高速公路养护施工决策最优化方法探析

张华明

（石家庄市张石高速公路筹建处，河北 石家庄 050000）

0 引言

高速公路建成之后，在气候冷暖变化的影响和大量车辆行驶的作用下，其安全性能和使用性能不断衰退。为了能够确保高速公路的路面安全和正常使用，必须按期针对不同的路况实行不同的养护方案。高速公路养护是保证公路质量和效率的基本措施，同时也是高速公路发展的必然趋势。高速公路养护的施工养护是一项复杂的系统工程，按照公路损害的状况和交通流通能力的限制要求等等，制定一个合适的养护施工方案。高速公路的养护施工组织与机械组合最优化是指养护费用指标（包括材料、设备和人工费用）最小，养护工作的时间最短，施工的安全性最高，正确合理的解决问题不仅可以保证养护作业以最经济的时间完成，并且可以保证高速公路的运输效率，降低道路堵塞等问题发生的概率。

1 高速公路养护施工的前期准备

在对道路进行分析前，需了解公路在建设时所运用的设计方案。在高速道路沥青路面的沥青混合料设计之中，通常采用孔隙率小的材料，选择密实级配沥青混合料，从而在源头上阻止沥青膜层与集料膜层的分离，同时充分按照混凝土的收缩特性以及温差等因素综合考虑后得出最终的设计方案。

在养护施工时合理设置温度缝, 减少约束力，并对强约束的结构留有变形的余地，也就是确定工程所需的各种混凝土的允许裂缝宽度，同时加强构造钢筋, 合理选择钢筋的尺寸大小，可以防止因约束应力的增加而导致裂缝的张开，倘若选择直径小、间距也小的钢筋，就能够相应的提高混凝土的抗裂效应。所使用到的混凝土的配合比也需要满足不同道路工程需求来优化配合比设计方案，还要及时依据施工天气和施工设备的不同，及时调整混凝土的含水量和强度。

对于沥青材料的路面，确定到底采用粗型（G型）还是细型（F型）的混合料。比如对于一条重载多、交通繁忙、夏季温度高、高温持续时间长的路段，就应该选用粗型密级配沥青混合料，采用骨架密实型结构，并且需要采取较高的空隙率；而对于一段重载少、交通较少，或者冬季温度低、低温持续时间长的地区，应该选用细型密级配沥青混合料。配合比的设计应适当较少公称最大粒径附近的粗集料用量，能够形成平坦的S型级配曲线，用来满足道路耐久、稳定、密水、抗滑等要求。

针对以上沥青路面的具体要求和设计的材料性能都要进行必要的了解和研究，这样才能在养护施工的决策中查遗补缺，运用线性规划来分析路面养护问题。

路面状况的评价模拟是高速公路养护施工的基础，采用基于权重的多指标分析方法有利于施工决策的最优化。一般导致沥青路面损坏的因素有三种：

a）沥青路面损坏的类型 比如路面的变形、一些地段出现裂缝、路面沥青的剥落、路面沉陷、坑洞磨损等现象；

b）路面遭受损坏的程度 每一种损坏根据对于路面结构完整和使用性能的影响程度可以分成三个等级，这样在决策方案中比较容易直观地了解到一条路段的受损程度；

c）路面损坏的密度 即每种损坏按照它的损坏程度的面积占路面总面积的百分比，这样可以明确的发现损坏的严重性和受损的面积比。

以上三种因素的确定对于路面状况的分析非常重要，会影响到具体施工决策的方案，根据不同的情况可以选择出最优化的配置和方案，从而更好更快地养护高速公路。

2 高速公路养护施工的最优化模型

高速公路养护施工最优化主要包括两个方面的内容，即高速公路养护管理体系的最优化和机械组合的最优化。优化的目标主要是寻找各种养护的方案，在有关规定约束下确定最佳的对策，从而制定出维修和养护计划，并且能够根据实际的路面状况和施工难度进行合理的分析。

