盧輝庭，蔣龍松，張洪波，周 勇

(蘇交科集團股份有限公司 南京市 211112)

隨著路面通車時間的延長，路面各項使用性能會出現(xiàn)衰減，根據高速公路交通量數(shù)據以及近幾年路況檢測數(shù)據，對路面使用性能進行預測分析，結合發(fā)展趨勢預測模型和交通量增長趨勢，采用壽命周期養(yǎng)護環(huán)境影響及費用測算方法，計算不同養(yǎng)護閾值條件下壽命周期內綜合效益值，為實現(xiàn)壽命周期內最優(yōu)養(yǎng)護時機提供數(shù)據支撐。

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淮連段作為項目路段開展養(yǎng)護指標閾值的優(yōu)化分析[1]，以確定壽命周期最佳養(yǎng)護時機。根據高速公路交通量統(tǒng)計，項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 項目路段交通量分析

1.2 路面性能預測

根據項目路段典型結構的車轍深度指數(shù)RDI檢測數(shù)據及發(fā)展趨勢[2]，進行冪函數(shù)模型回歸，得到車轍深度RDI發(fā)展趨勢預測模型。

通車以來各年檢測數(shù)據及發(fā)展趨勢見圖1所示。RDI發(fā)展趨勢預測模型見式(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為通車時間，年。

圖1 車轍深度指數(shù)RDI發(fā)展趨勢圖

2 決策指標測算分析

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

2.1 車轍深度指數(shù)預測

采用車轍深度指數(shù)RDI為路面養(yǎng)護決策指標，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包括管理者以及用戶部分的環(huán)境影響和費用。為便于分析比較，選取單車道公里路段為分析單元[4]。

當采用不同車轍深度指數(shù)閾值時，在壽命周期內的路面車轍深度指數(shù)發(fā)展趨勢以及養(yǎng)護時間安排如圖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)護計劃

為了便于分析，中修養(yǎng)護以恢復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，由于測算路面壽命周期養(yǎng)護的環(huán)境效益及費用用于確定不同養(yǎng)護閾值下的養(yǎng)護時機，不考慮日常養(yǎng)護費用。

2.2 壽命周期費用測算

壽命周期費用測算過程考慮用戶費用，用戶費用主要由車輛油耗、車輛輪耗以及維修養(yǎng)護費用組成。根據測算結果，得到不同養(yǎng)護標準下各年用戶費用情況[6]，如圖3所示。

由于用戶費用與路面平整度關系較大，因此不同的養(yǎng)護標準情況下，路面平整度不同導致用戶費用存在差異。

圖3 不同養(yǎng)護閾值標準下用戶費用

由于資金的時間價值關系，不同時間點的資金價值是不同的，因此，為了進行統(tǒng)一的分析比較，采用折現(xiàn)率i=8%將各年的費用折算為現(xiàn)值[7]，不同養(yǎng)護標準下的壽命周期費用(養(yǎng)護費用及用戶費用)現(xiàn)值如圖4所示。

圖4 不同養(yǎng)護標準下的壽命周期費用現(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，重點對分析期內的能耗及排放進行測算，本次測算包括用戶部分環(huán)境影響條件下，各養(yǎng)護標準的壽命周期能耗及排放，如圖5所示。

圖5 不同養(yǎng)護標準下環(huán)境影響分析

2.4 壽命周期效益測算

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

圖6 單指標效益計算示意圖

(2)

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

對于同一項工程，計算效益所包含的性能指標應統(tǒng)一[9]。效益-環(huán)境指標、效益-費用指標測算如下式：

(3)

式中，BER為效益-能耗指標,S為根據路面性能曲線計算的效益。

(4)

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

根據路面車轍性能預測模型測算得到不同養(yǎng)護閾值條件下的效益，結果如表3和圖7所示。

表3 不同養(yǎng)護閾值條件下壽命周期效益

圖7 不同養(yǎng)護標準下效益分析

3 最佳養(yǎng)護時機確定

考慮用戶費用及環(huán)境影響后，不同養(yǎng)護閾值條件下的效益-費用、效益-環(huán)境指標值如表4所示。

表4 不同閾值條件下效益值

采用多指標綜合決策方法[10]，考察不同方案與最優(yōu)方案指標的差距，并結合不同指標的權重系數(shù)，得到綜合評價值，結果如表5和圖8所示。

表5 不同閾值條件下綜合評價結果

圖8 不同養(yǎng)護標準下綜合評價值分析

從表5可以看出，考慮用戶部分的費用及環(huán)境影響后，當RDI=83時具有最高的綜合評價值。并將此時最佳效益-費用/環(huán)境影響值與其他養(yǎng)護閾值相比，可以看出在最佳養(yǎng)護閾值條件下，效益-費用值高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)護閾值標準條件下，效益可提高15%和18%。

因此，考慮用戶部分費用及環(huán)境影響后，項目路段以車轍深度指數(shù)RDI=83作為養(yǎng)護標準具有最高的社會和經濟效益。

同時，從測算結果也可以發(fā)現(xiàn)，在交通量等級越高的道路上，應提高道路養(yǎng)護標準，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的管理者和用戶的費用及能耗具有重要的作用。

4 結論

(1)考慮用戶部分費用及環(huán)境影響后，項目路段以車轍深度指數(shù)RDI=83作為養(yǎng)護標準具有最高的社會和經濟效益。在同樣的資金投入以及能源消耗情況下，在最佳養(yǎng)護閾值標準條件下，效益可提高15%和18%。

(2)在交通量等級越高的道路上，應提高道路養(yǎng)護標準，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的管理者和用戶的費用和能耗具有重要的作用。