CN116596363A - 一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法 - Google Patents

一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法，包括步骤1、建立定量评估模型，其包括目标层、准则层和指标层；准则层包括经济性、环保性、施工效率和使用效果；指标层包括平均成本、平均碳排放、封闭交通时间、工艺成熟度、平整度、裂缝、车辙和抗滑性；步骤2、获取指标得分；步骤3、计算指标权重；步骤4、计算QA；步骤5、量化评估。本发明从养护方案的不同角度出发，综合考虑铺面使用性能、环境影响、经济费用投资和技术施工水平等养护方案多指标的综合量化评估，建立钢桥面铺装可持续性养护方案决策过程；从而能够减缓决策存在主观性强、决策指标无法量化等问题。

Description

一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法
技术领域
本发明涉及钢桥面铺装技术领域，特别是一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法。
背景技术
钢桥面铺装作为公路基础设施中投资大、能源消耗大、环境影响大的关键工程，也是我国大跨径桥梁的主要铺装方式。钢桥面铺装的使用性能在车辆荷载和外界环境的作用下，会逐渐降低，直至达到铺面的大中修。为了保证道路使用者的舒适性和安全性，需定期对钢桥面铺装进行养护维修。具体养护维修方案大多根据铺面的病害检测结果，并结合工程师自身经验，设计出几种合适的候选方案，再依据工程属性要求、计划成本、预期效果等约束条件，确定出多个养护维修方案。
然而，现有方案优化方法，存在如下不足，有待进行改进：
现有的评估方法主观性较强，工程师根据养护历史分析法和经验法进行决策，养护决策缺乏科学化，且对决策者的经验有较高依赖程度，难以保证决策的科学性和合理性；在实际工程中，往往需要考虑修复方案的经济费用预算、对环境的影响、施工工程的效率、方案技术的使用效果以及交通荷载等各种因素，但是却没有一种科学的优化方法进行方案决策。在受多因素作用影响下，常常难以做出具体判断，导致养护后不久路面又出现了新的病害。
鉴于此，为减少更多主观和不确定因素影响，提高养护方案的最大价值，目前亟需提出一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法，该钢桥面铺装养护方案的后评估方法综合考虑了铺面使用性能、环境影响、经济费用投资、技术施工水平，建立了钢桥面铺装可持续性养护方案决策过程；该方法可以减缓决策存在主观性强、决策指标无法量化等问题，从养护方案的不同角度出发，实现对养护方案的综合评价，从而确定具有可持续性的钢桥面铺装养护方案。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法，包括如下步骤。
步骤1、建立定量评估模型：定量评估模型包括目标层、准则层和指标层；其中，目标层为待评估钢桥面铺装养护后方案定量评估总得分QA；准则层包括经济性、环保性、施工效率和使用效果四个因素；指标层具有八个指标，分别为与经济性对应的平均成本、与环保性对应的平均碳排放、与施工效率对应的封闭交通时间和工艺成熟度、与使用效果对应的平整度、裂缝、车辙和抗滑性；其中，QA的计算公式为：
QA＝EI×ω1+EPI×ω2+ST×ω3+TM×ω4+SR×ω5+IRI×ω6+PCR×ω7+SDVDI×ω8
式中，EI、EPI、ST、TM、SR、IRI、PCR和SDVDI分别为平均成本得分、平均碳排放得分、封闭交通时间得分、工艺成熟度得分、抗滑性得分、平整度得分、裂缝率指标得分和车辙中竖向变形指数得分。
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8分别为平均成本权重、平均碳排放权重、封闭交通时间权重、工艺成熟度权重、抗滑性权重、平整度权重、裂缝率权重和竖向变形指数权重。
步骤2、获取指标得分：在养护方案使用1年后，采用计算或专家打分的方法，分别获取指标层中八个指标EI、EPI、ST、TM、SR、IRI、PCR和SDVDI的得分。
步骤3、计算指标权重：利用AHP层次分析法，得到ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8。
步骤4、计算QA：将步骤2获取的指标得分以及步骤3计算的指标权重，分别代入步骤1中建立的QA计算公式中，从而计算得到QA值。
