摘要 文章基于服役高速公路路面養(yǎng)護需求,以路面養(yǎng)護決策理論為基礎,結(jié)合路面性能組合簡化分級,提出了養(yǎng)護決策優(yōu)化建議。通過決策樹的建立,對相關指標及其權重進行分析,探究物元特征與指標內(nèi)在關聯(lián)性,利用路面性能-物元法構建了路面養(yǎng)護優(yōu)先級排序模型,并對目標養(yǎng)護路面的優(yōu)先級別加以排序,為養(yǎng)護策略優(yōu)化提供了參考和借鑒。
關鍵詞 服役高速公路;路面工程;養(yǎng)護優(yōu)先級;養(yǎng)護決策
中圖分類號 U418.6 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949(2023)13-0114-03
0 引言
日常養(yǎng)護維修是保持高速公路路面性能的關鍵措施,針對路況采取適當?shù)酿B(yǎng)護對策是提高路面質(zhì)量、改善服役水平的有效措施,科學的養(yǎng)護措施對延長道路使用壽命有積極作用。不同路面損害程度存在差異,養(yǎng)護方案有所不同,養(yǎng)護策略的使用條件和應用效果各有優(yōu)劣,因此如何根據(jù)路況信息科學合理地選擇道路養(yǎng)護方案,改善路面性能,直接決定了道路服役壽命與質(zhì)量??茖W的養(yǎng)護方案對節(jié)約維修資金、延長服役壽命、提高使用性能有積極作用。
1 高速公路路面養(yǎng)護決策理論
高速公路通車運行后,在長期交通荷載、溫度變化、降雨等多重因素影響下路面結(jié)構逐漸變化,路面性能有所改變,通行舒適性降低,行車安全性改變。為提升路面使用性能,改善道路通行效率,提升通行安全性,保障道路服務達到一定標準,需要對路面進行養(yǎng)護管理,通過最小的經(jīng)濟投入取得最大的養(yǎng)護效果。路面養(yǎng)護決策即在約束條件的限制下,通過經(jīng)濟成本最小化和路面壽命最大化目標的統(tǒng)籌,為路面性能改善提供科學養(yǎng)護指導,給出具體的實踐措施[1]。
2 路面養(yǎng)護策略的選擇與優(yōu)化
影響路面養(yǎng)護決策的因素眾多,不同因素之間相互作用且彼此影響,對養(yǎng)護決策選擇時需結(jié)合相關影響因素特征全面分析,充分了解路面性能和結(jié)構特征的條件下,科學選擇適宜的養(yǎng)護策略,制定準確的操作方案。為提高路面養(yǎng)護性能,全面反映路面使用狀況,現(xiàn)階段多選用路面結(jié)構強度指數(shù)(PSSI)、路面抗滑性能指數(shù)(SRI)、路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQL)、路面車轍深度指數(shù)(RDI)、路面損壞狀況指數(shù)(PCI)等指標科學組合,從而客觀、準確地反映路面性能[2]。
結(jié)合不同研究指標可從不同角度對路面使用性能分級,基于實踐可知不同指標與道路性能之間關系密切。隨著降雨增加,路段SRI水平明顯下降,不同項目檢測指標出現(xiàn)了明顯變化,兩者之間關系密切,為提高路面養(yǎng)護效果,需結(jié)合實際情況進行養(yǎng)護策略的優(yōu)化,指標等級劃分情況如表1所示。
通過對指標等級簡化重組,有效降低了路面養(yǎng)護的復雜性,為科學決策奠定了基礎,并為路面養(yǎng)護策略的效果改善創(chuàng)造了條件[3]。該文通過最直觀的決策樹法對不同路面狀態(tài)下的養(yǎng)護方案實施效果進行分析,結(jié)合路面狀態(tài)指出常見的養(yǎng)護方案包括大修重建、大修補強、中修罩面、預防性養(yǎng)護、日常維護與小修等。以路面性能指標為基礎進行養(yǎng)護方案優(yōu)化的決策樹如圖1所示。
3 高速公路路面養(yǎng)護優(yōu)先級排序與實例分析
3.1 影響路面養(yǎng)護優(yōu)先排序的因素
高速公路路路網(wǎng)養(yǎng)護多存在多條道路均需養(yǎng)護的現(xiàn)象,但由于資金、資源限制很難達到所有路面同步維修的目標,因此需要結(jié)合路面現(xiàn)狀量化考核路面養(yǎng)護迫切程度,通過對不同影響因素權重賦值,綜合評定路面性能指標,結(jié)合不同指標的權重值與道路性能相結(jié)合進行方案調(diào)整與優(yōu)化[4]。
3.2 基于路面性能數(shù)據(jù)挖掘——物元法的路面養(yǎng)護排序
該文基于實測路段路面性能衰變規(guī)律,在合理控制變量的基礎上選定了路面性能指標用以評估路面養(yǎng)護質(zhì)量,將相關因素定義為C1,C2…,Cm,并根據(jù)相關指標現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)賦予特征值,定義為C1,C2…,Ci,結(jié)合上述特征屬性的特征構建單列物元矩陣G,其屬性共m維[5]。對不同路段比較時,將矩陣合并為m×n的組合矩陣,詳見公式(1):
3.2.1 構建路面性能最佳物元
性能最佳指標即選擇能夠反映出路面性能的最優(yōu)指征,最佳指標在物元矩陣中表現(xiàn)為特征屬性最大,對不同路段的性能最佳指標進行選擇優(yōu)化確定最佳物元要素,并將其構成的矩陣稱為路面性能最佳物元G0,詳見公式(2):
