CN115545421A - 一种公路路段抗灾韧性快速评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种公路路段抗灾韧性快速评价方法，属于基础设施抗灾韧性评估领域。该方法包括：S1：选择调查路段；S2：从路段运营管理及维修养护机构获取灾害前后路段断面交通量、初次建设经费与时长、灾后修复/重建经费与时长和临近可替代路段的通行时长；S3：根据p位专家分别针对各灾种对评价路段影响程度的独立评分，确定各灾种韧性综合评价指标的权重wi；S4：计算代表性断面交通量下降比率、恢复度和替代度；S5：计算路段抗灾韧性总体评价指标CRI；S6：将总体评价指标CRI转换为标准值CRI标，确定评价路段抗灾韧性等级。本发明提高了公路路段抗灾韧性评价速度和准确性，可供运营管理、维修养护及技术咨询机构参考使用。
Description
技术领域
本发明属于基础设施抗灾韧性评估领域，涉及一种公路路段抗灾韧性快速评价方法。
背景技术
近年来，很多地区地震、暴雨等自然灾害的发生频率高、强度大，给公路正常运营维护带来了极大挑战。鉴于此，基础设施抗灾韧性正在成为目前交通土建领域的研究热点。
“韧性”这个概念来源于材料学，针对基础设施，目前尚无统一的、被广泛认可的定义，综合国内外文献，可知其大致定义如下：基础设施抵御灾害、吸收损失与恢复正常服役性态的能力。
一般而言，灾害或突发事件作用下公路基础设施性态水平(包括安全性态和功能性态)会发生变化，其生命周期可大致划分为稳定阶段、损坏阶段、恢复阶段、重新稳定阶段四个阶段，如图1所示。图1中，Q(t)为公路基础设施的性态水平，Q0为灾害发生前设施的性态水平，Qt1为灾害发生后设施的最低性态水平，t0为灾害发生时刻，t1为设施性态水平降低到最低值时对应的时刻，t2为设施性态水平恢复到正常值时对应的时刻。
按照“网—线—点”的层次逻辑，公路基础设施抗灾韧性研究对象可分为以下三个尺度：
(1)宏观尺度：路网韧性；
(2)中观尺度：路段韧性；
(3)微观尺度：结构(路基、桥梁、隧道等)韧性；
进一步，开展设施抗灾韧性评价技术研究是有效实施设施韧性监控与预警、柔性运行、快速恢复等技术的基础条件，目前，基础设施抗灾韧性评估领域的研究与应用侧重于城市基础设施，公路基础设施的研究与应用还很少，针对运营路段，公路行业尚未建立简单、实用的抗灾韧性评估体系。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种公路路段抗灾韧性快速评价方法，以致灾风险较高的公路重点区段(或路段)为研究对象，构建起公路基础设施抗灾韧性量化表征指标体系、评估模型及其分级标准，从而提高公路路段抗灾韧性评价速度和准确性；可供运营管理、维修养护及技术咨询机构参考使用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种公路路段抗灾韧性快速评价方法，具体包括以下步骤：
S1：选择调查路段，要求备选路段经历过“灾害发生—灾中变化—灾后恢复”整个阶段，且最好拥有高陡边坡、桥梁、隧道等典型结构类型；
S2：从路段运营管理及维修养护机构获取灾害前后路段断面交通量、初次建设经费与时长、灾后修复/重建经费与时长和临近可替代路段的通行时长等数据；
S3：根据p位专家分别针对各灾种对评价路段影响程度的独立评分，确定各灾种韧性综合评价指标的权重wi；
S4：计算代表性断面交通量下降比率JMGI、恢复度HFI和替代度TDI；
S5：确定各灾种的路段抗灾韧性综合评价指标CRIi，并结合步骤S3确定的权重wi计算出路段抗灾韧性总体评价指标CRI；
S6：将总体评价指标CRI转换为标准值CRI标，选择合适临界值划分韧性评价等级取值范围，根据标准值CRI标所在取值范围确定评价路段抗灾韧性等级。
进一步，步骤S3中，确定各灾种韧性综合评价指标的权重wi的计算公式为：
其中，wqi表示第q位专家针对灾种i的韧性综合评价指标的权重，q＝1,2,...,p，p表示参与评分的专家人数；i＝1,2,...,m，m表示灾害种类数；
