瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益后評估

摘要 該文采用了幾種常見的預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的成本單價作為預(yù)防養(yǎng)護(hù)費用，并使用灰色馬爾可夫預(yù)測模型的曲線面積來表示預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的養(yǎng)護(hù)效益。同時，考慮交通量的影響，采用每萬輛小客車的費用效益比指標(biāo)，根據(jù)不同預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的全壽命使用年限，分別計算了預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)實施后全壽命周期綜合費用效益比，從經(jīng)濟(jì)角度分析不同預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的適用條件。結(jié)果顯示：對于PCI、RQI≥85；RDI≥75且存在淺層輕微病害的路面，選擇就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)性價比一般。對于PCI、RQI≥90；RDI≥90，具有消除破損、完全或部分恢復(fù)原有路面平整度、改善路面性能要求的瀝青路面，選用微表處更加經(jīng)濟(jì)，可將加黏磨耗層作為備選方案。對于PCI、RQI≥88；RDI≥85，具有消除破損、完全或部分恢復(fù)原有路面平整度、改善路面性能要求的瀝青路面，在路面技術(shù)狀況允許的情況下，選用UTM超薄罩面更加經(jīng)濟(jì)，可將易密實薄層罩面和常溫超薄罩面作為備選方案。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)；經(jīng)濟(jì)效益；后評估

中圖分類號 U418 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0186-03

0 引言

為確保公路的服務(wù)質(zhì)量得以保持，對路面進(jìn)行及時且有效的預(yù)防養(yǎng)護(hù)工作顯得尤為關(guān)鍵。其中，對瀝青路面的預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)后評估是確保養(yǎng)護(hù)工作取得良好效果的基礎(chǔ)。

為更好地利用養(yǎng)護(hù)資金，許多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)在國內(nèi)外對養(yǎng)護(hù)工作的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究。田陳燕等[1]針對瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修，創(chuàng)新性地引入了技術(shù)狀況指標(biāo)的下限值及衰減速率作為主要的觸發(fā)指標(biāo)，為瀝青路面的養(yǎng)護(hù)維修提供了新的思考角度和實用手段。Carpio Manuel等[2]采用微波加熱自愈技術(shù)對瀝青路面養(yǎng)護(hù)的可持續(xù)性進(jìn)行評估，與使用傳統(tǒng)瀝青路面養(yǎng)護(hù)相比，該技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低路面維護(hù)的成本，減少路面養(yǎng)護(hù)中材料消耗造成的環(huán)境影響，提升路面的使用效率和安全性。賈益[3]詳細(xì)闡述了現(xiàn)值分析法的計算流程，并深入探討了分析期、貼現(xiàn)率等關(guān)鍵參數(shù)的確定方法?；谠敱M的經(jīng)濟(jì)效益分析，得出了最優(yōu)的養(yǎng)護(hù)方案，為瀝青路面的維護(hù)工作提供了決策支持。王艷燕[4]以某省公路瀝青路面為研究對象，借助實際測量的路面性能數(shù)據(jù)，采用層次分析法（AHP）作為主要手段，對瀝青路面的養(yǎng)護(hù)效益評估方法進(jìn)行了深入研究。謝勝加[5]詳細(xì)分類養(yǎng)護(hù)效益，提出了養(yǎng)護(hù)效益標(biāo)定具體指標(biāo)。他詳細(xì)解釋了這些指標(biāo)的理論基礎(chǔ)，從而構(gòu)建了一個全面的養(yǎng)護(hù)效益評價體系。鄧玉訓(xùn)等[6]引入了生命周期等額費用的概念，并將工程費用以特定的折現(xiàn)率進(jìn)行折算。以上研究構(gòu)建了一個用于計算最佳養(yǎng)護(hù)時機(jī)的模型，從而實現(xiàn)了養(yǎng)護(hù)效益的量化分析。馬磊[7]運用AHP層次分析法，初步建立了一個針對高速公路瀝青路面的綜合評價框架。在這個框架中，全面考量了養(yǎng)護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益以及環(huán)境效益等多個維度，并通過多元線性回歸分析，進(jìn)一步探討了不同交通量、路段特性對養(yǎng)護(hù)效益的影響[8]。