步骤5、量化评估：将步骤4得到的QA值，与养护方案使用1年后的设定优级阈值，进行比较，从而判断养护方案在使用1年后的等级。
步骤6、重复步骤2至步骤5，获得钢桥面铺装在使用养护方案的2年后和3年后的等级；当获得的三个等级中，至少有两个及以上为优级时，则判断当前养护方案为对应类型病害的较佳维修方案，予以推广；否则，判断为次级维修方案。
步骤2中，平均成本得分EI的计算公式为：
其中：
式中，AMC为养护方案的平均养护成本，单位：万元/m2；
ACC为采用养护方案钢桥面铺装的平均建设成本，单位：万元/m2，已知值。
TMC为养护方案的总养护成本，单位：万元。
Sl为养护方案的使用寿命，单位：年。
Ma为养护方案的施工面积，单位：m2。
步骤2中，平均碳排放得分EPI的计算公式为：
其中：
式中，ACE为养护方案的平均碳排放数值，单位：kg/m2；
ACERV为养护方案的平均碳排放基准值，已知值。
QMa为养护方案在养护阶段碳排放量，单位：kg。
Ma为养护方案的施工面积，单位m2。
步骤2中，封闭交通时间得分和工艺成熟度得分均采用专家打分法获得。
步骤2中，抗滑性得分SR为路面抗滑性能指数得分SRI或路面磨耗指数得分PWI；
当SR为路面抗滑性能指数得分SRI时，SRI的计算公式为：
式中：SFC为各车道平均横向力系数的加权平均值；
SRImin为标定参数，已知值。
a0和a1均为已知常量；
当SR为路面磨耗指数得分PWI时，PWI的计算公式为：
其中：
式中：WR为路面磨耗值。
a2和a3均为已知常量。
MPDC——路面构造深度基准值，采用无磨损的车道中线路面构造深度，单位：mm。
MPDL——左轮迹带的路面构造深度，单位：mm。
MPDR——右轮迹带的路面构造深度，单位：mm。
步骤2中，平整度得分IRI根据国际平整度指数等级进行确定；国际平整度指数等级分别为优、良、中、次、差；优、良、中、次、差对应的平整度得分IRI分别为100分、90分、80分、70分和60分。
步骤2中，裂缝率指标得分PCR的计算公式为：
式中：Ac为裂缝病害折算面积，影响宽度取0.3m。
A为调研区域的总面积，m2。
步骤2中，竖向变形指数得分SDVDI的计算公式为：
式中：RD——车辙深度，单位：mm。
步骤3中，利用AHP层次分析法，计算得到ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8的方法，包括如下步骤：
步骤3a、设计调查问卷：调查问卷中需包括准则层中四个因素分别在当前养护方案中的重要性打分、施工效率中两个指标分别对施工效率的重要性打分、以及使用效果中四个指标分别对使用效果的重要性打分。
步骤3b、选择打分专家：打分专家需包括钢桥面沥青铺装工程技术方、桥梁铺装层养护管理人员和使用方；技术方包括研究学者、施工单位工作人员和设计咨询人员。
步骤3c、打分及统计评分结果：向步骤3b选择的打分专家发放步骤3a设计的调查问卷，并对准则层中四个因素、施工效率中两个指标、以及使用效果中四个指标，分别统计每个因素或每个指标的绝对得分以及单项平均值。
步骤3d、确定准则层权重：根据步骤3c中获得的准则层中四个因素的单项平均值，构建准则层判断矩阵，进而获得准则层中四个因素的权重值。
步骤3e、确定施工效率指标层权重：根据步骤3c中获得的施工效率中两个指标的单项平均值，直接统计计算得到封闭交通时间指标层权重值和工艺成熟度指标层权重值。
步骤3f、确定使用效果指标层权重：根据步骤3c中获得的使用效果中四个指标的单项平均值，构建使用效果判断矩阵，进而获得抗滑性指标层权重、平整度指标层权重、裂缝指标层权重和车辙指标层权重。
步骤3g、确定ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8，具体确定结果为：
ω1等于步骤3d中经济性对应的准则层权重值。
ω2等于步骤3d中环保性对应的准则层权重值。
ω3为步骤3d中施工效率对应准则层权重值与步骤3e中封闭交通时间指标层权重值的乘积。
ω4为步骤3d中施工效率对应准则层权重值与步骤3e中工艺成熟度指标层权重值的乘积。
ω5为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中抗滑性指标层权重的乘积。
ω6为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中平整度指标层权重的乘积。
ω7为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中裂缝指标层权重的乘积。
