沥青路面养护可持续发展方法

杨术

（广州市高速公路有限公司 广东 广州 510220）

0 引言

土木工程不仅需要解决各种技术问题，还涉及交通与供水等基础设施系统。基础设施的质量与城市居民的生活质量息息相关，而交通问题则严重影响了交通基础设施。近些年中国城镇化发展迅速，机动车存量大幅增加，由此带来的路面破损问题也大幅增加。

1 路面养护可持续发展方法概述

一方面，不断修建的城市道路在关键位置处（公交站台、红绿灯前、长大下坡路段）极易发生损坏，需要考虑城市道路的耐久性问题。另一方面，城市道路的养护没有跟上道路交通荷载的增幅，这导致城市道路往往在修建不久后迅速破坏。Jonson 在其关于沥青路面养护的书中，讨论了路面养护和预防性养护的重要性，以及介绍了解决各种问题和状况的方法。该文的重点是通过提前规划道路的养护，使其处于相对良好的状态，对城市道路基础设施的可持续管理，特别是对沥青路面的可持续管理提供一个解决思路。可持续性指的是通过整合有限的可用资源（预算，时间，设备等） 将其用于养护，并获得令人满意的道路基础设施质量和在分析范围内最终用户的服务水平（LOS）。Rajagopal 和George 探索了养护时间和水平对路面状况的影响程度，并建立了机械—经验模型用以预测路面破损状况。Shahin 和Kohn 提出了Paver（路面维护管理系统），Paver 旨在对分配给路面养护和大修的资金进行优化，该系统将城市道路划分为不同管理等级，对城市道路状况进行等级划分和评估，合理确定养护需求和优先级，同时他们也对实施Paver 的实际道路进行了经济分析。Abaza 等人的研究在集成式路面管理系统中建立Markovian 模型用于对路面养护改善后的性能预测。Fwa 等开发了一种基于遗传算法的程序用以解决多目标网络级路面养护编程问题。Cafiso 等提出一种通过多准则分析对冲突中的替代方案进行排名的框架，选择层次分析法（AHP）进行路面养护。

与传统养护方式相比，新的可持续养护方法可以更有效地分配预算。另一项研究使用模糊层次分析法对需要维护和修复的路面部分进行分级。Abu Dabous 等使用多准则决策分析技术来对城市道路进行维护并分级，其原理是通过工作结构的分解来确定决策要素，再运用层次分析法和多属性效用理论对路面网络进行分级，但这一方法不包括城市道路养护费用的决策。

2 试验方法

2.1 试验方法的制定

试验方法的制定如图1 所示。通过确定研究问题来明确概念，包括确定研究领域及相关专家，专家分为三类：

（1） 公民代表（9 个市区代表）；

（2） 交通工程专家（2 名道路养护公司进行养护决策的工程师，2 名现场养护工程师，3 名分别来自土木工程、建筑工程和大地测量工程的专家以及3 名方法学专家）；

（3） 政府代表（负责养护的事业单位代表）。在3 个小组的研讨中制定最终加权准则。方法学专家的任务是向其他专家解释如何比较这些标准。最后，通过AHP 方法确定标准的权重。

2.2 试验方法的具体执行

首先，定义替代方案并制定目标树（目标层次结构GHS）。主要目标是定义一种可持续的沥青路面养护方法，它是层次结构的顶部，再确定主要目标与子目标。第二步是确定研究区域内参与对比的路段。在评估这些路段之后，可以创建一个包括所有已定义标准的决策矩阵。所选路段必须由所有专家协调决定，并且他们对标准特征的意见由标准权重和所选的偏好函数表示。第三步将指定权重和标准进行组合建立不同模式下的处理策略。包括4 种方案，每组专家一组。通过应用PROMETHEE I 和II 方法，将4 种方案用于数据的分析和比较。在数据分析过程中，研究路段的排列顺序并比较了每种方案的分析结果。最后一步，综合前述决策和PROMETHEE V 方法得出最终方案。

