路面管理養護系統評價

李 騫 詹 思

(1.中國水電顧問集團華東勘測設計研究院福建分院 福建 福州 350003；2.機械工業第三設計研究院市政一所 中國 重慶 400039)

0 前言

《公路技術狀況評定標準》 將路面使用性能PQI 權重確定為70%，將路基狀況SCI、橋隧構造物狀況BCI 和沿線設施狀況TCI 的權重分別設為8%、12%和10%[1]，由此可以看出，路面是重中之重，是公路技術狀況評價的核心內容，路面在國外許多國家的公路養護管理工作中占有70%以上的比重，橋隧構造物次之，沿線設施和路基再次之。

國內的路面狀況評價方法是路面使用性能評價中的一個分類參數，并且，在多年的應用中，我們發現目前我國采用的《公路養護技術規范》(JTJ073-96)中各相關的路面狀況分析等各方法都存在一定的缺點，不少科研人員也正致力于對它進行改進當中，此外，國內目前研究路況調查的方法還不太科學，勞動強度太大( 特別是路面破損的調查)，不適合社會前進的方向。 由此可見，發展適合、科學的路面性能評定方法是勢在必行。

1 評價內容

1.1 瀝青路面技術狀況評價

瀝青路面使用性能評價包含路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結構強度五項技術內容。 其中，路面結構強度為抽樣評定指標，單獨計算與評定，評定范圍根據路面大中修養護需求、路基的地質條件等自行確定。

瀝青路面使用性能檢測與調查方法有：

1.1.1 路面損壞狀況檢測，主要采用人工方法調查，調查范圍應包含所有行車道，路面破損(PCI)數據的采集。

1.1.2 路面平整度檢測，《公路技術狀況評定標準》 建議，在條件允許時宜采用快速和高精度的斷面類檢測設備，可結合路面損壞和車轍一并檢測。 單獨檢測路面平整度時，宜采用高精度的斷面類檢測設備。 斷面類設備：激光儀器，重復性好，準確性高。 路面平整度斷面類檢測設備必須定期標定，每年至少標定一次，標定的相關系數應大于0.95。

1.1.3 路面車轍檢測，路面車轍宜采用快速檢測設備，可結合路面損壞和路面平整度一并檢測。 路面車轍檢測設備必須定期標定，每年至少標定一次。 根據斷面數據計算路面車轍深度（RD），計算結果應以10m 為單位長期保存。

1.1.4 路面抗滑性能檢測，按照路面紋理深度和路面的表面特性，檢測路面抗滑性能的間接方法，包括微觀構造和宏觀構造兩方面。 微觀構造：表面粗糙度，提供低速行駛＜50km/h時的抗滑性能。 宏觀構造：紋理深度，露骨料間形成的構造，使路表水迅速排除，避免形成水膜，在高速行車時起作用。

1.1.5 路面結構強度檢測，我國路面設計和養護標準所使用的彎沉指標應為靜態回彈彎沉，自動檢測時，宜采用具有可靠數據標定關系的自動化檢測設備， 像落錘式自動彎沉儀，該檢測結果能夠換算成我國相關技術規范規定的回彈彎沉值。該自動檢測設備必須定期標定，每年至少標定一次。標定的相關系數不得小于0.95。彎沉檢測數據應以20m 為單位長期保存。

1.2 物元模型分析法

路面狀況的評定是一個較為復雜的過程，目前常用的有層次分析法和模糊數學法為代表的系統分析法，在分析路況綜合指標與各影響因素互相關系的基礎上建立的回歸分析法以及灰色理論方法。 長沙理工大學公路工程學院王惠勇等人提出的基于模型分析方法的路面狀況綜合評價，它通過建立多指標參數的質量評定模型，并能以定量的數據來表示評定的結果， 同時引入文獻的方法計算各評價指標的權系數，從而進行較合理、完整地反映路面的額綜合狀況，一定程度上解決了以往路面綜合狀況評價中所存在的問題，如權重的不確定性、認為因素影響過多等。

