瀝青路面預防養護技術全壽命周期經濟效益后評估

摘要 該文采用了幾種常見的預防養護技術的成本單價作為預防養護費用，并使用灰色馬爾可夫預測模型的曲線面積來表示預防養護技術的養護效益。同時，考慮交通量的影響，采用每萬輛小客車的費用效益比指標，根據不同預防養護技術的全壽命使用年限，分別計算了預防養護技術實施后全壽命周期綜合費用效益比，從經濟角度分析不同預防養護技術的適用條件。結果顯示：對于PCI、RQI≥85；RDI≥75且存在淺層輕微病害的路面，選擇就地熱再生技術進行養護性價比一般。對于PCI、RQI≥90；RDI≥90，具有消除破損、完全或部分恢復原有路面平整度、改善路面性能要求的瀝青路面，選用微表處更加經濟，可將加黏磨耗層作為備選方案。對于PCI、RQI≥88；RDI≥85，具有消除破損、完全或部分恢復原有路面平整度、改善路面性能要求的瀝青路面，在路面技術狀況允許的情況下，選用UTM超薄罩面更加經濟，可將易密實薄層罩面和常溫超薄罩面作為備選方案。

關鍵詞 瀝青路面；預防養護技術；經濟效益；后評估

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0186-03

0 引言

為確保公路的服務質量得以保持，對路面進行及時且有效的預防養護工作顯得尤為關鍵。其中，對瀝青路面的預防養護技術進行經濟后評估是確保養護工作取得良好效果的基礎。

為更好地利用養護資金，許多學者和研究機構在國內外對養護工作的經濟效益進行了研究。田陳燕等[1]針對瀝青路面的養護維修，創新性地引入了技術狀況指標的下限值及衰減速率作為主要的觸發指標，為瀝青路面的養護維修提供了新的思考角度和實用手段。Carpio Manuel等[2]采用微波加熱自愈技術對瀝青路面養護的可持續性進行評估，與使用傳統瀝青路面養護相比，該技術的應用能夠有效降低路面維護的成本，減少路面養護中材料消耗造成的環境影響，提升路面的使用效率和安全性。賈益[3]詳細闡述了現值分析法的計算流程，并深入探討了分析期、貼現率等關鍵參數的確定方法。基于詳盡的經濟效益分析，得出了最優的養護方案，為瀝青路面的維護工作提供了決策支持。王艷燕[4]以某省公路瀝青路面為研究對象，借助實際測量的路面性能數據，采用層次分析法（AHP）作為主要手段，對瀝青路面的養護效益評估方法進行了深入研究。謝勝加[5]詳細分類養護效益，提出了養護效益標定具體指標。他詳細解釋了這些指標的理論基礎，從而構建了一個全面的養護效益評價體系。鄧玉訓等[6]引入了生命周期等額費用的概念，并將工程費用以特定的折現率進行折算。以上研究構建了一個用于計算最佳養護時機的模型，從而實現了養護效益的量化分析。馬磊[7]運用AHP層次分析法，初步建立了一個針對高速公路瀝青路面的綜合評價框架。在這個框架中，全面考量了養護措施的經濟效益、社會效益以及環境效益等多個維度，并通過多元線性回歸分析，進一步探討了不同交通量、路段特性對養護效益的影響[8]。

該文旨在準確評估瀝青路面預防養護技術的經濟效益，為此采用了預防養護費用效益模型來進行計算和分析。在評價預防養護技術的經濟效益時，除了關注技術費用這一因素外，還需要綜合考慮其他諸如交通量等因素的影響，以確保評估結果的全面性和準確性。同時可以更全面地評估預防養護技術的經濟效益，為決策者提供科學依據，以制定最佳的預防養護策略。

1 模型簡介與評價指標

1.1 灰色馬爾可夫預測模型簡介

灰色馬爾可夫模型（Grey Markov model）是一種基于灰色系統理論和馬爾可夫鏈的預測模型。它結合了灰色預測模型和馬爾可夫鏈模型的優勢，用于處理非線性、非平穩、不確定的系統預測問題[9]。

灰色馬爾可夫模型的核心思想在于將待預測的時間序列數據轉變為馬爾可夫鏈的狀態序列。通過這一過程，模型能夠基于已知數據的狀態序列估計狀態轉移概率，進而對未來的狀態進行準確預測。這種轉化不僅簡化了預測過程，還提高了預測的準確性和可靠性。

