基于數字化平臺的企業級養護質量評價體系的建立及應用

張貽超，萬曉敏

（上海市政養護管理有限公司，上海市201101）

基于數字化平臺的企業級養護質量評價體系的建立及應用

張貽超，萬曉敏

（上海市政養護管理有限公司，上海市201101）

傳統的養護質量評定標準及評價體系主要針對道路的使用性能現狀在宏觀層面上進行評估，無法直接用于檢驗道路的養護水平，更加無法用于養護企業的成本效益分析。微觀層面上針對單一損壞的評價又無法作用于大中修等專項養護維修方案的制定。無論是現有的經過統計學分析獲得的宏觀評價指標，還是微觀的損壞嚴重程度，都無法用于實際養護維修水平的比較。針對以上缺陷，提出基于設施服務水平衰變情況和養護投入水平的強制比例相對評價方法。通過養護質量評價的內容及數據要求，確定了其數字化平臺的建立原則，并通過對在運營路段基于數字平臺的數據收集，初步比較了3個項目段的養護水平。

數字化平臺；企業級養護質量評價；成本效益分析；相對性評價方法；強制比例法

0 引言

路面使用性能主要由功能性能和結構性能兩個方面組成[1]。路面的功能性能包括：行駛舒適性、行車安全性、運行經濟性、對環境的不良影響等[2，3]；結構性能包括：路面損壞狀況、結構承載能力等。

養護質量評價體系的構建同樣需要具備科學有效的評價指標模型。長期以來，無論國外還是國內，針對公路養護質量的研究都是從設施本身入手，從設施的技術狀況或服務能力來間接地反映養護質量[3-6]，而針對道路設施的技術性能評價及成本效益分析主要采用絕對性評價[6，7]。絕對性評價方法無法用于反映道路設施的實際養護作業水平。養護作業水平受到養護材料、養護機械、養護人員及原生質量等因素影響，缺少對于養護作業自身數據的記錄，以上因素分析亦無法進行。

絕對標準的評估方式可以定性地、宏觀地考察養護工作的效果，但卻無法針對養護工作本身進行定量分析[8-10]。由于養護質量評價與原始路況、養護投入以及養護操作皆相關，必須綜合考慮各方面因素，在特定的參考范圍內（如某個確定的養護片區）去衡量才有意義。因此，研究采用了相對性評價的方法來對公路養護效果加以分析，通過各道路及不同養護路段的成本及效益的相對性比較，可以結合道路性能衰變，有針對性地對性能與投入進行分析，從而評價各個項目的養護質量。

1 相對性養護質量評價方法

1.1 養護質量評價及數據需求

本文所述養護質量主要是指基于特定的原始路況、養護投入下，養護操作者及養護材料、工藝等的作用效果。因此，養護數字平臺的建立原則為：（1）保障一定周期的道路性能檢測，有足夠的指標數據用于判斷路面的路況變化；（2）記錄養護作業中物料、機械、時間及人的投入；（3）記錄施工量。其中，因素分析要求盡可能記錄以上信息，養護質量的相對評價則滿足數據（1）、（3）的要求即可。數據（1）、（3）屬于高速公路管理常規記錄項目，可用于不同信息化水平下的企業養護質量評價。

針對養護質量評價及養護質量改進的需求，需要詳細記錄影像養護質量的各項因素，并對其進跟蹤分析。因此，養護質量評價內容主要包括成本分析、性能與投入分析以及典型損壞分析3個方面。其中：成本分析主要包括費用分析、人力分包、機械耗用以及材料耗費等項目；性能與投入分析主要包括費用對比和材料對比等項目；典型損壞分析則主要包括橋接坡損壞、裂縫防治等。綜上，養護質量評價的主要內容參見表1。結合對各類運營養護項目部的工作調研，總結養護評價對應的數據生產關系（見圖1）。

