基于管理学原理的沥青混合料离析影响因素识别分析

谭发茂，李炎保，段晓晨

（1.天津大学，天津 300072；2.中国交通建设股份有限公司，北京 100088；3.石家庄铁道学院，河北 石家庄 050043）

0 引言

沥青路面早期破坏现象一直是工程界的一大难题。而沥青混合料（Hot-mixed-asphalt）离析是路面早期破坏的主要原因[1]。所谓离析，就是组成沥青混合料的粗、细集料和沥青含量分布不均匀的现象[2-4]。产生离析的沥青路面，在车辆和雨水的同时作用下，容易发生路面渗水，加速路面的损坏，严重影响道路的使用和行驶安全[5]，同时也带来巨大的经济损失。由于离析的产生，路面的预期寿命只有设计寿命的50%[6]。因此，研究离析、找出离析的主要影响因素具有重要的工程意义和经济价值。

本文的研究目的是运用管理学原理对离析影响因素进行分析，找到影响离析的主要因素，然后在实际工程中加以控制，从而减少路面结构的不均匀性，提高路面的质量和耐久性，防止路面早期破坏的产生。

未被识别的因素是无法加以控制的。离析得不到很好控制，其中的重要原因是缺乏离析影响因素识别，不能区分主要和次要因素，并针对主要因素采取有效的预控措施。因此，研究如何采用科学有效的方法对离析的影响因素进行识别，是路面工程质量控制过程中非常关键的内容。

1 影响因素识别分析的方法

在相关文献中，未见沥青混合料离析影响因素识别分析的研究资料，本文创造性地引入风险识别的方法，对离析影响因素进行识别分析，以识别主要影响因素并加以控制，达到减少离析和消除离析的最终目的。

风险识别方法主要有以下几种：专家调查法（specialist）、工作分解结构法（WBS）、头脑风暴法（brain storm）、德尔菲法（Delphi method）、风险清单法（risk list，RL）、危险与可操作性分析法（hazard and operability study，HAZOP）、危险指数法（risk rank，RR）、故障模式及影响分析（failure mode effects analysis，FMEA）、预先危险分析方法（preliminary hazard analysis，PHA）等。但要找到一个可以完全适合所有系统或操作的风险识别方法是困难的，应在汲取不同风险识别方法优点的基础上，考虑有效性、经济性和可操作性，根据所研究的对象和目的采取更有针对性的识别方法。武汉理工大学学者黄明等在有关研究中提出了应用层次分析法分6个步骤建模的方法[7]，对于本文研究的多准则、多目标或无结构特征的复杂问题的决策分析，这一方法也极具适用性[8]。下面应用前述方法和成果进行影响因素的分类、影响程度的划分和影响度计算。

1.1 影响因素类别分析

学者黄明指出，为了问题的简化，剔除一些重要性较低、权数较小的指标，有利于避免因指标体系因素过多而引起判断上的失误和混乱。指标筛选可采用权数判断法。根据指标权数的大小决定指标的取舍，具体步骤如下：

设影响因素类别评价指标体系F={f1，f2，…，fn}，其中相应的权数集为：λ ={λ1，λ2，…，λn}，λi∈[0，1]，i=1，2，…，n。

设取舍权数为 λk，λk∈ [0，1]，当 λi< λk时，筛选掉指标fi；当λi>λk时，则保留指标fi。

1.2 影响程度的划分与计算

学者黄明还提出，以某评价指标的所有评价结果的均值作为理想值，计算所有该指标的评价数据与理想值的差异程度，如果差异性较小，则该指标体系的稳定性和可靠性较高一些。为此，可采用数理统计学中相关系数作为评价指标体系可靠性系数。

设所有指标 xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，s）的专家组评分的平均数据组为y={y1，y2，…，yn}，则有

影响程度的计算可以采用下列公式：

式中：Ri为影响度；Pi为发生离析的可能性；Ci为离析的危害程度。

2 沥青混合料离析影响因素的识别分析及实际应用

2.1 工程应用实例

河北某高速公路二期第10合同段，长20.1 km，双向四车道，设计时速120 km/h，沥青混凝土路面宽度11.25 m，面层为4 cm SAC-13多碎石沥青混凝土，中面层和底面层分别为5 cm AC-20型和6 cm AC-25型沥青混凝土。基层采用国内首次使用的20 cm整体摊铺沥青混合料柔性基层。

沥青混合料拌和采用德国进口4000型大型拌和站，2台ABG-525大型摊铺机并机摊铺，进口重型双钢轮双振压路机和重型胶轮压路机压实。

该项目是国道主干线省重点工程项目，该合同段是省重点科研项目“柔性基层研究”唯一实施示范工程，质量标准高。其中，如何控制沥青混合料离析避免路面结构不均匀性，特别是如何控制好国内首次采用的20 cm沥青混合料柔性基层整体摊铺的沥青混合料离析（以下简称“离析”）是沥青路面施工质量控制的关键。

针对如何控制离析，采用专家咨询和问卷调查的方式，分别对技术专家、施工管理人员、现场技术人员、操作手等四类人员进行了广泛调查咨询。问题主要包括施工过程合理划分、离析影响因素及其分类、离析的影响程度划分等几个方面，离析影响程度按程度的不同分别赋以不同的分值，离析影响因素问题出现的可能性也按程度赋值。调查咨询结果结合国内外离析影响因素统计资料和现场施工统计资料进行分析，并采用前述方法进行整理筛选分析。

