桥梁养护技术多属性评选方法研究

郭 骞

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司公路养护技术研发中心 沈阳市 110111)

针对桥梁的某种病害，会有多种相应的养护技术，决策者通常以养护技术的成本指标来决定采用何种养护技术。但是，由于病害的发生位置不同，养护技术的使用寿命和适用时机不同，决策者仅以养护成本筛选出来的养护技术在长期的养护过程中可能因为多次施用综合性能较差的养护技术而增加成本。下面讨论建立单一病害下的养护技术多属性评选模型，采用层次分析法和离差平方和最小法对同一病害下的养护技术进行多属性评选，针对不同桥梁构件的技术状况评分筛选出单一病害下的最优养护技术。

1 多属性评选的概念

多属性综合评选是把多个描述被评选事物不同方面且量纲不同的指标，转换成无量纲的相对评估值，并综合这些评估值以得出对某几项事物整体评选的方法。

多属性评选包括五个要点：

(1)多属性综合评选包括多个评选指标；

(2)多属性综合评选的多个指标是分别描述被评选事物各个不同方面的，它们应该包含被评选对象的全面信息；

(3)各评选指标的量纲可能是各不相同的；

(4)多属性综合评选的前提是把不同量纲的指标实际值转化成无量纲的相对评选值；

(5)多属性综合评选要把各指标评估值合成在一起，得出一个整体性的评估值，之后根据评估值的大小来对被评选事物进行评选。

对于多属性综合评选问题，人们已提出许多不同的评选方法，根据特定的问题和不同的研究目的，要有选择地应用评选方法，才能达到预期的分析效果。采用层次分析法进行指标体系建立和权重计算，采用离差平方和最小法对指标数据进行规范化处理。

2 桥梁养护技术的多属性评选

2.1 指标体系的优选

综合考虑养护技术的特性和桥梁各部件技术状况的情况，采用的指标主要有三个，即成本指标、使用寿命以及应用时机。

(1)成本指标

对于任何养护技术，在考虑是否施用时，由于管养部门的养护资金有限，决策者必然会放弃成本过高的养护技术，但是施用养护成本过低的养护技术也必然会影响养护的效果，故此养护技术的成本指标至关重要。

(2)使用寿命

虽然养护技术的成本指标是决策者首要考虑的指标，但是在进行养护决策时仅考虑成本而不考虑养护技术的使用寿命，可能会致使桥梁在整个养护周期中陷入多次养护而间接增加成本，故此养护技术的使用寿命也应加以考虑。

(3)应用时机

同一种病害在不同恶化程度下应该施用不同的养护技术，统一采用同一种养护技术去处理相关病害必然导致养护成本的增加。故此，需要根据病害的发生位置以及构件的恶化程度来选用不同的养护技术。

2.2 评价指标权重计算

由于选定的指标较少，且考虑到计算权重方法的可操作性和可拓展性，将采用选用层次分析法来计算各指标的权重，从而建立单一病害下桥梁养护技术多属性评选模型对桥梁养护技术进行评选。步骤如下：

(1)明确问题的层次结构

图1 单一病害下养护技术多属性评选层次结构图

(2)专家打分

根据单一病害下养护技术多属性评选层次结构图，设计专家打分表，如表1所示。比较第i个指标和第j个指标相对于同一个问题的重要性，使用bij描述它的相对权重如表2。若i对j的重要度为bij，则j对i的重要度为1/bij，即bij=1/bji。

表1 专家打分表

表2 重要性比较表

最后，通过征询数十位业内专家的意见，整合打分结果，根据层次分析法计算原理，计算出最终的权重值，见表3。

2.3 指标数据规范化处理

由于各数据之间的数量级和量纲不一致，不能直接使用原始数据进行评选，故此，需要对数据进行规范化处理。对于各个指标的数据处理，借鉴离差平方和最小法的方法，决策矩阵进行规范化处理，使其变成0～1之间的纲数。规范化后的矩阵为D=(dij)m×n，记为：

表3 三指标权重值分析表

对于不同评价，dij的计算方法也不相同。对于成本指标，我们希望其越小越好，利用式(1)对其进行处理；对于使用寿命，我们希望其越大越好，故利用式(2)对其进行处理；对于应用时机，我们希望其越接近其桥梁构件的技术状况评分值越好，利用式(3)对其进行处理。

(1)

(2)

(3)

2.4 评价模型

使正规化矩阵D与权向量w相乘，即可得到决策向量R，其中：

则对于一个构件的一个病害，决策向量中最大的值对应的养护技术即为最佳的养护技术。

3 案例分析

某混凝土梁板局部破损，面积为1×1m2，该构件评分为85分，现有三种养护方法可以选用，分别为普通水泥砂浆修补、聚合物砂浆修补和环氧砂浆修补，三种方案的各项指标如表4所示。

表4 病害及其养护技术的性能指标

根据养护技术综合单价与工程量，计算养护成本指标，根据辽宁省高速公路桥梁养护管理系统的退化模型对应用时机进行转化，然后根据式(1)、式(2)、式(3)对各项指标数据进行规范化处理，得到的桥梁构件综合指标规范化处理表5。

表5 综合指标规范化处理表

确定了各指标的规范化数值后，根据指标权重，建立构件的决策矩阵，如下式。

即方案一、方案二、方案三的评分分别是0.5983、0.6760、0.5971，可判断本次养护采取聚合物砂浆修补为最佳方案。

4 结语

通过设置合理指标，建立了养护技术评选模型，基于桥梁构件实际技术状况，实现单一病害下桥梁养护技术优选。这里提供了一种基于层次分析法和离差平方和最小法对桥梁养护技术进行评选的参考方法，但是决策结果的准确性取决于若干数据和信息的数量及其准确性，在具体的应用时常会受到比较大的制约，因此，关于这方面还有大量的基础工作要做，需要加大对桥梁检查、维修历史、养护技术持续年限等重要数据资料的收集整理工作以及对模型进行进一步完善。