不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)優(yōu)選評價(jià)

吳憲鍇

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 概述

近年來，公路橋梁養(yǎng)護(hù)里程逐年增多，投入橋梁養(yǎng)護(hù)的資金也在逐年增長，養(yǎng)護(hù)成本尚存在降低和優(yōu)化空間。針對同一橋梁病害可以有不同的養(yǎng)護(hù)手段，在選擇養(yǎng)護(hù)技術(shù)時(shí)，養(yǎng)護(hù)成本往往是決策者首要考慮的指標(biāo)。但是，在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時(shí)，僅考慮成本而不考慮養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命，可能會致使橋梁在整個(gè)養(yǎng)護(hù)周期中陷入多次養(yǎng)護(hù)而間接增加成本[1]。所以，考慮在不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的選擇是十分必要的。

2 不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)評選模型

2.1 資金的時(shí)間價(jià)值

資金的時(shí)間價(jià)值，簡單地說，就是同樣數(shù)額的資金在不同的時(shí)間點(diǎn)上具有不同的價(jià)值，即資金的增值特性。資金的時(shí)間價(jià)值通常可以用貼現(xiàn)率i來表示，將未來發(fā)生的維護(hù)費(fèi)用折現(xiàn)到現(xiàn)在的費(fèi)用,可用式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：Cpm—方案費(fèi)用的凈現(xiàn)值；

Ckm—方案費(fèi)用的總費(fèi)用；

i—折現(xiàn)率；

k—方案的分析期。

2.2 評價(jià)指標(biāo)的選擇

單一病害下的多種養(yǎng)護(hù)技術(shù)在一定程度上是存在差異的，需要根據(jù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的性能和特點(diǎn)來篩選滿足要求的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，因此，構(gòu)建的指標(biāo)體系是否合理、科學(xué)，將會影響評選結(jié)果的有效性。綜合考慮橋梁的技術(shù)狀況和橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)，這里分別考慮養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本、有效壽命和適用指數(shù)(即養(yǎng)護(hù)技術(shù)適合養(yǎng)護(hù)的病害嚴(yán)重程度)作為評價(jià)指標(biāo)，且考慮到養(yǎng)護(hù)技術(shù)多次施用的成本，將有效壽命指標(biāo)在成本指標(biāo)換算中進(jìn)行考慮[2]。

2.3 評價(jià)方法的建立

2.3.1指標(biāo)初處理

成本指標(biāo)按式(2)進(jìn)行初處理：

(2)

式中：C0i—成本指標(biāo)初處理值；

i—養(yǎng)護(hù)技術(shù)類型；

n—評價(jià)年；

l—養(yǎng)護(hù)技術(shù)的有效壽命；

ti—養(yǎng)護(hù)技術(shù)i的工程量；

ci—養(yǎng)護(hù)技術(shù)i的單價(jià)。

參考《公路橋梁技術(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)，適用指數(shù)按以下步驟進(jìn)行初處理：

第一步：病害標(biāo)度轉(zhuǎn)換值，其計(jì)算公式見式(3)

A0i=100-Ui

(3)

式中：A0i—病害i適用指數(shù)的初處理值；

Ui—病害i的扣分值，扣分值見表1(取自《公路橋梁技術(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011))；

表1 病害扣分值

第二步：計(jì)算隨時(shí)間退化的適用指數(shù)初處理值，計(jì)算公式見式(4)

Aij=100-|Ai-Aj|

(4)

式中：Aij—病害i對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)j的適用指數(shù)的初處理值；

Aj—養(yǎng)護(hù)技術(shù)j適用指數(shù)的適用指數(shù)轉(zhuǎn)換值，取值見表2(由表1轉(zhuǎn)換而來)；

表2 養(yǎng)護(hù)技術(shù)適用指數(shù)的適用指數(shù)轉(zhuǎn)換值

Ai—病害i隨時(shí)間變化的退化值，Ai和時(shí)間n的關(guān)系見式(5)(本式由某養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)退化模型[3]擬合而來，橋梁退化曲線見圖1)；

圖1 橋梁退化曲線

s0j=p1n3+p2n2+p3n+p4

(5)

p1=0.002056，p2=-0.1147，p3=-0.1757，p4=100.3

式中，n為構(gòu)件技術(shù)狀況等價(jià)年，如構(gòu)件的評分為80分，根據(jù)式(5)計(jì)算，此時(shí)n為14年，且從14年開始依次增加。