3.2.2 構建關聯(lián)系數(shù)復合物元
以選取目標路面性能數(shù)據(jù)為基礎構建復合矩陣用來評估路面基本狀況,構建最佳路用性能相關的m維物元矩陣GR,詳見公式(3):
式中,Rab為第b個路段建立的性能最佳物元與b項特征屬性值之間的關聯(lián)系數(shù),其計算方法見公式(4):
式中,Δab——目標b路段的第a個特征屬性值與最佳路面物元之間的差值;Δmax——各路段特征屬性值與最佳物元之間的最大差值;Δmin——各路段特征屬性值與最佳物元之間的最小差值,ρ——分辨系數(shù)取值為0.5。
3.2.3 路面性能特征屬性權重系數(shù)
路面性能特征屬性權重系數(shù)反映了路面性能評價體系中各特征屬性的占比,表示該指標的重要程度,可依據(jù)主成分層次分析法構建路面性能評價權重系數(shù)表達式。詳情如公式(5)所示:
3.2.4 構建關聯(lián)度復合物元
該文研究的關聯(lián)系數(shù)表示目標路段物元與路面性能最佳物元之間的關聯(lián)度,而一般情況下一個路段的特征屬性數(shù)量和關聯(lián)系數(shù)的數(shù)量保持一致,而一個路段會有多個關聯(lián)系數(shù),因此需要對關聯(lián)系數(shù)進行調(diào)整后重組從而獲得關聯(lián)度復合物元GDL,詳見式(6):
式中,R0b——被評估路段最佳物元與路段特征屬性之間的關聯(lián)系數(shù),ωm——特征屬性的分項權重系數(shù),計算公式如式(7):
3.2.5 路面養(yǎng)護決策優(yōu)先級排序
結(jié)合目標路段特征屬性與最佳物元關聯(lián)系數(shù)構建關聯(lián)度復合物元矩陣GDL,性能最佳理想路段與目標路段相似度作為基本元素,對矩陣內(nèi)容分析可知,隨著R0b增加,目標路段的性能理想程度增加,其取值越小則表明該路段性能越差。在進行路面養(yǎng)護決策優(yōu)先順序排序時,應當以路面性能表現(xiàn)為基礎,對表現(xiàn)差的路面性能進行優(yōu)先修補,路面性能最佳的最后維修[6]。路面養(yǎng)護優(yōu)先等級應當與復合關系數(shù)之間存在負相關性,即關聯(lián)程度越高,優(yōu)先養(yǎng)護的等級越低,相似度越差,需要優(yōu)先養(yǎng)護的迫切程度越高[7]。
3.3 應用實例分析
以某高速公路瀝青路面養(yǎng)護為目標,分別選取2019年該路段PCI、RQI、RDI、SRI等檢測指標作為物元特征屬性對養(yǎng)護優(yōu)先順序加以分析,不同路段樁號與性能檢測指標數(shù)據(jù)如表2所示[8]。
表2 性能檢測數(shù)據(jù)
基于目標路段路面使用性能檢測,結(jié)合相關數(shù)據(jù)構建路面性能綜合評價體系,深入發(fā)掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵,并借助特征屬性對指標評價體系權重值進行分析,詳情如下ω=(0.253,0.265,0.286,0.196)。
(1)以上述表格內(nèi)容為基礎,構建目標路段復合物元評價矩陣G4×6:
(2)構建路面性能最佳—物元如下式:
(3)計算復合物元和性能最佳物元的差值如下式所示:
結(jié)合公式(4)可知,當Δmin=0.00 Δmax=39.42,ρ為0.5,結(jié)合公式對目路段關聯(lián)系數(shù)復合物元進行計算,詳情如下:
(4)以上述公式為基礎,構建目標路段關聯(lián)度復合物元矩陣GDL,詳見下式:
(5)結(jié)合關聯(lián)度系數(shù)對養(yǎng)護路面的養(yǎng)護優(yōu)先順序進行確定。
結(jié)合關聯(lián)度復合物元矩陣GDL中的不同要素R0b取值大小對目標養(yǎng)護路段的優(yōu)先順序進行排序,結(jié)果顯示路段5的性能最差,路段3的性能最好,因此結(jié)合實際情況確定了路段養(yǎng)護的優(yōu)先順序如下:R5>R1gt;R6gt;R2gt;R4gt;R3,LB表示需要養(yǎng)護的第b條路段[9]。
(6)結(jié)合上文養(yǎng)護決策樹分析結(jié)果,以優(yōu)化決策方案為參考為目標養(yǎng)護路段,制定差異化養(yǎng)護策略,詳見表3[10]。
4 結(jié)語
綜上所述,該文基于路面性能評估指標權重值,通過路面性能數(shù)據(jù)挖掘和物元法的應用,構建了路面養(yǎng)護策略優(yōu)化決策樹,并明確了養(yǎng)護優(yōu)先順序,有效降低了路面養(yǎng)護過程中主觀因素的影響,提高了養(yǎng)護決策的科學性和規(guī)范性,通過對路面性能組合改善了養(yǎng)護策略針對性?;诼访鏅z測數(shù)據(jù)對目標養(yǎng)護路段性能進行排序,從而確定待維護路段優(yōu)先級,提高了路段養(yǎng)護的針對性,降低了人力和物力消耗,改善了路況情況,使路面通行效率與行車安全性顯著提升。
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