瀝青路面養護可持續發展方法

楊術

（廣州市高速公路有限公司 廣東 廣州 510220）

0 引言

土木工程不僅需要解決各種技術問題，還涉及交通與供水等基礎設施系統。基礎設施的質量與城市居民的生活質量息息相關，而交通問題則嚴重影響了交通基礎設施。近些年中國城鎮化發展迅速，機動車存量大幅增加，由此帶來的路面破損問題也大幅增加。

1 路面養護可持續發展方法概述

一方面，不斷修建的城市道路在關鍵位置處（公交站臺、紅綠燈前、長大下坡路段）極易發生損壞，需要考慮城市道路的耐久性問題。另一方面，城市道路的養護沒有跟上道路交通荷載的增幅，這導致城市道路往往在修建不久后迅速破壞。Jonson 在其關于瀝青路面養護的書中，討論了路面養護和預防性養護的重要性，以及介紹了解決各種問題和狀況的方法。該文的重點是通過提前規劃道路的養護，使其處于相對良好的狀態，對城市道路基礎設施的可持續管理，特別是對瀝青路面的可持續管理提供一個解決思路。可持續性指的是通過整合有限的可用資源（預算，時間，設備等） 將其用于養護，并獲得令人滿意的道路基礎設施質量和在分析范圍內最終用戶的服務水平（LOS）。Rajagopal 和George 探索了養護時間和水平對路面狀況的影響程度，并建立了機械—經驗模型用以預測路面破損狀況。Shahin 和Kohn 提出了Paver（路面維護管理系統），Paver 旨在對分配給路面養護和大修的資金進行優化，該系統將城市道路劃分為不同管理等級，對城市道路狀況進行等級劃分和評估，合理確定養護需求和優先級，同時他們也對實施Paver 的實際道路進行了經濟分析。Abaza 等人的研究在集成式路面管理系統中建立Markovian 模型用于對路面養護改善后的性能預測。Fwa 等開發了一種基于遺傳算法的程序用以解決多目標網絡級路面養護編程問題。Cafiso 等提出一種通過多準則分析對沖突中的替代方案進行排名的框架，選擇層次分析法（AHP）進行路面養護。

與傳統養護方式相比，新的可持續養護方法可以更有效地分配預算。另一項研究使用模糊層次分析法對需要維護和修復的路面部分進行分級。Abu Dabous 等使用多準則決策分析技術來對城市道路進行維護并分級，其原理是通過工作結構的分解來確定決策要素，再運用層次分析法和多屬性效用理論對路面網絡進行分級，但這一方法不包括城市道路養護費用的決策。

2 試驗方法

2.1 試驗方法的制定

試驗方法的制定如圖1 所示。通過確定研究問題來明確概念，包括確定研究領域及相關專家，專家分為三類：

（1） 公民代表（9 個市區代表）；

（2） 交通工程專家（2 名道路養護公司進行養護決策的工程師，2 名現場養護工程師，3 名分別來自土木工程、建筑工程和大地測量工程的專家以及3 名方法學專家）；

（3） 政府代表（負責養護的事業單位代表）。在3 個小組的研討中制定最終加權準則。方法學專家的任務是向其他專家解釋如何比較這些標準。最后，通過AHP 方法確定標準的權重。

2.2 試驗方法的具體執行

首先，定義替代方案并制定目標樹（目標層次結構GHS）。主要目標是定義一種可持續的瀝青路面養護方法，它是層次結構的頂部，再確定主要目標與子目標。第二步是確定研究區域內參與對比的路段。在評估這些路段之后，可以創建一個包括所有已定義標準的決策矩陣。所選路段必須由所有專家協調決定，并且他們對標準特征的意見由標準權重和所選的偏好函數表示。第三步將指定權重和標準進行組合建立不同模式下的處理策略。包括4 種方案，每組專家一組。通過應用PROMETHEE I 和II 方法，將4 種方案用于數據的分析和比較。在數據分析過程中，研究路段的排列順序并比較了每種方案的分析結果。最后一步，綜合前述決策和PROMETHEE V 方法得出最終方案。

