公路隧道養(yǎng)護費用估價模型及評價體系研究

崔琦　董敏毅　王選倉

摘要：基于控制公路隧道養(yǎng)護費用的目的，通過對道養(yǎng)護費用的主要影響因素——隧道長度、通車年數(shù)、路面寬度、交通量等進行深入分析，利用MATLAB軟件對所選取的指標建立公路隧道養(yǎng)護費用的估價模型，提出了公路隧道養(yǎng)護費用的單項評定標準；采用灰色關聯(lián)度分析法確定了公路隧道養(yǎng)護費用的綜合評價體系，經(jīng)過實例驗證，估價模型及評價體系有效、準確。

關鍵詞：公路隧道；養(yǎng)護費用；估價模型；評價標準

中圖分類號：U457文獻標志碼：B

Abstract： For the purpose of controlling the maintenance cost of highway tunnel， a comprehensive investigation and analysis of the maintenance cost of highway tunnel was conducted on the main influencing factors including tunnel length， service time， road width， traffic volume， etc. The evaluation model of highway tunnel maintenance cost was established by using MATLAB software. The standard of highway tunnel maintenance cost was put forward. The gray relational analysis method was used to determine the comprehensive evaluation system of highway tunnel maintenance cost， and the evaluation model and system are valid and accurate according to practical cases.

Key words： highway tunnel； maintenance cost； evaluation model； evaluation criterion

0引言

隨著中國公路隧道的不斷建成及發(fā)展，越來越多的公路隧道逐漸進入到養(yǎng)護階段，養(yǎng)護費用也在逐年遞增[13]。由于公路隧道病害發(fā)生的原因多種多樣，導致隧道病害發(fā)生的時間、種類和程度等很難預測及控制，公路隧道養(yǎng)護費用的使用與控制仍然存在問題，因此公路隧道養(yǎng)護費用的合理使用及控制十分重要[46]。合理的控制使用養(yǎng)護費用，不僅能夠提高公路隧道養(yǎng)護的質(zhì)量，而且有利于養(yǎng)護費用的合理分配與控制，提高公路隧道養(yǎng)護工程的費用管理水平[79]。

本文通過對中國公路隧道的病害及養(yǎng)護措施和各項養(yǎng)護費用的調(diào)查，分析公路隧道養(yǎng)護費用因素的影響，并確定各階段的養(yǎng)護費用區(qū)間；根據(jù)公路隧道養(yǎng)護費用的綜合評價體系，提出公路隧道養(yǎng)護費用管理標準和辦法，這對于中國公路隧道養(yǎng)護造價的控制與管理有重要意義，有利于提高養(yǎng)護管理水平、充分發(fā)揮養(yǎng)護資金的最大效益。

1養(yǎng)護費用調(diào)查分析

1.1年投入調(diào)查分析

近年來，中國各等級公路養(yǎng)護逐年增多，不管是從養(yǎng)護里程還是養(yǎng)護力度，都是在不斷地增加[1012]。本文收集云南省2007～2012年隧道養(yǎng)護投入費用情況，繪制出的隧道養(yǎng)護費年投入情況，如圖1、2所示。

從圖1中可以看到，公路隧道在剛通車的前2年因路面、襯砌等的狀況較好，投入的養(yǎng)護費用較少；在2010年隧道養(yǎng)護費用的突然增多，主要是因為國檢和部分高速在2010～2012年進行了大中修工程。

觀察圖2可知，隧道機電設施病害處治和隧道土建結(jié)構(gòu)病害治理占到總費用的93%。因此，控制管理好隧道機電設施養(yǎng)護費用和隧道土建結(jié)構(gòu)病害的治理費用尤為重要。

1.2機電設施養(yǎng)護項的調(diào)查分析

通過對云南省隧道機電設施養(yǎng)護項的統(tǒng)計分析，得出機電設施各項養(yǎng)護費用的對比如圖3所示。從圖3中

可以明顯看到，電費占隧道小修機電養(yǎng)護費用的53%。其中，照明系統(tǒng)維護費是照明系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)2個系統(tǒng)的機電維護費，其他養(yǎng)護費用是通風系統(tǒng)、給排水消防救援系統(tǒng)的費用。

1.3土建工程養(yǎng)護項的調(diào)查及分析

通過部分數(shù)據(jù)的調(diào)查分析，繪制出土建工程各養(yǎng)護項的費用比例如圖4所示。可以明顯地看到，在收集到的養(yǎng)護項中，修復隧道內(nèi)破損混凝土路面所需的費用最高，占到41%；其次是隧道內(nèi)排水溝清於費用，占27%；再次是隧道內(nèi)瓷磚清潔費用，占到16%；第四是襯砌滲漏水處治費用，占8%。

2影響公路隧道養(yǎng)護費用的因素分析

2.1隧道長度

隧道設計時最為關鍵的是隧道照明、通風、監(jiān)控和消防等的安裝密度。隧道越長，這些機電設施的布設密度也就越大，并且從公路運營安全的角度考慮，隧道越長，對機電設施的要求也就越高[1315]。

2.2通車年數(shù)

公路隧道通車之后，在荷載的不斷作用下，病害逐漸增多，使其性能及技術狀態(tài)逐漸衰退[16]。根據(jù)調(diào)查情況，對基礎數(shù)據(jù)中通車年限相同的隧道進行合并平均，然后分析通車年限與養(yǎng)護費用之間的關系，如圖5所示。