2.3.2評選體系

由于各評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的數(shù)量級和量綱不一致，不能直接使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行評選，所以需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將它們轉(zhuǎn)換為一個(gè)綜合度量。成本指標(biāo)和適用指數(shù)分別采用式(6)、式(7)進(jìn)行歸一化：

(6)

(7)

式中：Dci—第i種養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化處理后的數(shù)值；

Dsi—第i種養(yǎng)護(hù)技術(shù)的適用指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化處理后的數(shù)值；

dci—第i種養(yǎng)護(hù)技術(shù)對應(yīng)的成本指標(biāo)參數(shù)的數(shù)值；

dsi—第i種養(yǎng)護(hù)技術(shù)對應(yīng)的適用指數(shù)指標(biāo)參數(shù)的數(shù)值。

對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將指標(biāo)值與相應(yīng)的權(quán)重相乘即可，這里默認(rèn)的權(quán)重值為成本指標(biāo)0.5，適用指數(shù)0.5。

這樣，不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)評選模型即構(gòu)建完畢，評選體系為：指標(biāo)初處理(相應(yīng)的計(jì)算公式、歸一化處理)→權(quán)重分配(這里默認(rèn)成本指標(biāo)和適用指數(shù)指標(biāo)權(quán)重值各0.5)→模型計(jì)算(簡單線性加權(quán)法)[4]。

3 案例分析

某10m空心板梁一處蜂窩麻面病害，面積為0.2×1.0m2，病害標(biāo)度為2，現(xiàn)有三種修補(bǔ)材料可以選用，分別為普通水泥砂漿修補(bǔ)、聚合物砂漿修補(bǔ)和環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，對三種維修方案進(jìn)行比較，分別對3、5、10年的適用性進(jìn)行分析。

表3 養(yǎng)護(hù)技術(shù)基本數(shù)據(jù)

根據(jù)表1、表2和式(5)，蜂窩麻面病害標(biāo)度為2，扣分值Ui為20，適應(yīng)指數(shù)初處理值A(chǔ)0i為80，對應(yīng)的評價(jià)年n為14，普通水泥砂漿修補(bǔ)、聚合物砂漿修補(bǔ)和環(huán)氧砂漿修補(bǔ)三種方法的適用指數(shù)換算值A(chǔ)j分別為80、65、65。根據(jù)式(5)進(jìn)行計(jì)算，構(gòu)件病害隨時(shí)間的退化值A(chǔ)i見表4，根據(jù)式(4)和表4進(jìn)行換算，適用指數(shù)的初處理值A(chǔ)ij計(jì)算結(jié)果見表5。

表4 病害隨時(shí)間的退化值

表5 適用指數(shù)的初處理值

將成本指標(biāo)通過公式(1)進(jìn)行初處理換算，得到的結(jié)果見表6。

表6 成本指標(biāo)初處理結(jié)果

通過式(6)、式(7)分別對成本和適用指數(shù)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，并將歸一化處理后的結(jié)果按權(quán)重各0.5進(jìn)行分配，通過簡單線性加權(quán)法進(jìn)行加權(quán)求和，得到每種養(yǎng)護(hù)技術(shù)的綜合評分，見表7和圖2。

表7 養(yǎng)護(hù)技術(shù)綜合評分

圖2 不同規(guī)劃期的養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評選

從計(jì)算表格和圖表中可以看出，在為期3年的規(guī)劃期內(nèi)，病害標(biāo)度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇普通水泥砂漿修補(bǔ)技術(shù)較好；在為期5年的規(guī)劃期內(nèi)，病害標(biāo)度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補(bǔ)技術(shù)較好；在為期10年的規(guī)劃期內(nèi)，病害標(biāo)度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補(bǔ)技術(shù)較好。

4 結(jié)語

基于橋梁構(gòu)件病害和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)，篩選橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)優(yōu)選的評價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)，構(gòu)建不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的優(yōu)選評價(jià)模型。可針對病害的不同嚴(yán)重程度，篩選出在不同規(guī)劃期內(nèi)綜合性能更佳的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，輔助養(yǎng)護(hù)管理者進(jìn)行決策，降低養(yǎng)護(hù)成本，提高養(yǎng)護(hù)效率。這里僅提供一種決策思路，決策結(jié)果的準(zhǔn)確性還要取決于若干數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量及準(zhǔn)確性，還需不斷積累和進(jìn)一步完善。