3 讨论

3.1 结果

城市化导致城市人口激增，伴随着机动车辆的大幅增长，这就导致在交通流量和生态影响的影响下，路面产生破损并伴随着使用性能的下降。路面养护是一项应定期进行的工作，以确保道路的使用安全。因此，本研究的主要目标是选择最优可持续发展道路养护法。本研究对研究区域进行详细调查，确定了用于测试的道路。选择50 条道路用以评估在成比例路段长度上是否存在任何类型的损坏，它们包括县道、省道与国道。除了定义研究区域外，还确定了相应的利益相关者群体，其分别是：公民代表，交通工程专家和政府代表。每组利益相关者参与GHS 的定义如图2 所示。

图2 目标层次结构

GHS 首先定义了主要目标，即一种可持续的沥青路面养护方法。根据所有利益相关者创建的“目标清单”，目标的第一级包括社会效益的最大化，技术特征的最大化以及经济指标的最小化。目标的下一个级别是用于多标准分析最后一个级别。即社会效益的最大化分为3 个标准（C1-C3），技术特征的最大化分为4 个标准（C4-C7），而经济指标的最小化则分为3 个标准（C8-C10）。共有10 条标准用以评估解决方案的替代标准（图2）。

3.2 讨论

创立了一个决策系统，选择权值大的单位用以评价沥青路面的养护工作重要性，所提出的概念表明可以适当降低养护工作复杂性。该概念的应用基于正确使用对应方法与数据。通过将所有相关行业的专家包括在内，可以证明这种基于多准则分析方法的优势，同时综合不同意见制定了针对特定问题的综合解决方案，从而避免了方案可能的行业偏差，进而提高了方案实施过程的质量。本方法可以根据道路状况的改善需求对道路基础设施进行排名，并且可以套用在部分非道路公共基础设施。

现有的决策模型没有使用多准则方法来根据定义的标准，评估和分析每个备选方案，且并未考虑对不同领域的专家与利益相关者进行划分，这是本方法决策过程中的关键因素。虽然这些模型提出了一些养护方法，但是它们在养护中的方法优先级未进行排列，也没有一个概括性的方法排列顺序。部分研究在决策过程中，仅粗略的考虑沥青路面养护中的两项活动：第一项评估，破损对道路预期功能的影响。第二项评估，人工目视检查确定路面状况以及导致这种状况的原因。这一方法仅基于道路状况，没有额外考虑其他因素对整体工程的显著影响参数，如容量、稳定性、安全性、功能和成本。

本方法在考虑社会、技术和经济方面的情况下，将PROMETHEE 方法用于优先级排序和引入约束条件，并通过AHP 方法来确定标准权重，这两点是获得最终方案的基础。通过在DSC 中使用多准则方法提高了沥青路面施工年度养护计划的可靠性和客观性。鉴于养护预算是主要限制因素，在城市发展过程重应注重全面可持续发展，因此引入了限制：定义了城市预算中用于维护沥青路面的年度金额，以及关于研究区域的空间划分的4 个空间功能约束。最终得到沥青路面施工年度养护计划，这一计划中研究区域包括11 条路段。

4 结语

本方法提出的概念是首创且易于使用，因为它在引入具有不同利益相关者偏好的同时分析了大量不同的数据。同时对这一方法的不足进行展望，其一用以评估沥青路面的数据收集方法能否扩展到其他城市建设设施上，例如建筑、排给水、电力工程等，针对这一展望猜想应使用例如GIS地理信息系统以及公共基础设施安全制图系统来自动化数据收集过程；其二为了评估沥青路面的状况，在专家人工评估与神经网络结合方面，是否能在加快处理速度的同时消除特定条件下专家评分的主观性。由于本次设计方案的灵活性，因此无论是案例研究还是针对公路实体工程其都能适用，这一适用性通过在GHS 的最后一个级别（标准级别） 进行结构更改来实现，这些更改包括添加新的或修改后的规则以使该方法适应不同的任务。