基于層次分析法高速公路瀝青路面預養護決策探討

■　孫斌（福建省高速技術咨詢有限公司，福州　350001）

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基于層次分析法高速公路瀝青路面預養護決策探討

■孫斌
（福建省高速技術咨詢有限公司，福州350001）

摘要高速公路瀝青路面預養護能夠延長路面壽命，節約養護資金，提高服務水平。本文闡述了高速公路路面預養護決策的原則和影響因素，歸納了現有常用的決策庫，采用層次分析法建模進行決策選擇。以某高速公路為例，論證了其可行性和有效性，為高速公路瀝青路面預養護決策提供參考。

關鍵詞層次分析法瀝青路面預養護決策

高速公路瀝青路面預養護能夠延長路面壽命、節約養護資金、提高服務水平，然而在實際應用中，預養護決策技術尚未成熟，缺乏可量化科學依據，從而影響瀝青路面預養護的效果，限制預養護技術的推廣進一步應用。本文通過分析我國高速公路瀝青路面的特點，探討預養護決策選擇的原則影響因素，對預養護決策選擇進行了研究。

1　預養護決策原則及選擇影響因素

1.1預養護決策原則

根據國內外預養護的經驗，瀝青路面預養護決策應滿足以下四個原則。（1）技術性原則：根據預養護的技術理念，保證選擇的技術措施能滿足高速公路瀝青路面狀況、美觀、噪聲等技術要求。（2）經濟性原則：在滿足技術要求前提下選擇經濟效益好成本低的措施。（3）服務性原則：高速公路提供著高質量服務，所采用的預養護措施應與公路使用者滿意度相符。（4）施工便捷性原則：高速公路是地區經濟動脈，減少施工維修對交通的影響。

1.2預養護決策影響因素

根據預養護決策原則，預養護決策選擇影響因素可分為技術因素、經濟因素、施工工藝因素、氣候因素、用戶和環境因素六個方面。其中技術、經濟和施工工藝因素影響最為顯著。技術因素主要應考慮路面狀況、路面損壞類型和交通量方面；經濟因素主要包含預養護措施的使用壽命和單位費用方面；施工因素主要考慮當地可獲得的材料、施工質量、交通干擾、材料的環保性等方面；服務因素主要關注使用者行駛的舒適性、噪音、美觀等方面。

2　預養護措施決策庫

根據高速公路瀝青路面主導損壞類型與嚴重程度、路面結構與性能衰變規律、交通量與預養護需求與限制、預養護措施經濟性等因素，在多年的工程實踐中，選取較為成熟的預養護措施形成備選決策庫，包括微表處、薄膜罩面、灌縫與封縫、就地熱再生、霧封層與銑刨重鋪，如表1所示。

表1　高速公路瀝青路面預養護對策庫

3　瀝青混凝土路面預養護決策模型

目前，國內外主要采取定性和定量結合的綜合性方法進行預養護決策，其中層次分析法具有原理簡單易懂、實用性、靈活性、系統性等優點，故本文采用該方法來探討預養護決策問題。

3.1建立遞階層次結構模型

層次分析法反映遞階控制關系，采用層次結構描述決策問題。本文建立層次結構從高到低依次為“目標層”、“準則層”、“子準則層”和“方案層”。目標層為高速公路瀝青路面預養護措施；準則層包含三個因素，分別為經濟效益、技術性能、施工工藝；子準則層則相對應于準則層列出平均費用、使用壽命等9個指標；方案層可以根據路面使用性能評價結果、路面損壞情況、交通量、通車年限等因素確定預養護備選決策庫，如圖1所示。

3.2判別矩陣的構造

圖1　高速公路瀝青路面預養護決策層次結構圖

層次結構反映了上下層之間元素的隸屬關系，但準則層中的各準則在目標衡量中所占的比重并不一定相同，在決策者的心目中，它們各占有一定的比例。基于上層目標對下層元素進行兩兩比較，決定下層元素對于上層目標的重要度，對于多因素的重要度比較，可依據公式（1）給出的判斷矩陣。式中：aij表示第i個目標和第j個目標的相對重要程度。相對重要程度一般根據Saaty的1-9級標準度表，通過比較兩兩指標，確定相應的比值。

對判別矩陣進行歸一化處理，并計算歸一化后的權重系數，所得到的矩陣為單層次排序權重值，相應的計算見公式（2）～（3）。

3.3一致性檢驗

如要保證判斷矩陣計算結果的準確性，需對判斷矩陣的元素之間一致性進行檢驗。通常用一致性指標CI和一致性比率Cr來檢驗，在計算前需計算判斷矩陣的最大特征值λ，相應的計算見公式（4）～（6）。

式中，引入平均隨機一致性指標RI，該指標具體數值可通過查表得到，故不再累述。當一致性比率Cr＜0.1，則aij通過一致性檢驗。

3.4層次總排序

為了實現方案層對目標層的影響，還需要對整個層次結構進行總排序。k層元素對頂層總準則的合成權重向量w（k）可由式（7）、（8）計算。其中P（k）為k層上個元素對k-1層上各元素的合成權重。每遞推一層時，均需對層次的總排序做相應的一致性檢驗。

4　工程實例

4.1項目概述

福建省某段高速公路，路面總體狀況良好，主要呈輕微松散和老化，有少量細小且不規則的裂縫和5～15mm深車轍。該路段2005年交付使用，2010年至2014年日平均交通量分別5653pcu、6808pcu、7733pcu，、11810pcu、14354pcu，屬于重交通路段。

4.2建層次分析模型

（1）決策者根據該路段的路面結構、交通量、路面受損狀況等確定預養護施工決策庫為銑刨重鋪、微表處、薄層罩面、灌縫與封縫、就地熱再生，建立該路段預養護決策層次結構圖，如圖1所示。

（2）根據福建省經濟發展水平和施工情況等，決策者依據公司多年在路面養護方面咨詢和施工的大量經驗，建立目標層與準則層判斷矩陣見表2、準則層與子準則層的判斷矩陣、方案層與子準則層的判斷矩陣（由于篇幅有限，本文僅列出基于技術判斷的矩陣見表3，基于平均費用判斷矩陣見表4），并對以下矩陣進行了一致性檢驗，得出一致性比率Cr均小于0.1，故各矩陣計算結果可取。

表2　目標層與準則層判斷矩陣

表3　基于技術性能判斷矩陣

表4　基于平均費用判斷矩陣

4.3計算結果

層次分析法模型計算各準則層的方案結果見表5～7，各方案最終綜合權重值為：W=（0.2475，0.1644，0.2356，0.1386，0.2139）T。在五種預養護技術方案中銑刨重鋪目標層權重最大，故推薦為本路段的預養護最佳方案，其次推薦薄層罩面、就地熱再生為備選方案。

表5　基于經濟效益計算結果

表6　基于技術性能計算結果

表7　基于施工工藝計算結果

5　結論

本文討論預養護決策原則和影響因素，采用層次分析法對預養護決策方案進行科學決策，對人們的思維過程主觀判斷進行加工整理，減少工程師的主觀決策。該方法可以將復雜的養護決策問題進行定量、定性分析，且操作相對簡便，便于在養護決策中推廣應用。

參考文獻

［1］中華人民共和國交通部．JTJ073.2-2001，公路瀝青路面養護技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2001．

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