城市道路養(yǎng)護決策方法研究

#壞狀況對路面綜合性能影響最大，故可采用這兩個指標來計算路面綜合性能。計算式如下所示：PQI=TxRQI+PCIxw2式中：PQI——綜合評價指數(shù)，數(shù)值范圍是0~100；w、w12T——w、w12分別是RQI和PCI的權(quán)重；對快速路和主干路分別取0.6和0.4；對次干路和支路分別取0.4和0.6。根據(jù)綜合評價標準指數(shù)，將綜合性能分為A、B、C、D四個等級，評價標準如下所示。評價等級道路類型評價指標（PQJ）A快速I各>90主干、次干道>85支路>80B快速?各[75,90)主干、次干道[70,85)支路[65,80)C快速I各[65,75)主干、次干道[60J0J支路[60t65)D快速?各<65主干、次干道<60支路<60道路使用性能預(yù)測由于在城市道路養(yǎng)護過程中的資金與成本往往都是有限的，在有限的資金成本之內(nèi)確定合適的養(yǎng)護對策與決定養(yǎng)護項目的優(yōu)化排序，需要了解相關(guān)養(yǎng)護項目或?qū)Σ咚枰馁Y金。養(yǎng)護項目與對策所需的資金由道路的使用性能決定，道路性能狀況越低，其所需要的資金就越高。因此，在制定養(yǎng)護計劃之前需要對未來的道路使用性能進行預(yù)測。對道路未來的預(yù)測主要方法是對過去的數(shù)據(jù)進行分析，利用一系列數(shù)學預(yù)測模型來進行預(yù)測。影響道路性能的相關(guān)因素對未來道路使用性能的預(yù)測需要建立起道路性能隨時間變化的模型，該模型的建立需要在計算了解影響道路使用性能的因素之后，了解影響其性能的關(guān)鍵因素和次要因素。確定這些主要因素之后，才能了解該模型在哪些情況或者環(huán)境之下能適用。其中，以下幾種因素是影響道路使用性能的主要因素。1、路面類型道路類型不同，相應(yīng)的道路預(yù)測模型也會改變。要建立正確的道路性能預(yù)測模型，需要綜合考量道路的面層類型與厚度、基層類型與厚度以及道路建筑所使用材料等因素，從而將道路分成不同類型，并建立起相應(yīng)的性能預(yù)測模型。2、氣候條件影響道路性能的氣候條件包括氣候溫度以及空氣濕度。由于溫度的變化會影響瀝青道路的蠕變性能，且溫度過低會導致道路出現(xiàn)裂縫以及其他病害。因此在研究道路性能模型時，需要考慮不同地區(qū)的氣候條件對模型建立的影響。3、路齡路齡的意義是道路距離新建或者最近的一次大、中修項目或改建項目所過去的時間。由于道路在使用過程中，會不斷遭受汽車荷載及環(huán)境侵蝕，所以隨著路齡的不斷增加，道路的使用性能只會越來越差。4、交通量道路在使用過程中，性能變差的原因有兩個，交通荷載和環(huán)境侵蝕。交通荷載是導致道路出現(xiàn)損壞的主要原因。交通量越大，荷載作用累積越多，對道路的影響越嚴重。5、養(yǎng)護水平道路性能雖然隨著路齡增加不斷降低，但如果道路進行正確良好的養(yǎng)護，可以使得道路性能降低的過程變慢。因此一個較高養(yǎng)護水平的道路的壽命會得到顯著延長，而較低養(yǎng)護水平的道路的壽命會縮短。6、其他影響因素除了上述能顯著地影響道路性能的因素之外，還有一些影響道路性能的間接因素，如：道路行駛車輛種類、建設(shè)施工水平、道路周圍植被等。雖然它們的存在并不會直接對道路性能造成明顯傷害，但是，往長遠方向思考，它們會對道路的性能的發(fā)展。路面使用性能預(yù)測模型路面使用性能預(yù)測模型有確定型模型和概率型模型兩大類。