沥青路面改建方案优选探讨

莫秋金 石忠利

(广西交通规划勘察设计研究院有限公司，广西 南宁 530029)



沥青路面改建方案优选探讨

莫秋金 石忠利

(广西交通规划勘察设计研究院有限公司，广西 南宁 530029)

基于目前已建高等级路面已经不同程度地进入了大修或改建的现状，以湖南省湘潭市芙蓉大道沥青路面改建为例，从经济、技术、效益三方面，选取了新的改建方案评价指标，运用模糊多属性决策法计算确定路面改建最优方案，从而解决了改建方案决策主要依靠经验的问题。

沥青路面，改建方案，评价指标，模糊多属性决策法

0 引言

近年来，国内早期的高等级路面使用性能逐渐下降，已经不同程度地进入了大修、改建时期，而沥青路面改建方案的设计选择是需要根据准确的方案评价来完成的。目前，公路路面的改建方案决策主要由工程师根据经验结合路面实际情况来决定，导致改建方案的选择不易达到预期的效果。近年来，国内有些学者提出一些方案选择的理论，主要有效益方案比[1]、加权法决策[2]等。这些方法应用程序复杂，且未考虑改建方案选择的全面性，导致难以普及推广。因此，研究新的改建方案决策方法是有十分重要的意义的。在综合考虑经济、技术、效益等三方面因素的情况下，选取了新的评价指标，运用层次分析法[3]确定指标权重，通过多属性决策法计算确定改建最优方案,并将该方法应用在湖南湘潭市芙蓉大道路面改建工程中，验证了该方法的科学性、可靠性。

1 工程实例

芙蓉大道是湘潭市重要的主干道，是连接长沙和株洲的大动脉，于2008年年初通车，全长7.9 km，由于交通量大、通车时间久等原因，路面破损严重。为确保交通顺畅及行车安全、舒适，湘潭市政府开始对芙蓉大道进行路面改建。

2 改建方案优选模型

针对芙蓉大道的路面破损状况提出相应的改建候选方案和评价指标，并运用麦克克雷姆的两极比例方法[4]理论将定性指标量化，量化方法见图1。再使用层次分析法确立量化后的指标权重，最后通过模糊多属性决策方法计算确定改建的最优方案。具体步骤见图2。

2.1 提出改建候选方案

沥青路面的改建方案主要有翻修、加铺和旧路废料再生三大类方案[5]，而在实际应用当中，可以将三类方案结合起来使用。在调查芙蓉大道的路面状况后，提出六种可行方案：1)铣刨处理后加铺：在对原路面进行处治后再加铺沥青混凝土；2)再生基层后加铺；3)做防反射裂缝后加铺；4)开挖面层修补基层：如果基层结构比较稳定，仅仅只是面层遭到破坏，可以把路面面层开挖到受病害影响的深度，再回填；5)更换基层或底基层；6)路面就地冷再生。

2.2 提出改建方案评价指标

根据《公路技术状况评定标准》[6]以及总结前人关于沥青路面改建方案优选决策的项目经验和研究成果，将项目预算、施工时间、预期效果、施工阶段交通控制、可行程度和期望使用年限这六个指标作为改建方案的评价指标。这六个评价指标覆盖了改建方案从规划到建成通车整个过程，从经济、技术和效益三方面全面评价改建方案，包含了在模糊属性中的效益类属性指标和成本类属性指标。

2.3 确定评价指标权重

建立评价指标的判断矩阵A，通过相互比较其重要性确定矩阵A中的要素，成立15以内的专家小组，专家根据自身参与项目的经验和资料结合判断尺度确定。判断尺度见表1。

表1 判断矩阵尺度及定义

根据判断尺度建立n阶判断矩阵A：

(1)

其中，aij>0，aij=1/aji，aii=1。

依据表2对路面改建评价指标的重要性进行量化，建立判断矩阵。用A～F分别表示工程预算、施工时间、预期效果、施工期间交通控制、可行程度及期望服务年限6个改建方案评价指标，根据专家意见确定其重要性程度，并且根据结果建立相应的判断矩阵：

1)确定指标权重。可通过先计算矩阵的特征向量，再把特征向量进行标准化处理得到指标权重值。

(2)

(3)

向量W=[W1,W2,…,Wn]T即为指标权重组成的特征向量。

W=[W1,W2,W3,W4，W5，W6]T=[0.25,0.11,0.15,0.06,0.08,0.35]T。

其中，Wi依次代表方案评价指标工程预算、施工时间、预期效果、施工期间交通控制、可行程度、期望服务年限的权重值。

2)计算一致性判断。运用层次分析法原理[5]，计算一致性的指标为：

(4)

(5)

其中，λmax为判断矩阵A的最大特征值；[AW]i为矩阵[AW]的第i个分量。

定义一致性比率指标CR为：

(6)

