城市道路交通基础设施养护资金配置的优化

赵悦彤 何永泰 周恺 王路

摘   要：本文调查评价某城区城市道路交通基础设施服役和养护维修状况，基于AHP层次分析法对设施进行优先级排序，并针对城市路网交通基础设施养护决策中多选择多维背包问题，采用DEA数据包络分析法研究网级养护资金分配优化的项目规划问题。

关键词：交通基础设施;养护资金分配优化;AHP层次分析法;DEA数据包络分析法

中图分类号：U418        文献标志码：A

0 引言

交通基础设施是城市发展的基础，在荷载与环境等因素作用下性能衰减，为维持性能，许多学者进行了深入研究，有代表性的方法有：按使用性能参数和经济分析参数排序的排序方法;线性和非线性规划法、动态规划法等方法。然而仍存在不足：以城市道路为研究对象较少;缺乏对相关附属设施的协同考虑;基础设施养护成本及资源分配优化多为单一目标。因此，基于多目标的交通基础设施养护资金优化就尤为必要。

本文选取某城区典型11条城市道路，基于多目标对交通基础设施养护决策进行优化。养护资金不足以覆盖各交通设施时，采用AHP层次分析法确定养护顺序;资金足以覆盖各设施时，通过DEA数据包络分析优化资金分配，提高养护效果。

1 某城区部分典型路段交通基础设施调查与评价

调查表明，某城区部分道路（路面结构：7cmAC-20沥青砼+5cmAC-13沥青砼）交通基础设施服役状态普遍良好，寿命期内无大中修记录。调查与评价结果见表1。

2 基于AHP层次分析法的养护设施优先级排序

构建交通基础设施的判断矩阵，将道路、排水、人行道、绿化、照明设施按照指数标准进行两两比较，比较结果写成正互反矩阵的形式，各设施重要性等级矩阵如式（1）所示。

（1）

各行求和得到各设施的得分矩阵：B=[8.86  6.18  5.34  4.30  3.72]T，根据得分矩阵中各元素占比即可求出功能重要性系数矩阵（权重向量）如式（2）所示。

C=[0.311  0.218  0.188  0.151  0.131]T          （2）

在此基础上，对得到的功能重要性矩阵进行一致性检验。

（3）

ci—权重向量中的第i个元素;λ—最大特征根的近似值，取λmax=4.760。

一致性指标：

（4）

随机一致性比率：

（5）

RI——随机一致性比率，按照表2取值。

由于|CR|<0.1，根据上述计算过程可以得出矩阵A通过一致性检验的结论，特征向量C=[0.311  0.218  0.188  0.151  0.131]T就是所求的权重。考虑到排水设施作为城市道路排水的主要途径，直接关系到洪涝季节排水安全，故而微调整后的养护优先级顺序为路面、排水、人行道、绿化、照明设施。

3 基于多目标的养护资金分配优化

本部分网级决策优化依托调查的某城区部分道路组成的道路网，采用DEA数据包络分析在资金足以覆盖各设施的情况下进行分配优化，当养护资金不足以覆盖各设施时参考AHP层次分析法得出的养护顺序优先级。

3.1 DEA算法输入输出指标的选取

本文选取单位里程年平均养护费用为输入指标，选取路网整体养护服务质量、养护经济效益、养护环境效益为输出指标，并采用专家打分法进行打分。输入输出指标见表3。

3.2 模型求解

C2GS2模型求解，對求解结果分析：S1-=S2-=S3-=S4-=S1+=S2+=S3+=0，共有道路2、道路3、道路5、道路6、道路7、道路10和道路11共7条道路，也就是这7条道路的DEA有效，其分配于道路、排水、照明和绿化设施的养护资金最佳，养护效果最优，资金不需要再做调整。而道路1 S1-=19.7250，S3+=0.0647;道路4 S1-=42.1066，S3-=21.4708，S3+=0.0533;道路8S4-=7.4800;道路9S1-=6.3679，S3-=2.5897，可知这4条道路资金比例分配严重不合理，利用率低，应该建议相关部门进行调整。

按照上述模型求解结果对某城区的11条城市道路养护资金进行最优分配求解，通过DEA优化，可以对养护资金进行合理的资金比例分配优化，使资金得到了更高价值的使用，最终养护效果提升。因此DEA优化方法在城市道路养护资金分配中具有很明显的提升效果。

结语

（1）对某城区11条城市道路交通基础设施的服役状态及养护现状进行了实地调查分析，该城区道路病害主要表现为裂缝、坑槽、松散和沉陷。

（2）运用AHP层次分析法确定在养护资金不足以覆盖各交通设施条件下的养护优先级顺序为：路面、排水设施、人行道设施、绿化设施、照明设施。

（3）选取某城区11条典型道路，基于养护资金分配历史，以寻求路网整体养护效益最大为目标进行DEA决策优化，经分析发现道路1、道路4、道路8和道路9资金比例分配严重不合理，建议相关部门进行调整。

参考文献

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