實際道路工作應(yīng)用中確定性模型和概率性模型都存在一定局限性，確定性模型工作量很大，而且采用單一性能模型來確定路用性能的評判標準，預(yù)測結(jié)果往往不準確，而且在具體養(yǎng)護規(guī)劃中無法應(yīng)用。概率性模型不能很好地確定初始評判標準，不能給出確定的預(yù)測值，在實際應(yīng)用中不能體現(xiàn)該路段實際養(yǎng)護前后路面使用性能變化情況。故此，應(yīng)采用兩種模型相結(jié)合的方法，從而準確地預(yù)測養(yǎng)護規(guī)劃前后路面使用性能的優(yōu)良。其中確定性模型采用最為普遍的衰變模型，根據(jù)路面檢測歷史數(shù)據(jù)，分別對各項指標進行預(yù)測，從而確定初始評判標準。道路養(yǎng)護決策概率性模型可采用馬爾可夫模型，此模型的特點是模型中的每兩個過程相互獨立，即每個過程的狀態(tài)只與前一個狀態(tài)有關(guān)。1、衰變模型衰變模型算式如下：PPI二PPI{1-exp[-(a/y)0]}式中°y路齡；PPI――路面使用性能指數(shù)；ppi°——初始性能指數(shù)；a和B為模型參數(shù)。由于該模型比較簡單，因此根據(jù)該模型，可得到各指標的指數(shù)預(yù)測方程。式中a和B是兩個大于零的回歸參數(shù)，a代表路面壽命的長短，B決定曲線形狀,它們的數(shù)據(jù)可由觀測數(shù)據(jù)回歸而得。確定了a和B的兩個參數(shù)的值之后，就可以依照上述算式確定路面使用性能隨著路齡的變化規(guī)律了。a和B的值與路面面層厚度、軸載作用次數(shù)以及交通量有關(guān)。a為道路壽命長短，B為路面狀況因子，可以利用大量數(shù)據(jù)的回歸方程計算a和B的值。2、馬爾可夫概率預(yù)測模型根據(jù)一個過程中的已知的現(xiàn)在的狀態(tài)對未來的某個時間的狀態(tài)的概率進行預(yù)測。其實質(zhì)是一個不間斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，某個節(jié)點的狀態(tài)的出現(xiàn)概率只與前一次的狀態(tài)有關(guān)系，與其他節(jié)點狀態(tài)無關(guān)。且該節(jié)點的狀態(tài)的概率與前一個節(jié)點的狀態(tài)存在情況有關(guān)，可以由前一個節(jié)點的情況推算出下一個節(jié)點狀態(tài)的概率。在道路性能預(yù)測中，使用馬爾可夫概率模型可以借助往年道路性能數(shù)據(jù)推算出未來年度的道路使用性能。由于該模型的節(jié)點狀態(tài)概率與其他節(jié)點無關(guān)，只與該點前一個節(jié)點的狀態(tài)有關(guān)。所以在建立道路性能預(yù)測時，以每一年的道路性能作為模型的節(jié)點，確定任意兩個不同節(jié)點狀態(tài)的概率之后就可以基本確定該模型的整體情況了。城市道路養(yǎng)護決策養(yǎng)護工作分類我國道路養(yǎng)護工作依據(jù)相關(guān)法規(guī)《城市道路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》可按照工程性質(zhì)、道路施工技術(shù)水平、道路養(yǎng)護工程規(guī)模范圍等將其分為四類：應(yīng)急性養(yǎng)護：在突發(fā)狀況下采取的養(yǎng)護措施保養(yǎng)小修：為保持道路功能和設(shè)施完好所進行的日常養(yǎng)護中修工程：對一般磨損和局部損壞所進行的定期維修工程大修工程：對道路的較大損壞進行的全面綜合維修、加固，以恢復到原設(shè)計標準或進行局部改善以提高道路通行能力的工程，其工程數(shù)量大于8000m2或含基礎(chǔ)施工的工程大于5000m2。