公路沥青路面使用性能评价方法综述

陈斌

摘 要：公路沥青路面的使用性能评价为沥青路面养护决策提供了重要支撑。本文在指出我国现行沥青路面评价方法不足的基础上，对目前国内常见的各种沥青路面评价方法和评价模型进行综述，对比分析了其优缺点及适用对象，为改进我国沥青路面评价方法提供一定借鉴。

关键词：沥青路面;评价方法;评价模型;权重

中图分类号：U416.217文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）12-0090-03

Summary of Evaluation Methods of Highway Asphalt

Pavement Performance

CHEN Bin

（Lanzhou Transportation Infrastructure Project Quality Supervision Station，Lanzhou Gansu 730070）

Abstract： The performance evaluation of highway asphalt pavement provides important support for asphalt pavement maintenance decision-making. On the basis of pointing out the insufficiency of current asphalt pavement evaluation methods in China， this paper reviews various domestic common asphalt pavement evaluation methods and evaluation models， and compares and analyzes their advantages and disadvantages and applicable objects， so as to provide a certain reference for improving the evaluation method of asphalt pavement in China.

Keywords： asphalt pavement;evaluation method;evaluation model;weight

沥青路面使用性能评价是指根据现场采集的路面状况数据，判断路面使用性能满足使用要求的程度，进而衡量整个路网的服务水平并确定路网内需要养护和改建的路段，最后选择相应的养护和改建方案。沥青路面使用性能的评价包括单项指标评价和综合评价[1-2]。单项指标评价是指在对路面状况进行分析的基础上，从道路路面使用性能的不同方面对其进行评价，如破损状况评价、结构承载力评价、行驶质量评价、抗滑性能评价和抗车辙能力评价等;综合评价指标是为了使路网或各路段的路面状况具有可比性而建立的一种对路面使用性能的总体评价。

高等级公路沥青路面使用性能评价的主要作用为：反映出高等级公路沥青路面使用性能现状;对沥青路面长期使用条件下的不同性能状况进行预测;为确定路面养护方案和编制年度路面养护预算提供主要依据。

1 我国现行沥青路面使用性能评价指标及评价体系

1.1 我国沥青路面使用性能分项评价指标

我国公路沥青路面的养护及评定标准规定：沥青路面技术状况评定应包括路面损坏、路面平整度、路面车辙、路面跳车、路面抗滑性能、路面磨耗和路面结构强度七项内容，相应的评价指标为路面损坏状况指数（PCI）、路面行驶质量指数（RQI）、路面车辙深度指数（RDI）、路面跳车指数（PBI）、路面抗滑性能指数（SRI）、路面磨耗指數（PWI）、路面结构性能指数（PSSI），检测指标分别为路面破损率（DR）、国际平整度指数（IRI）、路面车辙深度（RD）、路面跳车（PB）、横向力系数（SFC）/摆式摩擦系数（BPN）、路面构造深度（MPD）以及路面弯沉[l0][3-5]。各指标具体关系如图1所示，除了上述七个分项评价指标外，还有一个综合评价指标——路面技术状况指数（PQI）。相关规范评定时将以上八个指标分为优、良、中、次、差5个等级[3-5]。

1.2 我国现行沥青路面使用性能评价模型

我国沥青路面技术状况采用PQI指数进行评定，PQI指数是PCI指数、RQI指数、RDI指数、SRI指数（或PWI指数，二选一）、PBI指数的函数，PSSI指数不参与PQI指数的计算，单独进行评价。PQI评价模型的关键在于如何科学合理地确定各个指标的权重，相关规范中各指标的权重如表1所示，PQI指数的计算公式如下：

[PQI=wPCIPCI+wRQIRQI+wRDIRDI+wPBIPBI+wSRISRI] （1）

式中，[wPCI]、[wRQI]、[wRDI]、[wPBI]、[wSRI]均为相应评价指标的权重。

1.3 我国沥青路面评价体系存在的问题

合理的单项评价指标是路面性能综合评价的基础，也是路面养护对策选择的依据。据文献调研可知，目前，我国公路沥青路面使用性能评价主要存在以下问题：由于高等级公路与低等级公路在车速、荷载、交通量、路面材料以及路面结构层等方面不尽相同，因此不能把低等级公路的评价模型直接应用于高等级公路评价中;评价模型受人为因素影响较大，客观性不强，同时由于评价指标采用固定权重，与实际状况的一致性较差;对于行驶质量指标RQI指数而言，当IRI指数显示非常不平整和非常平整时，行驶质量指标会出现不合理的评价结果。

