瀝青路面改建方案優選探討

莫秋金 石忠利

(廣西交通規劃勘察設計研究院有限公司，廣西 南寧 530029)

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瀝青路面改建方案優選探討

莫秋金 石忠利

(廣西交通規劃勘察設計研究院有限公司，廣西 南寧 530029)

基于目前已建高等級路面已經不同程度地進入了大修或改建的現狀，以湖南省湘潭市芙蓉大道瀝青路面改建為例，從經濟、技術、效益三方面，選取了新的改建方案評價指標，運用模糊多屬性決策法計算確定路面改建最優方案，從而解決了改建方案決策主要依靠經驗的問題。

瀝青路面，改建方案，評價指標，模糊多屬性決策法

0 引言

近年來，國內早期的高等級路面使用性能逐漸下降，已經不同程度地進入了大修、改建時期，而瀝青路面改建方案的設計選擇是需要根據準確的方案評價來完成的。目前，公路路面的改建方案決策主要由工程師根據經驗結合路面實際情況來決定，導致改建方案的選擇不易達到預期的效果。近年來，國內有些學者提出一些方案選擇的理論，主要有效益方案比[1]、加權法決策[2]等。這些方法應用程序復雜，且未考慮改建方案選擇的全面性，導致難以普及推廣。因此，研究新的改建方案決策方法是有十分重要的意義的。在綜合考慮經濟、技術、效益等三方面因素的情況下，選取了新的評價指標，運用層次分析法[3]確定指標權重，通過多屬性決策法計算確定改建最優方案,并將該方法應用在湖南湘潭市芙蓉大道路面改建工程中，驗證了該方法的科學性、可靠性。

1 工程實例

芙蓉大道是湘潭市重要的主干道，是連接長沙和株洲的大動脈，于2008年年初通車，全長7.9 km，由于交通量大、通車時間久等原因，路面破損嚴重。為確保交通順暢及行車安全、舒適，湘潭市政府開始對芙蓉大道進行路面改建。

2 改建方案優選模型

針對芙蓉大道的路面破損狀況提出相應的改建候選方案和評價指標，并運用麥克克雷姆的兩極比例方法[4]理論將定性指標量化，量化方法見圖1。再使用層次分析法確立量化后的指標權重，最后通過模糊多屬性決策方法計算確定改建的最優方案。具體步驟見圖2。

2.1 提出改建候選方案

瀝青路面的改建方案主要有翻修、加鋪和舊路廢料再生三大類方案[5]，而在實際應用當中，可以將三類方案結合起來使用。在調查芙蓉大道的路面狀況后，提出六種可行方案：1)銑刨處理后加鋪：在對原路面進行處治后再加鋪瀝青混凝土；2)再生基層后加鋪；3)做防反射裂縫后加鋪；4)開挖面層修補基層：如果基層結構比較穩定，僅僅只是面層遭到破壞，可以把路面面層開挖到受病害影響的深度，再回填；5)更換基層或底基層；6)路面就地冷再生。

2.2 提出改建方案評價指標

根據《公路技術狀況評定標準》[6]以及總結前人關于瀝青路面改建方案優選決策的項目經驗和研究成果，將項目預算、施工時間、預期效果、施工階段交通控制、可行程度和期望使用年限這六個指標作為改建方案的評價指標。這六個評價指標覆蓋了改建方案從規劃到建成通車整個過程，從經濟、技術和效益三方面全面評價改建方案，包含了在模糊屬性中的效益類屬性指標和成本類屬性指標。

2.3 確定評價指標權重

建立評價指標的判斷矩陣A，通過相互比較其重要性確定矩陣A中的要素，成立15以內的專家小組，專家根據自身參與項目的經驗和資料結合判斷尺度確定。判斷尺度見表1。

表1 判斷矩陣尺度及定義

根據判斷尺度建立n階判斷矩陣A：

(1)

其中，aij>0，aij=1/aji，aii=1。

依據表2對路面改建評價指標的重要性進行量化，建立判斷矩陣。用A～F分別表示工程預算、施工時間、預期效果、施工期間交通控制、可行程度及期望服務年限6個改建方案評價指標，根據專家意見確定其重要性程度，并且根據結果建立相應的判斷矩陣：

1)確定指標權重?？赏ㄟ^先計算矩陣的特征向量，再把特征向量進行標準化處理得到指標權重值。

(2)

(3)

向量W=[W1,W2,…,Wn]T即為指標權重組成的特征向量。

W=[W1,W2,W3,W4，W5，W6]T=[0.25,0.11,0.15,0.06,0.08,0.35]T。

其中，Wi依次代表方案評價指標工程預算、施工時間、預期效果、施工期間交通控制、可行程度、期望服務年限的權重值。

2)計算一致性判斷。運用層次分析法原理[5]，計算一致性的指標為：

(4)

(5)

其中，λmax為判斷矩陣A的最大特征值；[AW]i為矩陣[AW]的第i個分量。

定義一致性比率指標CR為：

(6)