其中，C.R.为随机性指标，见表2。

表2 随机性指标C.R.值

当CR<0.10时，即认定判断矩阵符合一致性，反之，则需重新建立判断矩阵计算。

3 沥青路面改建方案优选

采用模糊多属性决策方法对沥青路面改建方案优选，步骤如下：

1)将改建方案的评价指标量化，得出决策矩阵。本项目共提出六个改建方案，每个方案有六个评价指标，将改建方案的评价指标通过两极比例法量化，即可得出改建方案的决策矩阵：

(7)

其中，pmn为第m个方案的第n个指标的值；m为改建方案数目；n为评价指标个数。

根据专家的经验并结合改建方案的适用条件，专家小组对候选方案的各项指标作用按很低、低、平均、高、很高五个等级进行评价，并将评价结果通过两极比例法进行量化，获得路面改建方案对应的决策矩阵如下：

2)决策矩阵标准化。采用比例转换法对评价指标进行标准化，见式(8)。

(8)

将决策矩阵标准化处理得：

(9)

3)计算加权矩阵。评价指标的权重值W=[W1,W2,W3,W4,W5,W6]T=[0.25,0.11,0.15,0.06,0.08,0.35]T，通过式(10)计算决策矩阵的加权:

(10)

可得出加权矩阵，见式(11)。

(11)

4)计算理想解和负理想解。理想解是其指标全部由最优的值组成，见式(12)。

(12)

其中:

(13)

负理想解与理想解完全相反，指标全由最坏属性值构成。

(14)

其中:

(15)

选取最好的属性指标确定沥青路面改建方案的理想解为A+=(0,0,0.15,0,0.085,0.349)，选取最坏的指标确定上述方案的理想解为A-=(0.25,0.107,0,0.055,0,0)。

5)计算各改建方案与理想解和负理想解之间的距离。

用n维欧式距离来表示各方案与理想解、负理想解的距离:

(16)

(17)

各改建方案与理想解的距离为d+=(0.379 9,0.298 1,0.235 2,0.262 5,0.274 4,0.279 3)，与负理想解的距离为d-=(0.290 2,0.241 4,0.294 6,0.222 5,0.391 3,0.212 0)。

6)计算各改建方案的相对效益值。各沥青路面改建方案的相对效益值计算公式为：

(18)

求出各改建方案的相对效益值，相对效益值最大的方案为最优改建方案。根据式(18)，计算得出各改建方案的相对效益值U(Ai)=(0.433 1,0.447 4,0.556 1,0.458 8,0.587 7,0.431 5)。

根据计算，各方案相对效益值排序为5，3，4，2，1，6。结果显示，从经济、技术和效益三方面全面评价，对芙蓉大道改建方案采用方案5)效果最好，即采用更换基层的改建方案。

4 结语

目前芙蓉大道昭山段路面改建工程已经施工完成并通车，通车两年来，新沥青路面经受住了考验，目前没有出现任何一处车辙和破损，路面结构层稳定，行车的安全性和舒适性得到大幅提升，为湘潭市昭山区的发展提供了有利条件，同时也为路面改建工程方案比选决策提供了新的经验。

[1] 陈育书,罗幸平,虞将苗.广东省高速公路沥青路面预防性养护措施费用效益评价研究[J].广东公路交通,2015(4):1-5.

[2] 周勇军,蔡军哲,石雄伟.基于加权法的桥梁冲击系数计算方法[J].交通运输工程学报,2013(4):29-36.

[3] 常 健,张志军.基于层次分析法的桥梁安全综合评价研究[J].山西建筑,2014，40(2):154-156.

[4] 丁 敏,穆 健,霍 超.基于耦合评价模型的深基坑支护优化设计[J].重庆建筑,2015(11):26-30.

[5] 向 昕.高速公路沥青路面预防性养护方案设计方法[J].公路交通科技(应用技术版),2013(10):163-167.

[6] JTG H20—2007,公路技术状况评定标准[S].

Inquiry on optimal selection of asphalt pavement transformation scheme

Mo Qiujin Shi Zhongli

(GuangxiTrafficPlanningSurveyDesignAcademyCo.,Ltd,Nanning530029,China)

In light of current high-grade pavement built maintenance and transformation status, taking Furong highway asphalt pavement transformation in Xiangtan city of Hu'nan province as an example, starting from three aspects of economy, technology and benefit, the paper selects new transformation scheme evaluation index, calculates and determines optimal pavement transformation scheme by applying fuzzy multi-attribute decision making method, so as to avoid transformation scheme decision with experience-oriented.

asphalt pavement, transformation scheme, evaluation index, fuzzy multi-attrikute decision making nethod

1009-6825(2017)15-0115-03

2017-03-01

莫秋金(1963- )，男，高级工程师； 石忠利(1990- )，男，工程师

U416.217

A