運(yùn)用模糊理論評(píng)判水泥混凝土路面的破損狀況

胡章立 ，賀 平 ，蘇 龍

（1.貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002；2海南銳翔交通工程試驗(yàn)檢測(cè)中心，海南 海口 571100；3貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550001）

0 引言

舊水泥混凝土路面狀況調(diào)查和評(píng)價(jià)是選擇養(yǎng)護(hù)措施，制定養(yǎng)護(hù)策略，規(guī)劃養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目，編制養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，進(jìn)行路面改建設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。對(duì)于改擴(kuò)建水泥混凝土路面，路況調(diào)查與評(píng)價(jià)不僅是改擴(kuò)建工作的依據(jù)，也是分析和判斷路面可利用性的技術(shù)依據(jù)。在《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073.1-2001）中，采用路面狀況指數(shù)（PCI）和斷板率（DBL）兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定水泥混凝土路面破損狀況。路面狀況指數(shù)是一項(xiàng)綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)，它反映調(diào)查路段路面總破損狀況，即反映病害的類型、輕重程度和范圍3方面屬性對(duì)路面狀況影響程度的綜合度量指標(biāo)。根據(jù)水泥混凝土路面破損類型的多樣性和破損程度的模糊性，本文將運(yùn)用模糊綜合評(píng)判原理，建立水泥混凝土路面破損狀況的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合江門市金甌路（江門水道—港澳碼頭）改造工程，探討了模糊綜合評(píng)價(jià)在舊水泥混凝土路面狀況評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

1 舊水泥混凝土路面破損狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

水泥混凝土路面在使用過程中，在行車荷載和自然因素等的反復(fù)作用下，路面將產(chǎn)生各種各樣的破損。水泥混凝土路面破損可以分為斷裂類、豎向位移類、接縫類及表層類4種類型。各種類型的破損又有不同的表現(xiàn)形式。層次分析法（AHP法）把這些病害條理化、層次化，構(gòu)造一個(gè)有層次的結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)AHP法的基本原理，可以建立如表1所示的水泥混凝土路面破損狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1 水泥混凝土路面破損狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 舊水泥混凝土路面破損狀況的多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型

根據(jù)AHP法建立的水泥混凝土路面破損狀況的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，這里需要采取二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，首先對(duì)第二級(jí)因素指標(biāo)層進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，然后再對(duì)第一級(jí)因素準(zhǔn)則層做綜合評(píng)價(jià)。

2.1 建立因素集

根據(jù)水泥混凝土路面破損狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立如下因素集：

2.2 建立評(píng)判集

為了與《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)水泥混凝土路面破損狀況評(píng)定的等級(jí)一致，這里評(píng)判集取 V={v1，v2，v3，v4，v5}={優(yōu)，良，中，次，差}。

2.3 確定各破損類型的評(píng)判矩陣

rij表示i因素評(píng)判為vj的隸屬度，rij可以通過路面損壞測(cè)量和調(diào)查的具體數(shù)據(jù)，并對(duì)比相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（可參考《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》）進(jìn)行確定，也可通過專家組集體評(píng)議確定。

2.4 確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)

各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定，這里采用AHP法確定。

2.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

對(duì)于權(quán)重 A=（a1，a2，…，an） 和評(píng)判矩陣 R，取max-min合成運(yùn)算，即用模糊型M（∧，∨）計(jì)算，可得到綜合評(píng)判:

3 工程實(shí)例分析

江門市金甌路位于江門市江海區(qū)，西起江門水道，東至港澳碼頭，其中東海路至港澳碼頭現(xiàn)狀為水泥混凝土路面。由于金甌路位于工業(yè)區(qū)，貨車較多，超載十分嚴(yán)重，所以該路段路面出現(xiàn)的病害比較多。本文以金甌路（東海路—港澳碼頭）路段為例，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)該路段的路面破損狀況，說明其實(shí)用性。

3.1 4種損壞類型的評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)量的各種病害的多少和大小，建立4種損壞類型的評(píng)價(jià)矩陣：

3.2 各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的計(jì)算

運(yùn)用AHP法原理，構(gòu)造判斷矩陣，運(yùn)用Matlab計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最后經(jīng)過歸一化處理，得到各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，見表2～表6。

表2 判斷矩陣u1—u1i

表3 判斷矩陣u2—u2 i

λmax=2，CI=0，RI=0，CR=0<0.1。

表4 判斷矩陣u3—u3 i

λmax=6.344 4，CI=0.068 88，RI=1.24，CR=0.055 5<0.1。

表5 判斷矩陣u4—u4 i

λmax=5.284 7，CI=0.071 2，RI=1.12，CR=0.064<0.1。

表6 判斷矩陣U—u i

λmax=4.072 8，CI=0.024 3，RI=0.90，CR=0.027<0.1。

3.3 水泥混凝土路面破損狀況的模糊綜合評(píng)價(jià)

（1）準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)

（2）目標(biāo)層評(píng)價(jià)

路面破損狀況模糊綜合評(píng)價(jià)U=w R=[0.282 0.321 0.263 0.114 0.060]。

根據(jù)最大隸屬度原則，可見該路段路面破損狀況的模糊綜合評(píng)價(jià)為“良”，評(píng)價(jià)結(jié)果與采用路面狀況指數(shù)（PCI）和斷板率（DBL）兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定的結(jié)果一致。

4 結(jié)語

本文針對(duì)水泥混凝土路面破損類型的多樣性和破損程度的“模糊”特征，運(yùn)用AHP法建立了水泥混凝土路面破損狀況評(píng)價(jià)體系，提出了水泥混凝土路面破損狀況的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合工程實(shí)例，說明了其實(shí)用性，其評(píng)價(jià)結(jié)果較真實(shí)地反應(yīng)了路面破損的綜合狀況，有一定的實(shí)用性，可供參考。同時(shí)也得指出，本評(píng)判模型有待進(jìn)一步改善，判斷矩陣的確定還具有一定的主觀性，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，判斷矩陣根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

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[6]JTJ 073.1-2001,公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].