1.3 預測路面狀況的方法

影響路面破壞的因素有很多，它涉及到設計、使用等過程中多個環節的多個因素，而平整度的大小對路面破壞也是有直接影響的， 比如路面的破壞會影響路面的平整度大小，而路面越粗糙也會進一步加劇路面的破壞。 因此，平整度之問和路面狀況之間應該是有直接關聯的。 目前，我國的路面使用性能一般從路面結構方面、路面功能方面、結構承載能力方面、路面安全性四個方面來進行評價，而普遍采用路面平整度來表征功能性破壞和路面的服務性能。

在路面檢測的過程中，評價道路狀況的方法有通常目測法和儀器法，但是這兩種方法都存在不足，因此提出又高效又經濟的評價方法是各國道路檢測人員努力研究的方向。 美國提出了應用國際平整度（IRI）來預測瀝青路面的狀況的分析方法。 在我國目前的《公路瀝青路面施工技術規范》中，平整度的檢測評定方法有標準差和最大間隙兩種。

美國羅德島大學土木與環境工程系的Kyungwon Park，Natacha E.T homas，Ph.D PE 等人采用下面的計算方法直接應用IRI 來計算路面狀況指數PCI。 也即：給定IRI 值，則可以求出PCI 值，其回歸公式為：

PCI = K1IRI

式中K1，K2 代表相互獨立變化的回歸系數和指數；將公式變換成對數公式,即為：

log PCI = log Kl ＋K2log lRl

給定其邊界條件為：當IRI 達到最大值0.727 時，PC1 達到最大值100。 如此， 這樣就引入一個新的自變量log(IRI／0.727)，規定零截距的值為2。 那么,公式變為：

log PCI=2 ＋K2log (IRI/0.727)

模型參數采用最小二乘法來進行估算，要注意的是當因變量進行對數轉換時，保證殘差滿足正態分布和同方差性。路面狀況評定的發展方向建議：

（1）形成完善的數據采集系統，路面功能性破壞和結構性破壞中各參數之間是有相互關聯的，而構造這些參數之間的模型也是依耐于大量精準的數據資源，另外，軟件系統的開發是基于大量的數據基礎的。 因此，形成完善的數據采集系統是形成簡化評定方法中的第一步，也是形成科學路面管理系統不可缺少的一部分。 而在我國，路面的狀況等數據還沒有得到統一的規范管理。 因此形成完善的路面具體狀況數據采集系統是十分有意義的。

（2）完善路面設計體系，現階段的路面狀況指標，不論是路面結構性方面還是在路面功能性方面，在大部分國家僅是一個施工驗收控制指標，即只能從竣工驗收后的使用功能方面來加以評價，而沒有從設計的開始階段給出具體的控制指標來加以控制。 因此，這將是目前的路面設計體系中急需要改進的方面之一。

1.4 模糊綜合評判在瀝青路面狀況評價中的應用

針對目前路面狀況評價方法的不足，從影響路面狀況的因素出發，以定性和定量相結合的思想為指導，采用模糊綜合評判與層次分析法對路面狀況進行評價，具有應用價值。

模糊綜合模型的建立[2]：

（1）因素集的確定：因素集U 是以影響評判對象的所有因素組成的一個普通集合。 針對瀝青路面受多方面因素影響的特點，通過分析得出瀝青路面狀況評價因素集U={ U I (材料) ，U2(路面設計參數) ，U3(施工工藝條件)，U4(行車荷載)，U5(自然環境)，U6(養護狀況)}，其中各個因素子集還可以根據不同情況具體劃分。

（2）建立備擇集：備擇集V 是對評判對象可能作出各種評判集合的總體。 這里取路面狀況評價集V={優，良，一般，差}。

（3）權重集的確定： 一般來說，各因素的重要程度不盡相同。 為了反映各因素的重要程度， 對各因素賦予相應的權數αi(i=1，2，…，m)，由各權數組成的集合叫權重集。 權重集通常采用專家評定或層次分析法來確定。

（4）一級模糊綜合評判：一級模糊綜合評判即綜合一個因素的各個等級對評判對象取值的貢獻做出的一種單因素評判。設UijK對備擇集中的第l 個等級的隸屬度為rijkl，則因素Uij的評判矩陣為Rij=[rijkl]pq， 則一級模糊綜合評判集：Bij=Aij·Rij。