養(yǎng)護決策美國在上世紀六十年代提出了路面養(yǎng)護決策的概念，其采用路況數(shù)據(jù)與實際工程經(jīng)驗怕判斷相結(jié)合的決策方法。道路養(yǎng)護中，需結(jié)合道路性能評價的結(jié)果對不同損壞狀況的道路進行不同層次和程度的養(yǎng)護。養(yǎng)護決策方法一般分為兩大類，即預(yù)防型養(yǎng)護方案和矯正型養(yǎng)護方案。1、預(yù)防型養(yǎng)護預(yù)防型養(yǎng)護是一種能有效提高費用效益的一種養(yǎng)護方式，它是在路面結(jié)構(gòu)沒有被破壞的情況下所采取的一種養(yǎng)護措施方案。其可以有效地提高路面的使用性能和服務(wù)質(zhì)量，延長道路的使用壽命。結(jié)合國內(nèi)外大量的養(yǎng)護設(shè)計經(jīng)驗，提出了適合預(yù)防型養(yǎng)護路段的選擇標準。見下表：

指標路面強庫累救行駛質(zhì)量始路面抗滑性能路而龍況宿數(shù)路面剩余壽命指標值0.83^124.540~45>80>5①時機的選擇當?shù)缆菲茐膰乐鼗蛘叩缆返目傮w承載能力不足時，就必須對道路進行大修等矯正型養(yǎng)護。但如果道路的破壞不慎嚴重且總體承載能力未遭到嚴重降低時，可對道路采用小修等預(yù)防型養(yǎng)護措施。一般來說，在道路的性能指數(shù)在60%以下之前對道路采取預(yù)防型養(yǎng)護措施比矯正型養(yǎng)護措施更加經(jīng)濟，而道路性能指數(shù)在60%以下時采取矯正型養(yǎng)護措施更加經(jīng)濟。②措施的選擇我國瀝青道路的預(yù)防型養(yǎng)護措施根據(jù)不同道路損壞選擇不同不同的養(yǎng)護措施。具體情況見下表。處治類生裂縫處治衣面處泊處置措施裂縫填充裂縫密知稲漿封心碎石丄寸層等瀝青路面預(yù)防型養(yǎng)護措施病害情豐轍裂縫泛油松散不平整表面抗滑逼度不足耐久性霧封層不采用可隊使用不采用可決使用環(huán)采用不釆用不來用計2半稀漿封不采用可以使用可以使用建議使用不釆用建議使屈不采用2~3石屑封層不采用建議使用可洪使用建議使用開采用建議使用不采用2~3T微表處可収使用建議使用饉議使用建議使用開釆用建議使用不采用2~3年NOVACHIP可以使用不采用建議使用建議使用托采用建議便不釆用3^5年ocrc$l不采用不采用建議使用不采用環(huán)采用建議使用不采用3~5牛路面一般病害的預(yù)防性養(yǎng)護措施2、矯正型養(yǎng)護在路面出現(xiàn)嚴重破壞之后就需要采取矯正型養(yǎng)護，也就是我們平時所經(jīng)常聽到的大修。矯正型養(yǎng)護適用于路面狀況相對較差，甚至連路面結(jié)構(gòu)都遭到破壞的路段。矯正型養(yǎng)護時機的確定方法如下：①收集路面歷史性能及交通量數(shù)據(jù)以制定道路養(yǎng)護計劃實施時期。②分析上一步已收集收據(jù)，對道路的剩余壽命及道路性能狀態(tài)進行分析。由交通量數(shù)據(jù)推算道路所承受荷載，若實際荷載超過道路建設(shè)設(shè)計荷載，則應(yīng)該對道路采用大修、改建等矯正型養(yǎng)護措施。