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        基于性能預(yù)測的瀝青路面壽命周期養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)分析

        2021-12-24 06:12:52盧輝庭蔣龍松張洪波
        北方交通 2021年12期
        關(guān)鍵詞:交通量車轍測算

        盧輝庭,蔣龍松,張洪波,周 勇

        (蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 211112)

        隨著路面通車時(shí)間的延長,路面各項(xiàng)使用性能會出現(xiàn)衰減,根據(jù)高速公路交通量數(shù)據(jù)以及近幾年路況檢測數(shù)據(jù),對路面使用性能進(jìn)行預(yù)測分析,結(jié)合發(fā)展趨勢預(yù)測模型和交通量增長趨勢,采用壽命周期養(yǎng)護(hù)環(huán)境影響及費(fèi)用測算方法,計(jì)算不同養(yǎng)護(hù)閾值條件下壽命周期內(nèi)綜合效益值,為實(shí)現(xiàn)壽命周期內(nèi)最優(yōu)養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)提供數(shù)據(jù)支撐。

        1 路面性能分析

        1.1 交通量分析

        選取了具有代表性交通量的G25淮連段作為項(xiàng)目路段開展養(yǎng)護(hù)指標(biāo)閾值的優(yōu)化分析[1],以確定壽命周期最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)。根據(jù)高速公路交通量統(tǒng)計(jì),項(xiàng)目路段的年平均日交通量分布在23500~30200veh/d之間。選取路段如表1所示。

        表1 項(xiàng)目路段交通量分析

        1.2 路面性能預(yù)測

        根據(jù)項(xiàng)目路段典型結(jié)構(gòu)的車轍深度指數(shù)RDI檢測數(shù)據(jù)及發(fā)展趨勢[2],進(jìn)行冪函數(shù)模型回歸,得到車轍深度RDI發(fā)展趨勢預(yù)測模型。

        通車以來各年檢測數(shù)據(jù)及發(fā)展趨勢見圖1所示。RDI發(fā)展趨勢預(yù)測模型見式(1)所示。

        RDIt=96.48t-0.068

        (1)

        式中,RDIt為第t年路面車轍深度指數(shù);t為通車時(shí)間,年。

        圖1 車轍深度指數(shù)RDI發(fā)展趨勢圖

        2 決策指標(biāo)測算分析

        采用壽命周期養(yǎng)護(hù)環(huán)境影響及費(fèi)用測算方法[3],以項(xiàng)目路段為具體算例,其交通量復(fù)合增長率為5.0%,分析期為15年。

        2.1 車轍深度指數(shù)預(yù)測

        采用車轍深度指數(shù)RDI為路面養(yǎng)護(hù)決策指標(biāo),分別測算在車轍深度指數(shù)為90、85、80、75等閾值條件下路面壽命周期內(nèi)包括管理者以及用戶部分的環(huán)境影響和費(fèi)用。為便于分析比較,選取單車道公里路段為分析單元[4]。

        當(dāng)采用不同車轍深度指數(shù)閾值時(shí),在壽命周期內(nèi)的路面車轍深度指數(shù)發(fā)展趨勢以及養(yǎng)護(hù)時(shí)間安排如圖2和表2所示。

        圖2 不同RDI閾值條件下車轍深度指數(shù)

        表2 不同RDI閾值條件下養(yǎng)護(hù)計(jì)劃

        為了便于分析,中修養(yǎng)護(hù)以恢復(fù)路面車轍性能均采用銑刨4cm表面層并重鋪4cm SMA-13的方案[5]。同時(shí),由于測算路面壽命周期養(yǎng)護(hù)的環(huán)境效益及費(fèi)用用于確定不同養(yǎng)護(hù)閾值下的養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī),不考慮日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

        2.2 壽命周期費(fèi)用測算

        壽命周期費(fèi)用測算過程考慮用戶費(fèi)用,用戶費(fèi)用主要由車輛油耗、車輛輪耗以及維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用組成。根據(jù)測算結(jié)果,得到不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下各年用戶費(fèi)用情況[6],如圖3所示。

        由于用戶費(fèi)用與路面平整度關(guān)系較大,因此不同的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)情況下,路面平整度不同導(dǎo)致用戶費(fèi)用存在差異。

        圖3 不同養(yǎng)護(hù)閾值標(biāo)準(zhǔn)下用戶費(fèi)用

        由于資金的時(shí)間價(jià)值關(guān)系,不同時(shí)間點(diǎn)的資金價(jià)值是不同的,因此,為了進(jìn)行統(tǒng)一的分析比較,采用折現(xiàn)率i=8%將各年的費(fèi)用折算為現(xiàn)值[7],不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下的壽命周期費(fèi)用(養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及用戶費(fèi)用)現(xiàn)值如圖4所示。

