不同规划期内桥梁养护技术优选评价

吴宪锴

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

1 概述

近年来，公路桥梁养护里程逐年增多，投入桥梁养护的资金也在逐年增长，养护成本尚存在降低和优化空间。针对同一桥梁病害可以有不同的养护手段，在选择养护技术时，养护成本往往是决策者首要考虑的指标。但是，在进行养护决策时，仅考虑成本而不考虑养护技术的使用寿命，可能会致使桥梁在整个养护周期中陷入多次养护而间接增加成本[1]。所以，考虑在不同规划期内桥梁养护技术的选择是十分必要的。

2 不同规划期内桥梁养护技术评选模型

2.1 资金的时间价值

资金的时间价值，简单地说，就是同样数额的资金在不同的时间点上具有不同的价值，即资金的增值特性。资金的时间价值通常可以用贴现率i来表示，将未来发生的维护费用折现到现在的费用,可用式(1)进行计算：

(1)

式中：Cpm—方案费用的净现值；

Ckm—方案费用的总费用；

i—折现率；

k—方案的分析期。

2.2 评价指标的选择

单一病害下的多种养护技术在一定程度上是存在差异的，需要根据养护技术的性能和特点来筛选满足要求的养护技术，因此，构建的指标体系是否合理、科学，将会影响评选结果的有效性。综合考虑桥梁的技术状况和桥梁养护技术的特点，这里分别考虑养护技术的成本、有效寿命和适用指数(即养护技术适合养护的病害严重程度)作为评价指标，且考虑到养护技术多次施用的成本，将有效寿命指标在成本指标换算中进行考虑[2]。

2.3 评价方法的建立

2.3.1指标初处理

成本指标按式(2)进行初处理：

(2)

式中：C0i—成本指标初处理值；

i—养护技术类型；

n—评价年；

l—养护技术的有效寿命；

ti—养护技术i的工程量；

ci—养护技术i的单价。

参考《公路桥梁技术评定标准》(JTG/T H21-2011)，适用指数按以下步骤进行初处理：

第一步：病害标度转换值，其计算公式见式(3)

A0i=100-Ui

(3)

式中：A0i—病害i适用指数的初处理值；

Ui—病害i的扣分值，扣分值见表1(取自《公路桥梁技术评定标准》(JTG/T H21-2011))；

表1 病害扣分值

第二步：计算随时间退化的适用指数初处理值，计算公式见式(4)

Aij=100-|Ai-Aj|

(4)

式中：Aij—病害i对应的养护技术j的适用指数的初处理值；

Aj—养护技术j适用指数的适用指数转换值，取值见表2(由表1转换而来)；

表2 养护技术适用指数的适用指数转换值

Ai—病害i随时间变化的退化值，Ai和时间n的关系见式(5)(本式由某养护管理系统退化模型[3]拟合而来，桥梁退化曲线见图1)；

图1 桥梁退化曲线

s0j=p1n3+p2n2+p3n+p4

(5)

p1=0.002056，p2=-0.1147，p3=-0.1757，p4=100.3

式中，n为构件技术状况等价年，如构件的评分为80分，根据式(5)计算，此时n为14年，且从14年开始依次增加。

2.3.2评选体系

由于各评价指标数据之间的数量级和量纲不一致，不能直接使用原始数据进行评选，所以需要对数据进行归一化处理，将它们转换为一个综合度量。成本指标和适用指数分别采用式(6)、式(7)进行归一化：

(6)

(7)

式中：Dci—第i种养护技术的成本指标数据归一化处理后的数值；

Dsi—第i种养护技术的适用指标数据归一化处理后的数值；

dci—第i种养护技术对应的成本指标参数的数值；

dsi—第i种养护技术对应的适用指数指标参数的数值。

对数据进行处理后，将指标值与相应的权重相乘即可，这里默认的权重值为成本指标0.5，适用指数0.5。

这样，不同规划期内桥梁养护技术评选模型即构建完毕，评选体系为：指标初处理(相应的计算公式、归一化处理)→权重分配(这里默认成本指标和适用指数指标权重值各0.5)→模型计算(简单线性加权法)[4]。

3 案例分析

某10m空心板梁一处蜂窝麻面病害，面积为0.2×1.0m2，病害标度为2，现有三种修补材料可以选用，分别为普通水泥砂浆修补、聚合物砂浆修补和环氧砂浆修补，对三种维修方案进行比较，分别对3、5、10年的适用性进行分析。

表3 养护技术基本数据

根据表1、表2和式(5)，蜂窝麻面病害标度为2，扣分值Ui为20，适应指数初处理值A0i为80，对应的评价年n为14，普通水泥砂浆修补、聚合物砂浆修补和环氧砂浆修补三种方法的适用指数换算值Aj分别为80、65、65。根据式(5)进行计算，构件病害随时间的退化值Ai见表4，根据式(4)和表4进行换算，适用指数的初处理值Aij计算结果见表5。

表4 病害随时间的退化值

表5 适用指数的初处理值

将成本指标通过公式(1)进行初处理换算，得到的结果见表6。

表6 成本指标初处理结果

通过式(6)、式(7)分别对成本和适用指数指标进行归一化处理，并将归一化处理后的结果按权重各0.5进行分配，通过简单线性加权法进行加权求和，得到每种养护技术的综合评分，见表7和图2。

表7 养护技术综合评分

图2 不同规划期的养护技术多属性评选

从计算表格和图表中可以看出，在为期3年的规划期内，病害标度为2的混凝土蜂窝麻面病害选择普通水泥砂浆修补技术较好；在为期5年的规划期内，病害标度为2的混凝土蜂窝麻面病害选择聚合物砂浆修补技术较好；在为期10年的规划期内，病害标度为2的混凝土蜂窝麻面病害选择聚合物砂浆修补技术较好。

4 结语

基于桥梁构件病害和养护技术的特点，筛选桥梁养护技术优选的评价指标，并结合《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21-2011)，构建不同规划期内桥梁养护技术的优选评价模型。可针对病害的不同严重程度，筛选出在不同规划期内综合性能更佳的养护技术，辅助养护管理者进行决策，降低养护成本，提高养护效率。这里仅提供一种决策思路，决策结果的准确性还要取决于若干数据和信息的数量及准确性，还需不断积累和进一步完善。