2.2 离析影响因素类别分析

沥青路面施工的沥青混合料生产、运输、铺筑和碾压过程系统是一个庞大而复杂的系统。为了分析离析影响因素的类别，将沥青路面施工划分为沥青混合料级配设计、生产、运输、铺筑和碾压5个操作过程。根据前述指标筛选方法，确定影响离析因素分为3类，即拌制过程离析、施工过程离析和温度离析。并从操作、设备、材料、环境和协调等5个方面对主要因素进行分析，见图1。因为骨料与沥青离析只适用于沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）路面，本文未涉及，故不详细叙述。

图1 离析的影响因素及其分类

参照乔汉（Challhan）专家分析系统，通过专家咨询、头脑风暴和前述计算过程，确定用31个参数反映影响因素对离析的影响，并根据现场和国内外统计资料确定各影响因素影响程度分值如下述表1。

2.3 离析影响程度的划分与计算

影响程度划分主要包括影响因素危害程度和离析发生可能性2个方面。根据离析产生后果严重程度，将离析危害程度分为不同等级，并根据其程度赋予0～10的分值。

将影响因素问题发生的可能性划分为4个等级。理论上讲不可能发生的等级分值为0。为此，将发生可能性极低的情况分值划分为0.1～0.3，可预料的情况分值取>10，在这个区间内再分成2个等级，可能性低，分值取1～3，可能性高，分值取6～8。各影响因素可能性分值分别计入表1。

在对影响因素类别和影响程度分析的基础上，根据专家咨询、专家问卷调查、施工人员问卷调查的结果，可根据发生离析的可能性及离析的危害程度计算相应的影响度。

表1 影响因素的影响程度分值及影响度计算表

3 离析主要影响因素的识别分析与控制

3.1 显著性因素和ABC分析

对各种因素进行显著性因素ABC分析以确定各主要影响因素，以便对主要因素采取重点控制措施，在施工中减弱和消除其对离析的影响。具体方法是将因素数目百分数为5%～15%而权重占用额累计百分数为60%～80%左右的前几个因素，确定为A类主要因素或称显著性因素；将因素数目百分数为20%～30%，而权重占用额累计百分数也为20%～30%的因素，确定为B类；其余为C类，C类情况正和A类相反，其因素数目百分数为60%～80%，而平均权重占用额累计百分数仅为5%～15%。B、C两类因素也称非显著性因素。

3.2 离析影响主要因素的分析识别

下面以拌制过程主要离析影响因素分析为例，简要介绍应用显著性因素和ABC分析法。拌制过程离析各影响因素按影响度分值降序排列，并计算出各影响因素的影响度比重和影响度累加值。为了直观地对各影响因素进行分析，将各影响因素的影响度、影响度比重及影响度比重累加绘制成雷达图（见图2）。图3和图4分别是影响度比重柱状图和影响度累加曲线图。

图2 拌制过程离析各影响因素影响度、影响度比重及影响度比重累加雷达图

图3 拌制过程离析各影响因素影响度柱状图

图4 拌制过程离析各影响因素影响度比重累加曲线图

从图中可看出：集料质量及原产地变化大、集料装载与计量控制不精确，权重累计百分比在70%～100%之间，可以确定为A类主要影响因素，应针对这2种因素存在问题的原因，制定相应预控措施在施工中减弱和消除2种因素的影响。混合料级配与生产配合比设计不合理（Ⅰ）、冷料筛分及计量控制误差（Ⅴ）、操作人员技术素质与拌和的施工组织存在问题（Ⅷ），权重累计百分比在20%～70%之间，为B类次要因素，也应认真分析存在问题原因，制定相应预控措施加以解决。其他因素为C类次要因素。

同样的分析可以得出施工过程和温度离析的主要影响因素。篇幅所限，不作详细介绍。

为了从总体上对整个施工过程的离析影响因素进行有效的控制，有必要对整个影响因素进行计算分析。分析表明，影响离析的主要因素在温度离析和施工过程离析中，应重点控制。拌制过程中的集料质量变异大、集料装载与计量控制不准确因素，施工过程中的摊铺机操作人员的技艺水平不高、摊铺碾压设备的优选组合不当因素，温度离析中的碾压温度偏低与碾压时间不合理因素是整个离析影响因素的主要影响因素，这与分类分析识别的结果也是一致的。因此，在路面施工过程中应将整个关注中心集中在这5种主要因素的发展变化和控制上。

3.3 离析影响主要因素的控制及其效果

在本项目的路面施工中，对经过系统分析找到的本文3.2节所列的5项离析控制的主要影响因素进行了有效重点控制，分别制定了具体控制措施，减少了这些因素的影响。对次要影响因素也采取了相应的预控措施，避免了过去施工过程中凭经验主观控制的现象。同时，施工中还采用动态管理的方法对所有影响因素进行管理和监控，现场取样筛分结果均符合施工规范要求。最终结果表明，离析得到有效控制，确保了路面结构的均匀性，该项目工程交工验收也获得了省内历史最高分。

4 结语

影响因素和关键因素识别是一个技巧性很高的过程。本文利用类似工程的统计资料和相关记录，运用管理学和运筹学等方面的理论和方法，根据专家咨询、头脑风暴、国内外统计资料和相关计算分析，确定离析的各种影响参数和影响因素，并通过显著性因素和ABC分析，识别出了各阶段影响离析的关键因素，施工中根据不同类别的影响因素分别采取不同的措施加以控制，既实施了离析的有效控制，又避免了主次不分而顾此失彼。实践证明，实际应用效果良好。

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