該文旨在準(zhǔn)確評估瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，為此采用了預(yù)防養(yǎng)護(hù)費用效益模型來進(jìn)行計算和分析。在評價預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益時，除了關(guān)注技術(shù)費用這一因素外，還需要綜合考慮其他諸如交通量等因素的影響，以確保評估結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性。同時可以更全面地評估預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，為決策者提供科學(xué)依據(jù)，以制定最佳的預(yù)防養(yǎng)護(hù)策略。

1 模型簡介與評價指標(biāo)

1.1 灰色馬爾可夫預(yù)測模型簡介

灰色馬爾可夫模型（Grey Markov model）是一種基于灰色系統(tǒng)理論和馬爾可夫鏈的預(yù)測模型。它結(jié)合了灰色預(yù)測模型和馬爾可夫鏈模型的優(yōu)勢，用于處理非線性、非平穩(wěn)、不確定的系統(tǒng)預(yù)測問題[9]。

灰色馬爾可夫模型的核心思想在于將待預(yù)測的時間序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R爾可夫鏈的狀態(tài)序列。通過這一過程，模型能夠基于已知數(shù)據(jù)的狀態(tài)序列估計狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，進(jìn)而對未來的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。這種轉(zhuǎn)化不僅簡化了預(yù)測過程，還提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)

預(yù)防養(yǎng)護(hù)費用是指在實施預(yù)防養(yǎng)護(hù)工程中由人工、材料、機(jī)械設(shè)備以及企業(yè)管理等產(chǎn)生的費用。由于不同地區(qū)的發(fā)展程度存在差異，因此其物價水平也會有所不同。此外，即使是同一地區(qū)的高速公路，不同的路況和交通量也會導(dǎo)致預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用方式和所使用的材料不同，進(jìn)而影響?zhàn)B護(hù)費用的差異。因此，為了后續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益評估有更可靠的基礎(chǔ)。該文采用江西省各種養(yǎng)護(hù)技術(shù)綜合單價范圍值，并按照平均值來計算養(yǎng)護(hù)費用，具體費用如表1所示。

按照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計規(guī)范》（JTG5421—2018）和學(xué)者[10]的相關(guān)研究，結(jié)合各個路段在實施預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)后的歷史管養(yǎng)資料與路面性能衰減數(shù)據(jù)，我們可以準(zhǔn)確地確定各預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的預(yù)期使用年限，具體詳見表2。

許多學(xué)者和機(jī)構(gòu)致力于研究如何在預(yù)防養(yǎng)護(hù)中以較低的成本實現(xiàn)較高的路面使用性能，并不斷尋求經(jīng)濟(jì)效益的最大化。其深入探討了預(yù)防養(yǎng)護(hù)的費用效益，并努力尋找更加經(jīng)濟(jì)高效的方法。其中，O’Brien[11]提出用路面性能曲線與兩個坐標(biāo)軸所圍成的面積來衡量預(yù)防養(yǎng)護(hù)的效益。這個面積的大小直接反映了路況綜合指標(biāo)的優(yōu)劣，面積越大則代表整體路況越好。這種方法能夠客觀地評估預(yù)防養(yǎng)護(hù)對道路服務(wù)水平的影響，從而確保行車安全和舒適。

在應(yīng)對車轍、裂縫、坑槽等道路問題時，預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的選擇顯得尤為重要。通過對路況分項指標(biāo)的計算結(jié)果進(jìn)行綜合分析，可以準(zhǔn)確評估不同技術(shù)的養(yǎng)護(hù)效益。這種多角度的評估方法能夠更好地選擇適合道路的預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)。由此可見，采用路面性能曲線面積來評估預(yù)防養(yǎng)護(hù)效益符合養(yǎng)護(hù)規(guī)律。

利用GM（1，1）預(yù)估模型，得到不同預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)各指標(biāo)性能曲線方程，將其積分得到效益面積計算公式，如式（1）所示。

式中，A為各指標(biāo)效益（元）；t為實施預(yù)防養(yǎng)護(hù)后的年份（年）；a為發(fā)展系數(shù)；b為灰色作用量；x（0）為初值；m為系數(shù)。