養(yǎng)護措施城市道路養(yǎng)護措施可以分為全局養(yǎng)護以及局部養(yǎng)護。1、局部養(yǎng)護在調(diào)查過路面的局部性能或損壞狀況之后，再確定局部養(yǎng)護措施，以提升道路使用狀況和性能。局部養(yǎng)護措施指對路段部分區(qū)域的損壞進行維修。比如，對路面坑洞的維護保養(yǎng)措施一般是修補坑洞。2、全局養(yǎng)護在調(diào)查過路面的全局性能或損壞狀況的之后，確定全局養(yǎng)護措施，以提升道路使用狀況和性能。全局養(yǎng)護對策包括對道路全域的養(yǎng)護方案。比如，罩面就是道路全域養(yǎng)護工作的一個全局養(yǎng)護措施。通常，在進行某些道路全局養(yǎng)護工作前要進行許多局部養(yǎng)護作為基礎(chǔ)。在路面管理系統(tǒng)中，制定全年養(yǎng)護計劃，從而計算預(yù)算需求和分配養(yǎng)護資金時，需要首先了解養(yǎng)護措施所需要的綜合單價、使用壽命。瀝青路面養(yǎng)護措施一覽表如下所示:定文局ndi措施全局扌廿施11常養(yǎng)護1裂縫類、松散委、變恥宦其他類的保護J2以消除垢|麗他損、改弁路而平幣度與抗時能力向門的n分為泮泄;：iIF譏封出"澤漿封出、陸肢處J鏟除面層,悸正基層.車修鋪設(shè)面層+町取代補強-仃住邯翻i趴肛向翻僅、乍道翻幡、線狀翩修。討部礎(chǔ)修屬円丨市弄護的局部掄補斗鏟除而出和廉從.修報或亜新構(gòu)筑i-.Xt.氓新ifli世路而…仃全部譏建”車|："疋ils牟逍匝建J各種維修措施可以提高到路面破損狀況指數(shù)如下表所示編S養(yǎng)護對策PCI提崗等級1日常養(yǎng)護與小修不提高2局部修補提高1級3中修罩面提高2級斗加鋪（改善平整度：＞提烏2級5中修加鋪抗滑層提高2級6提高到A紐養(yǎng)護工作經(jīng)濟分析在進行道路養(yǎng)護決策研究時，道路管理者面對規(guī)劃范圍內(nèi)數(shù)量眾多的道路同時也要面有限的時間以及資金成本。對道路養(yǎng)護決策方案或者措施進行經(jīng)濟分析不僅能幫助道路養(yǎng)護管理者對資金成本高效利用，也同時是道路管理者制定相關(guān)養(yǎng)護決策方案或者養(yǎng)護決策方案優(yōu)化排序的重要依據(jù)。對于一段道路，對其進行經(jīng)濟分析將有助于道路管理者決定適合其的養(yǎng)護方案或者措施。對于一個區(qū)域之內(nèi)的道路進行經(jīng)濟分析，將幫助管理者根據(jù)各道路的破壞程度、道路等級等分配資金，進而制定不同的養(yǎng)護方案以及確定不同道路段養(yǎng)護的時機排序。1、費用分析在道路建成以及到徹底毀壞之前，其生命周期內(nèi)，會產(chǎn)生如下費用：（1）起始建設(shè)費用道路建設(shè)費用是指道路依據(jù)國家標準規(guī)范以及專門設(shè)計要求建設(shè)道路所產(chǎn)生的費用。在進行養(yǎng)護決策中，由于只用考慮建設(shè)之后用于恢復道路使用性能的所產(chǎn)生費用，故忽略初期建設(shè)費用。（2）道路小修以及日常養(yǎng)護保養(yǎng)費用對我國瀝青混凝土道路進行日常小修所產(chǎn)生的費用可由以下公式計算所得：MC二0.17+1.72x10-6（100-PCI）xAADTt式中：MC——日常養(yǎng)護費用，元/平方米；pci――為路面狀況指數(shù)；AADT——為年平均日交通量，輛/晝夜。

