一种沥青路面可持续性养护方案优化方法技术

本发明专利技术涉及一种沥青路面可持续性养护方案的优化方法，属于道路工程技术领域，针对目前沥青路面可持续性养护方案决策存在主观性强、决策指标无法量化等问题，从养护方案的不同角度出发，分别构建了路面养护方案路面使用性能、环境影响、经济费用、技术水平模型；选用德尔菲法收集数据，然后利用层次分析法对数据进行定量分析，得到路面使用性能、环境影响、经济费用、技术水平等目标的权重，最后，引入物元分析方法，对各沥青路面养护方案进行优选排序，求得沥青路面可持续性养护方案最优解。本发明专利技术提供一种可减少主观影响，综合考虑多属性决策的新方法，为沥青路面可持续性养护方案优选提供科学计算方法及新思路。选提供科学计算方法及新思路。选提供科学计算方法及新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青路面可持续性养护方案优化方法


[0001]本专利技术涉及一种沥青路面可持续性养护方案优化方法，属于道路工程


技术介绍

[0002]据统计至2021年末全国公路总里程528.07万公里，比上年末增加8.26万公里，其公路养护里程总量达525.16万公里，占公路总里程比重的99.4％。在公路行业快速发展的同时，资源枯竭、气候变化、环境污染等问题也日益引起人们关注，绿色可持续发展正成为新的趋势和时代潮流。公路基础设施作为国民经济发展的基础和命脉，毫无疑问是资源占用和能源消耗大户。沥青路面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，也是我国各等级公路的主要铺装方式。沥青路面的使用性能在车辆荷载和外界环境的作用下，会逐渐降低，直至达到路面的大中修。为了保证道路使用者的舒适性和安全性，需定期对沥青路面进行养护维修。具体养护维修方案大多根据路面的病害检测结果，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。现有方案优化方法的决策过程更多依托于工程师个人经验，在多地虽然取得了较好的效果，但不是基于一套科学合理的优化方法，所以已实施的养护维修方案，并不一定为最优方案。
[0003]具体存在以下问题：1)缺乏全面的方案比选体系。现有方案比选体系，大多依据工程师自身经验一味追求基本的路用性能，缺少对环境、经济和技术标准的综合考量；2)缺乏科学的比选方法。在实际工程中，往往需要考虑方案对环境的影响、经济费用预算、方案技术水平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。由此可见，当前缺少一种考虑全面、科学合理的公路沥青路面可持续性养护方案的优化方法。
[0004]鉴于此，为了在方案比选时，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，目前亟需提出一种可同时考虑多个目标、并在众多方案中优选出最佳方案的沥青路面可持续性养护方案优化方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术得目的是提供一种沥青路面可持续性养护方案的优化方法的新方法。该方法综合考虑了路面使用性能、环境影响、经济费用投资、技术施工水平，建立了沥青路面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沥青路面养护方案。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种沥青路面可持续性养护方案的优化方法，包括以下步骤：
[0008]S1、构建沥青路面可持续性养护方案路面使用性能模型，路面使用性能模型包括路面损坏(PCI)、道路平整度(RQI)、结构强度(PSSI)、抗滑性能(SRI)、道路车辙(RDI)、路面跳车(PBI)、路面构造深度(PWI)等综合考量；
[0009]S2、构建沥青路面可持续性养护方案环境影响模型，考虑不同养护方案的原材料消耗、施工活动和交通延误产生的空气污染物排放量，计算CO2、CO、NO2、SO2和PM
10
等常见空气污染物排放量；
[0010]S3、构建沥青路面可持续性养护方案经济费用模型，经济费用模型包括处理路基病害的成本、加铺路面结构层的成本、施工机械成本、人工成本和后期维护费用；
[0011]S4、构建沥青路面可持续性养护方案技术水平模型，技术水平模型仅考虑技术使用年限；
[0012]S5、选用德尔菲法收集路面使用性能、环境影响、经济费用、技术水平等目标的相对重要性；
