蔣睿寧 文帥群

1.寧夏公路管理中心銀川分中心 寧夏 銀川 750000

2.武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院 湖北 武漢 430070

養(yǎng)護(hù)決策在公路日常養(yǎng)護(hù)管理當(dāng)中占有重要的比重，是道路養(yǎng)護(hù)和管理最主要的內(nèi)容。養(yǎng)護(hù)決策中選擇的維修方案是否合理，會(huì)直接影響到路面的使用性能和通行服務(wù)水平。城市道路由于其復(fù)雜的特殊性，在完成建設(shè)并投入使用后，需要進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)管理[1]，確保道路能達(dá)到并保持設(shè)計(jì)的使用壽命、強(qiáng)度和平整度，從而保障道路能正常使用和通行。本文以寧夏地區(qū)干線公路的路面養(yǎng)護(hù)管理為研究對(duì)象，建立基于GM模型的路面性能預(yù)測(cè)模型，利用模型預(yù)測(cè)公路的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制定養(yǎng)護(hù)決策。

1 路面養(yǎng)護(hù)決策流程分析

路面養(yǎng)護(hù)分析的主要目的是依據(jù)各項(xiàng)路況指標(biāo)的評(píng)定結(jié)果[2]，并適當(dāng)參考公路技術(shù)等級(jí)和交通量等因素，分析在設(shè)定的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下，路面當(dāng)前的養(yǎng)護(hù)需求及費(fèi)用。養(yǎng)護(hù)分析思路還應(yīng)充分考慮寧夏普通干線整體路況水平與特點(diǎn)[3]，對(duì)有養(yǎng)護(hù)需求的路段按照不同重要程度進(jìn)行合理分級(jí)，劃定優(yōu)先順序，匹配養(yǎng)護(hù)方案。路面養(yǎng)護(hù)決策的基本流程如下：

1）建立路面性能預(yù)測(cè)模型；

2）確定各項(xiàng)路面使用性能指標(biāo)（PCI與RQI）的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；

3）將低于養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的路段，列入需要進(jìn)一步分析的大中修及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)候選路段；

4）根據(jù)具體路況水平與特點(diǎn)確定不同路段重要程度與優(yōu)先次序，并綜合考慮各項(xiàng)路況指標(biāo)的實(shí)際水平與衰減程度，確定是否需要實(shí)施大中修及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；

5）根據(jù)典型措施的養(yǎng)護(hù)單價(jià)估算各種大中修及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的費(fèi)用，并統(tǒng)計(jì)匯總。

2 GM路面性能預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建

利用歷史數(shù)據(jù)通過(guò)回歸方法建立性能預(yù)測(cè)模型是最為常用的一種預(yù)測(cè)模型建立方法，但這種方法使用的前提是存在大量的歷史數(shù)據(jù)。在缺乏歷史數(shù)據(jù)的情況下，專家經(jīng)驗(yàn)法也是建立性能預(yù)測(cè)模型的一種可行方法。其中灰色預(yù)測(cè)模型計(jì)算簡(jiǎn)單方便，可以在較少的路面數(shù)據(jù)情況下得到較好的預(yù)測(cè)結(jié)果[4]，因此本文中采用GM (1，1)模型對(duì)PCI指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 理論預(yù)測(cè)模型分析

GM (1，1)模型是一階微分方程，只含一個(gè)變量且只需要四個(gè)數(shù)據(jù)，首先構(gòu)建模型的原始序列，其計(jì)算公式如式1所示，假設(shè)為X（0）；

在上式的基礎(chǔ)上進(jìn)行一次數(shù)據(jù)累加得到X（1），得到新的數(shù)列，其計(jì)算公式如式2所示；

為了增加平穩(wěn)性，新的數(shù)列的隨機(jī)性比初始序列的隨機(jī)性要小得多。新數(shù)列的變化表示公式如式3所示:

式中:a—發(fā)展灰數(shù);

b—內(nèi)生控制灰數(shù)。

GM (1，1)模型得表示公式如式4所示:

最終求出GM(1，1)的模型計(jì)算公式如式6所示。

本文采用后驗(yàn)差檢驗(yàn)，將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，直接判斷數(shù)據(jù)擬合的優(yōu)劣，不用和其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，檢驗(yàn)更為簡(jiǎn)單直接。

表1 預(yù)測(cè)精度等級(jí)劃分表

2.2 基于GM(1，1)模型的路面養(yǎng)護(hù)預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)上文的理論公式分析，然后依據(jù)寧夏普通干線2016-2019年的路面技術(shù)狀況(PCI)的原始數(shù)據(jù)如表2所示就可以預(yù)測(cè)2020年路面損壞情況。

表2 2016-2019年路面技術(shù)狀況數(shù)據(jù)表

求出GM（1，1）的模型如下：

進(jìn)行后驗(yàn)差檢驗(yàn)：

由表2數(shù)據(jù)，可求得殘差值，如表3所示。

表3 后驗(yàn)差檢驗(yàn)有關(guān)參數(shù)結(jié)果值

進(jìn)而計(jì)算殘差序列的標(biāo)準(zhǔn)差

結(jié)果驗(yàn)證模型精度高，預(yù)測(cè)效果好，預(yù)測(cè)計(jì)算得到2020年路面技術(shù)狀況PCI為75.8，路面使用狀況為良，已經(jīng)進(jìn)入了需要進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)的階段，如果在這時(shí)不進(jìn)行人為干預(yù)任其發(fā)展，將導(dǎo)致路面狀況進(jìn)一步變差，從而縮短路面的使用壽命。