ω8为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中车辙指标层权重的乘积。
步骤2中，每个指标得分均采用百分制；步骤5中，养护方案使用1年后的设定优级阈值为95分；步骤6中，养护方案使用2年后和3年后的设定优级阈值分别为85分和70分。
本发明具有如下有益效果：
1、钢桥面铺装养护方案评价体系与方法研究：从经济性、环保性、施工效率以及使用效果等四个方面构建钢桥面铺装养护方案的评价指标体系。建立钢桥面铺装养护方案评价层次结构，基于层次分析法和德尔菲法确定评价方程和评价标准，建立钢桥面铺装养护方案评价体系，为后续方案评价提供定量分析的依据，选择出最优养护方案。
2、钢桥面铺装养护方案评价体系应用：基于需要评估的钢桥面铺装维修方案相关数据，采用提出的钢桥面铺装维修方案后评估体系，对历史维修方案进行综合评价分析，并且根据历史维修方案的评估结果对未来的智能养护提供数据支撑。
3、本发明可以兼具铺面使用性能、环境影响、经济费用以及施工技术水平，有效解决四方面在现实中的矛盾问题，在保证各方面独立性的同时，又能发挥他们的协调效应。并且该优化方法还具有动态性和开放性，可通过调整评价指标、经典域和节域来平衡模型，使道路养护工作人员可以根据实际情况的需要来进行改进和完善，从而有效地选出最优的钢桥面铺装给可持续性养护方案。
附图说明
图1显示了本发明一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法的流程图。
图2显示了本发明中定量评估模型的结构图。
图3显示了本发明具体实施方式中待评估路段的原始铺装结构。
其中有：
1.喷砂层；2.环氧富锌漆；3.防水粘接层；4.沥青混凝土铺装下层；5.高黏沥青粘接层；6.沥青混凝土铺装上层。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
本发明以某钢桥面铺装出现横向裂缝、纵向裂缝和车辙病害为例进行详细说明。其中，某钢桥面路段总长870m，铺装结构见图3，从下至上依次包括喷砂层1、环氧富锌漆2、防水粘接层3、沥青混凝土铺装下层4、高黏沥青粘接层5和沥青混凝土铺装上层6。其中，喷砂层1用于除锈，环氧富锌漆的粒径为60～80μm，沥青混凝土铺装下层和沥青混凝土铺装上层的沥青混凝土型号均为SMA-05，铺装厚度分别为2.5cm和3cm。
对于横向裂缝与纵向裂缝病害的检测方法为：采用路面损坏视频检测系统，以正常的行车速度纵向连续检测路面，横向检测宽度为整个检测车道宽度，检测设备能够分辨约1mm的路面裂缝。路面裂缝数据处理采用人机结合的方式，可以准确识别路面裂缝，确定裂缝空间位置，并计算获得裂缝的长度、宽度、面积，统计路面裂缝数据，检测结果以10m为单位长期保存。采用该方法统计到横向裂缝126.1m，主要裂缝宽度超过6mm；纵向裂缝共计166.2m，主要裂缝宽度超过8mm。
对于车辙病害的检测方法：采用激光图像式车辙仪，以正常的行车速度纵向连续检测路面，统计车辙深度RD，以公里为单元计算路面车辙深度指数SDVDI，检测结果以10m为单位长期保存。采用该方法检测得到该路段的部分车辙深度超过15mm。
2014年对该路段采用的铣刨重铺双层高黏高弹SMA-05沥青混凝土的养护方案(养护方案)，具体如表1所示。
表1待评估的养护方案
如图1所示，一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法，包括如下步骤。
步骤1、建立定量评估模型：如图2所示，定量评估模型包括目标层、准则层和指标层；其中，目标层为待评估钢桥面铺装修复后方案定量评估总得分QA；准则层包括经济性、环保性、施工效率和使用效果四个因素；指标层具有八个指标，分别为与经济性对应的平均成本、与环保性对应的平均碳排放、与施工效率对应的封闭交通时间和工艺成熟度、与使用效果对应的平整度、裂缝、车辙和抗滑性；其中，QA的计算公式为：
QA＝EI×ω1+EPI×ω2+ST×ω3+TM×ω4+SR×ω5+IRI×ω6+PCR×ω7+SDVDI×ω8
式中，EI、EPI、ST、TM、SR、IRI、PCR和SDVDI分别为平均成本得分、平均碳排放得分、封闭交通时间得分、工艺成熟度得分、抗滑性得分、平整度得分、裂缝率指标得分和车辙中竖向变形指数得分。
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8分别为平均成本权重、平均碳排放权重、封闭交通时间权重、工艺成熟度权重、抗滑性权重、平整度权重、裂缝率权重和竖向变形指数权重。
