橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評(píng)選方法研究

郭 騫

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心 沈陽(yáng)市 110111)

針對(duì)橋梁的某種病害，會(huì)有多種相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，決策者通常以養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)來(lái)決定采用何種養(yǎng)護(hù)技術(shù)。但是，由于病害的發(fā)生位置不同，養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命和適用時(shí)機(jī)不同，決策者僅以養(yǎng)護(hù)成本篩選出來(lái)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)在長(zhǎng)期的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中可能因?yàn)槎啻问┯镁C合性能較差的養(yǎng)護(hù)技術(shù)而增加成本。下面討論建立單一病害下的養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評(píng)選模型，采用層次分析法和離差平方和最小法對(duì)同一病害下的養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行多屬性評(píng)選，針對(duì)不同橋梁構(gòu)件的技術(shù)狀況評(píng)分篩選出單一病害下的最優(yōu)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

1 多屬性評(píng)選的概念

多屬性綜合評(píng)選是把多個(gè)描述被評(píng)選事物不同方面且量綱不同的指標(biāo)，轉(zhuǎn)換成無(wú)量綱的相對(duì)評(píng)估值，并綜合這些評(píng)估值以得出對(duì)某幾項(xiàng)事物整體評(píng)選的方法。

多屬性評(píng)選包括五個(gè)要點(diǎn)：

(1)多屬性綜合評(píng)選包括多個(gè)評(píng)選指標(biāo)；

(2)多屬性綜合評(píng)選的多個(gè)指標(biāo)是分別描述被評(píng)選事物各個(gè)不同方面的，它們應(yīng)該包含被評(píng)選對(duì)象的全面信息；

(3)各評(píng)選指標(biāo)的量綱可能是各不相同的；

(4)多屬性綜合評(píng)選的前提是把不同量綱的指標(biāo)實(shí)際值轉(zhuǎn)化成無(wú)量綱的相對(duì)評(píng)選值；

(5)多屬性綜合評(píng)選要把各指標(biāo)評(píng)估值合成在一起，得出一個(gè)整體性的評(píng)估值，之后根據(jù)評(píng)估值的大小來(lái)對(duì)被評(píng)選事物進(jìn)行評(píng)選。

對(duì)于多屬性綜合評(píng)選問(wèn)題，人們已提出許多不同的評(píng)選方法，根據(jù)特定的問(wèn)題和不同的研究目的，要有選擇地應(yīng)用評(píng)選方法，才能達(dá)到預(yù)期的分析效果。采用層次分析法進(jìn)行指標(biāo)體系建立和權(quán)重計(jì)算，采用離差平方和最小法對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。

2 橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)的多屬性評(píng)選

2.1 指標(biāo)體系的優(yōu)選

綜合考慮養(yǎng)護(hù)技術(shù)的特性和橋梁各部件技術(shù)狀況的情況，采用的指標(biāo)主要有三個(gè)，即成本指標(biāo)、使用壽命以及應(yīng)用時(shí)機(jī)。

(1)成本指標(biāo)

對(duì)于任何養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在考慮是否施用時(shí)，由于管養(yǎng)部門的養(yǎng)護(hù)資金有限，決策者必然會(huì)放棄成本過(guò)高的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，但是施用養(yǎng)護(hù)成本過(guò)低的養(yǎng)護(hù)技術(shù)也必然會(huì)影響?zhàn)B護(hù)的效果，故此養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)至關(guān)重要。

(2)使用壽命

雖然養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本指標(biāo)是決策者首要考慮的指標(biāo)，但是在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時(shí)僅考慮成本而不考慮養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命，可能會(huì)致使橋梁在整個(gè)養(yǎng)護(hù)周期中陷入多次養(yǎng)護(hù)而間接增加成本，故此養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用壽命也應(yīng)加以考慮。

(3)應(yīng)用時(shí)機(jī)

同一種病害在不同惡化程度下應(yīng)該施用不同的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，統(tǒng)一采用同一種養(yǎng)護(hù)技術(shù)去處理相關(guān)病害必然導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)成本的增加。故此，需要根據(jù)病害的發(fā)生位置以及構(gòu)件的惡化程度來(lái)選用不同的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