表1 養護質量評價數據需求

1.2 相對性評價方法

相對性評價又稱常模參考評價，是指在某一團體中確定一個基準，將團體中的個體與基準進行比較，從而評出其在團體中的相對位置的評價。該方法實際上是一種強制分布法，是個體在團體中的相對位置和名次。相對評價具有評價對象對評價結果的公平知覺的優點，可以消除評價者可能存在的主觀偏見，減輕養護負擔，提高管理效率，不同道路以及不同分公司間具有可比性，可以激發養護人員的競爭意識，增強工人的工作動力。

從另一個方面來說，相對性評價方法是依據正態分布規律，利用大間距評價標準，綜合評定不同樣本間相對優劣的方法。該方法最大的好處就是能夠消除由于偶然和次要因素導致產生的毫無意義的細小差異，得出的評價結果是偏差分數，因此既能體現被考核對象的真實水平，又能在各養護分公司（如不同的道路、不同的分包單位等）之間具有可比性。相對評價體系中設施的技術性能指標本身不再是管理者關注的中心，更好地完成養護任務僅僅是表現能力的手段，考核對象將更重視群體比較。每一個對象在同樣參與養護任務的群體常模中居于什么地位，將決定其對自身的評價以及同一群體中其他對象對該個體的評價。

實際養護工作中，可以選擇裂縫、橋接坡等單項損壞進行養護質量的評價分析。鑒于數據積累時長等因素，本研究選用路面性能指標PCI作為其養護效益的評價指標，且該指標具有可以同時反映道路的服務水平及結構性能的優點。同一地區各路段養護作業通常采用同一標準（養護作業相關規范），因此，可以粗略地認為其養護平均成本（單位公里車道）一致。因此，其養護質量的評價僅需對道路性能指標進行相對評價即可。

圖1 養護評價數據需求關系

將各路段的性能指標檢測結果按長度單元進行劃分，并按時間順序一一對應并進行統計學分析，計算對應的百分位數。同時，結合同類道路的基本信息，運用道路長期技術性能衰變預測模型進行計算，剔除原生路況的影像。為確保長期性能與投入分析的客觀性和準確性，需要對比25%、50%、75%分位數和衰變方程預測值間的大小關系，避免主觀性偏差。同樣，以統計50%分位數為評價指標中界，上界和下界同樣分別選取25%分位數和75%分位數，具體見表2。此外，數據有效區間為上下邊緣，否則視為異常值，需予以剔除。

表2 相對性評價指標

結合統計學中的25%、50%及75%分位數，可以計算統計箱形圖來觀察數據整體的分布情況。利用25%分位數、中位數（50%分位數）、75%分位數、上邊緣、下邊緣等統計量來描述數據的整體分布情況。

通過計算這些統計量，生成一個箱體圖，箱體包含了大部分的正常數據，而在箱體上邊緣和下邊緣之外的，就是異常的養護數據。借助統計分位數和箱形圖（見圖2），相對性評價法可以對這些異常值進行實時篩查和預警，幫助道路養護管理查漏補缺。

圖2 箱形圖判斷異常值

上下邊緣的計算公式見式（1）、式（2）。需要注意的是上邊緣值不大于技術性能指標的滿分值（如PCI＜=100），下邊緣值不小于0。

1.3 衰變模型選取

同濟大學孫立軍教授等建立的模型（簡稱“同濟模型”）形式結合國內外路面使用性能的研究成果，將路面性能衰變過程劃分為4種典型模式,擬合衰變的4種模式，孫立軍，劉喜平提出了路面使用性能的衰變方程，見式（3）：

式中：PPI為路面使用性能指數；PPI0為初始路面使用性能指數；y為路齡，a；A、B為模型參數。

在同濟模型中，模型參數A、B唯一地確定了路面技術狀況的衰變過程和衰變曲線的形式，而包括面層厚度、交通荷載、結構強度、基層類型、環境狀況以及材料類型等在內的因素都將影響A、B的取值。模型參數A、B的取值計算公式為：

