高速公路養(yǎng)護施工決策最優(yōu)化方法探析

張華明

（石家莊市張石高速公路籌建處，河北 石家莊 050000）

0 引言

高速公路建成之后，在氣候冷暖變化的影響和大量車輛行駛的作用下，其安全性能和使用性能不斷衰退。為了能夠確保高速公路的路面安全和正常使用，必須按期針對不同的路況實行不同的養(yǎng)護方案。高速公路養(yǎng)護是保證公路質量和效率的基本措施，同時也是高速公路發(fā)展的必然趨勢。高速公路養(yǎng)護的施工養(yǎng)護是一項復雜的系統工程，按照公路損害的狀況和交通流通能力的限制要求等等，制定一個合適的養(yǎng)護施工方案。高速公路的養(yǎng)護施工組織與機械組合最優(yōu)化是指養(yǎng)護費用指標（包括材料、設備和人工費用）最小，養(yǎng)護工作的時間最短，施工的安全性最高，正確合理的解決問題不僅可以保證養(yǎng)護作業(yè)以最經濟的時間完成，并且可以保證高速公路的運輸效率，降低道路堵塞等問題發(fā)生的概率。

1 高速公路養(yǎng)護施工的前期準備

在對道路進行分析前，需了解公路在建設時所運用的設計方案。在高速道路瀝青路面的瀝青混合料設計之中，通常采用孔隙率小的材料，選擇密實級配瀝青混合料，從而在源頭上阻止瀝青膜層與集料膜層的分離，同時充分按照混凝土的收縮特性以及溫差等因素綜合考慮后得出最終的設計方案。

在養(yǎng)護施工時合理設置溫度縫, 減少約束力，并對強約束的結構留有變形的余地，也就是確定工程所需的各種混凝土的允許裂縫寬度，同時加強構造鋼筋, 合理選擇鋼筋的尺寸大小，可以防止因約束應力的增加而導致裂縫的張開，倘若選擇直徑小、間距也小的鋼筋，就能夠相應的提高混凝土的抗裂效應。所使用到的混凝土的配合比也需要滿足不同道路工程需求來優(yōu)化配合比設計方案，還要及時依據施工天氣和施工設備的不同，及時調整混凝土的含水量和強度。

對于瀝青材料的路面，確定到底采用粗型（G型）還是細型（F型）的混合料。比如對于一條重載多、交通繁忙、夏季溫度高、高溫持續(xù)時間長的路段，就應該選用粗型密級配瀝青混合料，采用骨架密實型結構，并且需要采取較高的空隙率；而對于一段重載少、交通較少，或者冬季溫度低、低溫持續(xù)時間長的地區(qū)，應該選用細型密級配瀝青混合料。配合比的設計應適當較少公稱最大粒徑附近的粗集料用量，能夠形成平坦的S型級配曲線，用來滿足道路耐久、穩(wěn)定、密水、抗滑等要求。

針對以上瀝青路面的具體要求和設計的材料性能都要進行必要的了解和研究，這樣才能在養(yǎng)護施工的決策中查遺補缺，運用線性規(guī)劃來分析路面養(yǎng)護問題。

路面狀況的評價模擬是高速公路養(yǎng)護施工的基礎，采用基于權重的多指標分析方法有利于施工決策的最優(yōu)化。一般導致瀝青路面損壞的因素有三種：

a）瀝青路面損壞的類型 比如路面的變形、一些地段出現裂縫、路面瀝青的剝落、路面沉陷、坑洞磨損等現象；

b）路面遭受損壞的程度 每一種損壞根據對于路面結構完整和使用性能的影響程度可以分成三個等級，這樣在決策方案中比較容易直觀地了解到一條路段的受損程度；

c）路面損壞的密度 即每種損壞按照它的損壞程度的面積占路面總面積的百分比，這樣可以明確的發(fā)現損壞的嚴重性和受損的面積比。

以上三種因素的確定對于路面狀況的分析非常重要，會影響到具體施工決策的方案，根據不同的情況可以選擇出最優(yōu)化的配置和方案，從而更好更快地養(yǎng)護高速公路。

2 高速公路養(yǎng)護施工的最優(yōu)化模型

高速公路養(yǎng)護施工最優(yōu)化主要包括兩個方面的內容，即高速公路養(yǎng)護管理體系的最優(yōu)化和機械組合的最優(yōu)化。優(yōu)化的目標主要是尋找各種養(yǎng)護的方案，在有關規(guī)定約束下確定最佳的對策，從而制定出維修和養(yǎng)護計劃，并且能夠根據實際的路面狀況和施工難度進行合理的分析。