其中，C.R.為隨機性指標，見表2。

表2 隨機性指標C.R.值

當CR<0.10時，即認定判斷矩陣符合一致性，反之，則需重新建立判斷矩陣計算。

3 瀝青路面改建方案優選

采用模糊多屬性決策方法對瀝青路面改建方案優選，步驟如下：

1)將改建方案的評價指標量化，得出決策矩陣。本項目共提出六個改建方案，每個方案有六個評價指標，將改建方案的評價指標通過兩極比例法量化，即可得出改建方案的決策矩陣：

(7)

其中，pmn為第m個方案的第n個指標的值；m為改建方案數目；n為評價指標個數。

根據專家的經驗并結合改建方案的適用條件，專家小組對候選方案的各項指標作用按很低、低、平均、高、很高五個等級進行評價，并將評價結果通過兩極比例法進行量化，獲得路面改建方案對應的決策矩陣如下：

2)決策矩陣標準化。采用比例轉換法對評價指標進行標準化，見式(8)。

(8)

將決策矩陣標準化處理得：

(9)

3)計算加權矩陣。評價指標的權重值W=[W1,W2,W3,W4,W5,W6]T=[0.25,0.11,0.15,0.06,0.08,0.35]T，通過式(10)計算決策矩陣的加權:

(10)

可得出加權矩陣，見式(11)。

(11)

4)計算理想解和負理想解。理想解是其指標全部由最優的值組成，見式(12)。

(12)

其中:

(13)

負理想解與理想解完全相反，指標全由最壞屬性值構成。

(14)

其中:

(15)

選取最好的屬性指標確定瀝青路面改建方案的理想解為A+=(0,0,0.15,0,0.085,0.349)，選取最壞的指標確定上述方案的理想解為A-=(0.25,0.107,0,0.055,0,0)。

5)計算各改建方案與理想解和負理想解之間的距離。

用n維歐式距離來表示各方案與理想解、負理想解的距離:

(16)

(17)

各改建方案與理想解的距離為d+=(0.379 9,0.298 1,0.235 2,0.262 5,0.274 4,0.279 3)，與負理想解的距離為d-=(0.290 2,0.241 4,0.294 6,0.222 5,0.391 3,0.212 0)。

6)計算各改建方案的相對效益值。各瀝青路面改建方案的相對效益值計算公式為：

(18)

求出各改建方案的相對效益值，相對效益值最大的方案為最優改建方案。根據式(18)，計算得出各改建方案的相對效益值U(Ai)=(0.433 1,0.447 4,0.556 1,0.458 8,0.587 7,0.431 5)。

根據計算，各方案相對效益值排序為5，3，4，2，1，6。結果顯示，從經濟、技術和效益三方面全面評價，對芙蓉大道改建方案采用方案5)效果最好，即采用更換基層的改建方案。

4 結語

目前芙蓉大道昭山段路面改建工程已經施工完成并通車，通車兩年來，新瀝青路面經受住了考驗，目前沒有出現任何一處車轍和破損，路面結構層穩定，行車的安全性和舒適性得到大幅提升，為湘潭市昭山區的發展提供了有利條件，同時也為路面改建工程方案比選決策提供了新的經驗。

[1] 陳育書,羅幸平,虞將苗.廣東省高速公路瀝青路面預防性養護措施費用效益評價研究[J].廣東公路交通,2015(4):1-5.

[2] 周勇軍,蔡軍哲,石雄偉.基于加權法的橋梁沖擊系數計算方法[J].交通運輸工程學報,2013(4):29-36.

[3] 常 健,張志軍.基于層次分析法的橋梁安全綜合評價研究[J].山西建筑,2014，40(2):154-156.

[4] 丁 敏,穆 健,霍 超.基于耦合評價模型的深基坑支護優化設計[J].重慶建筑,2015(11):26-30.

[5] 向 昕.高速公路瀝青路面預防性養護方案設計方法[J].公路交通科技(應用技術版),2013(10):163-167.

[6] JTG H20—2007,公路技術狀況評定標準[S].

Inquiry on optimal selection of asphalt pavement transformation scheme

Mo Qiujin Shi Zhongli

(GuangxiTrafficPlanningSurveyDesignAcademyCo.,Ltd,Nanning530029,China)

In light of current high-grade pavement built maintenance and transformation status, taking Furong highway asphalt pavement transformation in Xiangtan city of Hu'nan province as an example, starting from three aspects of economy, technology and benefit, the paper selects new transformation scheme evaluation index, calculates and determines optimal pavement transformation scheme by applying fuzzy multi-attribute decision making method, so as to avoid transformation scheme decision with experience-oriented.

asphalt pavement, transformation scheme, evaluation index, fuzzy multi-attrikute decision making nethod

1009-6825(2017)15-0115-03

2017-03-01

莫秋金(1963- )，男，高級工程師； 石忠利(1990- )，男，工程師

U416.217

A