        圖4 不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下的壽命周期費(fèi)用現(xiàn)值

        2.3 壽命周期環(huán)境影響

        采用壽命周期環(huán)境影響測算方法,重點(diǎn)對分析期內(nèi)的能耗及排放進(jìn)行測算,本次測算包括用戶部分環(huán)境影響條件下,各養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的壽命周期能耗及排放,如圖5所示。

        圖5 不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下環(huán)境影響分析

        2.4 壽命周期效益測算

        采用車轍作為養(yǎng)護(hù)指標(biāo),測算壽命周期效益時(shí)也以車轍深度指數(shù)RDI發(fā)展趨勢效益面積作為不同養(yǎng)護(hù)閾值條件下的效益[8]。其中效益面積計(jì)算公式如式(2),單指標(biāo)效益計(jì)算示意圖見圖6。

        圖6 單指標(biāo)效益計(jì)算示意圖

        (2)

        式中,s為養(yǎng)護(hù)的效益;y1(t)為原路面性能衰減曲線;y2(t)為開展養(yǎng)護(hù)活動后路面使用性能衰減曲線;y0為路面性能指標(biāo)最低可接受水平,一般取y0=60;t1為開展養(yǎng)護(hù)活動的時(shí)間;t2為原路面性能衰減至最低可接受水平的時(shí)間;t3為養(yǎng)護(hù)后路面性能再次衰減至最低可接受水平的時(shí)間。

        對于同一項(xiàng)工程,計(jì)算效益所包含的性能指標(biāo)應(yīng)統(tǒng)一[9]。效益-環(huán)境指標(biāo)、效益-費(fèi)用指標(biāo)測算如下式:

        (3)

        式中,BER為效益-能耗指標(biāo),S為根據(jù)路面性能曲線計(jì)算的效益。

        (4)

        式中,BCR為效益-費(fèi)用指標(biāo),C為壽命周期費(fèi)用,其組成根據(jù)分析的對象及目的確定,可包括管理者或用戶費(fèi)用部分。

        根據(jù)路面車轍性能預(yù)測模型測算得到不同養(yǎng)護(hù)閾值條件下的效益,結(jié)果如表3和圖7所示。

        表3 不同養(yǎng)護(hù)閾值條件下壽命周期效益

        圖7 不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下效益分析

        3 最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定

        考慮用戶費(fèi)用及環(huán)境影響后,不同養(yǎng)護(hù)閾值條件下的效益-費(fèi)用、效益-環(huán)境指標(biāo)值如表4所示。

        表4 不同閾值條件下效益值

        采用多指標(biāo)綜合決策方法[10],考察不同方案與最優(yōu)方案指標(biāo)的差距,并結(jié)合不同指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),得到綜合評價(jià)值,結(jié)果如表5和圖8所示。

        表5 不同閾值條件下綜合評價(jià)結(jié)果

        圖8 不同養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下綜合評價(jià)值分析

        從表5可以看出,考慮用戶部分的費(fèi)用及環(huán)境影響后,當(dāng)RDI=83時(shí)具有最高的綜合評價(jià)值。并將此時(shí)最佳效益-費(fèi)用/環(huán)境影響值與其他養(yǎng)護(hù)閾值相比,可以看出在最佳養(yǎng)護(hù)閾值條件下,效益-費(fèi)用值高15%,效益-環(huán)境值高18%,也就是說在同樣的資金投入以及能源消耗情況下,在最佳養(yǎng)護(hù)閾值標(biāo)準(zhǔn)條件下,效益可提高15%和18%。

        因此,考慮用戶部分費(fèi)用及環(huán)境影響后,項(xiàng)目路段以車轍深度指數(shù)RDI=83作為養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)具有最高的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

        同時(shí),從測算結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn),在交通量等級越高的道路上,應(yīng)提高道路養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn),保持路面良好的使用性能,尤其是路面平整度,對于降低壽命周期內(nèi)的管理者和用戶的費(fèi)用及能耗具有重要的作用。

        4 結(jié)論

        (1)考慮用戶部分費(fèi)用及環(huán)境影響后,項(xiàng)目路段以車轍深度指數(shù)RDI=83作為養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)具有最高的社會和經(jīng)濟(jì)效益。在同樣的資金投入以及能源消耗情況下,在最佳養(yǎng)護(hù)閾值標(biāo)準(zhǔn)條件下,效益可提高15%和18%。

        (2)在交通量等級越高的道路上,應(yīng)提高道路養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn),保持路面良好的使用性能,尤其是路面平整度,對于降低壽命周期內(nèi)的管理者和用戶的費(fèi)用和能耗具有重要的作用。

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