滑指標(biāo)幾乎都處于良，少量路段處于中；所有路段的路面破損和強(qiáng)度指標(biāo)幾乎都處于優(yōu)；大部分路段的平整度和車轍指標(biāo)處于優(yōu)，少部分路段處于良；抗滑性能不足是主要的路面病害，在進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)時應(yīng)重點(diǎn)考慮抗滑指標(biāo)。文章使用熵權(quán)法獲的各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重是符合實(shí)際路面情況的，能反映出路面主要病害，這也證明文章使用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重的合理性。

表3 熵權(quán)法各分項(xiàng)評價指標(biāo)權(quán)重(2014年)

同理，利用上述熵權(quán)法基于廣東省2015年和2016年某高速公路的路面性能檢測數(shù)據(jù)計(jì)算各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果見表4和表5。

表4 熵權(quán)法各分項(xiàng)評價指標(biāo)權(quán)重(2015年)

表5 熵權(quán)法各分項(xiàng)評價指標(biāo)權(quán)重(2016年)

不同年份的各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值變化情況如圖1所示。

圖1 不同年份的五個分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值變化情況

圖1表明，抗滑性能指數(shù)的權(quán)重值一直是最大的，說明抗滑性能不足是該高速公路的主要病害。隨著時間的增長，路面車轍指數(shù)的權(quán)重值不斷增大，說明2014年到2016年這三年中該路段車轍深度發(fā)展較快。這兩個指標(biāo)的權(quán)重占總權(quán)重的70%以上，說明抗滑性能不足和路面車轍是該高速公路的主要病害，這兩個指標(biāo)是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)應(yīng)重點(diǎn)考慮的指標(biāo)。

不同年份各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值是不斷變化的，原因是路面病害發(fā)展的速度各不相同，且病害程度各不相同，使用某一年的檢測數(shù)據(jù)獲得各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重來計(jì)算路面使用性能指數(shù)顯然是不合理的。通過分析發(fā)現(xiàn)，不同指標(biāo)的權(quán)重值是在某一值附近波動，文章對多年檢測數(shù)據(jù)獲得的權(quán)重值取平均值來計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值。文章基于2014年、2015年、2016年三年的檢測數(shù)據(jù)獲得各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重值，并取平均值作為各指標(biāo)的權(quán)重值，加權(quán)計(jì)算路面使用性能指數(shù)對路面性能進(jìn)行預(yù)測。

表6 各分項(xiàng)評價指標(biāo)權(quán)重值

3 結(jié)語

分析了國內(nèi)現(xiàn)有瀝青路面使用性能評價體系，針對規(guī)范中規(guī)定的各分項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重不能真實(shí)反映實(shí)際路面狀況的問題，本章基于多年的路面性能檢測數(shù)據(jù)利用熵權(quán)法確定各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，對各指標(biāo)的權(quán)重值取平均值作為該指標(biāo)的權(quán)重值，文章獲取的權(quán)重值能較真實(shí)的反映路面的實(shí)際破損狀況。