2 常见的沥青路面使用性能评价方法

2.1 基于回归模型法的路面使用性能评价模型

这种评价模型是通过对大量数据进行统计和分析，建立各个影响因素和路况综合评价指标间的函数关系。美国路面服务性能指数（PSI）、日本路面养护指数（MCI）以及我国路面技术状况指数（PQI）的建立均采用了这种模型。

该模型主要基于实际采集的数据，具有一定的科学性。然而，评价数据本身具有随机性、偶然性、复杂性和模糊性等特点，只靠单因素回归分析很难准确表达出因素与结果、目标与监督的对应关系，评价结果会偏离实际。

2.2 基于灰色理论的路面使用性能评价模型

人们可以将灰色系统理论的“灰唯一性”原理引入沥青路面评价体系中，即在路况信息不全的情况下，通过对已经了解的部分信息的处理，把路面的综合路况集中在某灰域内，最终实现路面综合路况的评价。

李清富等通过白化函数和灰色聚类权值的分析计算，生成灰色聚类矩阵，在应用灰色聚类决策的基础上，讨论了灰色聚类决策在路面性能评价中的应用[6]。刘秀菊等应用灰色系统理论模型，对PCI、SSI（路面结构强度指数）、RQI、SFC 4项指标进行分析，建立了基于历史数据的指标预测模型，对模型的精度进行了评价，并根据预测结果提出了相应的养护措施[7]。

灰色理论的引入和应用可以解决路面使用性能评价中评价指标模糊、复杂、不规则的问题，它是目前科学、客观、先进的评价方法。然而，评价指标的白化权函数、灰色聚类系数和阈值是根据各指标的经验取值范围确定的，主观经验成为影响评价结果的主要因素，当评价结果与聚类结果接近时，人们难以选择更优的评价结果。

2.3 基于层次分析法的路面使用性能评价模型

层次分析法（AHP）是一种利用多因素递阶处理确定因素权重的方法。其基本思想是将复杂问题分解为相互关联、有序的层次，使每个层次系统化、组织化，从而有效地分析和解决问题。通过比较、判断和计算各层次中两个不同要素的相对重要性，人们可以计算出各相关要素的权重。

元松根据层次分析法的基本原理，编制了基于MATLAB软件的路面综合评价程序，并结合工程实际对路面使用性能指标进行了综合评价，为道路养护及改扩建设计提供理论参考[8]。叶真等通过路面使用性能评价的现状研究，采用层次分析法计算得出模型各评价指标的权重系数，最后通过工程案例与规范评价方法进行对比分析，验证了模型的实用性[9]。

基于层次分析法的路面使用性能评价模型主要特点是将整个评价过程数学化、系统化。这种模型误差小，可靠性高，但评价对象的影响因子不宜过多。

2.4 基于模糊数学法的路面使用性能评价模型

人们可以将模糊数学理论引入路面使用性能评价中，通过建立一套模糊评价集并对专家的打分进行处理和分析，获得各评价指标的隶属度函数，接下来通过现场检测数据和隶属度函数对路面使用性能进行评价，得到路面使用性能综合评价矩阵，最后建立基于评价指标权重的综合评价模型。

李国强等通过对国际平整度指数、年均日交通量、路况指数和路标弯沉值等因素进行分析以及无量纲化处理，基于模糊数学法建立了各评价指标的隶属度函数，得出路面的综合耐用性指数（CSI）[10]。曹志基于隶属度函数以及均方差赋权法建立了单项评价及组合隶属度函数模糊综合评价模型，并通过算例证明模糊综合评价模型可以有效减小路面性能综合评价的波动[11]。

