瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)模型

摘要：瀝青路面熱拌再生技術(shù)的綜合效益評(píng)價(jià)能夠促進(jìn)熱拌再生技術(shù)的發(fā)展和推廣。從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益三個(gè)維度建立瀝青路面再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)體系。基于改進(jìn)博弈論的組合賦權(quán)（ICWGT）模型和云模型（CM）建立評(píng)價(jià)模型，確定瀝青路面再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)標(biāo)尺，并選取G6養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目（蘭州段）熱拌再生技術(shù)應(yīng)用路段進(jìn)行模型驗(yàn)證。結(jié)果表明：公路瀝青路面熱拌再生技術(shù)單方面效益和綜合效益均優(yōu)于瀝青路面熱拌技術(shù)，且在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益方面優(yōu)勢(shì)明顯；機(jī)械成本是影響熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)?；贗CWGT和CM的綜合效益評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)具有明顯優(yōu)勢(shì)，該模型具有良好的可行性和合理性。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；熱拌再生技術(shù)；綜合效益；云模型；組合賦權(quán)模型

0 引言

瀝青路面熱拌技術(shù)能源消耗較高，并且在施工過(guò)程中會(huì)造成環(huán)境污染。近年來(lái)，瀝青路面熱拌再生技術(shù)發(fā)展快速，具有舊瀝青和集料可以重復(fù)再利用的優(yōu)勢(shì)，可降低對(duì)環(huán)境的壓力，實(shí)現(xiàn)一定程度上的節(jié)能減排。因此，針對(duì)瀝青路面熱再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)的研究具有重要意義。

劉秀等^[1]采用熵權(quán)法和物元可拓法建立了熵權(quán)物元可拓模型，用以評(píng)價(jià)高速公路路塹邊坡施工安全。黃健等^[2]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析（GRA）和綜合指數(shù)法構(gòu)建山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定狀況快速評(píng)價(jià)方法。Xu等^[3]采用主成分分析（PCA）和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模型，評(píng)價(jià)公路路基壓實(shí)均勻性方面的性能。張麗娟等^[4]采用PCA和模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCE）構(gòu)建公路網(wǎng)等級(jí)評(píng)價(jià)模型。陳釗等^[5]基于博弈論，采用序關(guān)系分析法（G1法）和相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重法（CRITIC）確定邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)各評(píng)估指標(biāo)組合權(quán)重。

綜上所述，單獨(dú)使用主客觀賦權(quán)法無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足決策者意愿和權(quán)重確定的科學(xué)性，基于改進(jìn)博弈論的組合賦權(quán)（ICWGT）模型可解決上述問(wèn)題，且綜合多種主、客觀賦權(quán)法確定的各指標(biāo)組合權(quán)重更加合理。因此，本文在已有研究的基礎(chǔ)上采用改進(jìn)博弈論的組合賦權(quán)（ICWGT）模型和云模型（CM）建立綜合效益評(píng)價(jià)模型，選取G1法^[6]、類(lèi)間標(biāo)準(zhǔn)差法、熵權(quán)法^[7-8]、變異系數(shù)法（COV）和相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重法（CRITIC）作為主客觀權(quán)重確定的方法，以期為公路瀝青路面熱拌再生技術(shù)評(píng)價(jià)提供一種新的評(píng)價(jià)模型，并為熱拌再生技術(shù)的發(fā)展和推廣提供參考。

1 瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

熱拌再生技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中主要對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益三方面產(chǎn)生積極影響，因此，本文以瀝青路面再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)為切入點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益三個(gè)維度篩選相關(guān)指標(biāo)，完成瀝青路面再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建。

（1）經(jīng)濟(jì)效益。熱拌再生技術(shù)可以循環(huán)利用舊瀝青路面材料，并且由于其具有延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命的特點(diǎn)，節(jié)省了施工投入。因此，本文選擇材料成本、機(jī)械成本、人工成本、RAP循環(huán)利用和瀝青路面使用壽命增加作為經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)的二級(jí)指標(biāo)。

