【沥青路面预防性养护效果评价计算案例7700字】

沥青路面预防性养护效果评价计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u195沥青路面预防性养护效果评价计算案例 1298481.1预防性养护效果评价方法 1289611.2陕西省干线公路预防性养护效果评价与养护决策 429721.2.1效益费用法中费用的分析 48551.2.2效益费用法中效益的分析 682781.2.3基于效益费用法预防性养护时机决策 11286001.2.4灰色物元法路面养护决策模型 12137281.3案例分析 1446491.4预防性养护决策体系 20路段在采取预防性养护措施后，为评价其使用预防性养护措施的效果，需对不同的路段、不同的养护时间以及不同的养护措施进行对比分析，评价路段采用预防性养护措施的合理性、科学性，利于预防性养护措施的进一步推广应用和对养护技术进行创新改进。根据道路实施预防性养护措施后的路面检测数据，可通过第三章建立的路面性能衰变预测模型，对各预防性养护措施的实施效果进行对比，以此为基础考虑预防性养护费用的使用情况，综合判断养护决策方案的是否可行，积累实施预防性养护后路段的有关数据，以制定出贴合实际工程的路面养护方案。1.1预防性养护效果评价方法预防性养护措施经过了多年的发展进步，在实际道路工程中得到了很好的应用。但是在路面实施预防性养护措施后，对路面养护效果评价方面缺少系统的研究，还需要对整个路面的养护效果、经济效果等进行分析评价，才能更系统的指导养护工作的开展。根据我国的相关法规与相关规定，项目在建设完成后，需要对建设项目进行评价工作，其中较多的评价工作主要针对经济方面。经济方面的评价主要从两个角度开展，一是从项目本身，二是从国民总体经济方面，所考虑的出发点不同。从项目的本身来讲，主要来分析该项目所创造的经济价值，盈利情况。评价项目的投入与回报的情况。而从国民经济总体角度来讲，是否能够得到经济上的回报并非重点，重点在于能否产生社会效益，对于居民生活水平的提高是其评价的重心。公路养护主要表现为保证道路服务水平，提升居民出行能力，从而创造社会经济价值，因此与一般的项目的重点不同，公路养护重点评价宏观经济上的合理性[50]。根据《公路建设项目后评价工作管理办法》和《公路建设项目后评价报告编制办法》中的现行方法，需要制定好项目评价的内容，无需再从项目整体方面进行评价，建设项目在未建设时就已经完成了这方面的工作。所以，在公路预防性养护评价方面，只需在路面预防性养护寿命内对各养护措施进行效果评价。（1）逻辑框架法美国国际发展署提出逻辑框架结构矩阵，利用各因素间的因果关系，分析项目的关键因素。该方法的核心是依靠所建立项目各因素间的逻辑关系，在此基础上来进行项目效果与影响的分析。多用于项目的发展方向评价，包括项目的规划与实施[69]。（2）专家法专家法主要通过专家或者专家组，对项目进行打分，是一种定性的、结合经验的评价方案。对项目的各个指标结果进行综合分析评价，利用逻辑框架法得到的结果作为基础，根据目标和效益的情况进行评价[69]。（3）路面使用性能衰变率法根据第三章得到的衰变模型，在模型衰变曲线时间坐标轴上，一年之间选取多个时间点，计算得到各点的斜率，然后对所得到的斜率进行整理。以陕北地区路面破损状况与行驶质量指数为例，陕北地区PCI衰变预测模型y=95.61e-0.03463x，RQI衰变预测模型y=93.61e-0.02989x，分别对方程式进行求导，在衰变曲线的时间轴中选取时间节点，以2.4个月为一个单位计算得到各时间节点的斜率。所选取路段在2010年进行了预防性养护，衰变斜率计算如表4-1所示。表4-1衰变斜率计算表时间节点PCI衰变斜率RQI衰变斜率时间节点PCI衰变斜率RQI衰变斜率0.2-3.288121722-2.107666772.8-2.91500279-1.9006984150.4-3.265426874-2.0984301963-2.874262049-1.8719744390.6-3.242888667-2.08923413.2-2.843664462-1.8532886950.8-3.220506021-2.0800783043.4-2.803209041-1.8246410151-3.198277861-2.0709626333.6-2.762894804-1.7960312331.2-3.176203122-2.061886913.8-2.732720778-1.7774591821.4-3.154280744-2.052850964-2.702685995-1.7589