3 制定養(yǎng)護(hù)決策研究

3.1 養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)分析

養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)路面技術(shù)狀況做出的一種技術(shù)限定。當(dāng)路況實(shí)測(cè)值或預(yù)測(cè)值超出限值時(shí)，就產(chǎn)生了養(yǎng)護(hù)需求，即當(dāng)路面使用性能衰變到一定程度或低于養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)[5]，就要考慮對(duì)其進(jìn)行某種方式的養(yǎng)護(hù)，以保全或恢復(fù)路面的使用性能。設(shè)置養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可以給當(dāng)前和未來(lái)的養(yǎng)護(hù)需求提供一個(gè)客觀依據(jù)，以及在時(shí)間和空間上保證了養(yǎng)護(hù)決策的一致性[6]。

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，本次寧夏普通干線的實(shí)際路況水平為路面損壞PCI平均值為84.34（良等），平整度RQI平均值為90.51（優(yōu)等）。路面平整度相對(duì)較好，路面損壞相對(duì)較差，以路面損壞PCI指標(biāo)為主導(dǎo)，同時(shí)參考平整度RQI指標(biāo)[7]，擬定普通干線的大中修養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 寧夏普通干線大中修養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對(duì)路面技術(shù)狀況的基本定性要求是：路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度充分，路面損壞相對(duì)較少，路面較平整，如表5所示。瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是主要通過(guò)封閉路表水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，恢復(fù)路面宏觀構(gòu)造深度和抗滑系數(shù)[8]，恢復(fù)或延緩路面瀝青老化，改善路面平整度，防止路面病害的發(fā)生或者輕微病害的進(jìn)一步擴(kuò)展。通過(guò)早期維修費(fèi)用較低的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)原有路面的使用壽命來(lái)推遲昂貴的大修和重建活動(dòng)，從而節(jié)約道路生命周期內(nèi)的養(yǎng)護(hù)成本[9]。再進(jìn)一步結(jié)合路齡和交通量等相關(guān)因素對(duì)備選范圍路段進(jìn)一步篩選，對(duì)相鄰路段進(jìn)行合并優(yōu)化。

表5 適宜預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的路況條件

可以視路面養(yǎng)護(hù)工作的實(shí)際情況，挑選一定長(zhǎng)度的路況相對(duì)較差的規(guī)模路段開(kāi)展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程。

3.2 養(yǎng)護(hù)費(fèi)用分析

路面養(yǎng)護(hù)需求分析過(guò)程中的大中修及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)費(fèi)用估算的依據(jù)是常規(guī)養(yǎng)護(hù)方案的單價(jià)，養(yǎng)護(hù)方案單價(jià)基于寧夏實(shí)際調(diào)查情況，并參考了一些公路養(yǎng)護(hù)工程預(yù)算定額而確定，如表6所示。

表6 路面典型大中修及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)單價(jià)

3.3 干線公路養(yǎng)護(hù)策略的制定

依據(jù)寧夏普通干線路況特點(diǎn)與已有的養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，并參考2019年全區(qū)普通干線檢測(cè)情況，對(duì)于養(yǎng)護(hù)候選路段尤其是重點(diǎn)路段進(jìn)行排序，確定各種類型路段的優(yōu)先級(jí)別，有針對(duì)性的開(kāi)展養(yǎng)護(hù)工作，最大限度的發(fā)揮有限的養(yǎng)護(hù)資金的使用效率，切實(shí)有效的提高路況水平[10]。寧夏普通干線檢評(píng)總長(zhǎng)度合計(jì)3095.92km，路面損壞PCI平均值為84.34，評(píng)定為良，其優(yōu)良路率為75.37%；路面損壞PCI次等路占5%，差等路占8%。其中在寧夏各養(yǎng)管單位中銀川地區(qū)路面破損狀況較好，優(yōu)良路率所占最高，為86.97%，次差路率所占最低，為5.24%；而在中衛(wèi)地區(qū)路況較差，優(yōu)良路率僅為63.70%，而次差路率占到了22.79%。

在公路養(yǎng)護(hù)管理中，決策者需要了解下一年度的路面養(yǎng)護(hù)需求情況以及養(yǎng)護(hù)資金的投入方式。本文根據(jù)2019年度路面技術(shù)狀況檢測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)定結(jié)果及前述建議的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、大中修養(yǎng)護(hù)路段優(yōu)先次序和養(yǎng)護(hù)決策模型，實(shí)施了2020年的路面養(yǎng)護(hù)需求分析，包括年度需要實(shí)施養(yǎng)護(hù)的長(zhǎng)度和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，如表7所示。

表7 寧夏普通干線養(yǎng)護(hù)需求匯總統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)以上高中低三種的標(biāo)準(zhǔn)方案進(jìn)行了詳細(xì)的養(yǎng)護(hù)分析，得到2020年寧夏普通干線養(yǎng)護(hù)需求分析結(jié)果。經(jīng)綜合考慮，建議采用中標(biāo)準(zhǔn)方案下的養(yǎng)護(hù)需求分析結(jié)果作為全線養(yǎng)護(hù)方案。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建立了GM預(yù)測(cè)模型并證實(shí)模型的預(yù)測(cè)精度高，利用此模型預(yù)測(cè)未來(lái)的路面破損指標(biāo)，并依據(jù)寧夏普通干線的道路狀況與研究數(shù)據(jù)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌凑震B(yǎng)護(hù)分析流程，制定了合理的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，最終依據(jù)實(shí)際情況選擇合理且經(jīng)費(fèi)相對(duì)較少的養(yǎng)護(hù)策略方案。