式中：A為路面壽命因子；B為曲線形狀因子；h為路面面層厚度，cm；ESAL為日當量軸載作用次數，次/日/車道；l0為初始彎沉，0.01 mm；λ、η、ζ、a、b、c、d為回歸系數。

選擇上海地區26條公路對模型進行修正，獲得修正關系式（5）：

2 案例分析

現選取道路X包括3個路段（X1、X2、X3）、道路Y包括3個路段（Y1、Y2、Y3）以及道路Z包括4個路段（Z1、Z2、Z3、Z4），共計10個不同路段，各路段初始狀況和環境條件均相同，衰變預測方程的系數A、B的取值不變，但分別由10個不同的分包單位負責養護管理。現以這10個路段的養護質量評價中的性能與投入分析為例，以路面狀況指數PCI值變化為檢測對象，運用相對性評價的方法對不同養護費用下的長期養護質量進行評價。

為方便計算，不妨假設這些道路的日當量軸載作用次數ESAL為1800（次/日/車道），面層厚度為18 cm，初始彎沉值為26（0.01 mm），并且均已具備歷年的PCI實際檢測數據。根據式（3）衰變預測方程參數A、B的計算公式，得到壽命參數A=13.67,模式參數B=1.05。依據同濟預測模型（經上海市公路PCI指標修正，式（4））計算得到道路技術狀況的長期PCI衰變預測值（見表3、圖3）。

表3 道路長期性能衰變預測（PCI）

圖3 道路長期性能衰變預測

此時，對X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、Z3及Z4共計10個路段的PCI實際檢測值進行應用統計分析，得到各路齡對應的統計量;Q1（25%分位數）、Q2（50%分位數）及Q3（75%分位數），見表4。

分別以上邊緣、Q3（75%分位數）、Q2（50%分位數）、Q1（25%分位數）以及下邊緣為相對性評價區間邊界，可以對應得到以路面狀況指數PCI為評價對象的10個路段10 a時間的長期養護質量評級（見圖4）。

從圖4可以看出，優、良評級的養護路段PCI衰變速度均明顯小于衰變方程計算所得的PCI預測值，且PCI預測曲線始終位于上、下邊緣包絡區間內，由此可見相對性評價的結果較好，避免了可能存在的主觀性偏差和異常數據干擾。

然而，實際養護效果評價中，路段實際路齡往往并不一致，需要比較不同路齡下的道路養護質量。因此，本研究選擇被評價路段的實際檢測PCI值同PCI預測值之間的相對差值百分數（Rel at i ve Di f f erence Percent，簡稱RDP）作為評價指標，其計算公式見式（6），同路段分析繪制如圖5所示。

圖4 實測值統計分位數

圖5 實測值統計分位數

從圖5可以看出，同未經養護的衰變情況對比，該指標可以更好地反映出養護的效果，其數值本身即代表了養護的效益。此外，鑒于該指標為相對指標，亦可以用于不同路齡的設施養護質量評價。

3 結論

在養護管理現狀調研、現有問題分析、養護數據構成以及相互關系進行梳理的基礎上，本文對養護質量評價這一核心問題進行了深入研究，得出公路養護質量評價體系中的養護質量評價所需要的數據支撐及評價分析目標，提出了基于強制比例法的相對養護質量評價方法。結合部分養護路段進行案例分析，驗證了該分析方法的有效性，并采用基于預測的相對性指標改進了該評價方法，使其可以用于不同路齡的養護質量評價。需要注意的是，養護質量評價需要基于養護數據的準確采集和長時間積累，在養護作業輔助系統建立和應用的初期，受限于養護記錄樣本量的不足，養護工作和養護效果的規律性可能尚未得到充分體現。

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U418

B

1009-7716（2017）11-0172-05

2017-07-24

張貽超（1960-），男，江蘇鎮江人，高級工程師，從事道路橋梁檢測養護管理工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.052