246971.6-3.132509675-2.0438546091.2-2.662789493-1.7304276131.8-3.110888873-2.0348976841.4-2.633030318-1.7119677662-3.089417298-2.025980011.6-2.603407522-1.6935449932.2-3.018093922-2.0171014181.8-2.563920164-1.6651591332.4-2.986917722-1.9782625-2.534567309-1.6468100222.6-2.94588768-1.91946079将时间节点与斜率绘制成图，如图1.1所示。图1.1PCI和RQI衰变率图1.1中时间节点0代表2012年，由图可以看出，路面使用性能PCI、RQI在路面实施预防性养护前期即养护后4年内，随着时间的增长，斜率逐渐变化且变化稳定，而在时间节点2时，斜率发生了较大变化，表示此时路面性能发生了较大变化，斜率与时间节点2之前的斜率增大，表明路面在时间节点2以后，路面使用性能衰变速率加快。（4）效益费用评价法费用效益评价法主要是对采取某种预防性养护措施后，路段产生的养护效益进行统计，然后计算相应所需要的预防性养护生成的成本费用，对这两个部分进行分析，再对每一种养护方案的效益费用进行评价比较。预防性养护费用是由管理部门费用和用户费用组成，效益则是由路面性能衰变曲线（性能曲线下增加的面积）的变化来衡量的[70]。1.2陕西省干线公路预防性养护效果评价与养护决策总结公路实施预防性养护措施后的效果评价方法，结合陕西省干线公路路况数据的调查来看，回归预测模型依赖路面技术状况指数，若单纯利用路面使用性能衰变法对预防性养护效果进行评价，由于模型对数据依赖性较强，在数据不足时，评价结果与实际情况可能有所偏差，说服性不强。因此，在回归预测模型的基础上，还需要结合预防性养护周期内资金的投入使用情况进行分析，以养护效益与养护费用对公路沥青路面预防性养护实施效果进行评价，在养护效益与费用的基础上确定陕西省干线公路的最佳养护时机决策。1.2.1效益费用法中费用的分析①费用组成与计算日常养护费包括筑路材料费、人工费等。主要对路面出现的一些轻微病害进行处治，或对道路的附属设施进行维护。养护水平高，则路面性能可以维持一个比较高的水准，这样便降低了用户费用。日常养护费用标准一般由公路管理部门制定，因此较难估算，我国养护部门积累的有关数据资料也较少，参考国内外常用的日常养护费用模型[71]，日常养护费用模型计算公式如（1.1）所示：（1.1）式中：—第i年日常养护费用(元/m2)；—第i年路面状况参数；—第i年平均日交通量；—均为根据当地条件进行调整。预防性养护措施费收集路面养护资料得到。路面残值表示路面在剩余使用寿命的过程中，还可以承担道路的通行能力所具有的使用价值。路面残值的计算采用剩余寿命占预期使用寿命的比例确定[72]。路面残值如公式：（1.2）式中：CS—路面残值；LA—最后一次养护年份到分析期末的年份；LE—为该项养护措施的预期使用寿命；Cr—为该项措施的建设费用。用户费用由车辆运营费用、延误费用和事故费用组成。用户成本可变性较大，其中所涉及到的参数和指标还需要进一步确认。如图1.2所示。图1.2用户费用组成车辆运营费用中油耗可以进行较为精准的预测，因此常通过油耗来估计车辆运营费用值。车辆运营成本中燃油费、轮胎消耗费和保修材料费的消耗量分别按下列公式计算。每辆车的消耗为：油耗：FL=a1+b1IRI(L/100km)（1.3）轮耗：TC=a2+b2IRI(条/1000km)（1.4）材耗：PC=（占新车价比例/1000km）（客车）PC=（占新车价比例/1000km）（货车）（1.5）表4-2油耗、轮耗和材料消耗公式中的各项参数车辆类型a1b1a2b2C0(10-6)Cq(10-3)kpCkM（104）小客车9.780.1820.04660.007112.9517.810.30815大客车23.800.2940.07390.00161.871.630.48350小货车17.420.5680.06690.01071.87327.330.37130中货车23.000.4340.06530.00121.87327.330.37130重货车19.000.2980.15560.00345.5245.900.37130集装箱35.390.8930.21550.00535.5220.350.37130式中：FL—油耗（L/100km）TC—轮耗（条/1000km）PC—材耗(占新车价比例/1000km)IRI—国际平整度指数(m/km)；a1,a2,b1,b2,C0,Cq,CkM,kp—均为回归系数。