在得到路面性能曲線所對應(yīng)的效益面積與各預(yù)防養(yǎng)護(hù)措施的單價信息后，可以進(jìn)一步計算出各個預(yù)防養(yǎng)護(hù)方案的費用效益比（Cost-Benefit Ratio，簡稱CBR）。具體的計算過程如式（3）所示。由下式可看出費用效益比越小，表示該種預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)的性價比越高，當(dāng)某種預(yù)防養(yǎng)護(hù)方案費效比最小時，它即是經(jīng)濟(jì)效益最佳方案。

式中，CBRj為第j個養(yǎng)護(hù)技術(shù)的費效比（10-3）；Bj為第j個養(yǎng)護(hù)技術(shù)的費用（元），按表1計算；Aj為第j個養(yǎng)護(hù)技術(shù)的效益（元），由式（1）確定。

另外，由于不同路段交通量不同，為分析各養(yǎng)護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益與交通量關(guān)系，該文采用每萬輛小客車費用效益比C進(jìn)行比較，費用效益比如式（4）所示。

式中，Tj為第j個養(yǎng)護(hù)技術(shù)下的日均小客車交通量（萬輛）。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)各預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)使用壽命情況，利用公式計算出就地?zé)嵩偕?、加黏磨耗層、微表處、UTM超薄罩面、易密實薄層罩面、常溫超薄罩面各路況分項指標(biāo)在服役年限的費用效益比，不同路況指標(biāo)費用效益值如表3所示，之后計算出相應(yīng)時段綜合費用效益比，結(jié)果如圖1所示。

通過分析表3各養(yǎng)護(hù)技術(shù)費用效益比可以得出：總體而言，UTM超薄罩面在所有技術(shù)指標(biāo)上均表現(xiàn)出了最高的費用效益比，這表明該技術(shù)在提高路面性能方面可能具有顯著效果，但這種技術(shù)的成本也相對較高。而微表處、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面的費用效益比大體一致，相對最低，更為經(jīng)濟(jì)，但其在提高路面性能方面的效果可能不如其他技術(shù)明顯。加黏磨耗層在某些指標(biāo)上的費用效益比處于中等水平，該技術(shù)可能在特定的路面條件下更為適用。而造成上述費效比差異巨大的原因為：UTM超薄罩面技術(shù)對瀝青混合料的配合比、拌和、運輸、攤鋪、碾壓等各個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的要求，導(dǎo)致了其材料成本的增加。

通過分析圖1各養(yǎng)護(hù)技術(shù)綜合費效比可知：就地?zé)嵩偕夹g(shù)的綜合費效比最高，微表處的綜合費效比最低，而UTM超薄罩面、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面的綜合費效比大體一致。對于就地?zé)嵩偕夹g(shù)，服役年限內(nèi)每萬輛小客車費用綜合效益比為0.188，表明當(dāng)僅存在淺層輕微病害時選擇就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)性價比一般。加黏磨耗層技術(shù)能夠有效消除破損，完全或部分恢復(fù)原有路面的平整度，進(jìn)而改善和提升路面的整體性能；加黏磨耗層和微表處服役年限內(nèi)每萬輛小客車費用綜合效益比為0.092和0.085，表明當(dāng)路面平整度和抗滑性能不能滿足要求時，在路面技術(shù)狀況允許的情況下，選用微表處更加經(jīng)濟(jì)，可將加黏磨耗層作為備選方案。UTM超薄罩面、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面能有效消除破損、恢復(fù)路面平整度并提升性能。UTM超薄罩面、易密實薄層罩面和常溫超薄罩面服役年限內(nèi)每萬輛小客車費用綜合效益比為0.151、0.155和0.156，表明當(dāng)路面破損平整度不滿足要求時，在路面技術(shù)狀況允許的情況下，選用UTM超薄罩面更加經(jīng)濟(jì)，可將易密實薄層罩面和常溫超薄罩面作為備選方案。

