基于熵權的普通公路瀝青路面預防性養護措施優選研究

徐孝輝，吳尚東，張海波，周 華

（1.貴州省貴陽公路管理局，貴州 貴陽 550000；2.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶市 400067）

0 引言

路面預防性養護是指在路面結構承載力不變的前提下，對結構良好的路面有計劃地采取較高費用效益比的措施，以達到延緩損壞、保持或改進路面功能狀況、延長路面使用壽命的目的[1]。預防性養護措施的合理確定是預防性養護成功的關鍵因素之一。同一種路面病害可能會有幾種養護措施對策集，如何選擇最佳預防性養護措施，如何利用最少資金保持路面最佳性能，實現最大效益-費用比，是當前管養部門最為關注的問題[2]。目前用于選擇預防性養護措施的常用方法有壽命周期成本分析法（LCCA）、費用效益分析法、決策樹和決策矩陣法、綜合評判法等[3]。上述分析方法各有優缺點，如綜合評判法考慮了多種因素的影響，但確定各因素權重系數時主觀因素影響大。文章應用信息論中的熵權法，建立預防性養護措施優選模型，確定養護措施的熵權(客觀權重），并結合專家評分法對養護措施進行綜合評價，根據評分推薦養護措施的優先順序。

1 普通公路瀝青路面預防性養護措施優選指標體系建立

普通公路是我國公路網的重要組成部分。因其覆蓋面大所處的自然環境復雜多變，交通組成多元，路面病害呈現多樣化，主要包括坑槽、縱橫向裂縫、龜裂、車轍和沉陷等。在管養方面，與高等級公路相比，普通公路路面定期檢測評定指標少。高速公路路面技術狀況指數（PQI）由路面破損狀況指數（PCI）、路面行駛質量指數（RQI）、路面車轍深度指數（RDI）、路面跳車指數（PBI）、路面磨耗指數（PWI）或路面抗滑性能指數（SRI）加權后取得。普通公路PQI評價僅由PCI和RQI組成。高速公路對路況水平要求高，考核嚴格，司乘期望值高，因此管養部門普遍重視路面養護。普通公路受資金約束、養護認識等的影響，預防性養護路段比例不如高速公路多。為提高普通公路預防性養護決策科學水平，開展預防性養護措施優選研究。

環境、技術和經濟是普通公路瀝青路面預防性養護措施選擇時需要綜合考慮的因素。依據系統可分性原理，將影響瀝青路面預防性養護措施選擇的因素按屬性劃分為不同的層次，如圖1 所示。

圖1 普通公路瀝青路面預防性養護措施抉擇指標體系

2 基于熵權的普通公路瀝青路面預防性養護措施優選

2.1 構造評價指標矩陣

若有m 種可選的瀝青路面預防性養護措施，有n個抉擇指標，則構造判斷矩陣R'=（r'ij）m×n（i=l，2，…，m；j=l，2，…，n）。根據式（1）對判斷矩陣R'進行歸一化處理，得到抉擇指標矩陣R：

R 的元素為：

式中：r'min為同一指標不同對象得分最低值；r'max為同一指標不同對象得分最高值。

2.2 計算各評價指標熵權

依據熵的基本概念，第j 個指標的熵定義為：

2.3 對各項養護措施進行評分

根據熵權計算結果和專家評分，對各項養護措施進行加權評分，按照得分高低對養護措施進行排序。

3 工程應用實例

3.1 工程概況

本文以貴州省普通國省干線公路瀝青路面預防性養護為例進行分析。研究組于2020年4月對G 354 進行了路況調查和檢測。根據分析選出的預防性養護試驗路段路面破損狀況指數PCI 為87.3，行駛質量指數RQI 為91.2，路面主要病害為輕微裂縫和15 mm 以下的車轍，路面結構狀況良好。

3.2 瀝青路面預防性養護措施優選

（1）建立養護措施對策集

預防性養護適用于路面狀況良好或僅有輕微病害的路面。結合普通公路病害特征和現有養護技術，確定的預防性養護對策集見表1。結合貴州省實際情況，從養護對策集中初步選擇出6 種適用的路面預養護措施，構成預養護措施備選方案集合U={稀漿封層，微表處，碎石封層，復合封層，薄層罩面，就地熱再生}={u1，u2，u3，u4，u5，u6}。

表1 普通公路瀝青路面預防性養護措施對策集

根據圖1 所示的10 個評價指標選擇專家評分法對6 種預防性養護措施進行評分，結果見表2。

表2 各項養護措施評分結果

（2）構造判斷矩陣

根據評分結果，構造判斷矩陣R’（r＇ij）m×n（i=l，2，…，m；j=l，2，…，n），此處m=6，n=10。

依據式（1）對判斷矩陣R’進行歸一化處理可得到抉擇指標矩陣R：

（3）確定各項評價指標的信息熵和熵權

由判斷矩陣和信息熵的計算式（2）求得各項評價指標的信息熵；根據熵權的計算式（3）求得各項評價指標的熵權，見表3。

表3 各評價指標信息熵和熵權

（4）對各項養護措施進行評分

根據專家評分值（見表2）和熵權計算結果（見表3），對養護措施平均值進行加權計算，結果見表4。

表4 各項養護措施評分值

根據養護措施評分結果，可知養護措施優先排序為微表處、稀漿封層、碎石封層、薄層罩面、就地熱再生和復合封層。

4 結語

（1）針對普通公路瀝青路面特點，綜合考慮路面病害類型、交通量、經濟和工程等因素，建立了瀝青路面預防性養護措施指標體系，主要包括單價、預計使用壽命、工程質量、交通干擾、對路面平整度和抗滑性能改善、外觀影響和環境影響等。

（2）路面預防性養護措施的選擇是一個系統復雜的過程，本文將信息熵理論和專家評分法相結合，對預防性養護措施進行優選。選擇時根據專家評分對養護措施各分項進行賦值，然后利用熵權法對各分項指標進行賦權，最后按照熵權和專家評分確定各項措施的綜合評分，從而得到優選結果。該方法提供了一種新的養護措施選擇方法。因為熵權法是一種客觀賦權方法，所以該方法的結果也相對較客觀。