步骤2、获取指标得分：在养护方案使用1年后，采用计算或专家打分的方法，分别获取指标层中八个指标EI、EPI、ST、TM、SR、IRI、PCR和SDVDI的得分。
一、上述平均成本得分EI的计算公式为：
其中：
式中，AMC为养护方案的平均养护成本，单位：万元/m2；
ACC为采用养护方案钢桥面铺装的平均建设成本，单位：万元/m2，已知值。
TMC为养护方案的总养护成本，单位：万元。
Sl为养护方案的使用寿命，单位：年。
Ma为养护方案的施工面积，单位：m2。
本实施例中，ACC优选取1500元/m2，养护方案的总成本TMC为355万元，施工路段长度为870m，施工路段宽度为3.5m，养护方案使用寿命为5年，代入上式计算得到AMC＝0.0233，EI＝84.47。
二、上述平均碳排放得分EPI的计算公式为：
其中：
式中，ACE为养护方案的平均碳排放数值，单位：kg/m2；
ACERV为养护方案的平均碳排放基准值，已知值，优选为28.98kg/m2。
QMa为养护方案在养护阶段碳排放量，单位：kg。
Ma为养护方案的施工面积，单位m2。
本方法中选用平均碳排放大小作为环保性评价指标，本阶段碳排放分两部分，一部分为维修养护所消耗材料和能源而造成的碳排放，另一部分为因维修养护行为所造成的交通延误而带来的交通碳排放增量，因而：
QMa＝QMc+QDe
其中，QMc——交通基础设施运营养护阶段维修养护行为造成的碳排放。
QDe——交通基础设施运营养护阶段交通延误造成的碳排放。
上述QMc和QDe的计算表达式分别为为：
QMc＝EFRe×MC+∑iEFPr,i×MCi+EFTr×MC×L+EFAp×MC+EFAt×MC×L+EFCo×MC
QDe＝CDe×L×T
式中，EFRe——铣刨单位质量旧路面的碳排放因子，单位CO2 eq/t。
EFPr,i——生产单位质量第i种材料的碳排放因子，单位CO2 eq/t。
EFTr——原材料单位质量运输距离的碳排放因子，单位CO2eq/(t*km)。
EFAp——生产单位质量混合料的碳排放因子，单位CO2 eq/t。
EFAt——混合料单位质量运输距离的碳排放因子，单位CO2eq/(t*km)。
EFCo——摊铺碾压单位质量混合料碳排放因子，单位CO2 eq/t。
MC——养护时消耗材料总质量，单位t。
MCi——养护时消耗第i种材料的质量，单位t。
L——运输距离，单位Km。
T——养护施工方案封闭交通时间，单位天。
CDe——交通延误的碳排放系数，通常情况下取2.636。
本实施例中，养护路段长度870m，养护路段宽度3.5m，材料总厚度5.5mm，沥青用量2595t，集料为36146t，矿粉为4634t，养护施工天数5天，运输距离50km，沥青材料生产阶段碳排放因子为295.91，零部件生产阶段碳排放因子20.736，代入公式计算得到EPI＝81。
三、上述封闭交通时间得分和工艺成熟度得分均采用专家打分法获得。
A、为了便于对工艺成熟度进行评价，根据相关研究制定出的工艺成熟度的评价标准，评价标准如表2所示。在进行养护评价时，在评价体系中输入工艺成熟度的评价等级，根据评价标准的评价等级可以得到工艺成熟度的得分，代入数值即可。
表2工艺成熟度的评价标准
评价等级 优 良 中 次 差
工艺成熟度得分 100 90 80 70 60
工艺成熟度的评价标准参考表如下表3所示：
表3评价标准参考表
本实施例中，由于铣刨重铺SMA-05施工技术在国内较为常见且该施工单位经手过较多类似的项目数量，所以工艺成熟度得分为100分。
B、为了在对不同养护方案进行评价时便于将封闭交通时间这一指标代入体系内进行计算，现将封闭交通时间这一指标进行量化打分，如表4所示。
表4封闭交通时间得分
该养护方案的施工天数为5天，所以封闭交通时间指标得分为81.44分；
四、上述抗滑性得分SR为路面抗滑性能指数得分SRI或路面磨耗指数得分PWI。
当SR为路面抗滑性能指数得分SRI时，SRI的计算公式为：
式中：SFC为各车道平均横向力系数的加权平均值；
SRImin为标定参数，已知值，优选35.0。
a0和a1均为已知常量，分别为28.6和-0.105；
当SR为路面磨耗指数得分PWI时，PWI的计算公式为：
其中：
式中：WR为路面磨耗值。
a2和a3均为已知常量，分别为1.696和0.785。
MPDC——路面构造深度基准值，采用无磨损的车道中线路面构造深度，单位：mm。
MPDL——左轮迹带的路面构造深度，单位：mm。
MPDR——右轮迹带的路面构造深度，单位：mm。
本实施例中，选取路面抗滑性能指数SRI进行评价，根据业主提供的横向力系数SFC数据可以计算出SRI，该养护路段使用一年后的横向力系数SFC数据可以从2015年的定检报告中查到，定检报告中的病害数据是以10m为单位进行汇总的，见表5：
