基于管理學(xué)原理的瀝青混合料離析影響因素識別分析

譚發(fā)茂，李炎保，段曉晨

（1.天津大學(xué)，天津 300072；2.中國交通建設(shè)股份有限公司，北京 100088；3.石家莊鐵道學(xué)院，河北 石家莊 050043）

0 引言

瀝青路面早期破壞現(xiàn)象一直是工程界的一大難題。而瀝青混合料（Hot-mixed-asphalt）離析是路面早期破壞的主要原因[1]。所謂離析，就是組成瀝青混合料的粗、細(xì)集料和瀝青含量分布不均勻的現(xiàn)象[2-4]。產(chǎn)生離析的瀝青路面，在車輛和雨水的同時作用下，容易發(fā)生路面滲水，加速路面的損壞，嚴(yán)重影響道路的使用和行駛安全[5]，同時也帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于離析的產(chǎn)生，路面的預(yù)期壽命只有設(shè)計壽命的50%[6]。因此，研究離析、找出離析的主要影響因素具有重要的工程意義和經(jīng)濟(jì)價值。

本文的研究目的是運用管理學(xué)原理對離析影響因素進(jìn)行分析，找到影響離析的主要因素，然后在實際工程中加以控制，從而減少路面結(jié)構(gòu)的不均勻性，提高路面的質(zhì)量和耐久性，防止路面早期破壞的產(chǎn)生。

未被識別的因素是無法加以控制的。離析得不到很好控制，其中的重要原因是缺乏離析影響因素識別，不能區(qū)分主要和次要因素，并針對主要因素采取有效的預(yù)控措施。因此，研究如何采用科學(xué)有效的方法對離析的影響因素進(jìn)行識別，是路面工程質(zhì)量控制過程中非常關(guān)鍵的內(nèi)容。

1 影響因素識別分析的方法

在相關(guān)文獻(xiàn)中，未見瀝青混合料離析影響因素識別分析的研究資料，本文創(chuàng)造性地引入風(fēng)險識別的方法，對離析影響因素進(jìn)行識別分析，以識別主要影響因素并加以控制，達(dá)到減少離析和消除離析的最終目的。

風(fēng)險識別方法主要有以下幾種：專家調(diào)查法（specialist）、工作分解結(jié)構(gòu)法（WBS）、頭腦風(fēng)暴法（brain storm）、德爾菲法（Delphi method）、風(fēng)險清單法（risk list，RL）、危險與可操作性分析法（hazard and operability study，HAZOP）、危險指數(shù)法（risk rank，RR）、故障模式及影響分析（failure mode effects analysis，F(xiàn)MEA）、預(yù)先危險分析方法（preliminary hazard analysis，PHA）等。但要找到一個可以完全適合所有系統(tǒng)或操作的風(fēng)險識別方法是困難的，應(yīng)在汲取不同風(fēng)險識別方法優(yōu)點的基礎(chǔ)上，考慮有效性、經(jīng)濟(jì)性和可操作性，根據(jù)所研究的對象和目的采取更有針對性的識別方法。武漢理工大學(xué)學(xué)者黃明等在有關(guān)研究中提出了應(yīng)用層次分析法分6個步驟建模的方法[7]，對于本文研究的多準(zhǔn)則、多目標(biāo)或無結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜問題的決策分析，這一方法也極具適用性[8]。下面應(yīng)用前述方法和成果進(jìn)行影響因素的分類、影響程度的劃分和影響度計算。

1.1 影響因素類別分析

學(xué)者黃明指出，為了問題的簡化，剔除一些重要性較低、權(quán)數(shù)較小的指標(biāo)，有利于避免因指標(biāo)體系因素過多而引起判斷上的失誤和混亂。指標(biāo)篩選可采用權(quán)數(shù)判斷法。根據(jù)指標(biāo)權(quán)數(shù)的大小決定指標(biāo)的取舍，具體步驟如下：

設(shè)影響因素類別評價指標(biāo)體系F={f1，f2，…，fn}，其中相應(yīng)的權(quán)數(shù)集為：λ ={λ1，λ2，…，λn}，λi∈[0，1]，i=1，2，…，n。

設(shè)取舍權(quán)數(shù)為 λk，λk∈ [0，1]，當(dāng) λi< λk時，篩選掉指標(biāo)fi；當(dāng)λi>λk時，則保留指標(biāo)fi。

1.2 影響程度的劃分與計算

學(xué)者黃明還提出，以某評價指標(biāo)的所有評價結(jié)果的均值作為理想值，計算所有該指標(biāo)的評價數(shù)據(jù)與理想值的差異程度，如果差異性較小，則該指標(biāo)體系的穩(wěn)定性和可靠性較高一些。為此，可采用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)中相關(guān)系數(shù)作為評價指標(biāo)體系可靠性系數(shù)。