由于選定的指標(biāo)較少，且考慮到計(jì)算權(quán)重方法的可操作性和可拓展性，將采用選用層次分析法來(lái)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，從而建立單一病害下橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評(píng)選模型對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行評(píng)選。步驟如下：

(1)明確問(wèn)題的層次結(jié)構(gòu)

圖1 單一病害下養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評(píng)選層次結(jié)構(gòu)圖

(2)專家打分

根據(jù)單一病害下養(yǎng)護(hù)技術(shù)多屬性評(píng)選層次結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)專家打分表，如表1所示。比較第i個(gè)指標(biāo)和第j個(gè)指標(biāo)相對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題的重要性，使用bij描述它的相對(duì)權(quán)重如表2。若i對(duì)j的重要度為bij，則j對(duì)i的重要度為1/bij，即bij=1/bji。

表1 專家打分表

表2 重要性比較表

最后，通過(guò)征詢數(shù)十位業(yè)內(nèi)專家的意見，整合打分結(jié)果，根據(jù)層次分析法計(jì)算原理，計(jì)算出最終的權(quán)重值，見表3。

2.3 指標(biāo)數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

由于各數(shù)據(jù)之間的數(shù)量級(jí)和量綱不一致，不能直接使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)選，故此，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。對(duì)于各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)處理，借鑒離差平方和最小法的方法，決策矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，使其變成0～1之間的綱數(shù)。規(guī)范化后的矩陣為D=(dij)m×n，記為：

表3 三指標(biāo)權(quán)重值分析表

對(duì)于不同評(píng)價(jià)，dij的計(jì)算方法也不相同。對(duì)于成本指標(biāo)，我們希望其越小越好，利用式(1)對(duì)其進(jìn)行處理；對(duì)于使用壽命，我們希望其越大越好，故利用式(2)對(duì)其進(jìn)行處理；對(duì)于應(yīng)用時(shí)機(jī)，我們希望其越接近其橋梁構(gòu)件的技術(shù)狀況評(píng)分值越好，利用式(3)對(duì)其進(jìn)行處理。

(1)

(2)

(3)

2.4 評(píng)價(jià)模型

使正規(guī)化矩陣D與權(quán)向量w相乘，即可得到?jīng)Q策向量R，其中：

則對(duì)于一個(gè)構(gòu)件的一個(gè)病害，決策向量中最大的值對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)即為最佳的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

3 案例分析

某混凝土梁板局部破損，面積為1×1m2，該構(gòu)件評(píng)分為85分，現(xiàn)有三種養(yǎng)護(hù)方法可以選用，分別為普通水泥砂漿修補(bǔ)、聚合物砂漿修補(bǔ)和環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，三種方案的各項(xiàng)指標(biāo)如表4所示。

表4 病害及其養(yǎng)護(hù)技術(shù)的性能指標(biāo)

根據(jù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)綜合單價(jià)與工程量，計(jì)算養(yǎng)護(hù)成本指標(biāo)，根據(jù)遼寧省高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的退化模型對(duì)應(yīng)用時(shí)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后根據(jù)式(1)、式(2)、式(3)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，得到的橋梁構(gòu)件綜合指標(biāo)規(guī)范化處理表5。

表5 綜合指標(biāo)規(guī)范化處理表

確定了各指標(biāo)的規(guī)范化數(shù)值后，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重，建立構(gòu)件的決策矩陣，如下式。

即方案一、方案二、方案三的評(píng)分分別是0.5983、0.6760、0.5971，可判斷本次養(yǎng)護(hù)采取聚合物砂漿修補(bǔ)為最佳方案。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)置合理指標(biāo)，建立了養(yǎng)護(hù)技術(shù)評(píng)選模型，基于橋梁構(gòu)件實(shí)際技術(shù)狀況，實(shí)現(xiàn)單一病害下橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)優(yōu)選。這里提供了一種基于層次分析法和離差平方和最小法對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行評(píng)選的參考方法，但是決策結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于若干數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量及其準(zhǔn)確性，在具體的應(yīng)用時(shí)常會(huì)受到比較大的制約，因此，關(guān)于這方面還有大量的基礎(chǔ)工作要做，需要加大對(duì)橋梁檢查、維修歷史、養(yǎng)護(hù)技術(shù)持續(xù)年限等重要數(shù)據(jù)資料的收集整理工作以及對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步完善。