其中，bqi为针对灾种i的影响程度第q位专家给出的得分。
进一步，步骤S4中，代表性断面交通量下降比率JMGI的计算公式为：
其中，V0为灾害发生前的断面交通量，Vt1为灾害发生后的断面交通量；当灾害发生后，路段某一断面完全阻断，即断面交通量Vt1降为0，此时JMGI为0；若在灾害发生后，路段通行完全不受影响，断面交通量Vt1等于甚至超过灾害发生前的断面交通量V0，规定此时JMGI为1。
进一步，步骤S4中，恢复度HFI的计算公式为：
其中，tc为受灾区段初次建设时长，mc为受灾区段初次建设经费；tr为受灾区段恢复至正常状态所需时长，mr为受灾区段恢复至正常状态所需经费；当灾后恢复时长与恢复经费的乘积大于等于初建时长与初建经费的乘积时，规定此时HFI为0；
针对灾种i，评价区段性态恢复度指标HFIi的计算公式为：
其中，HFIij为针对灾种i，区段j的性态恢复度指标值；i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，m表示灾害种类数，n表示评价区段数量。
进一步，步骤S4中，替代度TDI的计算公式为：
其中，T0为评价路段通行时长，Ts为临近区域备选路段通行时长；若临近区域没有可替代路段，规定此时TDI为0；若备选路段通行时长短于或等于评价路段通行时长，即Ts≤T0，规定此时TDI为1。
进一步，步骤S5中，针对灾种i，公路基础设施路段抗灾韧性综合评价指标CRIi的计算公式为：
在不区分灾种条件下，公路基础设施路段抗灾韧性总体评价指标CRI的计算公式为：
本发明的有益效果在于：本发明以致灾风险较高的公路重点区段(或路段)为研究对象，构建起公路基础设施抗灾韧性量化表征指标体系、评估模型及其分级标准，从而提高公路路段抗灾韧性评价速度和准确性；可供运营管理、维修养护及技术咨询机构参考使用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为公路基础设施抗灾韧性概念量化图；
图2为公路基础设施抗灾韧性评价区段划分示意图；
图3为替代度TDI的计算示意图；
图4为本发明公路路段抗灾韧性快速评价方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1～图4，本发明将以致灾风险较高的公路重点区段(或路段)为研究对象，构建起公路基础设施抗灾韧性量化表征指标体系、评估模型及其分级标准。
1)公路路段抗灾韧性评价指标
根据不同结构类型，本发明将评价区段划分为高陡边坡段、桥梁段、隧道段及一般路段四类，如图2所示，其中，区段j(j＝1,2,…,n)属于高陡边坡段、桥梁段、隧道段、一般路段中的一类。
抗灾韧性综合评价可从设施对灾害的敏感性、设施在灾后的恢复性、路段的可替代性3个维度展开：
(1)灾害敏感度：安全性态或功能性态损失程度，以“敏感度”MGI(无量纲量)表征：
即：
其中，Q0为灾害发生前设施的性态水平；Qt1为灾害发生后设施的最低性态水平，如图1所示。
进一步，本发明选择“代表性断面交通量下降比率”JMGI作为“敏感度”：
即：
其中，V0为灾害发生前的断面交通量；Vt1为灾害发生后的断面交通量。
JMGI这一指标仅与灾害类型有关，与结构类型无关，可通过调查获取，如表1所示。当灾害发生后，路段某一断面完全阻断，即断面交通量Vt1降为0，此时JMGI为0；若在灾害发生后，路段通行完全不受影响，断面交通量Vt1等于甚至超过灾害发生前的断面交通量V0，规定此时JMGI为1。
表1“代表性断面交通量下降比率”JMGI调查表
| 灾害类型 | 灾种1 | 灾种2 | … | 灾种i | … | 灾种m |
| JMGI调查值 | JMGI<sub>1</sub> | JMGI<sub>2</sub> | … | JMGI<sub>i</sub> | … | JMGI<sub>m</sub> |
(2)性态恢复度：恢复正常状态的“经费—时间”累积成本，以“恢复度”HFI(无量纲量)表征：
即：