設(shè)所有指標(biāo) xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，s）的專家組評分的平均數(shù)據(jù)組為y={y1，y2，…，yn}，則有

影響程度的計算可以采用下列公式：

式中：Ri為影響度；Pi為發(fā)生離析的可能性；Ci為離析的危害程度。

2 瀝青混合料離析影響因素的識別分析及實際應(yīng)用

2.1 工程應(yīng)用實例

河北某高速公路二期第10合同段，長20.1 km，雙向四車道，設(shè)計時速120 km/h，瀝青混凝土路面寬度11.25 m，面層為4 cm SAC-13多碎石瀝青混凝土，中面層和底面層分別為5 cm AC-20型和6 cm AC-25型瀝青混凝土?；鶎硬捎脟鴥?nèi)首次使用的20 cm整體攤鋪瀝青混合料柔性基層。

瀝青混合料拌和采用德國進(jìn)口4000型大型拌和站，2臺ABG-525大型攤鋪機(jī)并機(jī)攤鋪，進(jìn)口重型雙鋼輪雙振壓路機(jī)和重型膠輪壓路機(jī)壓實。

該項目是國道主干線省重點工程項目，該合同段是省重點科研項目“柔性基層研究”唯一實施示范工程，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高。其中，如何控制瀝青混合料離析避免路面結(jié)構(gòu)不均勻性，特別是如何控制好國內(nèi)首次采用的20 cm瀝青混合料柔性基層整體攤鋪的瀝青混合料離析（以下簡稱“離析”）是瀝青路面施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

針對如何控制離析，采用專家咨詢和問卷調(diào)查的方式，分別對技術(shù)專家、施工管理人員、現(xiàn)場技術(shù)人員、操作手等四類人員進(jìn)行了廣泛調(diào)查咨詢。問題主要包括施工過程合理劃分、離析影響因素及其分類、離析的影響程度劃分等幾個方面，離析影響程度按程度的不同分別賦以不同的分值，離析影響因素問題出現(xiàn)的可能性也按程度賦值。調(diào)查咨詢結(jié)果結(jié)合國內(nèi)外離析影響因素統(tǒng)計資料和現(xiàn)場施工統(tǒng)計資料進(jìn)行分析，并采用前述方法進(jìn)行整理篩選分析。

2.2 離析影響因素類別分析

瀝青路面施工的瀝青混合料生產(chǎn)、運輸、鋪筑和碾壓過程系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。為了分析離析影響因素的類別，將瀝青路面施工劃分為瀝青混合料級配設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、鋪筑和碾壓5個操作過程。根據(jù)前述指標(biāo)篩選方法，確定影響離析因素分為3類，即拌制過程離析、施工過程離析和溫度離析。并從操作、設(shè)備、材料、環(huán)境和協(xié)調(diào)等5個方面對主要因素進(jìn)行分析，見圖1。因為骨料與瀝青離析只適用于瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）路面，本文未涉及，故不詳細(xì)敘述。

圖1 離析的影響因素及其分類

參照喬漢（Challhan）專家分析系統(tǒng)，通過專家咨詢、頭腦風(fēng)暴和前述計算過程，確定用31個參數(shù)反映影響因素對離析的影響，并根據(jù)現(xiàn)場和國內(nèi)外統(tǒng)計資料確定各影響因素影響程度分值如下述表1。

2.3 離析影響程度的劃分與計算

影響程度劃分主要包括影響因素危害程度和離析發(fā)生可能性2個方面。根據(jù)離析產(chǎn)生后果嚴(yán)重程度，將離析危害程度分為不同等級，并根據(jù)其程度賦予0～10的分值。

將影響因素問題發(fā)生的可能性劃分為4個等級。理論上講不可能發(fā)生的等級分值為0。為此，將發(fā)生可能性極低的情況分值劃分為0.1～0.3，可預(yù)料的情況分值取>10，在這個區(qū)間內(nèi)再分成2個等級，可能性低，分值取1～3，可能性高，分值取6～8。各影響因素可能性分值分別計入表1。

在對影響因素類別和影響程度分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)專家咨詢、專家問卷調(diào)查、施工人員問卷調(diào)查的結(jié)果，可根據(jù)發(fā)生離析的可能性及離析的危害程度計算相應(yīng)的影響度。

