基于层次分析法高速公路沥青路面预养护决策探讨

■　孙斌（福建省高速技术咨询有限公司，福州　350001）



基于层次分析法高速公路沥青路面预养护决策探讨

■孙斌
（福建省高速技术咨询有限公司，福州350001）

摘要高速公路沥青路面预养护能够延长路面寿命，节约养护资金，提高服务水平。本文阐述了高速公路路面预养护决策的原则和影响因素，归纳了现有常用的决策库，采用层次分析法建模进行决策选择。以某高速公路为例，论证了其可行性和有效性，为高速公路沥青路面预养护决策提供参考。

关键词层次分析法沥青路面预养护决策

高速公路沥青路面预养护能够延长路面寿命、节约养护资金、提高服务水平，然而在实际应用中，预养护决策技术尚未成熟，缺乏可量化科学依据，从而影响沥青路面预养护的效果，限制预养护技术的推广进一步应用。本文通过分析我国高速公路沥青路面的特点，探讨预养护决策选择的原则影响因素，对预养护决策选择进行了研究。

1　预养护决策原则及选择影响因素

1.1预养护决策原则

根据国内外预养护的经验，沥青路面预养护决策应满足以下四个原则。（1）技术性原则：根据预养护的技术理念，保证选择的技术措施能满足高速公路沥青路面状况、美观、噪声等技术要求。（2）经济性原则：在满足技术要求前提下选择经济效益好成本低的措施。（3）服务性原则：高速公路提供着高质量服务，所采用的预养护措施应与公路使用者满意度相符。（4）施工便捷性原则：高速公路是地区经济动脉，减少施工维修对交通的影响。

1.2预养护决策影响因素

根据预养护决策原则，预养护决策选择影响因素可分为技术因素、经济因素、施工工艺因素、气候因素、用户和环境因素六个方面。其中技术、经济和施工工艺因素影响最为显著。技术因素主要应考虑路面状况、路面损坏类型和交通量方面；经济因素主要包含预养护措施的使用寿命和单位费用方面；施工因素主要考虑当地可获得的材料、施工质量、交通干扰、材料的环保性等方面；服务因素主要关注使用者行驶的舒适性、噪音、美观等方面。

2　预养护措施决策库

根据高速公路沥青路面主导损坏类型与严重程度、路面结构与性能衰变规律、交通量与预养护需求与限制、预养护措施经济性等因素，在多年的工程实践中，选取较为成熟的预养护措施形成备选决策库，包括微表处、薄膜罩面、灌缝与封缝、就地热再生、雾封层与铣刨重铺，如表1所示。

表1　高速公路沥青路面预养护对策库

3　沥青混凝土路面预养护决策模型

目前，国内外主要采取定性和定量结合的综合性方法进行预养护决策，其中层次分析法具有原理简单易懂、实用性、灵活性、系统性等优点，故本文采用该方法来探讨预养护决策问题。

3.1建立递阶层次结构模型

层次分析法反映递阶控制关系，采用层次结构描述决策问题。本文建立层次结构从高到低依次为“目标层”、“准则层”、“子准则层”和“方案层”。目标层为高速公路沥青路面预养护措施；准则层包含三个因素，分别为经济效益、技术性能、施工工艺；子准则层则相对应于准则层列出平均费用、使用寿命等9个指标；方案层可以根据路面使用性能评价结果、路面损坏情况、交通量、通车年限等因素确定预养护备选决策库，如图1所示。

3.2判别矩阵的构造

图1　高速公路沥青路面预养护决策层次结构图

层次结构反映了上下层之间元素的隶属关系，但准则层中的各准则在目标衡量中所占的比重并不一定相同，在决策者的心目中，它们各占有一定的比例。基于上层目标对下层元素进行两两比较，决定下层元素对于上层目标的重要度，对于多因素的重要度比较，可依据公式（1）给出的判断矩阵。式中：aij表示第i个目标和第j个目标的相对重要程度。相对重要程度一般根据Saaty的1-9级标准度表，通过比较两两指标，确定相应的比值。

对判别矩阵进行归一化处理，并计算归一化后的权重系数，所得到的矩阵为单层次排序权重值，相应的计算见公式（2）～（3）。

3.3一致性检验

如要保证判断矩阵计算结果的准确性，需对判断矩阵的元素之间一致性进行检验。通常用一致性指标CI和一致性比率Cr来检验，在计算前需计算判断矩阵的最大特征值λ，相应的计算见公式（4）～（6）。

式中，引入平均随机一致性指标RI，该指标具体数值可通过查表得到，故不再累述。当一致性比率Cr＜0.1，则aij通过一致性检验。

3.4层次总排序

为了实现方案层对目标层的影响，还需要对整个层次结构进行总排序。k层元素对顶层总准则的合成权重向量w（k）可由式（7）、（8）计算。其中P（k）为k层上个元素对k-1层上各元素的合成权重。每递推一层时，均需对层次的总排序做相应的一致性检验。

4　工程实例

4.1项目概述

福建省某段高速公路，路面总体状况良好，主要呈轻微松散和老化，有少量细小且不规则的裂缝和5～15mm深车辙。该路段2005年交付使用，2010年至2014年日平均交通量分别5653pcu、6808pcu、7733pcu，、11810pcu、14354pcu，属于重交通路段。

4.2建层次分析模型

（1）决策者根据该路段的路面结构、交通量、路面受损状况等确定预养护施工决策库为铣刨重铺、微表处、薄层罩面、灌缝与封缝、就地热再生，建立该路段预养护决策层次结构图，如图1所示。

（2）根据福建省经济发展水平和施工情况等，决策者依据公司多年在路面养护方面咨询和施工的大量经验，建立目标层与准则层判断矩阵见表2、准则层与子准则层的判断矩阵、方案层与子准则层的判断矩阵（由于篇幅有限，本文仅列出基于技术判断的矩阵见表3，基于平均费用判断矩阵见表4），并对以下矩阵进行了一致性检验，得出一致性比率Cr均小于0.1，故各矩阵计算结果可取。

表2　目标层与准则层判断矩阵

表3　基于技术性能判断矩阵

表4　基于平均费用判断矩阵

4.3计算结果

层次分析法模型计算各准则层的方案结果见表5～7，各方案最终综合权重值为：W=（0.2475，0.1644，0.2356，0.1386，0.2139）T。在五种预养护技术方案中铣刨重铺目标层权重最大，故推荐为本路段的预养护最佳方案，其次推荐薄层罩面、就地热再生为备选方案。

表5　基于经济效益计算结果

表6　基于技术性能计算结果

表7　基于施工工艺计算结果

5　结论

本文讨论预养护决策原则和影响因素，采用层次分析法对预养护决策方案进行科学决策，对人们的思维过程主观判断进行加工整理，减少工程师的主观决策。该方法可以将复杂的养护决策问题进行定量、定性分析，且操作相对简便，便于在养护决策中推广应用。

参考文献

［1］中华人民共和国交通部．JTJ073.2-2001，公路沥青路面养护技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2001．

［2］中华人民共和国交通部．JTGH20-2007，公路技术状况评定标准［S］.北京：人民交通出版社，2007．

［3］曾峰．基于网络层次分析的多属性预防性养护决策［J］.系统工程理论与实践，2013．

［4］曾峰．沥青路面预防性养护对策方法的研究与技术应用［D］.哈尔滨工业大学，2009．

［5］杨航．高速公路沥青路面预防性养护决策研究［J］．交通标准化，2011．