王志超

(遼陽市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法隊(duì)，遼寧 遼陽 111200)

0 引 言

公路養(yǎng)護(hù)部門選擇養(yǎng)護(hù)決策措施一般是根據(jù)過去的工程經(jīng)驗(yàn)，這種方法并沒有考慮到路面產(chǎn)生了病害類型以及病害的惡化程度。為此，本文提出了適合于對道路實(shí)施多次養(yǎng)護(hù)、節(jié)約成本、延長道路使用壽命的長期規(guī)劃決策法，結(jié)合實(shí)體工程數(shù)據(jù)利用此方法可以確定每次養(yǎng)護(hù)的最佳措施和最佳時(shí)機(jī)，進(jìn)而得到最佳方案。

1 長期規(guī)劃決策法方案體系的建立

1.1 基本原理

長期規(guī)劃決策法是通過計(jì)算不同方案的效益與相應(yīng)費(fèi)用，在道路生命周期內(nèi)實(shí)施多次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，并以效益費(fèi)用比最大化作為準(zhǔn)則來確定每次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的最佳措施和實(shí)施的最佳時(shí)間，此方法既提高了道路的使用價(jià)值又節(jié)約了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

1.2 不同方案的波動模式

在整個(gè)道路生命周期內(nèi)實(shí)施不同次數(shù)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，每次實(shí)施時(shí)都可以選擇不同的技術(shù)，實(shí)施任何一次養(yǎng)護(hù)后，相應(yīng)的指標(biāo)性能曲線產(chǎn)生波動，零養(yǎng)護(hù)和三種不同方案性能曲線的波動模式如圖1所示。未實(shí)施、實(shí)施一次、實(shí)施兩次、實(shí)施三次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的指標(biāo)衰變曲線變化模式分別如曲線1～曲線4所示。

圖1 不同方案性能曲線的波動模式

1.3 方案效益的確定

如果選擇遞減型指標(biāo)，以PCI為例，其效益面積示意圖如圖2所示。其計(jì)算公式如下

EPCI=A+AT

(1)

BPCI=A/AT×100%

(2)

式中：n為分析年份；AADT為年平均日交通量；L為路段的長度；A、AT、EPCI、BPCI、PCIN、PCIR、PCImin的含義如圖2所示。

圖2 PCI的效益面積示意圖

如果是遞增型指標(biāo)，以IRI為例，其效益面積示意圖如圖3所示，計(jì)算公式如下

(3)

BIRI=A/AT×100%

(4)

式中:A、AT、EIRI、BIRI、IRIN、IRIR、IRImax的含義如圖3所示。

圖3 IRI的效益面積示意圖

當(dāng)一些路面產(chǎn)生的病害相對復(fù)雜需要利用多個(gè)指標(biāo)時(shí)，此時(shí)需要賦予不同指標(biāo)各自的權(quán)重。根據(jù)工程實(shí)際以及不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)自身的特點(diǎn)，某種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)其對車轍的效益是20%，而對裂縫的效益就不一定是20%了，公路養(yǎng)護(hù)部門根據(jù)路面病害特點(diǎn)以及性能衰減程度來選取指標(biāo)權(quán)重。

總效益計(jì)算公式為

B總=BPCI×QPCI+BIRI×QIRI

(5)

式中：QPCI為PCI指標(biāo)的權(quán)重；QIRI為IRI指標(biāo)的權(quán)重；B總為總效益。

例如，一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施對車轍、裂縫、摩擦的效益分別為31%、18%、52%，權(quán)重定為55%、25%、20%，則總的效益計(jì)算如表1所示。

1.4 費(fèi)用計(jì)算及最佳方案的選擇

本研究采用的日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的模型[1]為：

MCn=x+y·(100-PCIn)AADTn

(6)

式中：MCn為第n年日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，元/m2/年；x，y為參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況標(biāo)定；PCIn為第n年路面損

表1 總效益計(jì)算結(jié)果

壞狀況指數(shù)；AADTn為第n年平均日交通量；n為年份。

總費(fèi)用現(xiàn)值的計(jì)算公式為

(7)

式中：FC(n)為實(shí)施后第n年預(yù)防性養(yǎng)護(hù)費(fèi)用；i為貼現(xiàn)率；PWC為總費(fèi)用現(xiàn)值。

在計(jì)算出每種方案的費(fèi)用后，折算成現(xiàn)值，把方案的效益與對應(yīng)的總費(fèi)用現(xiàn)值進(jìn)行比較得出方案的CE值，選擇最優(yōu)方案，CE的計(jì)算公式如下：

CE=B總/PWC

(8)