表5养护路段构造深度数据
桩号 平均横向力系数
上行方向K88+150-K88+735主车道 69.95
下行方向K88+300-K88+150超车道 59.53
下行方向K88+735-K88+600超车道 60.98
加权平均横向力系数SFC 63.49
进一步，本实施例中，代入SFC＝63.49可以计算得到该路段加权平均铺装层抗滑性能指数SRI＝97.72。
五、上述平整度得分IRI根据国际平整度指数等级进行确定
路面平整度是反映路面在行驶质量方面所提供服务能力的重要指标，调查指标为国际平整度指数IRI，该数据可以从修复后使用1年的钢桥面铺装定检数据中查到，见表6
表6养护路段IRI数据
《公路技术状况评定标准》将国际平整度指数IRI分为优、良、中、次、差五个等级，分别为≤2.3m/km、2.3～3.5m/km、3.5～4.3m/km、4.3～5.0m/km、>5.0m/km国际平整度指数IRI分级标准见表7。
表7国际平整度指数IRI分级标准
IRI等级 优 良 中 次 差
IRI数值 ≤2.3m/km 2.3～3.5m/km 3.5～4.3m/km 4.3～5.0m/km >5.0m/km
体系得分 100 90 80 70 60
所以，本实施例中，当前养护方案的平整度得分为100分。
六、上述裂缝率指标得分PCR的计算公式为：
式中：Ac为裂缝病害折算面积，影响宽度取0.3m；A为调研区域的总面积，m2。
本实施例中，一年后该路段的裂缝数据如表8所示：
表8养护路段裂缝数据
桩号 裂缝总长度m
上行方向K88+150-K88+735主车道 53.1
下行方向K88+300-K88+150超车道 0
下行方向K88+735-K88+600超车道 0
养护路段长度870m，养护路段宽度3.5m，代入上式得：
PCR＝100-53.1×0.3/3045＝99.99。
七、上述竖向变形指数得分SDVDI的计算公式为：
式中：RD——车辙深度，单位：mm。
本实施例中，该养护路段使用一年后的车辙数据可以从2015年的定检报告中查到，定检报告中的病害数据是以10m为单位进行汇总的，计算定检报告中上行方向K58+150-K58+735主车道平均车辙深度为6.44mm，下行方向K58+300-K58+150超车道平均车辙深度为5.35mm，下行方向K58+735-K58+600超车道平均车辙深度为5.05mm，对三个车道的平均车辙深度数据进行加权平均可以得到该路段的加权平均车辙深度6.04mm，车辙数据见表9：
表9养护路段车辙数据
桩号 平均车辙深度mm
上行方向K58+150-K58+735主车道 6.44
下行方向K58+300-K58+150超车道 5.35
下行方向K58+735-K58+600超车道 5.05
加权平均车辙深度 6.04
进而得到：SDVDI＝96-4*6.04＝71.84
步骤3、计算指标权重：利用AHP层次分析法，得到ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8的方法，优选包括如下步骤。
步骤3a、设计调查问卷：调查问卷中需包括准则层中四个因素分别在当前养护方案中的重要性打分、施工效率中两个指标分别对施工效率的重要性打分、以及使用效果中四个指标分别对使用效果的重要性打分。
步骤3b、选择打分专家：打分专家需包括钢桥面沥青铺装工程技术方、桥梁铺装层养护管理人员和使用方；技术方包括研究学者、施工单位工作人员和设计咨询人员。
根据评价方法要求，专家需涵盖不同工作性质、从事工程年限的人员。本研究选取从事钢桥面沥青铺装工程技术方9人，桥梁铺装层养护管理人员2人，使用方2人。技术方包括研究学者4人，施工单位3，设计咨询人员2人，详见表10。
表10专家工作类型与人数关系表
工作类型 技术方 管理人员 使用方
人数 9 2 2
步骤3c、打分及统计评分结果：向步骤3b选择的打分专家发放步骤3a设计的调查问卷，并对准则层中四个因素、施工效率中两个指标、以及使用效果中四个指标，分别统计每个因素或每个指标的绝对得分以及单项平均值，具体如表11～表13所示。
表11准则层绝对得分
表12使用效果指标层绝对得分
序号 抗滑性 平整度 裂缝率指标 竖向变形指标
1 10 4 6 4
2 9 8 6 6
3 10 8 6 8
4 10 10 8 8
5 9 9 9 9
6 10 8 10 10
7 8 6 6 7
8 10 4 6 7
9 8 9 8 9
10 9 8 9 8
11 10 4 8 10
12 10 10 10 10
13 8 8 6 8
