吳憲鍇

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

1 概述

近年來，公路橋梁養(yǎng)護里程逐年增多，投入橋梁養(yǎng)護的資金也在逐年增長，養(yǎng)護成本尚存在降低和優(yōu)化空間。針對同一橋梁病害可以有不同的養(yǎng)護手段，在選擇養(yǎng)護技術時，養(yǎng)護成本往往是決策者首要考慮的指標。但是，在進行養(yǎng)護決策時，僅考慮成本而不考慮養(yǎng)護技術的使用壽命，可能會致使橋梁在整個養(yǎng)護周期中陷入多次養(yǎng)護而間接增加成本[1]。所以，考慮在不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護技術的選擇是十分必要的。

2 不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護技術評選模型

2.1 資金的時間價值

資金的時間價值，簡單地說，就是同樣數(shù)額的資金在不同的時間點上具有不同的價值，即資金的增值特性。資金的時間價值通?？梢杂觅N現(xiàn)率i來表示，將未來發(fā)生的維護費用折現(xiàn)到現(xiàn)在的費用,可用式(1)進行計算：

(1)

式中：Cpm—方案費用的凈現(xiàn)值；

Ckm—方案費用的總費用；

i—折現(xiàn)率；

k—方案的分析期。

2.2 評價指標的選擇

單一病害下的多種養(yǎng)護技術在一定程度上是存在差異的，需要根據(jù)養(yǎng)護技術的性能和特點來篩選滿足要求的養(yǎng)護技術，因此，構(gòu)建的指標體系是否合理、科學，將會影響評選結(jié)果的有效性。綜合考慮橋梁的技術狀況和橋梁養(yǎng)護技術的特點，這里分別考慮養(yǎng)護技術的成本、有效壽命和適用指數(shù)(即養(yǎng)護技術適合養(yǎng)護的病害嚴重程度)作為評價指標，且考慮到養(yǎng)護技術多次施用的成本，將有效壽命指標在成本指標換算中進行考慮[2]。

2.3 評價方法的建立

2.3.1指標初處理

成本指標按式(2)進行初處理：

(2)

式中：C0i—成本指標初處理值；

i—養(yǎng)護技術類型；

n—評價年；

l—養(yǎng)護技術的有效壽命；

ti—養(yǎng)護技術i的工程量；

ci—養(yǎng)護技術i的單價。

參考《公路橋梁技術評定標準》(JTG/T H21-2011)，適用指數(shù)按以下步驟進行初處理：

第一步：病害標度轉(zhuǎn)換值，其計算公式見式(3)

A0i=100-Ui

(3)

式中：A0i—病害i適用指數(shù)的初處理值；

Ui—病害i的扣分值，扣分值見表1(取自《公路橋梁技術評定標準》(JTG/T H21-2011))；

表1 病害扣分值

第二步：計算隨時間退化的適用指數(shù)初處理值，計算公式見式(4)

Aij=100-|Ai-Aj|

(4)

式中：Aij—病害i對應的養(yǎng)護技術j的適用指數(shù)的初處理值；

Aj—養(yǎng)護技術j適用指數(shù)的適用指數(shù)轉(zhuǎn)換值，取值見表2(由表1轉(zhuǎn)換而來)；

表2 養(yǎng)護技術適用指數(shù)的適用指數(shù)轉(zhuǎn)換值

Ai—病害i隨時間變化的退化值，Ai和時間n的關系見式(5)(本式由某養(yǎng)護管理系統(tǒng)退化模型[3]擬合而來，橋梁退化曲線見圖1)；

圖1 橋梁退化曲線

s0j=p1n3+p2n2+p3n+p4

(5)

p1=0.002056，p2=-0.1147，p3=-0.1757，p4=100.3

式中，n為構(gòu)件技術狀況等價年，如構(gòu)件的評分為80分，根據(jù)式(5)計算，此時n為14年，且從14年開始依次增加。

2.3.2評選體系

由于各評價指標數(shù)據(jù)之間的數(shù)量級和量綱不一致，不能直接使用原始數(shù)據(jù)進行評選，所以需要對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，將它們轉(zhuǎn)換為一個綜合度量。成本指標和適用指數(shù)分別采用式(6)、式(7)進行歸一化：

(6)

(7)

式中：Dci—第i種養(yǎng)護技術的成本指標數(shù)據(jù)歸一化處理后的數(shù)值；

Dsi—第i種養(yǎng)護技術的適用指標數(shù)據(jù)歸一化處理后的數(shù)值；

dci—第i種養(yǎng)護技術對應的成本指標參數(shù)的數(shù)值；

dsi—第i種養(yǎng)護技術對應的適用指數(shù)指標參數(shù)的數(shù)值。

對數(shù)據(jù)進行處理后，將指標值與相應的權重相乘即可，這里默認的權重值為成本指標0.5，適用指數(shù)0.5。

這樣，不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護技術評選模型即構(gòu)建完畢，評選體系為：指標初處理(相應的計算公式、歸一化處理)→權重分配(這里默認成本指標和適用指數(shù)指標權重值各0.5)→模型計算(簡單線性加權法)[4]。

3 案例分析

某10m空心板梁一處蜂窩麻面病害，面積為0.2×1.0m2，病害標度為2，現(xiàn)有三種修補材料可以選用，分別為普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環(huán)氧砂漿修補，對三種維修方案進行比較，分別對3、5、10年的適用性進行分析。

表3 養(yǎng)護技術基本數(shù)據(jù)

根據(jù)表1、表2和式(5)，蜂窩麻面病害標度為2，扣分值Ui為20，適應指數(shù)初處理值A0i為80，對應的評價年n為14，普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環(huán)氧砂漿修補三種方法的適用指數(shù)換算值Aj分別為80、65、65。根據(jù)式(5)進行計算，構(gòu)件病害隨時間的退化值Ai見表4，根據(jù)式(4)和表4進行換算，適用指數(shù)的初處理值Aij計算結(jié)果見表5。

表4 病害隨時間的退化值

表5 適用指數(shù)的初處理值

將成本指標通過公式(1)進行初處理換算，得到的結(jié)果見表6。

表6 成本指標初處理結(jié)果

通過式(6)、式(7)分別對成本和適用指數(shù)指標進行歸一化處理，并將歸一化處理后的結(jié)果按權重各0.5進行分配，通過簡單線性加權法進行加權求和，得到每種養(yǎng)護技術的綜合評分，見表7和圖2。

表7 養(yǎng)護技術綜合評分

圖2 不同規(guī)劃期的養(yǎng)護技術多屬性評選

從計算表格和圖表中可以看出，在為期3年的規(guī)劃期內(nèi)，病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇普通水泥砂漿修補技術較好；在為期5年的規(guī)劃期內(nèi)，病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補技術較好；在為期10年的規(guī)劃期內(nèi)，病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補技術較好。

4 結(jié)語

基于橋梁構(gòu)件病害和養(yǎng)護技術的特點，篩選橋梁養(yǎng)護技術優(yōu)選的評價指標，并結(jié)合《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011)，構(gòu)建不同規(guī)劃期內(nèi)橋梁養(yǎng)護技術的優(yōu)選評價模型?？舍槍Σ『Φ牟煌瑖乐爻潭?，篩選出在不同規(guī)劃期內(nèi)綜合性能更佳的養(yǎng)護技術，輔助養(yǎng)護管理者進行決策，降低養(yǎng)護成本，提高養(yǎng)護效率。這里僅提供一種決策思路，決策結(jié)果的準確性還要取決于若干數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量及準確性，還需不斷積累和進一步完善。