这种模型的建立依据是评价模型中的不确定性和模糊性等特点，其具有一定的合理性、客观性和实用性。但是，这种模型也存在一些不足之处：评价过程烦琐，难以操作，评价结果与实际情况之间存在失真、跳跃等问题。

2.5 基于主成分分析法的路面使用性能评价模型

主成分分析法是指通过数学和矩阵变换，选取一些在评价对象中占比较大的主成分（因素），使这些主成分（因素）成为原来变量的线性组合，最后通過每个主成分的方差贡献率求得各变量的综合评价值。

杨明等以河北高速公路路面的调查数据为基础，利用主成分分析法对路面使用性能进行了综合评价分析，计算结果不仅反映了各主成分的影响因子大小，还为道路养护维修的决策提供了有效的支撑[12]。潘怀兵采用主成分分析法，借助MATLAB软件对沥青路面使用性能进行综合评价，分析表明，主成分分析法评价沥青路面，能客观地反映评价指标对综合评价值影响的强弱，具有独特的优越性[13]。

主成分分析法的优点是：评价结果全面、客观、合理，分析难度较低。不足之处在于：因子负荷符号交替使得函数意义不明确，没有反映客观发展水平。

2.6 其他沥青路面使用性能评价模型

随着交通科学技术的发展、学科之间的交叉以及计算机技术的成熟，新的方法和理论在高速公路工程中的应用逐渐增多，如遗传算法、神经网络以及物元理论等。

胡霞光等通过建立高速公路路面检测数据和专家综合评价之间的回归模型，利用遗传算法对模型进行参数优化，得到令人满意的评价结果，并为路面养护对策提供了重要依据[14]。孙晓震等依据BP（Back Propagation）神经网络理论，建立了沥青路面使用性能综合评价体系，最后通过实例分析表明，该模型的评价结果与实际路况相符，具有较高的评价精度和工程实用性[15]。王惠勇等首次提出了基于物元模型的路面状况评定方法，并以武汉市主城区20年的路面状况检测数据为基础进行实例分析，结果表明，这种模型可以准确反映路面使用状况，有一定的推广应用价值[16]。

3 结语

由于沥青路面使用性能受到道路行车车载、路面材料结构与特性以及自然环境等多种因素的影响，只采用一种评价方法进行沥青路面使用性能的评价容易产生误判，从而形成错误的养护决策。针对目前规范评价模型采用常权的缺陷，考虑到各评价指标间存在一定的内在联系，在评价过程中，人们可以根据前述灰色模型、层次分析法、主成分分析法、模糊数学法、集对分析、遗传算法和神经网络等方法的适用性，选择合理的评价模型，提高评价的科学性，使评价结果更具有客观性，为养护决策提供有效指导。

参考文献：

[1]潘玉利.路面管理系统原理[M].北京：人民交通出版社，1998：137.

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[4]交通运输部.公路沥青路面养护设计规范：JTG 5421—2018[S].北京：人民交通出版社，2018.

[5]交通运输部.公路技术状况评定标准：JTG 5210—2018[S].北京：人民交通出版社，2019.

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[7]刘秀菊，郑彦军.基于灰色理论的沥青混凝土路面使用性能多指标预测方法研究[J].公路，2012（4）：233-237.

[8]元松.层次分析法在沥青路面使用性能评价中的应用[J].黑龙江交通科技，2011（8）：5-6.

[9]叶真，李宏.基于交通特性判别的沥青路面使用性能综合评价研究[J].建材技术与应用，2015（6）：38-41.

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[11]曹志.高速公路路面使用性能评价与衰变预测方法研究[D].重庆：重庆交通大学，2019：12.

[12]杨明，阳亮.主成分分析法在高速公路沥青路面使用性能评价中的应用[J].中南公路工程，2006（6）：55-57.

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[15]孙晓震，邵先胜.基于神经网络的沥青路面使用性能综合评价体系的研究[C]//中国公路学会养护与管理分会中国公路养护技术大会论文集.2012：96-100.

[16]王惠勇，陈宇亮，芮勇勤.基于物元模型分析方法的路面状况综合评价[J].交通运输工程学报，2004（2）：6-9.