一条高速公路的养护施工决策的最优化问题一般都是结合所采取的养护类机械组合来进行制定的，换而言之，可以定义为针对各种道路的损坏程度的特点，即根据路况的实际情况，组织适当而合理的养护工艺方案，使得维护所需花费的材料和养护的工艺在一定的约束条件的情况下，达到一定的目标的优化。所谓一定的约束条件是指高速公路的沥青路面的损坏类型、损坏程度、交通的流量等客观条件对于养护施工工程的约束；一定的优化目标是指针对某一项或者多项要求比如施工的安全性、材料物资的经济性、养护时间的效率性等等方面进行优化选择和分析。

2.1 高速公路养护施工与机械组合安全作业最优化模型

设定路面损坏类型为A1，A2，A3，…，An。养护工艺和机械组合方式为B1，B2，B3，…，Bn，那么针对每种道路损坏形式所采用的养护工艺和机械组合为aij，施工时间为bm。以养护时间为决策的变量Xj，得高速公路养护施工组织与机械组合安全作业最优化问题的数学模型为：

2.2 高速公路养护施工与机械组合使用成本最优化模型

设定路面的损坏类型为A1，A2，…，Am，养护工艺和机械组合方式为B1，B2，…，Bn，则针对于每一种道路的损坏形式采用对应的养护工艺和机械组合为aij，施工成本为b′m，得高速公路养护施工组织与机械组合使用成本最优化问题的数学模型为：

对于决策最优化的分析可以采用线性规划和动态规划来进行建模分析。在模型之中可以设定一个变量X作为一种参数来进行分析，根据路面破坏的类型选择不同的养护施工方案对策和施工所选用的机械设备，针对路段损坏的类型、路段长度、路面宽度，已经使用的年数等各类因素，可以得出路面损坏的评分、路面损坏概率、路面受损面积的百分比、需要进行养护施工的时间以及单位面积养护所需要使用的各类物资材料、机械设备、人力、资金成本的数量等等具体信息。

一个完整的最优化决策需按以下几个具体程序来进行决策分析：第一，要整理养护区域中各个地区的路况数据及分类的道路数据统计，记录成表，以便于分析和观察；第二，根据路况实际的曲线、界限、单价等条件，利用线性规划来确定各个区段的最佳时期养护计划，并在总的养护资金的条件下进行养护经费的预算，合理地控制资金；第三，确定整个地区之中需要养护施工的骨干路线，利用数据线性规划和动态规划的方法制定完整的养护决策和施工时间以及具体的资金分配，确定各个项目，比如人工分配、机械购买、机械维护、沥青路面的修整，还有施工时间的安排，并且根据实际路面状况进行最后的核对；第四，按照路面受损情况的程度和施工难易程度合理安排分配好养护对象的施工顺序，并且制定一个中长期内都能有效的养护方案；第五，在具体实践中进行落实和改进，从而让决策的最优化达到最高。

3 结语

高速公路的养护施工组织与机械组合的决策最优化是高速公路养护治理决策的一个重要环节。在各项机械设备满足施工要求的同时，必须考虑作业的施工安全特性、工期长度，要求在决策最优化的条件下得到施工的安全保障性，并且尽量减少由于封路养护而造成的对于运输交通的不良影响。

怎样才能得到高速公路养护施工决策最优化，最基本的出发点就是在满足施工安全的前提之下，确定施工方案的经济性以及合理性。对于一个具体方案的分析，单靠某一项指标或者运用某一种单一的分析法来进行分析都是不够全面的，需要对于路面材料、路况信息以及使用年数等各方面因素进行数据分析和决策，从而比较完整地达到决策方案的最优化。另外，应该将几种方法综合运用并根据具体问题采取不同的养护方案和选用一些合理的机械设备、物资材料等，这样才能比较全面而有效地得到高速公路养护施工决策的最优化。最后，需要科技发展的支持和更高效的施工组合一起共同作用才能真正实现决策最优化配置。

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