（2）環(huán)境效益。熱拌再生技術(shù)通過(guò)回收再利用瀝青料，可以減少新瀝青的使用量，從而減少CO2等有害氣體的排放，降低對(duì)自然資源的消耗和環(huán)境污染。因此，本文選擇有能耗、碳排放量、瀝青煙排放和施工現(xiàn)場(chǎng)能見(jiàn)度作為環(huán)境效益評(píng)價(jià)的二級(jí)指標(biāo)。

（3）社會(huì)效益。熱拌再生技術(shù)社會(huì)效益主要通過(guò)加強(qiáng)舊資源回收意識(shí)、稅收減免政策、技術(shù)后續(xù)發(fā)展?jié)摿w現(xiàn)。此外，熱拌再生技術(shù)可降低路面對(duì)車(chē)輛的損傷，減少交通事故的發(fā)生，保證行車(chē)舒暢。因此，本文選擇加強(qiáng)舊資源回收意識(shí)、稅收減免政策、可減少交通延誤和技術(shù)后續(xù)發(fā)展?jié)摿ψ鳛樯鐣?huì)效益評(píng)價(jià)的二級(jí)指標(biāo)。

綜上所述，本文確定了瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益的二級(jí)指標(biāo)體系，共包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和13個(gè)二級(jí)指標(biāo)。瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

定量指標(biāo)采用公式法進(jìn)行計(jì)算，定性指標(biāo)采用專(zhuān)家訪談的方式確定。例如，瀝青煙排放和施工現(xiàn)場(chǎng)能見(jiàn)度涉及的因素復(fù)雜多變，難以用單一的量化數(shù)值全面反映，因此，將它們作為定性指標(biāo)更能全面反映這些因素的綜合影響。

（1）材料成本，公式如下

Cma=∑ni=1（Qi×Pi）（1）

式中，Cma為材料總成本（元）；Qi為第i種材料的消耗量（kg）；Pi為第i種材料的單價(jià)（元/kg）；n表示材料總數(shù)量。

（2）機(jī)械成本，公式如下

Cme=∑nk=1（Qk×Vk）（2）

式中，Cme為機(jī)械設(shè)備總成本；Qk為第k種機(jī)械設(shè)備的臺(tái)班消耗量（臺(tái)班）；Vk為第k種機(jī)械設(shè)備的單位臺(tái)班基價(jià)（元/臺(tái)班）；n表示機(jī)械設(shè)備總類(lèi)別數(shù)量。

（3）人工成本，公式如下

Cla=∑nj=1（Qj×Pj）（3）

式中，Cla為人工總成本（元）；Qj為第j種工種消耗量（工日）；Pj為第j種工種的工資（元/工日）。

（4）能耗，公式如下

Ei=Qi×NCVi（4）

式中，Ei為第i種能源的能耗；Qi為第i種能源的消耗量；NCVi為第i種能源的凈發(fā)熱值。

（5）碳排放量，公式如下

Ci=Ei×CEFi（5）

式中，Ci為第i種能源的碳排放量（kg）；Ei為第i種能源的能耗（MJ）；CEFi為第i種能源的碳排放因子（kg CO2/kW·h）。

2 基于ICWGT-CM的瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

采用ICWGT和CM，結(jié)合瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建綜合效益評(píng)價(jià)模型，基于ICWGT-CM的綜合效益評(píng)價(jià)模型構(gòu)建流程圖如圖1所示。圖1中箭線代表順序關(guān)系，虛箭線代表包含關(guān)系。左側(cè)虛線框代表CM，右側(cè)虛線框代表ICWGT模型。

