基于灰關聯分析的路面養護方案評價方法?

孫博，張東東，魏明

（南通大學交通學院，江蘇　南通　226019）

基于灰關聯分析的路面養護方案評價方法?

孫博，張東東，魏明

（南通大學交通學院，江蘇南通226019）

基于灰關聯分析理論，提出了路面養護方案決策模型。首先確定影響路面養護方案的主要因素，構建相應的評價指標體系；然后對原始數據進行無量綱化處理，利用灰關聯分析，計算各指標的關聯系數，應用變異系數法確定指標權重；最后對關聯系數進行加權處理，計算方案的關聯度，并將關聯度按大小排序，得出養護方案決策結果。對某道路的3種養護方案進行評價分析，說明了該評價方法的可行性。

工程管理；灰關聯分析；路面養護；評價方法；變異系數法

近年來，中國交通運輸業蓬勃發展，公路建設處于快速發展階段。但很多已建成的公路在運營期間，由于行車荷載的作用或嚴寒等自然因素的影響，出現了車轍、裂縫等病害。如何選擇最佳路面養護方案，以有限的養護資金、簡易的養護技術換取最大的經濟效益和社會效益，是當前必須解決的問題。

中國對于路面養護方案的決策，主要是根據路面的使用性能（包括路面破壞狀況、路面結構強度、路面平整度、路面抗滑能力等）進行評價，沒有考慮由于交通影響等帶來的社會成本。針對現有研究的不足，該文通過分析路面養護方案對交通的影響，從路面性能、交通影響、施工情況三方面出發構建評價指標體系，通過灰關聯分析對養護方案進行評價，進而選擇最佳養護方案。

1　構建路面養護方案評價指標體系

路面養護方案需考慮的因素很多，各因素之間的區別也很大。通過分析路面養護方案評價因素的表征，從路面性能、交通影響及施工情況3個角度，路面破損狀況、結構強度、行駛質量、抗滑能力、路段通行能力、交通安全性、施工造價、施工周期長短、施工難易程度、環境污染等方面來評價養護方案的好壞，構建圖1所示路面養護方案評價指標體系。

2　基于灰關聯分析的路面養護方案評價模型

灰色關聯評價方法是根據各因素曲線之間的相似程度描述各因素之間的關系，將路面養護的待評價方案作為比較序列，路面養護的最佳方案作為參考序列，對養護方案進行評價。主要步驟如下：

圖1　路面養護方案評價指標體系

（1）選定方案的參考序列和比較序列。設有n種路面養護方案，每種方案都有m個評價指標，第i種方案中第j個指標的值為xij（i=1，2，…，n；j= 1，2，…，m），則方案的參考序列X表示為：

設x0j是第j個指標在各方案中的最優指標值，則x0=｛x01，x02，…，x0m｝即為參考序列。

（2）對數據作無量綱化處理。在養護方案的各項評價指標中，定量指標主要有路面破壞狀況、路面結構強度、行駛質量、抗滑能力、路段通行能力、施工造價、施工周期長短等，其中成本型指標有施工造價、施工周期，效益型指標有路面破損狀況、結構強度、行駛質量、抗滑能力、路段通行能力。成本型指標采用下式進行規范化：

一些養護方案評價指標如交通安全性、施工難易程度、環境影響程度等不能得到準確的數值，只能進行定性分析。對這些指標采用線性白化權函數進行量化，量化標準見表1。

（3）計算灰色關聯系數ξij。對規范化后的方案評價指標按下式計算其變化趨勢：

表1　定性指標的量化標準

第i方案中的第j個指標與第j個最佳評價指標的灰關聯系數為：

式中：ρ為分辨系數，ρ=0.5。

根據式（4）～7）可得到灰關聯系數矩陣：

（4）確定評價指標的權重。確定指標權重的方法主要有專家評分法、主觀賦權法等，這些方法的主觀性很大，人為因素影響較強。為比較客觀地確定各指標評價指標的權重，采用變異系數法。步驟如下： 1）計算各方案每個評價指標值的平均值和均方差σi；2）按式（9）計算各指標的變異系數；3）按式（10）計算各指標權重，得到式（11）所示權重向量。

（5）計算灰色關聯度。根據式（8）和式（11），得到灰色關聯度向量：

根據n種方案的灰色關聯度，其值越大表示該路面養護方案越好，進而選擇一種最佳方案。

3　案例分析

下面運用上述方法對某高速公路路段的3種路面養護方案（方案1、方案2、方案3）進行決策。各方案每個評價指標的原始值見表2。

（1）選定方案的參考序列和比較序列。把方案1、方案2、方案3作為比較方案，理想方案作為參考序列（見表3）。

（2）對數據作無量綱化處理。按式（2）、式（3）對表3比較方案與理想方案的原始數據進行無量綱化，結果見表4。

表2　各路面養護方案評價指標的原始數據

表3　比較方案與理想方案的原始數據

表4　無量綱化后的數據

（3）計算灰色關聯系數。利用式（4）～（7），對表4中數據進行計算，結果見表5。

（4）確定指標權重。由式（9）、式（10）計算指標權重，結果見表6。

表5　評價指標變化趨勢及關聯系數

續表5

表6　路面養護方案評價指標的權重

（5）計算灰色關聯度。由表6得到權重向量W，由表5得到灰關聯系數矩陣E：

按式（12）計算，得關聯度向量：

R1=｛r1i｝=W×ET=｛0.86，0.631，0.491｝

對關聯度向量按照大小進行排序，r11>r12> r13，方案1是最優方案。

4　結語

路面養護方案的選擇關系到養護工作的經濟效益和社會效益，對于提高路面服務水平非常重要。該文針對路面養護方案決策研究現狀，從路面性能、交通影響和施工情況三方面考慮，構建了養護方案評價指標體系，利用灰關聯分析法評價養護方案的好壞，避免了其他常規方法的不足。

鑒于每個決策者對方案所選取的評價指標不盡相同，應全面考慮影響因素，建立完善的指標體系，還要綜合不同決策者對路面養護方案的評價。下一步將探討灰關聯分析法和多屬性決策方法的路面養護方案決策問題。

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U415.2

A

1671-2668（2016）01-0240-04

2015-05-27

江蘇省高校自然科學研究面上項目（13KJB580008）；江蘇省建設系統科技項目（2013ZD38）；南通科技計劃項目（BK2014059）；南通大學自然科學基金項目（12Z046，13ZJ004）；南通大學大學生創新訓練項目（2014118）