3）大、中修費用當?shù)缆沸阅芙档偷揭欢ǔ潭戎?，需要對其進行大、中修工程，以恢復其性能到一定水平。城市道路大、中修養(yǎng)護工程所產(chǎn)生的費用可由以下公式計算RC二AxCi0i式中：RC.――相應(yīng)第i種對策的維修費用；iA――路段面積，m2；0C相應(yīng)第i種對策的單價，元/山2。i瀝青路面養(yǎng)護改建措施及其維修單價估算如下表所示。瀝青路面養(yǎng)護改建措施及其維修單價估算如下表所示。（4）費用總現(xiàn)值道路養(yǎng)護經(jīng)濟分析中，費用總現(xiàn)值由不同養(yǎng)護方案的各種修理費用以及用戶費用組成，具體算法見下式：PWC=￡pwf（RC+MC+UC）i，ni,ti,ti,ti,ti=0式中：PWC——方案i在分析期n年內(nèi)的總費用現(xiàn)值；i,nRC――在t年的大中修費用；i,tMC――在t年的養(yǎng)護費；i,tUC――在t年的用戶費；i,tpwf——貼現(xiàn)率i年份t的現(xiàn)值系數(shù)，貼現(xiàn)率取8%。i,tpwf=pwf=i,t1(1+i)t5)年費用AC計算式如下所示：AC二CrfQpwf(RC+MC+UC+UC)-pwf?SV)i,ni,ti,ti,ti,ti,ti,ni,ni=0Crf為貼現(xiàn)率i,分析期n年的資金恢復系數(shù)。i,nCrf=i(1+i)n

i，n(1+i)n—1(6)系統(tǒng)原型費用計算流程如下圖所示：2、效益分析道路的效益分析是指制定某特定養(yǎng)護方案之后其能給道路使用者和道路養(yǎng)護部門帶來的效益。其中,道路在得到養(yǎng)護之后,其性能水平和服務(wù)水平得到提高,為道路使用者提供更加舒適、安全的出行環(huán)境,并相應(yīng)減少交通延誤以及交通事故的產(chǎn)生。由于道路用戶效益不能直接算出來,故只能采用其他指標來間接地表示道路養(yǎng)護帶給用戶的效益。由于道路用戶效益與道路使用性能的提升存在直接關(guān)系,道路性能提升越多,道路用戶所得到的效益越高,故可以用道路性能在養(yǎng)護前后的變化來間接表示用戶效益。道路使用性能的改善所帶來的效果的提升可用以下公式估算：E=ZBxlxAADTxpwf(t)jitjitit式中：E——第i個路段采用方案j后產(chǎn)生的效果；jitZB——第i個路段在第t年采用方案j后的路面使用性能指標值；jitl——第i個路段的長度；iAADT——路段第t年的交通量；t1pwf(t)二1，貼現(xiàn)率i取8%。(1+i)t養(yǎng)護計劃1、養(yǎng)護需求分析在制定道路養(yǎng)護方案時，一段道路的項目級項目與一個區(qū)域道路的網(wǎng)級項目所要達成的目標各不相同。對于一段道路的養(yǎng)護方案的制定，需要在一定資金限制或者一定服務(wù)水平目標的限制下，制定盡量經(jīng)濟且高效的養(yǎng)護決策方案。而對于一個區(qū)域的道路，大多數(shù)是以資金供給和需求為基礎(chǔ)，對道路網(wǎng)中的道路的相關(guān)養(yǎng)護方案成本、道路重要程度以及道路破損程度進行綜合分析，從而確定道路的養(yǎng)護需求。2、養(yǎng)護計劃排序在網(wǎng)級道路養(yǎng)護決策制定的過程中，需要根據(jù)各個道路的養(yǎng)護預(yù)算、養(yǎng)護需求以及養(yǎng)護所需時間等因素，在符合整體服務(wù)水平達到預(yù)定標準的情況之下，對道路養(yǎng)護計劃進行綜合排序。