（1）CRITIC法的核心在于衡量指標(biāo)間的對(duì)比度與矛盾性。

1）計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比度σj，公式如下

σj=mi=1（x′ij-x′j）m-1

（i=1，2，…，m;j=1，2，…，n）（6）

2）計(jì)算指標(biāo)j與其他指標(biāo)的矛盾性fj，公式如下

fj=mi=1（1-rij）（7）

3）計(jì)算權(quán)重wj，公式如下

wj=Cjnj=1Cj（8）

式中，Cj=σj×fj。

（2）變異系數(shù)法。

計(jì)算正向化、標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)x′ij，公式如下

x′ij=1kmax|xj|xij（9）

計(jì)算變異系數(shù)Vj，公式如下

Vj=SjAj（10）

式中，Aj為指標(biāo)的均值；Sj為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。

計(jì)算權(quán)重wij，公式如下

wij=Vj∑nj=1Vi（11）

（3）計(jì)算第j個(gè)特征的歸一化權(quán)重，公式如下

Wij=Sj∑mj=1Si（12）

Si=1c-1∑ci=1（Zij-Zj）（13）

Zj=∑ci=1Zijc（14）

式中，Sj為第j個(gè)特征的類(lèi)間標(biāo)準(zhǔn)差；Zj為第j個(gè)特征的類(lèi)間均值。

2.1 ICWGT模型的構(gòu)建

構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，公式如下

minajf=∑mi=1∑mj=1ajwiw^Tj-wiw^Tis.t.aj＞0； i， j=1， 2， …， m；∑mj=1a²j=1（15）

式中，aj為線性組合系數(shù)；wi為主、客觀權(quán)重。

（1）根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，求解最優(yōu)線性組合系數(shù)a^*j，公式如下

a^*j=∑mi=1wiw^Tj∑mj=1∑mi=1wiw^Tj（16）

（2）求解組合權(quán)重w^*，公式如下

w^*=∑mi=1α^*×w^Ti（17）

2.2 綜合效益評(píng)價(jià)標(biāo)尺云的確定

瀝青路面技術(shù)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)按照5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分：優(yōu)（0.8，1.0]，良（0.6，0.8]，中（0.4，0.6]，較差（0.2，0.4]，差[0.0，0.2]。本文超熵He取值為0.005，采用改進(jìn)黃金分割法^[9]確定瀝青路面技術(shù)綜合效益評(píng)語(yǔ)標(biāo)尺云數(shù)字特征，瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)標(biāo)尺云數(shù)字特征見(jiàn)表2。

2.3 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)云特征值

（1）定性指標(biāo)。采用浮動(dòng)云法^[10]對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行云轉(zhuǎn)換，特征值公式如下

Ex=w1Ex1+w2Ex2+…+wn∑ni=1wiExi（18）

En=∑ni=1wiExiEniEx（19）

He=∑ni=1Hei（20）

式中，wi為m（m≥2）名專(zhuān)家分別對(duì)n（n≤5）朵基云的支持率。

（2）定量指標(biāo)。計(jì)算定量指標(biāo)評(píng)語(yǔ)的云數(shù)字特征值，超熵He取值為小于En/3。公式如下

Exij=x¹ij+x²ij2（21）

Enij=x¹ij-x²ij2.355（22）

定量指標(biāo)實(shí)測(cè)值的兩個(gè)相鄰評(píng)價(jià)區(qū)間A[x^-，x⁺]和B[y^-，y⁺]，分別對(duì)應(yīng)云模型CA和CB，設(shè)此定量指標(biāo)的實(shí)測(cè)值去區(qū)間數(shù)為[z^-，z⁺]，具體分析如下：

情況1：當(dāng)x^-≤z^-≤z⁺≤x⁺或y^-≤z^-≤z⁺≤y⁺時(shí)，則直接采用云模型CA或CB進(jìn)行評(píng)價(jià)。

情況2：當(dāng)x^-≤z^-≤x⁺≤z⁺≤y⁺時(shí)，公式如下

Ex=∑Bi=AλiExi（23）

En=∑Bi=A（λiEni）²（24）

He=∑Bi=A（λiHei）²（25）

式中，λA=（x⁺-z^-）/（z⁺-z^-）；λB=（z⁺-y^-）/（z⁺-z^-）

2.4 確定綜合權(quán)重矩陣

由GI法、熵權(quán)法、CRITIC法、變異系數(shù)法和類(lèi)間標(biāo)準(zhǔn)法分別計(jì)算得到準(zhǔn)則層權(quán)重向量，將主觀賦權(quán)法（GI法）與其余4組客觀賦權(quán)法權(quán)重向量代入式（17），利用Matlab R2017b軟件得出綜合權(quán)重系數(shù)，瀝青路面熱拌綜再生技術(shù)綜合權(quán)重系數(shù)矩陣見(jiàn)表3。