由圖5分析得到，隧道小修養(yǎng)護費用隨著通車年數(shù)的增加而增多。兩者相關性顯著，相關系數(shù)R2為0975 5。

2.3路面寬度

對公路隧道養(yǎng)護來說，隨著路面寬度的不斷增加，易出現(xiàn)裂縫、坑槽等局部病害，維修所需的資金也就增多；同時隧道內(nèi)襯砌面積的增大，襯砌損壞和滲漏水、機電設施和其他工程的維修保養(yǎng)工作量的增加，相應的養(yǎng)護費用就越多；隨著交通量增多，隧道內(nèi)機電設施的損壞也就越多，特別是照明、通風、消防和降噪等機電，相應的維修費用就越多

[1718]。

隨著隧道路面寬度的變化，隧道小修養(yǎng)護費用隨著變化，如圖6所示。隨著路面寬度的增大，其小修費用的分布也是趨于上升的，用多項式來表示其變化規(guī)律，其相關系數(shù)R2達到了0865 2。

2.4交通量

交通量對道路使用性能的影響是毋庸置疑的。交通荷載造成路面結(jié)構(gòu)的損壞，以及造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)的損裂、腐蝕和滲漏水等病害；交通量會影響隧道內(nèi)的環(huán)境，造成隧道結(jié)構(gòu)、機電設施的腐蝕和隧道內(nèi)植物的死亡等，增加的病害造成維修養(yǎng)護費用增加[1920]。 由于道路的損傷主要是大中型貨車造成的，為減少有些因素造成的干擾，選取路面寬度為105～12 m的數(shù)據(jù)進行分析，分析結(jié)果如圖7所示。

4基于區(qū)間數(shù)海明距離的養(yǎng)護費用綜合評價體系研究

4.1區(qū)間控制研究

本文依據(jù)國內(nèi)及云南省一些典型高速公路隧道和快速公路隧道養(yǎng)護費用實際水平，分析得到其實際使用費用的區(qū)間。

假設隧道各項養(yǎng)護費用為隨機變量x，且服從參數(shù)μ與σ的正態(tài)分布，記做 x～N（μ，σ2）。由數(shù)理統(tǒng)計知識可知雙邊置信區(qū)間為

4.2單項評價標準研究

公路隧道養(yǎng)護費用的評價標準是衡量隧道養(yǎng)護費用合理性的一個標尺，這個標尺必須遵循一定的目的性、科學性、簡潔性、全面性、客觀性和可操作性。選取優(yōu)、良、中、次、差5個等級作為評價標準。將評定結(jié)果為次和差的費用作為重點控制對象，各項評語代表確定的標尺下波動的大小，按照波動大小劃分出個評語的等級，分別為確定的區(qū)間：5%、5%～10%、10%～15%、15%～20%。

根據(jù)原始基礎數(shù)據(jù)比例范圍，按照各評語等級波動幅度計算得到公路隧道各養(yǎng)護工程費用單項評定等級及標準，見表4。

4.3關聯(lián)度研究

根據(jù)評價指標，得到始點零化像及其變化；綜合評價指標得到絕對關聯(lián)度及灰色綜合關聯(lián)度為

采用灰色關聯(lián)度分析法計算時，將灰色綜合評價指數(shù)，即公路隧道養(yǎng)護項目總費用，作為系統(tǒng)特征序列x0（n），4個分項指標作為行為序列xi（n） （i=l，…，4；n為數(shù)據(jù)個數(shù)），通過始點零化像變換，可求出x0與xi的絕對關聯(lián)度。

灰色綜合評價指數(shù)，公路隧道養(yǎng)護項目總費用與4個分指標的灰色絕對關聯(lián)度和相對關聯(lián)度分別記為UU1，，U2，U3，U4。由式（9）可以得出公路隧道養(yǎng)護項目總費用模型。結(jié)合調(diào)查收集到的數(shù)據(jù)對幾條隧道的各項養(yǎng)護費用進行灰色關聯(lián)度分析法計算其權重。

（1）絕對關聯(lián)度計算。對各養(yǎng)護費用的比例，進行始點零化像，結(jié)果見表5。

5實例驗證分析

以楚大高速九鼎山隧道養(yǎng)護費用為例，對其養(yǎng)護費用情況進行單項評價和綜合評價，確定其費用水平。該公路隧道養(yǎng)護費用及比例情況為：日常保養(yǎng)占4.28%，小修養(yǎng)護占12.06%，中修工程占4517%，大修工程占3849%。

現(xiàn)選取各個指標，確定養(yǎng)護費用比例綜合評價單項指標劃分。根據(jù)九鼎山隧道養(yǎng)護費用調(diào)查數(shù)據(jù)，采用區(qū)間數(shù)表示，得到九鼎山公路隧道養(yǎng)護費用比例。

6結(jié)語

通過對中國隧道養(yǎng)護項目資金費用調(diào)查，系統(tǒng)分析了隧道養(yǎng)護費用的主要影響因素，本文得出以下幾點結(jié)論。

（1）全面調(diào)查分析公路隧道的養(yǎng)護費用投入，得到了影響公路隧道養(yǎng)護費用的因素，主要包括隧道長度、通車年數(shù)、路面寬度和交通量。

（2）通過對云南省隧道養(yǎng)護資金的全面調(diào)查，應用MATLAB軟件建立隧道養(yǎng)護費用估價模型，得到了基于區(qū)間估計公路隧道各養(yǎng)護階段的費用區(qū)間，確定公路隧道的養(yǎng)護費用的單項評價指標。

（3）通過對灰色關聯(lián)度的分析，得到了公路隧道各階段養(yǎng)護費用的關聯(lián)度和比重關系。

（4）基于海明距離決策理論，得到了公路隧道養(yǎng)護費用的綜合評價體系，并進行了實例驗證，結(jié)論真實且可靠。

參考文獻：

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