表1 影響因素的影響程度分值及影響度計算表

3 離析主要影響因素的識別分析與控制

3.1 顯著性因素和ABC分析

對各種因素進(jìn)行顯著性因素ABC分析以確定各主要影響因素，以便對主要因素采取重點控制措施，在施工中減弱和消除其對離析的影響。具體方法是將因素數(shù)目百分?jǐn)?shù)為5%～15%而權(quán)重占用額累計百分?jǐn)?shù)為60%～80%左右的前幾個因素，確定為A類主要因素或稱顯著性因素；將因素數(shù)目百分?jǐn)?shù)為20%～30%，而權(quán)重占用額累計百分?jǐn)?shù)也為20%～30%的因素，確定為B類；其余為C類，C類情況正和A類相反，其因素數(shù)目百分?jǐn)?shù)為60%～80%，而平均權(quán)重占用額累計百分?jǐn)?shù)僅為5%～15%。B、C兩類因素也稱非顯著性因素。

3.2 離析影響主要因素的分析識別

下面以拌制過程主要離析影響因素分析為例，簡要介紹應(yīng)用顯著性因素和ABC分析法。拌制過程離析各影響因素按影響度分值降序排列，并計算出各影響因素的影響度比重和影響度累加值。為了直觀地對各影響因素進(jìn)行分析，將各影響因素的影響度、影響度比重及影響度比重累加繪制成雷達(dá)圖（見圖2）。圖3和圖4分別是影響度比重柱狀圖和影響度累加曲線圖。

圖2 拌制過程離析各影響因素影響度、影響度比重及影響度比重累加雷達(dá)圖

圖3 拌制過程離析各影響因素影響度柱狀圖

圖4 拌制過程離析各影響因素影響度比重累加曲線圖

從圖中可看出：集料質(zhì)量及原產(chǎn)地變化大、集料裝載與計量控制不精確，權(quán)重累計百分比在70%～100%之間，可以確定為A類主要影響因素，應(yīng)針對這2種因素存在問題的原因，制定相應(yīng)預(yù)控措施在施工中減弱和消除2種因素的影響。混合料級配與生產(chǎn)配合比設(shè)計不合理（Ⅰ）、冷料篩分及計量控制誤差（Ⅴ）、操作人員技術(shù)素質(zhì)與拌和的施工組織存在問題（Ⅷ），權(quán)重累計百分比在20%～70%之間，為B類次要因素，也應(yīng)認(rèn)真分析存在問題原因，制定相應(yīng)預(yù)控措施加以解決。其他因素為C類次要因素。

同樣的分析可以得出施工過程和溫度離析的主要影響因素。篇幅所限，不作詳細(xì)介紹。

為了從總體上對整個施工過程的離析影響因素進(jìn)行有效的控制，有必要對整個影響因素進(jìn)行計算分析。分析表明，影響離析的主要因素在溫度離析和施工過程離析中，應(yīng)重點控制。拌制過程中的集料質(zhì)量變異大、集料裝載與計量控制不準(zhǔn)確因素，施工過程中的攤鋪機(jī)操作人員的技藝水平不高、攤鋪碾壓設(shè)備的優(yōu)選組合不當(dāng)因素，溫度離析中的碾壓溫度偏低與碾壓時間不合理因素是整個離析影響因素的主要影響因素，這與分類分析識別的結(jié)果也是一致的。因此，在路面施工過程中應(yīng)將整個關(guān)注中心集中在這5種主要因素的發(fā)展變化和控制上。

3.3 離析影響主要因素的控制及其效果

在本項目的路面施工中，對經(jīng)過系統(tǒng)分析找到的本文3.2節(jié)所列的5項離析控制的主要影響因素進(jìn)行了有效重點控制，分別制定了具體控制措施，減少了這些因素的影響。對次要影響因素也采取了相應(yīng)的預(yù)控措施，避免了過去施工過程中憑經(jīng)驗主觀控制的現(xiàn)象。同時，施工中還采用動態(tài)管理的方法對所有影響因素進(jìn)行管理和監(jiān)控，現(xiàn)場取樣篩分結(jié)果均符合施工規(guī)范要求。最終結(jié)果表明，離析得到有效控制，確保了路面結(jié)構(gòu)的均勻性，該項目工程交工驗收也獲得了省內(nèi)歷史最高分。

4 結(jié)語

影響因素和關(guān)鍵因素識別是一個技巧性很高的過程。本文利用類似工程的統(tǒng)計資料和相關(guān)記錄，運用管理學(xué)和運籌學(xué)等方面的理論和方法，根據(jù)專家咨詢、頭腦風(fēng)暴、國內(nèi)外統(tǒng)計資料和相關(guān)計算分析，確定離析的各種影響參數(shù)和影響因素，并通過顯著性因素和ABC分析，識別出了各階段影響離析的關(guān)鍵因素，施工中根據(jù)不同類別的影響因素分別采取不同的措施加以控制，既實施了離析的有效控制，又避免了主次不分而顧此失彼。實踐證明，實際應(yīng)用效果良好。

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