2.5 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重云特征值

采用逆向云發(fā)生器計(jì)算權(quán)重云特征值，公式如下

Ex=X=1N∑Ni=1xi（26）

En=π2×1N∑Ni=1xi-Ex（27）

He=S²-En²（28）

式中，S²為樣本方差。

2.6 確定綜合效益綜合云

評(píng)價(jià)對(duì)象效益綜合云WC公式如下

WC=∑ni=1wiCi∑ni=1wi（29）

式中，WC為評(píng)價(jià)對(duì)象效益綜合云；Ci為評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)云；wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重云。

2.7 確定綜合效益評(píng)價(jià)等級(jí)

引入?yún)^(qū)間數(shù)理論進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。設(shè)綜合效益綜合云CC的兩個(gè)相鄰評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)尺云為CA和CB，將其轉(zhuǎn)換為區(qū)間數(shù)[a^-，a⁺]，公式如下

a=Ex-3（En-He）i（30）

a⁺=Ex-3（En+He）i（31）式中，

i的取值為大于2的正實(shí)數(shù)，由多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，此處i取值為6。

3 實(shí)例研究

3.1 實(shí)例案例介紹

G6京藏高速公路起于北京市，終于拉薩市，甘肅省境內(nèi)蘭州段由劉白段、白蘭段和蘭海段組成，全長(zhǎng)282.51km。本研究選擇G6京藏高速公路（蘭州段）養(yǎng)護(hù)維修工程SK1611～SK1618+400和XK1611+900～SK1618+400施工路段為研究對(duì)象，由于改建路面病害比較嚴(yán)重，需要銑刨原路面，故采用熱拌再生技術(shù)鋪筑瀝青路面（圖2）。為了對(duì)比熱再生瀝青路面和新建熱拌瀝青路面的綜合效益評(píng)價(jià)，新建熱拌瀝青路面結(jié)構(gòu)與熱再生瀝青路面結(jié)構(gòu)相同。

3.2 基于ICWGT-CM的熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)

3.2.1 定性指標(biāo)實(shí)測(cè)云的確定

用專(zhuān)家訪談的方法并結(jié)合實(shí)地調(diào)研，邀請(qǐng)10名相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家，確定各定性指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)，并通過(guò)浮動(dòng)云法，利用式（18）～式（20），計(jì)算得到定性指標(biāo)實(shí)測(cè)云特征值，見(jiàn)表4。

3.2.2 定量指標(biāo)實(shí)測(cè)云的確定

通過(guò)實(shí)際調(diào)研確定定量評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)語(yǔ)范圍（表5）。通過(guò)前期對(duì)G6養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目（蘭州段）實(shí)地調(diào)研，結(jié)合2022年1月1日實(shí)施的甘肅省的《公路養(yǎng)護(hù)工程預(yù)算定額》和公路養(yǎng)護(hù)《工程機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》，采用定額法、能耗法和排放系數(shù)法分析定量指標(biāo)值。根據(jù)式（1）～式（5）計(jì)算定量指標(biāo)實(shí)測(cè)值（表6），并按照上文定量指標(biāo)實(shí)測(cè)云中的情況1和情況2計(jì)算定量指標(biāo)實(shí)測(cè)云的數(shù)字特征，定量指標(biāo)實(shí)測(cè)值見(jiàn)表7。

3.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

由于表4已確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重矩陣，在此基礎(chǔ)上利用逆向發(fā)生器，根據(jù)式（26）～式（28）計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重云特征值，見(jiàn)表8。