其中，tc为受灾区段初次建设时长，mc为受灾区段初次建设经费；tr为受灾区段恢复至正常状态所需时长，mr为受灾区段恢复至正常状态所需经费。当灾后恢复时长与恢复经费的乘积大于等于初建时长与初建经费的乘积时，规定此时HFI为0。
一般而言，HFI与灾害类型和结构类型均相关，计算结果汇总于表2。
表2“恢复度”指标HFI计算结果汇总表
针对灾种i(i＝1,2,…,m)，评价区段性态恢复度指标HFIi可通过表2，按照下式计算：
其中，HFIij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)为针对灾种i，区段j的性态恢复度指标值，如表2所示。
(3)通行替代度：临近路段的可替代性，以“替代度”TDI(无量纲量)表征：
即：
其中，T0为评价路段通行时长，Ts为临近区域备选路段通行时长，如图3所示。若临近区域没有可替代路段，规定此时TDI为0；若备选路段通行时长短于或等于评价路段通行时长，即Ts≤T0，规定此时TDI为1。
一般而言，TDI与灾害类型和结构类型均无关，为一常数。
2)公路路段抗灾韧性评估模型
针对灾种i(i＝1,2,…,m)，公路基础设施路段抗灾韧性综合评价指标CRIi可定义为：
进一步，在不区分灾种条件下，公路基础设施路段抗灾韧性总体评价指标CRI可通过下式求取：
其中，wi为各灾种韧性综合评价指标CRIi的权重，根据评价路段主要受灾类型、灾害发生频率等因素，通过专家打分法确定。
具体而言，确定各灾种韧性综合评价指标CRIi的权重时，基于专家或其他技术人员多年实践的工程经验，根据其主观认知，挖掘经验或认知所蕴含的的信息价值，从而确定评价指标CRIi的权重。
选择p位专家，让每位专家分别针对各灾种对评价路段的影响程度独立打分，得分汇总于表3。
表3所有专家针对各灾种影响程度的评分汇总表
表3中，bqi为针对灾种i(i＝1,2,...,m)的影响程度，第q位专家(q＝1,2,...,p)给出的得分。bqi可取为0、1、2、3、4、5；其中0表示没有影响，5表示影响极大，其余得分介于之间。
针对第q位专家(q＝1,2,...,p)，灾种i(i＝1,2,...,m)的权重wqi如式(12)所示：
因此，针对所有专家，灾种i(i＝1,2,...,m)的权重wi如式(13)所示：
即wi为wqi(q＝1,2,...,p；i＝1,2,...,m)的算术平均值。
3)公路路段抗灾韧性分级标准
本发明将求取的抗灾韧性总体评价指标CRI实施标准化转换，即将CRI乘以100，得到CRI标(值域为“0～100”)，如式(14)所示。
CRI标＝CRI×100 (14)
根据指标CRI标得分情况，对评价路段抗灾韧性进行分级，如表4所示。
表4评价路段抗灾韧性分级
表4中，a0、a1、a2、a3为韧性评价等级临界值，且a0>a1>a2>a3，本发明推荐取值为：a0＝80，a1＝60，a2＝40，a3＝20。
参见图4，本次结合具体实施例来说明本发明提供的公路路段抗灾韧性快速评价方法主要包括以下流程：
1)选择调查路段，要求备选路段经历过“灾害发生—灾中变化—灾后恢复”整个阶段，且最好拥有高陡边坡、桥梁、隧道等典型结构类型；
2)走访路段运营管理、维修养护机构，获取灾害前后路段断面交通量数据、初次建设经费与时长、灾后修复/重建经费与时长、临近可替代路段的通行时长等数据；
3)邀请运营管理、维修养护机构5～7位专家分别针对各灾种对评价路段的影响程度独立打分，确定各灾种韧性综合评价指标的权重，为计算路段抗灾韧性总体评价指标打下基础。
4)根据式(4)、式(6)、式(9)，计算“代表性断面交通量下降比率”JMGI、“恢复度”指标HFI、“替代度”指标TDI；
5)根据式(10)、式(11)，确定灾种i的路段抗灾韧性综合评价指标CRIi和路段抗灾韧性总体评价指标CRI。
6)将总体评价指标CRI转换为标准值CRI标，参照表4，确立评价路段抗灾韧性等级。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种公路路段抗灾韧性快速评价方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：选择调查路段，要求备选路段经历过“灾害发生—灾中变化—灾后恢复”整个阶段；