一條高速公路的養(yǎng)護施工決策的最優(yōu)化問題一般都是結合所采取的養(yǎng)護類機械組合來進行制定的，換而言之，可以定義為針對各種道路的損壞程度的特點，即根據路況的實際情況，組織適當而合理的養(yǎng)護工藝方案，使得維護所需花費的材料和養(yǎng)護的工藝在一定的約束條件的情況下，達到一定的目標的優(yōu)化。所謂一定的約束條件是指高速公路的瀝青路面的損壞類型、損壞程度、交通的流量等客觀條件對于養(yǎng)護施工工程的約束；一定的優(yōu)化目標是指針對某一項或者多項要求比如施工的安全性、材料物資的經濟性、養(yǎng)護時間的效率性等等方面進行優(yōu)化選擇和分析。

2.1 高速公路養(yǎng)護施工與機械組合安全作業(yè)最優(yōu)化模型

設定路面損壞類型為A1，A2，A3，…，An。養(yǎng)護工藝和機械組合方式為B1，B2，B3，…，Bn，那么針對每種道路損壞形式所采用的養(yǎng)護工藝和機械組合為aij，施工時間為bm。以養(yǎng)護時間為決策的變量Xj，得高速公路養(yǎng)護施工組織與機械組合安全作業(yè)最優(yōu)化問題的數學模型為：

2.2 高速公路養(yǎng)護施工與機械組合使用成本最優(yōu)化模型

設定路面的損壞類型為A1，A2，…，Am，養(yǎng)護工藝和機械組合方式為B1，B2，…，Bn，則針對于每一種道路的損壞形式采用對應的養(yǎng)護工藝和機械組合為aij，施工成本為b′m，得高速公路養(yǎng)護施工組織與機械組合使用成本最優(yōu)化問題的數學模型為：

對于決策最優(yōu)化的分析可以采用線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃來進行建模分析。在模型之中可以設定一個變量X作為一種參數來進行分析，根據路面破壞的類型選擇不同的養(yǎng)護施工方案對策和施工所選用的機械設備，針對路段損壞的類型、路段長度、路面寬度，已經使用的年數等各類因素，可以得出路面損壞的評分、路面損壞概率、路面受損面積的百分比、需要進行養(yǎng)護施工的時間以及單位面積養(yǎng)護所需要使用的各類物資材料、機械設備、人力、資金成本的數量等等具體信息。

一個完整的最優(yōu)化決策需按以下幾個具體程序來進行決策分析：第一，要整理養(yǎng)護區(qū)域中各個地區(qū)的路況數據及分類的道路數據統計，記錄成表，以便于分析和觀察；第二，根據路況實際的曲線、界限、單價等條件，利用線性規(guī)劃來確定各個區(qū)段的最佳時期養(yǎng)護計劃，并在總的養(yǎng)護資金的條件下進行養(yǎng)護經費的預算，合理地控制資金；第三，確定整個地區(qū)之中需要養(yǎng)護施工的骨干路線，利用數據線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃的方法制定完整的養(yǎng)護決策和施工時間以及具體的資金分配，確定各個項目，比如人工分配、機械購買、機械維護、瀝青路面的修整，還有施工時間的安排，并且根據實際路面狀況進行最后的核對；第四，按照路面受損情況的程度和施工難易程度合理安排分配好養(yǎng)護對象的施工順序，并且制定一個中長期內都能有效的養(yǎng)護方案；第五，在具體實踐中進行落實和改進，從而讓決策的最優(yōu)化達到最高。

3 結語

高速公路的養(yǎng)護施工組織與機械組合的決策最優(yōu)化是高速公路養(yǎng)護治理決策的一個重要環(huán)節(jié)。在各項機械設備滿足施工要求的同時，必須考慮作業(yè)的施工安全特性、工期長度，要求在決策最優(yōu)化的條件下得到施工的安全保障性，并且盡量減少由于封路養(yǎng)護而造成的對于運輸交通的不良影響。

怎樣才能得到高速公路養(yǎng)護施工決策最優(yōu)化，最基本的出發(fā)點就是在滿足施工安全的前提之下，確定施工方案的經濟性以及合理性。對于一個具體方案的分析，單靠某一項指標或者運用某一種單一的分析法來進行分析都是不夠全面的，需要對于路面材料、路況信息以及使用年數等各方面因素進行數據分析和決策，從而比較完整地達到決策方案的最優(yōu)化。另外，應該將幾種方法綜合運用并根據具體問題采取不同的養(yǎng)護方案和選用一些合理的機械設備、物資材料等，這樣才能比較全面而有效地得到高速公路養(yǎng)護施工決策的最優(yōu)化。最后，需要科技發(fā)展的支持和更高效的施工組合一起共同作用才能真正實現決策最優(yōu)化配置。

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