3 結(jié)論

該文以就地?zé)嵩偕?、加黏磨耗層、微表處、UTM超薄罩面、易密實薄層罩面、常溫超薄罩面的成本單價作為預(yù)防養(yǎng)護(hù)費用，使用預(yù)估模型曲線面積表示預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)養(yǎng)護(hù)效益，同時，考慮交通量影響，采用每萬輛小客車費用效益比指標(biāo)，根據(jù)不同預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)預(yù)期使用壽命，分別計算出預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)實施后服役時間綜合費用效益比。主要結(jié)論如下：

（1）當(dāng)PCI、RQI≥85；RDI≥75時，若路面存在淺層的輕微病害，選擇就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的性價比通常較為一般。

（2）當(dāng)PCI、RQI≥90；RDI≥90時，說明瀝青路面的破損情況需要得到消除，路面的平整度需要得到完全或部分的恢復(fù)，同時還需要提升路面的性能。在這種情況下，選擇微表處作為養(yǎng)護(hù)方案會更為經(jīng)濟(jì)高效。當(dāng)然，加黏磨耗層也是一個值得考慮的備選方案，特別是在某些特定條件下。該策略既確保了路面的質(zhì)量和性能，又充分考慮了經(jīng)濟(jì)效益和養(yǎng)護(hù)成本。

（3）當(dāng)PCI、RQI≥88；RDI≥85時，瀝青路面會出現(xiàn)破損情況，原有的路面平整度需要得到全面或部分的恢復(fù)，同時路面的性能也需要得到改善。在這種情況下，如果路面的技術(shù)狀況允許，選擇UTM超薄罩面會是一個更經(jīng)濟(jì)且有效的養(yǎng)護(hù)策略。當(dāng)然，在特定的場景和需求下，易密實薄層罩面和常溫超薄罩面也是值得考慮的備選方案。這樣的選擇不僅確保了路面的質(zhì)量和性能，還能在滿足技術(shù)要求的同時，實現(xiàn)養(yǎng)護(hù)成本的最優(yōu)化。

（4）總體來說，在選擇養(yǎng)護(hù)技術(shù)時，應(yīng)綜合考慮不同技術(shù)在不同指標(biāo)上的費用效益比。例如，如果主要關(guān)注路面的整體性能和質(zhì)量，UTM超薄罩面可能是一個不錯的選擇。然而，如果預(yù)算有限，或者特定的路面條件需要特定的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，那么其他技術(shù)如微表處或常溫超薄罩面也可能更為合適。

參考文獻(xiàn)

[1]田陳燕，岳建洪，陳金蓉，等.基于技術(shù)效應(yīng)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)后評價研究[J].公路與汽運，2022（5）：126-130+141.

[2]Nalbandian Kevork Micael;Carpio Manuel; González álvaro. Assessment of the sustainability of asphalt pavement maintenance using the microwave heating self-healing technique[J]. Journal of Cleaner Production， 2022， 365.

[3]賈益.瀝青路面養(yǎng)護(hù)經(jīng)濟(jì)效益分析[J].山西建筑，2020（10）：140-141.

[4]王艷燕.瀝青路面養(yǎng)護(hù)效益評估方法研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017（7）：148-151.

[5]謝勝加.高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)效益評價方法研究[D].南京：東南大學(xué)，2016.

[6]鄧玉訓(xùn)，謝群.基于生命周期等額費用的瀝青路面最佳養(yǎng)護(hù)時機(jī)[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2018（3）：27-32.

[7]馬磊.高速公路養(yǎng)護(hù)費用效益綜合評價體系研究[D].南京：東南大學(xué).2019.

[8]馬子媛，李海蓮，藺望東.基于層次變權(quán)未確知理論的瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)評價模型[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021（12）：1668-1675.

[9]張文會，崔淑華，鄧紅星.公路貨物運輸量灰色馬爾可夫預(yù)測模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2011（4）：658-661.

[10]王敬飛，展宏圖.瀝青混凝土路面就地?zé)嵩偕囼灦稳珘勖芷诩夹g(shù)評價分析[J].公路，2017（11）：262-266.

[11]O’Brien L G. Evolution and benefits of preventive maintenance strategies[M]. 1989.

收稿日期：2024-04-17

作者簡介：蔣模琴（1966—），女，大專，高級工程師，主要從事公路工程管理工作。