3、養(yǎng)護計劃優(yōu)化養(yǎng)護計劃的優(yōu)化主要要考慮道路養(yǎng)護項目的預(yù)算以及養(yǎng)護項目所擁有的資金成本。在對各道路的養(yǎng)護需求進行綜合分析之后，若養(yǎng)護項目所擁有的資金不足以滿足養(yǎng)護需求時，需要優(yōu)化養(yǎng)護計劃對項目所擁有的資金進行分配，使得資金的效果盡量得到實現(xiàn)。養(yǎng)護計劃的優(yōu)化需要在資金的限制下，分析各種養(yǎng)護對策所能帶來的效益，并對其進行評價比較之后，選擇能取得最大化效益的養(yǎng)護對策。4、養(yǎng)護計劃排序由于我國幅員遼闊、道路眾多，在實際道路養(yǎng)護工作中，資金成本往往沒法滿足道路養(yǎng)護需求。因此，在有限的資金條件之下，需要對道路的養(yǎng)護計劃進行排序，將有緊急需求或者能產(chǎn)生更大效益的養(yǎng)護計劃優(yōu)先處置。養(yǎng)護計劃排序需要綜合考慮道路的路齡水平、路況水平、養(yǎng)護所需資金以及該路段上交通量，對這些值分別賦權(quán)，以綜合權(quán)重高低來確定道路養(yǎng)護順序先后。5.6.養(yǎng)護決策的種類道路在建成通車之后，隨著環(huán)境作用以及荷載作用，道路性能會隨著時間不斷降低。當?shù)缆返男阅懿荒軡M足出行者的正常安全出行時，需要對道路采取一定的維護措施使其性能恢復到正常水平。對道路進行養(yǎng)護決策的研究一般有三種不同方向的目標：（1）對于給定服務(wù)水平目標的養(yǎng)護項目，計算并確定能實現(xiàn)該目標的最少資金和時間成本。（2）在限定資金和時間成本之下，分析何種養(yǎng)護方案能使得道路取得最高的服務(wù)水平。（3）對于某一段道路，要使其性能恢復到某一個具體的服務(wù)標準，確定應(yīng)采取何種養(yǎng)護措施。由上述三種不同方向的目標可確定三種不同的道路養(yǎng)護決策傾向。1、給定服務(wù)水平目標的養(yǎng)護決策要使得路網(wǎng)級整體服務(wù)水平恢復到制定水準，計算并確定其所需要的最小時間成本、資金成本以及養(yǎng)護項目數(shù)量。計算過程中需要考慮具體路段采取何種養(yǎng)護措施，才能在符合服務(wù)水平目標的基礎(chǔ)上，消耗最少的時間、資金、人力成本。其中，路網(wǎng)的平均服務(wù)水平的計算方法如下所示：YpciiPCI=avrn式中：PCI為路面狀況指數(shù)。2、限定成本下取得最高服務(wù)水平的養(yǎng)護決策此種決策的主要目的是在成本的限制之下，分析研究可選擇的道路養(yǎng)護措施的效益，并計算確定能使得路網(wǎng)綜合服務(wù)水平達到最高的養(yǎng)護決策方案。此種方案在取得最大化效益的基礎(chǔ)上要滿足兩個條件：（1）道路在養(yǎng)護之后要能滿足道路使用者通行要求水平。（2）養(yǎng)護方案所需資金在成本限定以內(nèi)。3、指定道路養(yǎng)護標準的養(yǎng)護決策在道路的使用過程中，其性能狀況降低到一定程度之后就需要對其采取相應(yīng)5.7.硚口區(qū)道路養(yǎng)護決策實例根據(jù)硚口區(qū)市政道橋中心的工作分配情況結(jié)合本文對城市道路養(yǎng)護決策的研究，提出適合于硚口市政道路養(yǎng)護決策的方法。假設(shè)要建立指定標準的養(yǎng)護需求的養(yǎng)護模型。由資料所知硚口區(qū)車行道路分為快速路、主干路、次干路支路以及街巷道路五大類，總長度約24