平均值 9.47 7.2 7.3 7.6
表13施工效率指标层平均值
步骤3d、确定准则层权重
(1)根据步骤3c中获得的准则层中四个因素的单项平均值，通过平均值之间的比较，例如环保性相对于经济性的重要性为5.4/7.6＝0.71。以此类推，将每个绝对平均值进行两两比较可以构建表14所示的准则层判断矩阵。
表14准则层的判断矩阵
(2)确定准则层权重值：运用和积分处理准则层判断矩阵数据得到准则层的权重值，如表15所示；
表15AHP层次分析结果
(3)一致性检验：利用AHP层次分析法进行权重计算时,需要进行一致性检验分析；结合特征向量可计算出最大特征根(4.000)，接着利用最大特征根值计算得到CI值(0.000)【CI＝(最大特征根-n)/(n-1)】，CI值用于下述的一致性检验使用。本次研究构建出4阶判断矩阵，对应着平均随机一致性指标表可以查询得到随机一致性RI值为0.890，RI值用于下述一致性检验计算使用。
表16一致性检验结果汇总
最大特征根 CI值 RI值 CR值 一致性检验结果
4.000 0.000 0.890 0.000 通过
本次针对4阶判断矩阵计算得到CI值为0.000，针对RI值查表为0.890，因此计算得到CR值为0.000<0.1，意味着本次研究判断矩阵满足一致性检验，计算所得权重具有一致性。
步骤3e、确定施工效率指标层权重：根据步骤3c中获得的施工效率中两个指标的单项平均值，直接统计计算得到封闭交通时间指标层权重值和工艺成熟度指标层权重值，如表17：
表17施工效率指标层权重
指标层 权重
封闭交通时间 0.52
工艺成熟度 0.48
步骤3f、确定使用效果指标层权重：根据步骤3c中获得的使用效果中四个指标的单项平均值，构建使用效果判断矩阵，进而获得抗滑性指标层权重、平整度指标层权重、裂缝指标层权重和车辙指标层权重。
(1)确定使用效果指标层判断矩阵：根据对绝对得分进行加权平均计算得到指标层得分的平均值，通过平均值之间的比较，例如平整度相对于抗滑性的重要性为7.2/9.47＝0.760，以此类推可以得到使用效果准则层四个指标层的判断矩阵如表18所示。
表18使用效果指标层的判断矩阵
抗滑性 平整度 裂缝率指标 竖向变形指数
抗滑性 1.000 1.316 1.299 1.250
平整度 0.760 1.000 0.990 0.943
裂缝率指标 0.770 1.010 1.000 0.962
竖向变形指数 0.800 1.060 1.040 1.000
(2)确定准则层权重值
运用和积分处理使用效果指标层判断矩阵数据得到指标层的权重值，如表19所示；
表19AHP层次分析结果
(3)一致性检验
利用AHP层次分析法进行权重计算时,需要进行一致性检验分析；结合特征向量可计算出最大特征根(4.000)，接着利用最大特征根值计算得到CI值(0.000)【CI＝(最大特征根-n)/(n-1)】，CI值用于下述的一致性检验使用。本次研究构建出4阶判断矩阵，对应着平均随机一致性指标表可以查询得到随机一致性RI值为0.890，RI值用于下述一致性检验计算使用。
表20一致性检验结果汇总
最大特征根 CI值 RI值 CR值 一致性检验结果
4.000 0.000 0.890 0.000 通过
本次针对4阶判断矩阵计算得到CI值为0.000，针对RI值查表为0.890，因此计算得到CR值为0.000<0.1，意味着本次研究判断矩阵满足一致性检验，计算所得权重具有一致性。
步骤3g、确定ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8，具体确定结果为：
ω1等于步骤3d中经济性对应的准则层权重值。
ω2等于步骤3d中环保性对应的准则层权重值。
ω3为步骤3d中施工效率对应准则层权重值与步骤3e中封闭交通时间指标层权重值的乘积。
ω4为步骤3d中施工效率对应准则层权重值与步骤3e中工艺成熟度指标层权重值的乘积。
ω5为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中抗滑性指标层权重的乘积。
ω6为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中平整度指标层权重的乘积。
ω7为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中裂缝指标层权重的乘积。
ω8为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中车辙指标层权重的乘积。
本实施例中，合成得到最终评估体系的权重值，如表21所示。
