高速公路管理和技术指标的前提、属性分析及方法探讨

殷 峰

（上海城投公路投资（集团）有限公司高速运管中心，上海市201913）

0 引 言

高速公路管养经常遇到各种各样的指标，有工程质量指标（如沥青路面的压实度、平整度、渗水系数、弯沉[1]），有技术状况指标（如桥梁采用分层综合评定与单项指标控制相结合的方法[2]，形成基于病害标度，从构件、部件到整体的评分体系），还有管理指标。要准确把握客观事物的状况，就必须用指标来量化，以作判据。指标体系也是公路智慧运维的基础，重要性不言而喻。但是，目前常用指标的评定结果与实际不能很好吻合，究其原因，仍是指标体系不完善这个老问题。可见，期望通过经验解决问题已不现实，而是需要深度思考：指标的实质究竟是什么？有没有数学根源？本文尝试探究，得出一些启发，用于解决实际问题，供同行参考。

1 关于指标

指标是对公路管养的定量判断尺度，分为技术指标和管理指标，也可分为单一指标和综合指标。技术指标用于表征设施状况；管理指标主要用于评价管理行为（包括模式、计划、方案、质量控制等）特征、成效。单一指标表述一个具体属性；综合指标由多个单一指标组成。

指标，实质上是一种广义的测量，是对属性的测量，需满足可测条件。对单一指标而言是满足可测性的3个条件：μ（）=0；非负性；可列可加性[3]。即对取值范围内任意不相交的分段，所选总长度等于各分段长度之和。综合指标应满足线性空间的条件，有5个属性：明晰性；完整性，包含所有相关的单一指标；独立性；可度量性；复杂性。独立性是指存在一组单位正交向量形成坐标系e1，e2，……en，其他向量表示为这个坐标系的线性组合。度量性是选取线性空间范数，目前多采用1-范数，即加权平均，是对综合指标空间先作线性变换，再对变换后线性空间单一指标值求和，不足之处是线性变换向量（即权重）源于经验。实际上可采用∞-范数，即‖x‖=max（│x1│，│x2│，…，│xn│）。复杂性是说实际工作中需用综合指标（空间）描述一个总体对象（如一座桥、一个养护单位），而总体对象由大量单元组成，属性种类繁复，不同单元属性各异，每个单一指标描述单元属性，所有单一指标构成综合指标。

以上立足可测性和线性空间，对指标有了较为深刻的认识，知道了要构建可靠、稳固的指标体系，必须从可测性和线性空间的深度出发，满足下列共同原则：

（1）把关心的属性表述为可测的单一指标；

（2）指标体系清晰、完整、独立；

（3）选取的范数严谨、针对性强；

（4）复杂性决定了建立综合指标体系并不简单，应从分析单元、属性及其关系起厘清结构。

这些原则如何在实际应用中展现其作用？结构健康监测、桥隧技术状况评定、运营养护评价的指标体系是热点和难点，下面开始讨论。

2 问题讨论

2.1 结构健康监测

桥梁健康监测系统的主要难题是如何指导养护工作，实际上仍归结为指标。通过上海长江隧桥健康监测的多年应用，可认为养护需要健康监测提供两类资讯：实时安全性；长期健康及安全性。由此从属性出发，从周期性、收敛性、关联性等方面总结出一些指标，如图1所示。

图1 桥梁结构健康监测指标讨论——从属性分析到指标

其中：短周期指标着重于表征即时安全性（如台风影响）；长期数据存在两类指标，即周期性和非周期性，前者的重点是能否保持长期周期性（如索塔顶端位移），后者则重点指是否处于收敛状态（如桥墩沉降）；关联属性重在从相关性角度判断结构的整体变化。

2.2 桥梁技术状况评定

技术状况的复杂性表现在4个方面：关注视角多，如结构安全和材料耐久；结构型式、材料组合多；构件差异大；病害与构件、结构型式、材料构造相关。根据前文的原则，从对象（单元）属性→指标的链条出发，提出“从属性出发定指标，对象类型与属性匹配，筛选指标值显著的对象，参与总体评价”，先看指标结构，再看评价过程。

2.2.1 指标空间构造分析

用尺度划分对象是适当的，表1为对象尺度。

表1 对象尺度分类

下一步，进行属性和指标分析。行业对桥梁的评价是从结构、功能和耐久三方面进行的，三者相互独立，故总体评价按此分开，分析过程详见表2。

表2 属性及指标空间构造分析

2.2.2 评定过程

评定是从现场检测→病害指标化→指标点筛选→总体评价→养护对策的全过程，其关键是如何从大量单一指标汇总成综合指标。在指标点形成阶段，采集病害数据并计算单一指标（原始数据）。在筛选阶段，从单一指标中按一定原则遴选参与总体评价的指标点；评价过程选用合适的范数，或作统计分析；最后分门别类形成对策，具有很强的针对性（见表3）。

2.3 关于隧道技术状况

隧道技术状况评价的困难在于，隧道的热点在运营安全和机电而非仅仅结构，迥异于桥梁。上文桥梁技术状况指标的分析过程已提供了启示——可将运营安全划分细类属性，如分为消防安全、事故安全等，再建立指标，按表2步骤提供的线索逐渐完成。

表3 评定过程表（示意）

2.4 养护质量指标

养护质量受很多因素（如设施本身质量、养护合同经费、设施新旧、体制机制等）制约，养护质量的对象是人，但养护质量指标本质上仍是综合指标空间，前文的原则依然适用，故可借鉴表2、表3的方法，进行对象、属性分析，筛选单一指标用于总体评价。关键是从养护品质（主动与被动、提前与应急、多样与单一）、病害评价（密度、频度、暴露时间）[4]等方面建立单一指标。

3 结 语

对于公路运养指标，本文从可测性和线性空间的深度进行探讨，得出重要属性和构建指标体系需满足的共同原则，并对实际问题加以检验，获得有价值的方法。主要有以下结论：

（1）公路单一指标需满足可测性，综合指标为线性空间，指标具备明晰、完整、正交性、范数、复杂性等属性，构建好的指标体系需满足4个原则。

（2）在健康监测和桥梁技术状况指标的应用中发现：建立指标应分析对象、属性，建立单一指标；利用指标评定的关键是按一定原则从单一指标点中筛选代表点，选用合适的范数用于评价。

（3）可将上述方法推广到隧道技术状况和养护质量指标。