路面管理养护系统评价

路面管理养护系统评价【摘要】随着高速公路里程的快速增长，我国已经进入高速公路养护和管理的全新时期。

路面管理系统正是为了适应大规模、高效、高质量的公路养护管理要求而发展起来的现代综合公路管理方式，使公路管理决策更加客观化、信息化和科学化。

国内外的应用实践证明，推广和实施路面管理系统将是公路养护和管理的必然趋势。

【关键词】路面管理系统；养护；评价0前言《公路技术状况评定标准》将路面使用性能PQI权重确定为70%，将路基状况SCI、桥隧构造物状况BCI和沿线设施状况TCI的权重分别设为8%、12%和10%[1]，由此可以看出，路面是重中之重，是公路技术状况评价的核心内容，路面在国外许多国家的公路养护管理工作中占有70%以上的比重，桥隧构造物次之，沿线设施和路基再次之。

国内的路面状况评价方法是路面使用性能评价中的一个分类参数，并且，在多年的应用中，我们发现目前我国采用的《公路养护技术规范》(JTJ073-96)中各相关的路面状况分析等各方法都存在一定的缺点，不少科研人员也正致力于对它进行改进当中，此外，国内目前研究路况调查的方法还不太科学，劳动强度太大( 特别是路面破损的调查)，不适合社会前进的方向。

由此可见，发展适合、科学的路面性能评定方法是势在必行。

１评价内容１.1沥青路面技术状况评价沥青路面使用性能评价包含路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项技术内容。

其中，路面结构强度为抽样评定指标，单独计算与评定，评定范围根据路面大中修养护需求、路基的地质条件等自行确定。

沥青路面使用性能检测与调查方法有：１.１.１路面损坏状况检测，主要采用人工方法调查，调查范围应包含所有行车道，路面破损(PCI)数据的采集。

１.１.２路面平整度检测，《公路技术状况评定标准》建议，在条件允许时宜采用快速和高精度的断面类检测设备，可结合路面损坏和车辙一并检测。

单独检测路面平整度时，宜采用高精度的断面类检测设备。

断面类设备：激光仪器，重复性好，准确性高。

路面平整度断面类检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数应大于0.95。

１.１.３路面车辙检测，路面车辙宜采用快速检测设备，可结合路面损坏和路面平整度一并检测。

路面车辙检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。

根据断面数据计算路面车辙深度（RD），计算结果应以10m为单位长期保存。

１.１.４路面抗滑性能检测，按照路面纹理深度和路面的表面特性，检测路面抗滑性能的间接方法，包括微观构造和宏观构造两方面。

微观构造：表面粗糙度，提供低速行驶<50km/h时的抗滑性能。

宏观构造：纹理深度，露骨料间形成的构造，使路表水迅速排除，避免形成水膜，在高速行车时起作用。

１.１.５路面结构强度检测，我国路面设计和养护标准所使用的弯沉指标应为静态回弹弯沉，自动检测时，宜采用具有可靠数据标定关系的自动化检测设备，像落锤式自动弯沉仪，该检测结果能够换算成我国相关技术规范规定的回弹弯沉值。

该自动检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。

标定的相关系数不得小于0.95。

弯沉检测数据应以20m为单位长期保存。

１.2物元模型分析法路面状况的评定是一个较为复杂的过程，目前常用的有层次分析法和模糊数学法为代表的系统分析法，在分析路况综合指标与各影响因素互相关系的基础上建立的回归分析法以及灰色理论方法。

长沙理工大学公路工程学院王惠勇等人提出的基于模型分析方法的路面状况综合评价，它通过建立多指标参数的质量评定模型，并能以定量的数据来表示评定的结果，同时引入文献的方法计算各评价指标的权系数，从而进行较合理、完整地反映路面的额综合状况，一定程度上解决了以往路面综合状况评价中所存在的问题，如权重的不确定性、认为因素影响过多等。

１.3预测路面状况的方法影响路面破坏的因素有很多，它涉及到设计、使用等过程中多个环节的多个因素，而平整度的大小对路面破坏也是有直接影响的，比如路面的破坏会影响路面的平整度大小，而路面越粗糙也会进一步加剧路面的破坏。

因此，平整度之问和路面状况之间应该是有直接关联的。

目前，我国的路面使用性能一般从路面结构方面、路面功能方面、结构承载能力方面、路面安全性四个方面来进行评价，而普遍采用路面平整度来表征功能性破坏和路面的服务性能。

在路面检测的过程中，评价道路状况的方法有通常目测法和仪器法，但是这两种方法都存在不足，因此提出又高效又经济的评价方法是各国道路检测人员努力研究的方向。

美国提出了应用国际平整度（IRI）来预测沥青路面的状况的分析方法。

在我国目前的《公路沥青路面施工技术规范》中，平整度的检测评定方法有标准差和最大间隙两种。

美国罗德岛大学土木与环境工程系的Kyungwon Park，Natacha E.T homas，Ph.D PE等人采用下面的计算方法直接应用IRI 来计算路面状况指数PCI。

也即：给定IRI值，则可以求出PCI值，其回归公式为：PCI = K1IRI式中K1，K2代表相互独立变化的回归系数和指数；将公式变换成对数公式,即为：log PCI = log Kl + K2log lRl给定其边界条件为：当IRI达到最大值0.727时，PC1达到最大值100。

如此，这样就引入一个新的自变量log(IRI／0.727)，规定零截距的值为2。

那么,公式变为：log PCI=2 + K2log (IRI/0.727)模型参数采用最小二乘法来进行估算，要注意的是当因变量进行对数转换时，保证残差满足正态分布和同方差性。