式中：B總為總效益；CE為效益費(fèi)用比。

2 長期規(guī)劃決策法的應(yīng)用

2.1 指標(biāo)性能衰變曲線

本研究計(jì)算最佳方案選擇路面狀況指數(shù)(PCI)以及國際平整度(IRI)這兩個(gè)評價(jià)指標(biāo)。由于PCI是反映路面破損程度的綜合指標(biāo)，也是公路養(yǎng)護(hù)部門更注重的指標(biāo)，因此把PCI的權(quán)重定的，相對要高為0.85，則IRI的對應(yīng)權(quán)重為0.15，PCI、IRI的數(shù)值最低標(biāo)準(zhǔn)為80[2]。綜合大量國內(nèi)實(shí)體工程中道路的使用性能衰變規(guī)律，得到兩項(xiàng)指標(biāo)的曲線方程如圖4和圖5所示。

圖4 零養(yǎng)護(hù)下的PCI衰變曲線

圖5 零養(yǎng)護(hù)下的IRI衰變曲線

根據(jù)圖4中的曲線方程得到新建公路運(yùn)營對應(yīng)PCI值，如表2所示。

表2 新建公路的PCI值

根據(jù)圖4和圖5中的曲線方程以及指標(biāo)的最低水平80[2]，可以得出PCI和IRI達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的路齡分別為4.5和10.6年，本文選擇實(shí)施三種不同的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施分別在道路運(yùn)營2、3、4年時(shí)(表2)。根據(jù)大量國內(nèi)工程數(shù)據(jù)以及不同預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)自身的特點(diǎn)，在不同時(shí)間實(shí)施時(shí)超薄磨耗層、碎石封層[3]、微表處[4]的壽命如表3所示。由于IRI權(quán)重較小是相對次要的指標(biāo)，為了簡化計(jì)算，對其采用相同的曲線方程，得出三種措施的IRI指標(biāo)壽命如表3所示，且分別在公路運(yùn)營2、3、4年時(shí)實(shí)施超薄磨耗層、碎石封層、微表處后的IRI值均為1.68、1.69、1.72 m/km。

表3 不同措施的壽命及費(fèi)用

在實(shí)施第一次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)之后，仍然選定在公路運(yùn)營2、3、4年時(shí)實(shí)施第二次、第三次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，且為了簡化問題，實(shí)施養(yǎng)護(hù)后各指標(biāo)采用與第一次相同的衰變曲線，可以得到不同措施各指標(biāo)在公路運(yùn)營2、3、4年時(shí)實(shí)施的衰變曲線方程如表4所示。

表4 實(shí)施不同措施的性能曲線方程

2.2 最佳方案的分析

分析結(jié)果表明，整個(gè)道路生命周期內(nèi)實(shí)施一次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的情況下在新建公路運(yùn)營3年時(shí)實(shí)施微表處是最有效的方案，其CE值為0.019，此方案使道路的生命周期維持了6年。整個(gè)道路生命周期內(nèi)實(shí)施兩次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)最有效的方案是新建公路運(yùn)營第4年實(shí)施碎石封層，實(shí)施第一次養(yǎng)護(hù)后道路PCI變?yōu)?00，之后運(yùn)營2年實(shí)施實(shí)施微表處，其CE值為0.024，此方案使道路的生命周期維持了10.4年。同樣，在整個(gè)道路生命周期內(nèi)實(shí)施三次養(yǎng)護(hù)最有效的方案是實(shí)施三次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)分別在新建公路運(yùn)營4年、第一次養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營3年、第二次養(yǎng)護(hù)后運(yùn)營3年都實(shí)施微表處技術(shù)，其CE值為0.026，此方案使道路的生命周期維持了13.3年。

本研究進(jìn)行的實(shí)體工程計(jì)算分別是在整個(gè)道路生命周期內(nèi)分別實(shí)施一次、兩次、三次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，實(shí)施的次數(shù)越多相應(yīng)的CE值越大。根據(jù)實(shí)施不同次數(shù)養(yǎng)護(hù)下的最優(yōu)方案測CE值可以得到最佳方案CE隨著養(yǎng)護(hù)次數(shù)增加的變化趨勢如圖6所示。

圖6 不同方案水平下的最佳方案效益費(fèi)用比CE變化趨勢

3 結(jié) 論

鑒于在合適的時(shí)間實(shí)施合適的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)可以有效的增加道路的生命周期、減少道路的維護(hù)成本、增加道路的使用價(jià)值，在考慮多個(gè)性能指標(biāo)、交通量、不同措施的效益及費(fèi)用的基礎(chǔ)上，提出了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的長期規(guī)劃決策法，運(yùn)用此方法可以同時(shí)確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)各階段的最佳措施以及措施實(shí)施的最佳時(shí)機(jī)。借鑒國內(nèi)大量的實(shí)體工程，對長期規(guī)劃決策法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明在道路生命周期內(nèi)實(shí)施不同次數(shù)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)會得到不同的最佳方案，最佳方案的效益費(fèi)用比會隨著養(yǎng)護(hù)次數(shù)的增加而增大，體現(xiàn)出了長期規(guī)劃決策法的優(yōu)點(diǎn)。