在道路费用组成中，事故费用部分因为事故发生的随机性较强，费用分析难度较大，所以许多国家在进行经济评价时时往往忽略事故的影响。②费用现值的计算费用的计算采用净现值法。净现值法需要项目的前期一直到项目分析期结束，期间所有的年度现金流量。根据社会折现率对每年的净现金流量进行折算，折现率通过经验值进行确定，通常采取5%。不同年份的费用相加，需要把每一年的现金进行折算成费用现值。净现值如公式：NPV=（1.6）式中：NPV—净现值；Ft—第t年的净现金流量；n—方案计算期；r—基准折现率。1.2.2效益费用法中效益的分析效益费用中的效益，通过路面在采取养护后，路面使用性能指标的衰变曲线与路面性能最低可接受水平之间围成的面积，即为养护效果。对养护效果进行量化得到养护效益，就是利用数学方法对所围成的面积进行积分。路面的每一种使用性能指标都可利用这种方法进行量化计算，所以在进行效益评价时，首先就要明确所要评价使用的路面使用性能指标。每一种指标对路面养护的改善互不相同。指标的选择应该符合一定的原则，一是该指标必须能够很好的反映路面实际使用的情况，可以表示出路面经过养护后发生的路面效益发生的改变。二是该指标需要有往年的数据，能够根据该指标的数据得到路面使用性能的衰变规律曲线，以及衰变规律的模型。根据前面章节所确定的路面评价指标和路面检测数据资料，路面状况指数PCI、行驶质量指数RQI两个指标符合以上原则，可以根据这两个性能指标对路面的养护效果进行量化分析。在使用多个指标评价养护效益时，需要确定出指标之间的关系。一般对指标进行比例的分配，给予指标不同的权重系数。权重的确定要考虑到不同指标的不同养护效果，因此比较困难。一般在确定各指标权重时，先根据专家意见，量化最初选择的权重系数所带来的养护效益，再进行专家反馈，对权重进行调整。通过分析调整所带来的对养护效果的影响，分析各指标的权重分配。进行多个组合的试验，最终得到各指标的权重系数[70]。当使用单个指标进行效益分析时，可直接计算路面养护后与没有养护时路面使用性能曲线所围成的面积差值来表示。（1）路面性能指标的最低接受水平经过多次实际工程的应用，道路预防性养护采取措施的时间至关重要，若采取预防性养护措施太早造成资金的浪费，太晚则会导致实施预防性养护后，难以有效改善路面使用性能。在进行养护效益计算时，需要恰当的选择最低可接受水平。如图1.3所示。图1.3预防性养护效果在计算养护效益时，只需要计算性能曲线与最低可接受水平线所围成部分。养护路段所在的地区，养护所采用的方案都会影响预防性养护最低可接受水平的确定，应根据路段实际情况进行考虑。通常情况下，其下限应该在路面并未出现结构性损坏，路面使用性能仍处于一个良好的水平，也可考虑中修时的路况水平[68]。（2）预防性养护有效时段与措施的选择预防性养护措施应该在路面出现轻微病害且路面结构整体较好时进行实施，查阅相关文献可知，在道路使用寿命周期内，路面一般可以采取四到六次的预防性养护措施。在路面结构强度良好的情况下，采取预防性养护措施，使路面性能指标满足最低接受水平，这个时间段称为为预防性养护有效时段。干线公路可根据路面性能指标PCI、RQI对有效时段进行判断。选择相同的有效时段进行效益费用分析，可以避免年限的影响。路面预防性养护进行实施养护措施时PCI大多为70~90分，因此预防性养护措施的实施周期随之加快。预防性养护实施大多集中在2～7年之间，在预防性养护有效时段内，所采用的预防性养护措施会通过不同的时间节点而发生变化，每一种养护措施对应不同时间节点。在进行路面预防性养护时，应该根据路面处在的时间节点采取符合路面使用状况的养护措施，才能够达到预防性养护的效果。（3）预防性养护的性能曲线面积计算根据前文所确定的路面性能指标和通过回归法得到的PCI、RQI等衰变规律，计算路面性能指标预测曲线与性能指标的最低可接受水平所形成的面积。由图1.4、1.5可以看出，在路面采取预防性养护措施后，路面性能曲线下降趋势得到延缓，养护效益提高即曲线形成的面积增加。图1.4PCI预防性养护效益计算图图1.5RQI预防性养护效益计算图未采取预防性养护措施情况下PCI、RQI的积分面积A0(PCI)、A0(RQI)计算公式所示：（1.7）（1.8）式中—分别为常规养护情况下PCI、RQI的预测曲线；、—分别为性能指标PCI、RQI的预防性养护最低可接受水平；—常规养护情况下PCI、RQI的有效时段。在利用多个指标对养护效益分析时需养护效益标准化处理，根据专家法确定的各指标的权重，对各指标的养护效益相加。