路面状况评定的发展方向建议：（1）形成完善的数据采集系统，路面功能性破坏和结构性破坏中各参数之间是有相互关联的，而构造这些参数之间的模型也是依耐于大量精准的数据资源，另外，软件系统的开发是基于大量的数据基础的。

因此，形成完善的数据采集系统是形成简化评定方法中的第一步，也是形成科学路面管理系统不可缺少的一部分。

而在我国，路面的状况等数据还没有得到统一的规范管理。

因此形成完善的路面具体状况数据采集系统是十分有意义的。

（2）完善路面设计体系，现阶段的路面状况指标，不论是路面结构性方面还是在路面功能性方面，在大部分国家仅是一个施工验收控制指标，即只能从竣工验收后的使用功能方面来加以评价，而没有从设计的开始阶段给出具体的控制指标来加以控制。

因此，这将是目前的路面设计体系中急需要改进的方面之一。

１.4模糊综合评判在沥青路面状况评价中的应用针对目前路面状况评价方法的不足，从影响路面状况的因素出发，以定性和定量相结合的思想为指导，采用模糊综合评判与层次分析法对路面状况进行评价，具有应用价值。

模糊综合模型的建立[2]：（1）因素集的确定：因素集U是以影响评判对象的所有因素组成的一个普通集合。

针对沥青路面受多方面因素影响的特点，通过分析得出沥青路面状况评价因素集U={ U I (材料) ，U2(路面设计参数) ，U3(施工工艺条件)，U4(行车荷载)，U5(自然环境)，U6(养护状况)}，其中各个因素子集还可以根据不同情况具体划分。

（２）建立备择集:备择集V是对评判对象可能作出各种评判集合的总体。

这里取路面状况评价集V={优，良，一般，差}。

（３）权重集的确定: 一般来说，各因素的重要程度不尽相同。

为了反映各因素的重要程度，对各因素赋予相应的权数αi(i=1，2，…，m)，由各权数组成的集合叫权重集。

权重集通常采用专家评定或层次分析法来确定。

（４）一级模糊综合评判:一级模糊综合评判即综合一个因素的各个等级对评判对象取值的贡献做出的一种单因素评判。

设UijK对备择集中的第l个等级的隶属度为rijkl，则因素Uij的评判矩阵为Rij=[rijkl]pq，则一级模糊综合评判集：Bij=A ij ·Rij。

（５）二级模糊综合评判：二级模糊综合评判即按因素子集Ui的所有因素Uijk 进行模糊综合评判。

Ui的单因素评价矩阵Ri即为一级模糊综合评判集Bij 即Ri=(B1，B2…，Bm)，二级模糊综合评判集为Bi=Ai·Ri。

（6）三级模糊综合评判：三级综合评判即对Ui进行模糊综合评判。

第i类的单因素评判集Ri即为二级模糊综合评判集B，故V的单因素评判矩阵为R=(B1，B2…，Bm)，则三级模糊综合评判集为B=A·R。

1.5基于Matlab的高速公路沥青路面状况评价模糊决策系统采用平整度、破损状况、强度及抗滑系数4个评价内容，建立了基于Matlab—FIS Toolboxes的高速公路路面状况评价的模糊决策系统。

该方法克服了路面状况评价决策过程人为因素对评价结果的影响，在一定程度上提高了路面状况评价的科学性和适用性。

系统所要建立的模型，其实质就是用模糊理论的语言，以Matlab—FIS Toolboxes为工具，对高速公路沥青路面状况评价过程进行描述[3]。

模糊决策系统模型的输入有平整度、破损状况、强度及抗滑系数四部分内容，设计人员的经验和各方案的计算过程即是模糊决策系统模型的模糊推理规则，模型的输出即沥青路面状况综合指标。

根据公路养护技术规范，选定行驶质量指数(RQI)、路面状况指数(PCI)、路面强度系数(SSI)和横向力系数(SFC)4个指标作为系统输入。

系统的输出变量即为路面状况综合评价指标，最后输出为路面状况：优、良、中、次和差。

利用FIS编辑器建立的模型结构。

1.6沥青路面状况综合评价系统常用的评价方法是采用模糊数学理论进行使用性能评价。

但模糊数学评价模型存在以下几个问题：单指标的隶属函数的构造具有随意性，多指标综合评价结果的判别准则为最大隶属原则，不适用于质量评价问题，而且取大取小运算损失了大批中间信息；另外，在进行多指标综合评价时各项指标权重的确定《公路养护技术规范》中规定采用专家建议值，具有人为因素和地区局限性。

针对这些问题，河北工业大学提出采用以属性数学评价系统为主线，利用层次分析法确定各项指标权重的综合评价系统。

二者相结合使评价系统更科学、精确，具有较高的推广应用价值。

层次分析法（AHP）从本质上讲是一种思维方法，它把复杂问题分解成各个组成要素，将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构。

通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性。

２结语随着高速公路里程的快速增长，我国已经进入高速公路养护和管理的全新时期，路面管理系统正是为了适应大规模、高效、高质量的公路养护管理要求而发展起来的现代综合公路管理方式，使公路管理决策更加客观化、信息化和科学化。

国内外的应用实践证明，推广和实施路面管理系统将是公路养护和管理的必然趋势。

总之，路面路况数据采集与使用性能评价是路面管理系统的重要组成部分。

随着我国公路建设的网络化建设，公路养护管理的科学化、系统化、资金利用最优化，建立起符合我国实际情况的路况数据采集与使用性能评价系统迫在眉睫。