S2：从路段运营管理及维修养护机构获取灾害前后路段断面交通量、初次建设经费与时长、灾后修复/重建经费与时长和临近可替代路段的通行时长；
S3：根据p位专家分别针对各灾种对评价路段影响程度的独立评分，确定各灾种韧性综合评价指标的权重wi；
S4：计算代表性断面交通量下降比率JMGI、恢复度HFI和替代度TDI；
S5：确定各灾种的路段抗灾韧性综合评价指标CRIi，并结合步骤S3确定的权重wi计算路段抗灾韧性总体评价指标CRI；
S6：将总体评价指标CRI转换为标准值CRI标，选择合适临界值划分韧性评价等级取值范围，根据标准值CRI标所在取值范围确定评价路段抗灾韧性等级。
2.根据权利要求1所述的公路路段抗灾韧性快速评价方法，其特征在于，步骤S3中，确定各灾种韧性综合评价指标的权重wi的计算公式为：
其中，wqi表示第q位专家针对灾种i的韧性综合评价指标的权重，q＝1,2,...,p，p表示参与评分的专家人数；i＝1,2,...,m，m表示灾害种类数；
其中，bqi为针对灾种i的影响程度第q位专家给出的得分。
3.根据权利要求1所述的公路路段抗灾韧性快速评价方法，其特征在于，步骤S4中，代表性断面交通量下降比率JMGI的计算公式为：
其中，V0为灾害发生前的断面交通量，Vt1为灾害发生后的断面交通量；当灾害发生后，路段某一断面完全阻断，即断面交通量Vt1降为0，此时JMGI为0；若在灾害发生后，路段通行完全不受影响，断面交通量Vt1等于甚至超过灾害发生前的断面交通量V0，规定此时JMGI为1。
4.根据权利要求1所述的公路路段抗灾韧性快速评价方法，其特征在于，步骤S4中，恢复度HFI的计算公式为：
其中，tc为受灾区段初次建设时长，mc为受灾区段初次建设经费；tr为受灾区段恢复至正常状态所需时长，mr为受灾区段恢复至正常状态所需经费；当灾后恢复时长与恢复经费的乘积大于等于初建时长与初建经费的乘积时，规定此时HFI为0；
针对灾种i，评价区段性态恢复度指标HFIi的计算公式为：
其中，HFIij为针对灾种i，区段j的性态恢复度指标值；i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n，m表示灾害种类数，n表示评价区段数量。
5.根据权利要求1所述的公路路段抗灾韧性快速评价方法，其特征在于，步骤S4中，替代度TDI的计算公式为：
其中，T0为评价路段通行时长，Ts为临近区域备选路段通行时长；若临近区域没有可替代路段，规定此时TDI为0；若备选路段通行时长短于或等于评价路段通行时长，即Ts≤T0，规定此时TDI为1。
6.根据权利要求2所述的公路路段抗灾韧性快速评价方法，其特征在于，步骤S5中，针对灾种i，公路基础设施路段抗灾韧性综合评价指标CRIi的计算公式为：
在不区分灾种条件下，公路基础设施路段抗灾韧性总体评价指标CRI的计算公式为：
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|---|---|---|---|---|
| CN115759486A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-03-07 | 中交路桥检测养护有限公司 | 城市桥梁灾变预测与韧性评估方法和系统 |
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| CN115759486A (zh) * | 2023-01-06 | 2023-03-07 | 中交路桥检测养护有限公司 | 城市桥梁灾变预测与韧性评估方法和系统 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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