3 討論

3.1 結果

城市化導致城市人口激增，伴隨著機動車輛的大幅增長，這就導致在交通流量和生態影響的影響下，路面產生破損并伴隨著使用性能的下降。路面養護是一項應定期進行的工作，以確保道路的使用安全。因此，本研究的主要目標是選擇最優可持續發展道路養護法。本研究對研究區域進行詳細調查，確定了用于測試的道路。選擇50 條道路用以評估在成比例路段長度上是否存在任何類型的損壞，它們包括縣道、省道與國道。除了定義研究區域外，還確定了相應的利益相關者群體，其分別是：公民代表，交通工程專家和政府代表。每組利益相關者參與GHS 的定義如圖2 所示。

圖2 目標層次結構

GHS 首先定義了主要目標，即一種可持續的瀝青路面養護方法。根據所有利益相關者創建的“目標清單”，目標的第一級包括社會效益的最大化，技術特征的最大化以及經濟指標的最小化。目標的下一個級別是用于多標準分析最后一個級別。即社會效益的最大化分為3 個標準（C1-C3），技術特征的最大化分為4 個標準（C4-C7），而經濟指標的最小化則分為3 個標準（C8-C10）。共有10 條標準用以評估解決方案的替代標準（圖2）。

3.2 討論

創立了一個決策系統，選擇權值大的單位用以評價瀝青路面的養護工作重要性，所提出的概念表明可以適當降低養護工作復雜性。該概念的應用基于正確使用對應方法與數據。通過將所有相關行業的專家包括在內，可以證明這種基于多準則分析方法的優勢，同時綜合不同意見制定了針對特定問題的綜合解決方案，從而避免了方案可能的行業偏差，進而提高了方案實施過程的質量。本方法可以根據道路狀況的改善需求對道路基礎設施進行排名，并且可以套用在部分非道路公共基礎設施。

現有的決策模型沒有使用多準則方法來根據定義的標準，評估和分析每個備選方案，且并未考慮對不同領域的專家與利益相關者進行劃分，這是本方法決策過程中的關鍵因素。雖然這些模型提出了一些養護方法，但是它們在養護中的方法優先級未進行排列，也沒有一個概括性的方法排列順序。部分研究在決策過程中，僅粗略的考慮瀝青路面養護中的兩項活動：第一項評估，破損對道路預期功能的影響。第二項評估，人工目視檢查確定路面狀況以及導致這種狀況的原因。這一方法僅基于道路狀況，沒有額外考慮其他因素對整體工程的顯著影響參數，如容量、穩定性、安全性、功能和成本。

本方法在考慮社會、技術和經濟方面的情況下，將PROMETHEE 方法用于優先級排序和引入約束條件，并通過AHP 方法來確定標準權重，這兩點是獲得最終方案的基礎。通過在DSC 中使用多準則方法提高了瀝青路面施工年度養護計劃的可靠性和客觀性。鑒于養護預算是主要限制因素，在城市發展過程重應注重全面可持續發展，因此引入了限制：定義了城市預算中用于維護瀝青路面的年度金額，以及關于研究區域的空間劃分的4 個空間功能約束。最終得到瀝青路面施工年度養護計劃，這一計劃中研究區域包括11 條路段。

4 結語

本方法提出的概念是首創且易于使用，因為它在引入具有不同利益相關者偏好的同時分析了大量不同的數據。同時對這一方法的不足進行展望，其一用以評估瀝青路面的數據收集方法能否擴展到其他城市建設設施上，例如建筑、排給水、電力工程等，針對這一展望猜想應使用例如GIS地理信息系統以及公共基礎設施安全制圖系統來自動化數據收集過程；其二為了評估瀝青路面的狀況，在專家人工評估與神經網絡結合方面，是否能在加快處理速度的同時消除特定條件下專家評分的主觀性。由于本次設計方案的靈活性，因此無論是案例研究還是針對公路實體工程其都能適用，這一適用性通過在GHS 的最后一個級別（標準級別） 進行結構更改來實現，這些更改包括添加新的或修改后的規則以使該方法適應不同的任務。