预防性养护效果面积的改善面积Aj与日常养护效果面积A0之比，Aj/A0的百分率来表示，该百分率为标准化效益，记为SBji。根据上图所示的PCI、RQI的标准化预防性养护效果计算图示，采取预防性养护措施后PCI、RQI改善的效果面积、计算公式如下：（1.9）（1.10）式中：—采取预防性养护措施后PCI、RQI的预测曲线；—预防性养护的实施起始时间点；—预防性养护有效时段。（4）预防性养护综合效益对预防性养护效果相加即为预防性养护效果综合值，可称为预防性养护效果指数PBI，对于不同的预防性养护比选方案j，表示周期养护效果，其计算公式如下：=（1.11）式中：—PCI的标准化效果；—RQI的标准化结果；、—PCI、RQI的效益权重系数，。PCI、RQI的标准化效益SBj(PCI)、SBj(RQI)意义是相对于常规养护，按第j个时间方案进行预防性养护后PCI、RQI的改善率，其计算公式分别如下：=（1.12）=（1.13）式中：、—表示采取预防性养护后PCI、RQI的改善量；、—表示未采取预防性养护措施PCI、RQI的效果面积。1.2.3基于效益费用法预防性养护时机决策（1）养护时机决策指标根据预防性养护综合效益和费用确定效益费用比BCR，效果费用比最大时间方案即为最佳比选方案。效果费用比计算公式：（1.14）效益费用比最大的时间方案所对应的措施和时间即为最佳预防性养护措施和时间，如公式所示。（1.15）（2）养护时机决策步骤预防性养护最佳时机选择方案通常有以下几步。首先建立路面使用性能衰变规律预测模型，确定出预防性养护的有效时段，分别预测在不同时间点的养护方案的衰变规律，计算各方案的养护效益及费用，得到各方案的效益费用比以确定最佳养护时机。具体步骤如下图所示。图1.6确定养护时机的步骤1.2.4灰色物元法路面养护决策模型（1）物元模型灰色物元的首先需要建立物元模型，物元模型表示为：（1.16）模型表达式中，M表示事物本身，Ci和Hi分别表示事物某一方面的特征值以及特征的灰量值，记为n维灰色物元。对于具体事物，其特征就是其评价参数，与其相对应的灰量值就是一个确定的数，称为灰色白化值，记为Hij（i=1，2，..m）。（2）复合灰色物元模型参数相对应的数值为灰数白化值Hj，以Mj表示第j个事物，则有灰色物元可表示为：（1.17）若用路段数据表示，Mj可以表示为各个路段，Ci可以表示为各个路段PCI、RQI等指标，Hj则表示各指标的具体数据。对于多个路段多个指标，即对于m个事物的n维复合灰色物元可表示为：（1.18）（3）相对优化原则根据相对优化原则构造标准样本灰元，有三种优化原则，数值越大结果最优、数值越小结果最优和适中型[33]。（4）建立最佳事物灰色物元从复合灰色物元中，选定各特征值的最佳灰数白化值，就是在各个路段选出每个指标的最大值，得出最佳事物灰色物元。（1.19）表示n维样本方案的灰色物元，表示样本方案。（5）建立系数复合灰色物元采用关联度进行分析，记为L0j（j=1，2，..m），构造关联系数n维复合灰元RL:（1.20）其中，Lji为第j个路段与最佳路段的第i项评价指标的关联系数灰量值，计算方式如下所示。，j=1，2，..n（1.21）式中表示最佳路段与第j个路段第i项评价指标的绝对差值，，表示最大值，表示最小值，表示分辨系数（一般情况取0.5）。（6）求关联度复合灰色物元为准确表明全部路段和最佳路段之间的关联程度，故对全部关联系数采用加权取平均得关联度复合灰元RDL，W表示路段综合评价指标的权重。（1.22）根据关联度的大小对式中关联度复合灰元RDL进行排序，来判断路段的好坏程度，关联越大则路段越优。在进行不同时间养护方案的灰色物元计算时，关联度的大小表示不同时间养护方案的优劣。利用灰色物元进行养护决策时，计算不同的养护时间方案得到的养护效益与养护费用作为模型灰数白化值代入模型进行关联度的比较，用Hj进行表示具体数值，不同的时间养护方案用Mj表示，Ci表示每个时间养护方案中的养护效益和养护费用。当路面预防性养护效益与养护费用都可以收集得到相关数据时，可通过计算效益费用比来进行养护决策。当路面的预防性养护数据不足时，无法进行养护效益或者养护费用的计算，可通过灰色物元模型进行路面预防性养护决策。两种方法可共同进行。1.3案例分析（1）基本路况。本文实例选用陕北地区G210国道，K173+000-K174+000，预防性养护采取加铺1cmMS微表处，养护时间2010年，根据前文评价体系，经过计算预防性养护有效时段为8年，故自2013年开始计算，分别于2013年、2014年和2015年实施预防性养护措施，即预防性养护时间为：距上次养护3、4、5年。