高架橋預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施效益評比模型

文/上海高架養(yǎng)護(hù)管理有限公司 褚劍峰

本文以上海市南北高架瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)段為基礎(chǔ)，通過對其性能指標(biāo)的長期跟蹤觀測，建立了各措施多項(xiàng)性能指標(biāo)的衰變方程，并利用層次分析法評比各養(yǎng)護(hù)措施的效果，得出了不同養(yǎng)護(hù)措施效果的優(yōu)劣，為今后制定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案選擇提供了參考。

項(xiàng)目概況

試驗(yàn)段處于南北高架西側(cè)，起止樁號為NX370-NX280，由于試驗(yàn)段內(nèi)多種措施非同時(shí)施工完成，因此此次選取其中4種檢測數(shù)據(jù)積累較多的措施研究。措施種類及措施區(qū)間如表1所示。

表1 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施名稱及施工位置樁號

路面性能模型選用

模型形式說明

路面狀況指數(shù)PCI的性能衰變模型，采用路面結(jié)構(gòu)行為方程形式，擺值和構(gòu)造深度采用較為成熟的指數(shù)函數(shù)作為衰變模型的基本形式。

建立模型

路面狀況指數(shù)、擺值及構(gòu)造深度三項(xiàng)指標(biāo)，可以較為全面地評價(jià)高架路面的使用性能。通過對試驗(yàn)段內(nèi)四種措施檢測數(shù)據(jù)的積累，利用Excel表格回歸了擺值和構(gòu)造深度的衰變方程，結(jié)合實(shí)施養(yǎng)護(hù)措施前后的檢測數(shù)據(jù)，重新計(jì)算PCI的結(jié)構(gòu)行為方程中的參數(shù)，分析可知：霧封層和還原劑措施對路面產(chǎn)生的損壞修復(fù)作用不明顯，實(shí)施前后PCI變化不明顯，罩面類措施實(shí)施后PCI與新建路面相同；微表處和微罩面施工后的擺值主要取決于新的磨耗層，均處于較高狀態(tài)，且衰變較慢，抗滑性能良好；霧封層和再生劑措施施工后路面的擺值相對于原路面發(fā)生了不同程度的下降，原路面抗滑性能不佳的路面不建議使用此兩種措施；微表處和微罩面施工完成后路面的構(gòu)造深度較小，微表處措施尤為明顯；再生劑和霧封層措施施工完成后對路面的構(gòu)造深度影響較小。

表2 各指標(biāo)效益計(jì)算基準(zhǔn)線

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施效益評比

計(jì)算周期

由于該次研究數(shù)據(jù)的采集周期只有兩年時(shí)間，因此預(yù)測結(jié)果在計(jì)算短期效益上效果相對較好。

計(jì)算方法

國內(nèi)外關(guān)于養(yǎng)護(hù)效益的計(jì)算方法，大多以性能曲線與時(shí)間軸圍成的面積表示，但是當(dāng)性能下降至一定水平后設(shè)施不再具有服務(wù)能力，此水平下性能曲線面積不能算作效益，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)置效益計(jì)算基準(zhǔn)線，針對城市高架道路3項(xiàng)指標(biāo)的效益基準(zhǔn)線分別，如表2所示。

為了全面比較預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的效果，需要綜合評價(jià)各措施在3項(xiàng)指標(biāo)上產(chǎn)生的效益，利用層次分析法來進(jìn)行效益評估，此方法在利用專家主觀經(jīng)驗(yàn)對各項(xiàng)指標(biāo)的重要性判斷的同時(shí)，結(jié)合效益計(jì)算結(jié)果這一客觀數(shù)值評比，做到主客觀相結(jié)合，評比步驟如下：

建立多階層次模型。目的是比較不同措施養(yǎng)護(hù)效果，決策的依據(jù)就是各措施在PCI、構(gòu)造深度及擺值等指標(biāo)上的效益費(fèi)用比，模型如圖1所示。

圖1 層次分析法模型

表3 PCI、構(gòu)造深度、擺值對最佳方案影響的權(quán)重大小

構(gòu)建判斷矩陣。層次結(jié)構(gòu)可以反映出各個因素之間的關(guān)系，但準(zhǔn)則層中的指標(biāo)在目標(biāo)層中所占的比重不一定相同，決策者認(rèn)為它們各占有一定的比例。本次研究中準(zhǔn)則層中三項(xiàng)指標(biāo)對目標(biāo)層影響大小通過專家打分法選取，如表3所示。

各項(xiàng)指標(biāo)對最佳方案的影響權(quán)重，取建議值的中值進(jìn)行計(jì)算可得，矩陣

層次單排序及一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣A最大特征值λmax對應(yīng)的特征向量ω，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值，這一過程稱為層次單排序。需要檢驗(yàn)構(gòu)造出來的判斷矩陣A是否嚴(yán)重地不一致，以便確定是否接受A，對判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)的步驟如下：

表5中表示A層元素對目標(biāo)層Z的影響大小，bij表示Bi層元素對A層元素j的影響大小，不同措施對同一項(xiàng)指標(biāo)的影響大小可以用效益費(fèi)用比表示相對大小，因此可以利用效益費(fèi)用比作為B層各措施對A層各項(xiàng)指標(biāo)影響的權(quán)重大小。分別建立4項(xiàng)措施對三項(xiàng)指標(biāo)的判斷矩陣，如表6所示。

表4 RI的值

表5 層次總排序合成表

表6 方案層判斷矩陣

對方案層判斷矩陣求解可得每項(xiàng)指標(biāo)矩陣的最大特征值和相應(yīng)的權(quán)向量分別為：λ1=4.01，ω1=（0.001,0.001,0.533,0.466）；λ2=4，ω2=（0.368,0.116,0.221,0.295）；λ3=4.0003，ω3=（0.548,0.163,0.252,0.037），由此可知該項(xiàng)指標(biāo)均可通過一致性檢驗(yàn)。利用這三項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)的特征向量建立矩陣求解可得：

由此可以得出在四種預(yù)防性措施中，養(yǎng)護(hù)方案效果優(yōu)劣排序依次為：QB型再生還原劑、微表處、霧封層及微罩面。

結(jié)語

現(xiàn)有預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施種類繁多，如何在常用的養(yǎng)護(hù)措施中選擇十分重要，本文結(jié)合上海市南北高架預(yù)防性養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)段，對幾種常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的效果建立模型進(jìn)行了評價(jià)，雖然預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施較多，但是均可以利用此方法建立模型進(jìn)行效果評價(jià)。