1.2 經濟效益指標

預防養護費用是指在實施預防養護工程中由人工、材料、機械設備以及企業管理等產生的費用。由于不同地區的發展程度存在差異，因此其物價水平也會有所不同。此外，即使是同一地區的高速公路，不同的路況和交通量也會導致預防養護技術的應用方式和所使用的材料不同，進而影響養護費用的差異。因此，為了后續的經濟效益評估有更可靠的基礎。該文采用江西省各種養護技術綜合單價范圍值，并按照平均值來計算養護費用，具體費用如表1所示。

按照《公路瀝青路面養護設計規范》（JTG5421—2018）和學者[10]的相關研究，結合各個路段在實施預防養護技術后的歷史管養資料與路面性能衰減數據，我們可以準確地確定各預防養護技術的預期使用年限，具體詳見表2。

許多學者和機構致力于研究如何在預防養護中以較低的成本實現較高的路面使用性能，并不斷尋求經濟效益的最大化。其深入探討了預防養護的費用效益，并努力尋找更加經濟高效的方法。其中，O’Brien[11]提出用路面性能曲線與兩個坐標軸所圍成的面積來衡量預防養護的效益。這個面積的大小直接反映了路況綜合指標的優劣，面積越大則代表整體路況越好。這種方法能夠客觀地評估預防養護對道路服務水平的影響，從而確保行車安全和舒適。

在應對車轍、裂縫、坑槽等道路問題時，預防養護技術的選擇顯得尤為重要。通過對路況分項指標的計算結果進行綜合分析，可以準確評估不同技術的養護效益。這種多角度的評估方法能夠更好地選擇適合道路的預防養護技術。由此可見，采用路面性能曲線面積來評估預防養護效益符合養護規律。

利用GM（1，1）預估模型，得到不同預防養護技術各指標性能曲線方程，將其積分得到效益面積計算公式，如式（1）所示。

式中，A為各指標效益（元）；t為實施預防養護后的年份（年）；a為發展系數；b為灰色作用量；x（0）為初值；m為系數。

在得到路面性能曲線所對應的效益面積與各預防養護措施的單價信息后，可以進一步計算出各個預防養護方案的費用效益比（Cost-Benefit Ratio，簡稱CBR）。具體的計算過程如式（3）所示。由下式可看出費用效益比越小，表示該種預防養護技術的性價比越高，當某種預防養護方案費效比最小時，它即是經濟效益最佳方案。

式中，CBRj為第j個養護技術的費效比（10-3）；Bj為第j個養護技術的費用（元），按表1計算；Aj為第j個養護技術的效益（元），由式（1）確定。

另外，由于不同路段交通量不同，為分析各養護技術經濟效益與交通量關系，該文采用每萬輛小客車費用效益比C進行比較，費用效益比如式（4）所示。

式中，Tj為第j個養護技術下的日均小客車交通量（萬輛）。

2 結果與討論

根據各預防養護技術使用壽命情況，利用公式計算出就地熱再生、加黏磨耗層、微表處、UTM超薄罩面、易密實薄層罩面、常溫超薄罩面各路況分項指標在服役年限的費用效益比，不同路況指標費用效益值如表3所示，之后計算出相應時段綜合費用效益比，結果如圖1所示。

通過分析表3各養護技術費用效益比可以得出：總體而言，UTM超薄罩面在所有技術指標上均表現出了最高的費用效益比，這表明該技術在提高路面性能方面可能具有顯著效果，但這種技術的成本也相對較高。而微表處、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面的費用效益比大體一致，相對最低，更為經濟，但其在提高路面性能方面的效果可能不如其他技術明顯。加黏磨耗層在某些指標上的費用效益比處于中等水平，該技術可能在特定的路面條件下更為適用。而造成上述費效比差異巨大的原因為：UTM超薄罩面技術對瀝青混合料的配合比、拌和、運輸、攤鋪、碾壓等各個環節都有嚴格的要求，導致了其材料成本的增加。