3.2.4 熱拌再生技術(shù)綜合效益云的確定

利用云理論運(yùn)算法則^[11]，結(jié)合表4、表7和表8，根據(jù)式（29），得出瀝青路面熱拌再生技術(shù)和瀝青路面熱拌技術(shù)的綜合效益云，綜合效益綜合云特征值見(jiàn)表9。根據(jù)區(qū)間數(shù)理論，利用式（30）和式（31）轉(zhuǎn)化為瀝青路面熱拌再生技術(shù)和瀝青路面熱拌技術(shù)，各綜合效益綜合云對(duì)應(yīng)的區(qū)間數(shù)見(jiàn)表10。

3.2.5 熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)等級(jí)

由表9和表10得出，瀝青路面熱拌再生技術(shù)和瀝青路面熱拌技術(shù)單方面效益排序均為：經(jīng)濟(jì)效益＞社會(huì)效益＞環(huán)境效益；瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益基本為“良”，瀝青路面熱拌技術(shù)更接近“中”。

4 結(jié)果與討論

瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益和單方面效益均優(yōu)于瀝青路面熱拌技術(shù)，且在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面的優(yōu)勢(shì)更加突出，該技術(shù)的應(yīng)用和推廣更符合路面養(yǎng)護(hù)“經(jīng)濟(jì)”和“可持續(xù)發(fā)展”的要求。機(jī)械成本、瀝青煙排放、減少交通延誤指標(biāo)分別為影響經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益最重要的指標(biāo)；機(jī)械成本是影響熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)。

基于上述分析，提出以下建議：

（1）影響熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果的主要指標(biāo)為機(jī)械成本C2。應(yīng)通過(guò)改進(jìn)施工方案、強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)控與管理、加強(qiáng)設(shè)備維修和保養(yǎng)提升綜合效益。要根據(jù)施工需求和實(shí)際情況選擇適合的機(jī)械設(shè)備。

（2）瀝青路面熱拌再生技術(shù)在環(huán)境效益方面表現(xiàn)一般，建議優(yōu)化資源利用、智能環(huán)保、加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范化管理；建立環(huán)保評(píng)價(jià)體系，政府部門(mén)制定熱拌再生技術(shù)環(huán)保達(dá)標(biāo)政策，并定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提高瀝青路面熱拌再生技術(shù)的綜合效益等級(jí)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文構(gòu)建了公路瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)模型，以G6養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目（蘭州段）路段為例進(jìn)行驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)ICWGT-CM構(gòu)建了公路瀝青路面熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)模型，其評(píng)價(jià)結(jié)果合理且符合實(shí)際。因此，ICWGT-CM能夠在熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域中應(yīng)用，可為公路瀝青路面熱拌再生技術(shù)的綜合效益評(píng)價(jià)提供一種新的評(píng)價(jià)模型。

（2）在構(gòu)建熱拌再生技術(shù)綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，只考慮了熱拌再生技術(shù)綜合效益的主要影響因素，指標(biāo)選取在全面性方面有所欠缺。對(duì)熱拌再生技術(shù)綜合效益影響因素的選擇還有待補(bǔ)充完善。

（3）根據(jù)研究結(jié)果，熱拌再生技術(shù)綜合效益還未完全達(dá)到良好的評(píng)價(jià)程度。為了進(jìn)一步提高熱拌再生技術(shù)綜合效益，應(yīng)嚴(yán)格控制機(jī)械成本并提高其在環(huán)境方面的效益，提出優(yōu)化施工方案、加強(qiáng)設(shè)備維修和保養(yǎng)、強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)控與管理、優(yōu)化資源利用、建立環(huán)保評(píng)價(jià)體系及加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范化管理等建議。

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收稿日期：2024-05-22

作者簡(jiǎn)介：

張強(qiáng)（1990—），男，高級(jí)工程師，研究方向：瀝青路面材料。

牛奇奇（通信作者）（2002—），女，研究方向：項(xiàng)目管理。

馬潤(rùn)田（1990—），男，研究方向：瀝青路面材料。

趙瑞瑞（1997—），女，研究方向：項(xiàng)目管理。

王育興（1985—），男，研究方向：瀝青路面材料。

李萍（1972—），女，博士，研究方向：瀝青路面材料。