（5）二級模糊綜合評判：二級模糊綜合評判即按因素子集Ui的所有因素Uijk進行模糊綜合評判。 Ui的單因素評價矩陣Ri即為一級模糊綜合評判集Bij即Ri=(B1，B2…，Bm)， 二級模糊綜合評判集為Bi=Ai·Ri。

（6）三級模糊綜合評判：三級綜合評判即對Ui 進行模糊綜合評判。 第i 類的單因素評判集Ri即為二級模糊綜合評判集B，故V 的單因素評判矩陣為R=(B1，B2…，Bm)，則三級模糊綜合評判集為B=A·R。

1.5 基于Matlab 的高速公路瀝青路面狀況評價模糊決策系統

采用平整度、破損狀況、強度及抗滑系數4 個評價內容，建立了基于Matlab—FIS Toolboxes 的高速公路路面狀況評價的模糊決策系統。 該方法克服了路面狀況評價決策過程人為因素對評價結果的影響，在一定程度上提高了路面狀況評價的科學性和適用性。

系統所要建立的模型， 其實質就是用模糊理論的語言，以Matlab—FIS Toolboxes 為工具，對高速公路瀝青路面狀況評價過程進行描述[3]。 模糊決策系統模型的輸入有平整度、破損狀況、強度及抗滑系數四部分內容，設計人員的經驗和各方案的計算過程即是模糊決策系統模型的模糊推理規則，模型的輸出即瀝青路面狀況綜合指標。 根據公路養護技術規范，選定行駛質量指數(RQI)、路面狀況指數(PCI)、路面強度系數(SSI)和橫向力系數(SFC)4 個指標作為系統輸入。 系統的輸出變量即為路面狀況綜合評價指標， 最后輸出為路面狀況：優、良、中、次和差。 利用FIS 編輯器建立的模型結構。

1.6 瀝青路面狀況綜合評價系統

常用的評價方法是采用模糊數學理論進行使用性能評價。 但模糊數學評價模型存在以下幾個問題：單指標的隸屬函數的構造具有隨意性，多指標綜合評價結果的判別準則為最大隸屬原則，不適用于質量評價問題，而且取大取小運算損失了大批中間信息；另外，在進行多指標綜合評價時各項指標權重的確定《公路養護技術規范》中規定采用專家建議值，具有人為因素和地區局限性。 針對這些問題，河北工業大學提出采用以屬性數學評價系統為主線，利用層次分析法確定各項指標權重的綜合評價系統。 二者相結合使評價系統更科學、精確，具有較高的推廣應用價值。

層次分析法（AHP）從本質上講是一種思維方法，它把復雜問題分解成各個組成要素，將這些因素按支配關系分組形成遞階層次結構。 通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性。

2 結語

隨著高速公路里程的快速增長，我國已經進入高速公路養護和管理的全新時期， 路面管理系統正是為了適應大規模、高效、高質量的公路養護管理要求而發展起來的現代綜合公路管理方式，使公路管理決策更加客觀化、信息化和科學化。 國內外的應用實踐證明，推廣和實施路面管理系統將是公路養護和管理的必然趨勢。 總之，路面路況數據采集與使用性能評價是路面管理系統的重要組成部分。 隨著我國公路建設的網絡化建設，公路養護管理的科學化、系統化、資金利用最優化，建立起符合我國實際情況的路況數據采集與使用性能評價系統迫在眉睫。 盡管目前我國在實施路面管理系統過程中還存在著一系列的問題， 但是隨著理論的日趨發展，經驗的逐漸豐富，數據采集和傳輸手段的日益先進，路面管理系統的明天肯定會更美好。

［1］中華人民共和國行業標準：JTJ 073296 公路養護技術規范[S].北京：人民交通出版社,1996.

［2］馬士賓,魏連雨,楊春風.瀝青路面狀況屬性綜合評價[J].長安大學學報,2002,22(4)：16-19.

［3］姚祖康.路面管理系統[M].北京：人民交通出版社,1993.