橋梁養護技術多屬性評選方法研究

郭 騫

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司公路養護技術研發中心 沈陽市 110111)

針對橋梁的某種病害，會有多種相應的養護技術，決策者通常以養護技術的成本指標來決定采用何種養護技術。但是，由于病害的發生位置不同，養護技術的使用壽命和適用時機不同，決策者僅以養護成本篩選出來的養護技術在長期的養護過程中可能因為多次施用綜合性能較差的養護技術而增加成本。下面討論建立單一病害下的養護技術多屬性評選模型，采用層次分析法和離差平方和最小法對同一病害下的養護技術進行多屬性評選，針對不同橋梁構件的技術狀況評分篩選出單一病害下的最優養護技術。

1 多屬性評選的概念

多屬性綜合評選是把多個描述被評選事物不同方面且量綱不同的指標，轉換成無量綱的相對評估值，并綜合這些評估值以得出對某幾項事物整體評選的方法。

多屬性評選包括五個要點：

(1)多屬性綜合評選包括多個評選指標；

(2)多屬性綜合評選的多個指標是分別描述被評選事物各個不同方面的，它們應該包含被評選對象的全面信息；

(3)各評選指標的量綱可能是各不相同的；

(4)多屬性綜合評選的前提是把不同量綱的指標實際值轉化成無量綱的相對評選值；

(5)多屬性綜合評選要把各指標評估值合成在一起，得出一個整體性的評估值，之后根據評估值的大小來對被評選事物進行評選。

對于多屬性綜合評選問題，人們已提出許多不同的評選方法，根據特定的問題和不同的研究目的，要有選擇地應用評選方法，才能達到預期的分析效果。采用層次分析法進行指標體系建立和權重計算，采用離差平方和最小法對指標數據進行規范化處理。

2 橋梁養護技術的多屬性評選

2.1 指標體系的優選

綜合考慮養護技術的特性和橋梁各部件技術狀況的情況，采用的指標主要有三個，即成本指標、使用壽命以及應用時機。

(1)成本指標

對于任何養護技術，在考慮是否施用時，由于管養部門的養護資金有限，決策者必然會放棄成本過高的養護技術，但是施用養護成本過低的養護技術也必然會影響養護的效果，故此養護技術的成本指標至關重要。

(2)使用壽命

雖然養護技術的成本指標是決策者首要考慮的指標，但是在進行養護決策時僅考慮成本而不考慮養護技術的使用壽命，可能會致使橋梁在整個養護周期中陷入多次養護而間接增加成本，故此養護技術的使用壽命也應加以考慮。

(3)應用時機

同一種病害在不同惡化程度下應該施用不同的養護技術，統一采用同一種養護技術去處理相關病害必然導致養護成本的增加。故此，需要根據病害的發生位置以及構件的惡化程度來選用不同的養護技術。

2.2 評價指標權重計算

由于選定的指標較少，且考慮到計算權重方法的可操作性和可拓展性，將采用選用層次分析法來計算各指標的權重，從而建立單一病害下橋梁養護技術多屬性評選模型對橋梁養護技術進行評選。步驟如下：

(1)明確問題的層次結構

圖1 單一病害下養護技術多屬性評選層次結構圖

(2)專家打分

根據單一病害下養護技術多屬性評選層次結構圖，設計專家打分表，如表1所示。比較第i個指標和第j個指標相對于同一個問題的重要性，使用bij描述它的相對權重如表2。若i對j的重要度為bij，則j對i的重要度為1/bij，即bij=1/bji。

表1 專家打分表

表2 重要性比較表

最后，通過征詢數十位業內專家的意見，整合打分結果，根據層次分析法計算原理，計算出最終的權重值，見表3。

2.3 指標數據規范化處理

由于各數據之間的數量級和量綱不一致，不能直接使用原始數據進行評選，故此，需要對數據進行規范化處理。對于各個指標的數據處理，借鑒離差平方和最小法的方法，決策矩陣進行規范化處理，使其變成0～1之間的綱數。規范化后的矩陣為D=(dij)m×n，記為：

表3 三指標權重值分析表

對于不同評價，dij的計算方法也不相同。對于成本指標，我們希望其越小越好，利用式(1)對其進行處理；對于使用壽命，我們希望其越大越好，故利用式(2)對其進行處理；對于應用時機，我們希望其越接近其橋梁構件的技術狀況評分值越好，利用式(3)對其進行處理。

(1)

(2)

(3)

2.4 評價模型

使正規化矩陣D與權向量w相乘，即可得到決策向量R，其中：

則對于一個構件的一個病害，決策向量中最大的值對應的養護技術即為最佳的養護技術。

3 案例分析

某混凝土梁板局部破損，面積為1×1m2，該構件評分為85分，現有三種養護方法可以選用，分別為普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環氧砂漿修補，三種方案的各項指標如表4所示。

表4 病害及其養護技術的性能指標

根據養護技術綜合單價與工程量，計算養護成本指標，根據遼寧省高速公路橋梁養護管理系統的退化模型對應用時機進行轉化，然后根據式(1)、式(2)、式(3)對各項指標數據進行規范化處理，得到的橋梁構件綜合指標規范化處理表5。

表5 綜合指標規范化處理表

確定了各指標的規范化數值后，根據指標權重，建立構件的決策矩陣，如下式。

即方案一、方案二、方案三的評分分別是0.5983、0.6760、0.5971，可判斷本次養護采取聚合物砂漿修補為最佳方案。

4 結語

通過設置合理指標，建立了養護技術評選模型，基于橋梁構件實際技術狀況，實現單一病害下橋梁養護技術優選。這里提供了一種基于層次分析法和離差平方和最小法對橋梁養護技術進行評選的參考方法，但是決策結果的準確性取決于若干數據和信息的數量及其準確性，在具體的應用時常會受到比較大的制約，因此，關于這方面還有大量的基礎工作要做，需要加大對橋梁檢查、維修歷史、養護技術持續年限等重要數據資料的收集整理工作以及對模型進行進一步完善。