基于数字化平台的企业级养护质量评价体系的建立及应用

张贻超，万晓敏

（上海市政养护管理有限公司，上海市201101）

基于数字化平台的企业级养护质量评价体系的建立及应用

张贻超，万晓敏

（上海市政养护管理有限公司，上海市201101）

传统的养护质量评定标准及评价体系主要针对道路的使用性能现状在宏观层面上进行评估，无法直接用于检验道路的养护水平，更加无法用于养护企业的成本效益分析。微观层面上针对单一损坏的评价又无法作用于大中修等专项养护维修方案的制定。无论是现有的经过统计学分析获得的宏观评价指标，还是微观的损坏严重程度，都无法用于实际养护维修水平的比较。针对以上缺陷，提出基于设施服务水平衰变情况和养护投入水平的强制比例相对评价方法。通过养护质量评价的内容及数据要求，确定了其数字化平台的建立原则，并通过对在运营路段基于数字平台的数据收集，初步比较了3个项目段的养护水平。

数字化平台；企业级养护质量评价；成本效益分析；相对性评价方法；强制比例法

0 引言

路面使用性能主要由功能性能和结构性能两个方面组成[1]。路面的功能性能包括：行驶舒适性、行车安全性、运行经济性、对环境的不良影响等[2，3]；结构性能包括：路面损坏状况、结构承载能力等。

养护质量评价体系的构建同样需要具备科学有效的评价指标模型。长期以来，无论国外还是国内，针对公路养护质量的研究都是从设施本身入手，从设施的技术状况或服务能力来间接地反映养护质量[3-6]，而针对道路设施的技术性能评价及成本效益分析主要采用绝对性评价[6，7]。绝对性评价方法无法用于反映道路设施的实际养护作业水平。养护作业水平受到养护材料、养护机械、养护人员及原生质量等因素影响，缺少对于养护作业自身数据的记录，以上因素分析亦无法进行。

绝对标准的评估方式可以定性地、宏观地考察养护工作的效果，但却无法针对养护工作本身进行定量分析[8-10]。由于养护质量评价与原始路况、养护投入以及养护操作皆相关，必须综合考虑各方面因素，在特定的参考范围内（如某个确定的养护片区）去衡量才有意义。因此，研究采用了相对性评价的方法来对公路养护效果加以分析，通过各道路及不同养护路段的成本及效益的相对性比较，可以结合道路性能衰变，有针对性地对性能与投入进行分析，从而评价各个项目的养护质量。

1 相对性养护质量评价方法

1.1 养护质量评价及数据需求

本文所述养护质量主要是指基于特定的原始路况、养护投入下，养护操作者及养护材料、工艺等的作用效果。因此，养护数字平台的建立原则为：（1）保障一定周期的道路性能检测，有足够的指标数据用于判断路面的路况变化；（2）记录养护作业中物料、机械、时间及人的投入；（3）记录施工量。其中，因素分析要求尽可能记录以上信息，养护质量的相对评价则满足数据（1）、（3）的要求即可。数据（1）、（3）属于高速公路管理常规记录项目，可用于不同信息化水平下的企业养护质量评价。

针对养护质量评价及养护质量改进的需求，需要详细记录影像养护质量的各项因素，并对其进跟踪分析。因此，养护质量评价内容主要包括成本分析、性能与投入分析以及典型损坏分析3个方面。其中：成本分析主要包括费用分析、人力分包、机械耗用以及材料耗费等项目；性能与投入分析主要包括费用对比和材料对比等项目；典型损坏分析则主要包括桥接坡损坏、裂缝防治等。综上，养护质量评价的主要内容参见表1。结合对各类运营养护项目部的工作调研，总结养护评价对应的数据生产关系（见图1）。

表1 养护质量评价数据需求

1.2 相对性评价方法

相对性评价又称常模参考评价，是指在某一团体中确定一个基准，将团体中的个体与基准进行比较，从而评出其在团体中的相对位置的评价。该方法实际上是一种强制分布法，是个体在团体中的相对位置和名次。相对评价具有评价对象对评价结果的公平知觉的优点，可以消除评价者可能存在的主观偏见，减轻养护负担，提高管理效率，不同道路以及不同分公司间具有可比性，可以激发养护人员的竞争意识，增强工人的工作动力。

从另一个方面来说，相对性评价方法是依据正态分布规律，利用大间距评价标准，综合评定不同样本间相对优劣的方法。该方法最大的好处就是能够消除由于偶然和次要因素导致产生的毫无意义的细小差异，得出的评价结果是偏差分数，因此既能体现被考核对象的真实水平，又能在各养护分公司（如不同的道路、不同的分包单位等）之间具有可比性。相对评价体系中设施的技术性能指标本身不再是管理者关注的中心，更好地完成养护任务仅仅是表现能力的手段，考核对象将更重视群体比较。每一个对象在同样参与养护任务的群体常模中居于什么地位，将决定其对自身的评价以及同一群体中其他对象对该个体的评价。

实际养护工作中，可以选择裂缝、桥接坡等单项损坏进行养护质量的评价分析。鉴于数据积累时长等因素，本研究选用路面性能指标PCI作为其养护效益的评价指标，且该指标具有可以同时反映道路的服务水平及结构性能的优点。同一地区各路段养护作业通常采用同一标准（养护作业相关规范），因此，可以粗略地认为其养护平均成本（单位公里车道）一致。因此，其养护质量的评价仅需对道路性能指标进行相对评价即可。