①未采取预防性养护措施时的衰变模型以2013至2017年的数据作为已知值，采用经验回归方法预测建立模型的表达式如下表。表4-3未采取预防性养护模型路况指标衰变模型PCIy=100e-0.03325xRQIy=99.66e-0.03882x②采取预防性养护措施时的衰变模型表4-4采取预防性养护模型距上次养护（i年）PCI衰变模型RQI衰变模型3y=97.23e-0.03115xy=97.63e-0.02957x4y=96.197e-0.027xy=96.31e-0.024x5y=89.28e-0.05054xy=90.61e-0.03041x③未采取预防性养护措施时的效益由公式可得出每个模型y值达到最低可接受水平时的路龄，代入公式进行计算效益。=06.8[100e-0.03225x-81]dx=59.81=06.8[99.66e-0.03882x-81]dx=41.818④采取预防性养护措施后的养护效益计算=36.8[100e-0.03225x-97.23e-0.03115x]dx+6.88=36.8[99.66e-0.03882x-97.63e-0.02957x]dx+6.88同样地将距上次养护4年与5年时，采取预养护措施后的效益计算出来，一起列于表4-5。4-5养护效益汇总距上次养护（年）路况指标权重系数未养护效益养护后效益标准效益（%）综合效益（%）3PCI0.6559.8111.5819.3613.12RQI0.3541.8180.681.524PCI0.6559.8149.582.7677.22RQI0.3541.81830.266.945PCI0.6559.8130.250.4943.28RQI0.3541.81813.429.9⑤养护费用计算各项养护费用如表4-6所示。表4-6距上次养护3年时采取微表处的费用计算表年份预防性养护费用（万元/公里）日常养护（万元/公里）油耗（万元/公里）轮耗（万元/公里）材料成本（万元）残值（万元）201022.2661761.235186.1241320.512201123.8451871.215193.5481463.218201221.2311985.216201.6351580.21520134223.2142000.234215.3291625.218201421.2152095.325226.5641760.231201523.3562162.324231.6351869.328201623.5162316.256240.3641921.321201723.5462412.368252.3542018.5421.895表4-7距上次养护4年时采取微表处的费用计算表年份预防性养护费用（万元/公里）日常养护（万元/公里）油耗（万元/公里）轮耗（万元/公里）材料（万元）残值（万元）201023.2131761.235186.1241320.512201122.3541871.215193.5481463.218201223.4521985.216201.6351580.215201323.3262053.621216.8521651.32620144221.4352100.351221.2011798.635201523.5782202.367236.3251832.326201623.6872312.364241.3251986.329201723.5462419.976255.3642012.32516.082表4-8距上次养护5年时采取微表处的费用计算表年份预防性养护费用（万元/公里）日常养护（万元/公里）油耗（万元/公里）轮耗（万元/公里）材料（万元）残值（万元）201023.1201761.235186.1241320.512201122.6451871.215193.5481463.218201223.5211985.216201.6351580.215201323.4152053.621216.8521651.326201422.3972166.325227.2141786.32620154223.6842201.324232.3621805.328201623.5712319.325246.6251963.251201723.4362410.625259.2352042.35118.326以2010年开始计算，将预防性养护成本、日常养护成本和用户成本相加后除去残值便得到总成本。表4-9成本现值计算表（距上次养护3年时采取微表处）年预防性养护费用（万元/公里）日常养护（万元/公里）用户成本（万元/公里）残值（万元）总成本（万元）121.4522970.871221.3623130.981322.54