表21指标层权重
步骤4、计算QA：将步骤2获取的指标得分以及步骤3计算的指标权重，分别代入步骤1中建立的QA计算公式中，从而计算得到QA值。
本实施例中，计算后的QA值为：
QA＝84.87×0.2564+81×0.1819+81.44×0.1294+100×0.1194+97.72×0.0940+100×0.0714+99.99×0.0723+81.84×0.0753＝88.69
步骤5、量化评估：将步骤4得到的QA值，与养护方案使用1年后的设定优级阈值，进行比较，从而判断养护方案在使用1年后的等级。其中，设定优级阈值，如下表22所示。
表22评级为优的标准
使用时间 使用1年后 使用2年后 使用3年后
优的标准 量化得分>95 量化得分>85 量化得分>70
步骤5、重复步骤，获得钢桥面铺装在使用养护方案的2年后和3年后的等级；当获得的三个等级中，至少有两个及以上为优级时，则判断当前养护方案为对应类型病害的较佳维修方案，予以推广；否则，判断为次级维修方案。
本实施例中，计算得到使用两年后的量化得分为85.23；使用三年后的量化得分为74.35，三年的评估得分中有两个可以评定为优，所以该方案为较佳维修方案，在今后该桥面铺装出现类似的病害时可以直接选择该方案进行修复。当后续有不同方案需要比选时，可以通过QA的对比来进行，也可分别计算出经济性、环保性、施工效率和使用效果的分项分数，这样如果未来希望选出一个成本低或环保型的方案，也可以直接通过分项指标来优选方案。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、建立定量评估模型：定量评估模型包括目标层、准则层和指标层；其中，目标层为待评估钢桥面铺装养护后方案定量评估总得分QA；准则层包括经济性、环保性、施工效率和使用效果四个因素；指标层具有八个指标，分别为与经济性对应的平均成本、与环保性对应的平均碳排放、与施工效率对应的封闭交通时间和工艺成熟度、与使用效果对应的平整度、裂缝、车辙和抗滑性；其中，QA的计算公式为：
QA＝EI×ω1+EPI×ω2+ST×ω3+TM×ω4+SR×ω5+IRI×ω6+PCR×ω7+SDVDI×ω8式中，EI、EPI、ST、TM、SR、IRI、PCR和SDVDI分别为平均成本得分、平均碳排放得分、封闭交通时间得分、工艺成熟度得分、抗滑性得分、平整度得分、裂缝率指标得分和车辙中竖向变形指数得分；
ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8分别为平均成本权重、平均碳排放权重、封闭交通时间权重、工艺成熟度权重、抗滑性权重、平整度权重、裂缝率权重和竖向变形指数权重；
步骤2、获取指标得分：在养护方案使用1年后，采用计算或专家打分的方法，分别获取指标层中八个指标EI、EPI、ST、TM、SR、IRI、PCR和SDVDI的得分；
步骤3、计算指标权重：利用AHP层次分析法，计算得到ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8；
步骤4、计算QA：将步骤2获取的指标得分以及步骤3计算的指标权重，分别代入步骤1中建立的QA计算公式中，从而计算得到QA值；
步骤5、量化评估：将步骤4得到的QA值，与养护方案使用1年后的设定优级阈值，进行比较，从而判断养护方案在使用1年后的等级；
步骤6、重复步骤2至步骤5，获得钢桥面铺装在使用养护方案的2年后和3年后的等级；当获得的三个等级中，至少有两个及以上为优级时，则判断当前养护方案为对应类型病害的较佳维修方案，予以推广；否则，判断为次级维修方案。
2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，平均成本得分EI的计算公式为：
其中：
式中，AMC为养护方案的平均养护成本，单位：万元/m2；
ACC为采用养护方案钢桥面铺装的平均建设成本，单位：万元/m2，已知值；
TMC为养护方案的总养护成本，单位：万元；
Sl为养护方案的使用寿命，单位：年；
Ma为养护方案的施工面积，单位：m2。
3.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，平均碳排放得分EPI的计算公式为：
其中：
式中，ACE为养护方案的平均碳排放数值，单位：kg/m2；
ACERV为养护方案的平均碳排放基准值，已知值；
QMa为养护方案在养护阶段碳排放量，单位：kg；
Ma为养护方案的施工面积，单位m2。
4.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，封闭交通时间得分和工艺成熟度得分均采用专家打分法获得。