图1 养护评价数据需求关系

将各路段的性能指标检测结果按长度单元进行划分，并按时间顺序一一对应并进行统计学分析，计算对应的百分位数。同时，结合同类道路的基本信息，运用道路长期技术性能衰变预测模型进行计算，剔除原生路况的影像。为确保长期性能与投入分析的客观性和准确性，需要对比25%、50%、75%分位数和衰变方程预测值间的大小关系，避免主观性偏差。同样，以统计50%分位数为评价指标中界，上界和下界同样分别选取25%分位数和75%分位数，具体见表2。此外，数据有效区间为上下边缘，否则视为异常值，需予以剔除。

表2 相对性评价指标

结合统计学中的25%、50%及75%分位数，可以计算统计箱形图来观察数据整体的分布情况。利用25%分位数、中位数（50%分位数）、75%分位数、上边缘、下边缘等统计量来描述数据的整体分布情况。

通过计算这些统计量，生成一个箱体图，箱体包含了大部分的正常数据，而在箱体上边缘和下边缘之外的，就是异常的养护数据。借助统计分位数和箱形图（见图2），相对性评价法可以对这些异常值进行实时筛查和预警，帮助道路养护管理查漏补缺。

图2 箱形图判断异常值

上下边缘的计算公式见式（1）、式（2）。需要注意的是上边缘值不大于技术性能指标的满分值（如PCI＜=100），下边缘值不小于0。

1.3 衰变模型选取

同济大学孙立军教授等建立的模型（简称“同济模型”）形式结合国内外路面使用性能的研究成果，将路面性能衰变过程划分为4种典型模式,拟合衰变的4种模式，孙立军，刘喜平提出了路面使用性能的衰变方程，见式（3）：

式中：PPI为路面使用性能指数；PPI0为初始路面使用性能指数；y为路龄，a；A、B为模型参数。

在同济模型中，模型参数A、B唯一地确定了路面技术状况的衰变过程和衰变曲线的形式，而包括面层厚度、交通荷载、结构强度、基层类型、环境状况以及材料类型等在内的因素都将影响A、B的取值。模型参数A、B的取值计算公式为：

式中：A为路面寿命因子；B为曲线形状因子；h为路面面层厚度，cm；ESAL为日当量轴载作用次数，次/日/车道；l0为初始弯沉，0.01 mm；λ、η、ζ、a、b、c、d为回归系数。

选择上海地区26条公路对模型进行修正，获得修正关系式（5）：

2 案例分析

现选取道路X包括3个路段（X1、X2、X3）、道路Y包括3个路段（Y1、Y2、Y3）以及道路Z包括4个路段（Z1、Z2、Z3、Z4），共计10个不同路段，各路段初始状况和环境条件均相同，衰变预测方程的系数A、B的取值不变，但分别由10个不同的分包单位负责养护管理。现以这10个路段的养护质量评价中的性能与投入分析为例，以路面状况指数PCI值变化为检测对象，运用相对性评价的方法对不同养护费用下的长期养护质量进行评价。

为方便计算，不妨假设这些道路的日当量轴载作用次数ESAL为1800（次/日/车道），面层厚度为18 cm，初始弯沉值为26（0.01 mm），并且均已具备历年的PCI实际检测数据。根据式（3）衰变预测方程参数A、B的计算公式，得到寿命参数A=13.67,模式参数B=1.05。依据同济预测模型（经上海市公路PCI指标修正，式（4））计算得到道路技术状况的长期PCI衰变预测值（见表3、图3）。

表3 道路长期性能衰变预测（PCI）

图3 道路长期性能衰变预测

此时，对X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、Z3及Z4共计10个路段的PCI实际检测值进行应用统计分析，得到各路龄对应的统计量;Q1（25%分位数）、Q2（50%分位数）及Q3（75%分位数），见表4。

分别以上边缘、Q3（75%分位数）、Q2（50%分位数）、Q1（25%分位数）以及下边缘为相对性评价区间边界，可以对应得到以路面状况指数PCI为评价对象的10个路段10 a时间的长期养护质量评级（见图4）。

从图4可以看出，优、良评级的养护路段PCI衰变速度均明显小于衰变方程计算所得的PCI预测值，且PCI预测曲线始终位于上、下边缘包络区间内，由此可见相对性评价的结果较好，避免了可能存在的主观性偏差和异常数据干扰。

然而，实际养护效果评价中，路段实际路龄往往并不一致，需要比较不同路龄下的道路养护质量。因此，本研究选择被评价路段的实际检测PCI值同PCI预测值之间的相对差值百分数（Rel at i ve Di f f erence Percent，简称RDP）作为评价指标，其计算公式见式（6），同路段分析绘制如图5所示。

图4 实测值统计分位数

图5 实测值统计分位数

从图5可以看出，同未经养护的衰变情况对比，该指标可以更好地反映出养护的效果，其数值本身即代表了养护的效益。此外，鉴于该指标为相对指标，亦可以用于不同路龄的设施养护质量评价。

3 结论

在养护管理现状调研、现有问题分析、养护数据构成以及相互关系进行梳理的基础上，本文对养护质量评价这一核心问题进行了深入研究，得出公路养护质量评价体系中的养护质量评价所需要的数据支撑及评价分析目标，提出了基于强制比例法的相对养护质量评价方法。结合部分养护路段进行案例分析，验证了该分析方法的有效性，并采用基于预测的相对性指标改进了该评价方法，使其可以用于不同路龄的养护质量评价。需要注意的是，养护质量评价需要基于养护数据的准确采集和长时间积累，在养护作业辅助系统建立和应用的初期，受限于养护记录样本量的不足，养护工作和养护效果的规律性可能尚未得到充分体现。

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U418

B

1009-7716（2017）11-0172-05

2017-07-24

张贻超（1960-），男，江苏镇江人，高级工程师，从事道路桥梁检测养护管理工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.052