通過分析圖1各養護技術綜合費效比可知：就地熱再生技術的綜合費效比最高，微表處的綜合費效比最低，而UTM超薄罩面、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面的綜合費效比大體一致。對于就地熱再生技術，服役年限內每萬輛小客車費用綜合效益比為0.188，表明當僅存在淺層輕微病害時選擇就地熱再生技術進行養護性價比一般。加黏磨耗層技術能夠有效消除破損，完全或部分恢復原有路面的平整度，進而改善和提升路面的整體性能；加黏磨耗層和微表處服役年限內每萬輛小客車費用綜合效益比為0.092和0.085，表明當路面平整度和抗滑性能不能滿足要求時，在路面技術狀況允許的情況下，選用微表處更加經濟，可將加黏磨耗層作為備選方案。UTM超薄罩面、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面能有效消除破損、恢復路面平整度并提升性能。UTM超薄罩面、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面服役年限內每萬輛小客車費用綜合效益比為0.151、0.155和0.156，表明當路面破損平整度不滿足要求時，在路面技術狀況允許的情況下，選用UTM超薄罩面更加經濟，可將易密實薄層罩面和常溫超薄罩面作為備選方案。

3 結論

該文以就地熱再生、加黏磨耗層、微表處、UTM超薄罩面、易密實薄層罩面、常溫超薄罩面的成本單價作為預防養護費用，使用預估模型曲線面積表示預防養護技術養護效益，同時，考慮交通量影響，采用每萬輛小客車費用效益比指標，根據不同預防養護技術預期使用壽命，分別計算出預防養護技術實施后服役時間綜合費用效益比。主要結論如下：

（1）當PCI、RQI≥85；RDI≥75時，若路面存在淺層的輕微病害，選擇就地熱再生技術進行養護的性價比通常較為一般。

（2）當PCI、RQI≥90；RDI≥90時，說明瀝青路面的破損情況需要得到消除，路面的平整度需要得到完全或部分的恢復，同時還需要提升路面的性能。在這種情況下，選擇微表處作為養護方案會更為經濟高效。當然，加黏磨耗層也是一個值得考慮的備選方案，特別是在某些特定條件下。該策略既確保了路面的質量和性能，又充分考慮了經濟效益和養護成本。

（3）當PCI、RQI≥88；RDI≥85時，瀝青路面會出現破損情況，原有的路面平整度需要得到全面或部分的恢復，同時路面的性能也需要得到改善。在這種情況下，如果路面的技術狀況允許，選擇UTM超薄罩面會是一個更經濟且有效的養護策略。當然，在特定的場景和需求下，易密實薄層罩面和常溫超薄罩面也是值得考慮的備選方案。這樣的選擇不僅確保了路面的質量和性能，還能在滿足技術要求的同時，實現養護成本的最優化。

（4）總體來說，在選擇養護技術時，應綜合考慮不同技術在不同指標上的費用效益比。例如，如果主要關注路面的整體性能和質量，UTM超薄罩面可能是一個不錯的選擇。然而，如果預算有限，或者特定的路面條件需要特定的養護技術，那么其他技術如微表處或常溫超薄罩面也可能更為合適。

參考文獻

[1]田陳燕，岳建洪，陳金蓉，等.基于技術效應的瀝青路面養護后評價研究[J].公路與汽運，2022（5）：126-130+141.

[2]Nalbandian Kevork Micael;Carpio Manuel; González álvaro. Assessment of the sustainability of asphalt pavement maintenance using the microwave heating self-healing technique[J]. Journal of Cleaner Production， 2022， 365.

[3]賈益.瀝青路面養護經濟效益分析[J].山西建筑，2020（10）：140-141.

[4]王艷燕.瀝青路面養護效益評估方法研究[J].公路交通科技（應用技術版），2017（7）：148-151.

[5]謝勝加.高速公路瀝青路面養護效益評價方法研究[D].南京：東南大學，2016.

[6]鄧玉訓，謝群.基于生命周期等額費用的瀝青路面最佳養護時機[J].徐州工程學院學報（自然科學版），2018（3）：27-32.

[7]馬磊.高速公路養護費用效益綜合評價體系研究[D].南京：東南大學.2019.

[8]馬子媛，李海蓮，藺望東.基于層次變權未確知理論的瀝青路面預養護評價模型[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2021（12）：1668-1675.

[9]張文會，崔淑華，鄧紅星.公路貨物運輸量灰色馬爾可夫預測模型[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2011（4）：658-661.

[10]王敬飛，展宏圖.瀝青混凝土路面就地熱再生試驗段全壽命周期技術評價分析[J].公路，2017（11）：262-266.

[11]O’Brien L G. Evolution and benefits of preventive maintenance strategies[M]. 1989.

收稿日期：2024-04-17

作者簡介：蔣模琴（1966—），女，大專，高級工程師，主要從事公路工程管理工作。