5.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，抗滑性得分SR为路面抗滑性能指数得分SRI或路面磨耗指数得分PWI；
当SR为路面抗滑性能指数得分SRI时，SRI的计算公式为：
式中：SFC为各车道平均横向力系数的加权平均值；
SRImin为标定参数，已知值；
a0和a1均为已知常量；
当SR为路面磨耗指数得分PWI时，PWI的计算公式为：
其中：
式中：WR为路面磨耗值；
a2和a3均为已知常量；
MPDC——路面构造深度基准值，采用无磨损的车道中线路面构造深度，单位：mm；MPDL——左轮迹带的路面构造深度，单位：mm；
MPDR——右轮迹带的路面构造深度，单位：mm。
6.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，平整度得分IRI根据国际平整度指数等级进行确定；国际平整度指数等级分别为优、良、中、次、差；优、良、中、次、差对应的平整度得分IRI分别为100分、90分、80分、70分和60分。
7.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，裂缝率指标得分PCR的计算公式为：
式中：Ac为裂缝病害折算面积，影响宽度取0.3m；
A为调研区域的总面积，m2。
8.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，竖向变形指数得分SDVDI的计算公式为：
式中：RD——车辙深度，单位：mm。
9.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤3中，利用AHP层次分析法，计算得到ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8的方法，包括如下步骤：
步骤3a、设计调查问卷：调查问卷中需包括准则层中四个因素分别在当前养护方案中的重要性打分、施工效率中两个指标分别对施工效率的重要性打分、以及使用效果中四个指标分别对使用效果的重要性打分；
步骤3b、选择打分专家：打分专家需包括钢桥面沥青铺装工程技术方、桥梁铺装层养护管理人员和使用方；技术方包括研究学者、施工单位工作人员和设计咨询人员；
步骤3c、打分及统计评分结果：向步骤3b选择的打分专家发放步骤3a设计的调查问卷，并对准则层中四个因素、施工效率中两个指标、以及使用效果中四个指标，分别统计每个因素或每个指标的绝对得分以及单项平均值；
步骤3d、确定准则层权重：根据步骤3c中获得的准则层中四个因素的单项平均值，构建准则层判断矩阵，进而获得准则层中四个因素的权重值；
步骤3e、确定施工效率指标层权重：根据步骤3c中获得的施工效率中两个指标的单项平均值，直接统计计算得到封闭交通时间指标层权重值和工艺成熟度指标层权重值；
步骤3f、确定使用效果指标层权重：根据步骤3c中获得的使用效果中四个指标的单项平均值，构建使用效果判断矩阵，进而获得抗滑性指标层权重、平整度指标层权重、裂缝指标层权重和车辙指标层权重；
步骤3g、确定ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7和ω8，具体确定结果为：
ω1等于步骤3d中经济性对应的准则层权重值；
ω2等于步骤3d中环保性对应的准则层权重值；
ω3为步骤3d中施工效率对应准则层权重值与步骤3e中封闭交通时间指标层权重值的乘积；ω4为步骤3d中施工效率对应准则层权重值与步骤3e中工艺成熟度指标层权重值的乘积；ω5为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中抗滑性指标层权重的乘积；
ω6为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中平整度指标层权重的乘积；
ω7为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中裂缝指标层权重的乘积；
ω8为步骤3d中使用效果对应准则层权重值与步骤3f中车辙指标层权重的乘积。
10.根据权利要求1所述的钢桥面铺装养护方案的后评估方法，其特征在于：步骤2中，每个指标得分均采用百分制；步骤5中，养护方案使用1年后的设定优级阈值为95分；步骤6中，养护方案使用2年后和3年后的设定优级阈值分别为85分和70分。
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