[0013]S6、根据收集到的相对重要性结果，采用层次分析法获取沥青路面可持续性养护方案关于这4个目标的权重
[0014]S7、引入物元分析模型对已有方案进行综合评价，最后对比各方案综合评价指数的大小，优选出沥青路面养护的最优方案。
[0015]步骤S1中一种沥青路面可持续性养护方案的路面使用性能指数PQI为：Z
PQI
＝w
PCI
PCI+w
RQI
RQI+w
RDI
RDI+w
PSSI
PSSI+w
MPD
MPD+w
PBI
PBI+w
SRI
SRI
[0016]式中：w
PCI
为评价结构完整性的权重、w
RQI
为评价道路舒适性的权重、w
PSSI
为评价道路结构承载力的权重、w
SRI
为评价道路安全性的权重、w
RDI
为评价沥青路面车辙的权重、w
PBI
为评价路面跳车的权重、w
PWI
为评价路面磨耗的权重；PCI为路面损坏状况指数、RQI为路面行驶质量指数、PSSI为路面结构强度指数、SRI为抗滑性能指数、RDI为路面车辙深度指数、PBI为路面跳车指数、PWI为路面磨耗指数。
[0017]步骤S2中大中修过程中空气污染物排放量总和为：
[0018]min Z2＝E
mc
+E
sg
+E
td
[0019]式中：Z1为空气污染物排放量的最小值；E
mc
为材料材料物化空气污染物排放量，E
sg
为原材料生产阶段、材料运输阶段、拌合阶段、摊铺阶段以及碾压和养生阶段所涉及的所有空气污染物排放量；E
td
为由交通延误产生的空气污染物排放量；
[0020]步骤S3中大中修活动中成本的公式如下：
[0021]minZ3＝BC+OC+MC+HC
[0022]式中：BC为处理路基病害成本；OC为每种养护方案中加铺不同结构层的费用；MC为每种养护方案中施工器械和人工成本；HC为每种养护方案在运营阶段所需成本；
[0023]步骤S4中方案技术水平主要参考施工团队掌握该施工技术年限。
[0024]该优化方法同样适用于水泥混凝土路面和砂石路面；在水泥混凝土路面可持续性养护方案优选中，路面使用性能模型仅包括路面损坏(PCI)、道路平整度(RQI)、结构强度(PSSI)、抗滑性能(SRI)；在砂石路面可持续性养护方案优选中，路面使用性能模型仅包括路面损坏(PCI)；在构建可持续性养护方案路面使用性能模型时，若某一项不参与考量，这该权重取0；
[0025]步骤S5中德尔菲法主要目的为在一个较为离散的背景下，通过一个组织交互过程，有组织地、系统地收集每个受访者的意见；所述受访人群包括道路管理部门、研究专家和道路使用者，每个群体3人，一共9人分别独立完成调查问卷；所述调查问卷的结果将用于
所述S6中层次分析法；
[0026]优选的，所述步骤S6具体包括：
[0027]S601：根据步骤S5中德尔菲法所得可持续性评价指标得相对重要程度，建立判断矩阵A：
[0028][0029]式中，a
j
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沥青路面可持续性养护方案的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、构建沥青路面可持续性养护方案路面使用性能模型，所述路面使用性能模型包括路面损坏、道路平整度、结构强度、抗滑性能、道路车辙、路面跳车、路面构造深度综合考量；S2、构建沥青路面可持续性养护方案环境影响模型，考虑不同养护方案的原材料消耗、施工活动和交通延误产生的空气污染物排放量，计算CO2、CO、NO2、SO2和PM
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常见空气污染物排放量；S3、构建沥青路面可持续性养护方案经济费用模型，经济费用模型包括处理路基病害的成本、加铺路面结构层的成本、施工机械成本、人工成本和后期维护费用；S4、构建沥青路面可持续性养护方案技术水平模型，技术水平模型考虑技术使用年限；S5、选用德尔菲法收集路面使用性能、环境影响、经济费用、技术水平目标的相对重要性；S6、根据收集到的相对重要性结果，采用层次分析法获取沥青路面可持续性养护方案关于路面使用性能、环境影响、经济费用、技术水平目标的权重S7、引入物元分析模型对已有方案进行综合评价，最后对比各方案综合评价指数的大小，优选出沥青路面养护的最优方案。2.根据权利要求1所述的一种沥青路面可持续性养护方案的优化方法，其特征在于：所述S1中路面使用性能指数PQI为：Z
PQI
＝w
PCI
PCI+w
RQI
RQI+w
RDI
RDI+w
PSSI
PSSI+w
MPD
MPD+w
PBI
PBI+w
SRI
SRI式中：w
PCI
为评价结构完整性的权重，w
RQI
为评价道路舒适性的权重，w
PSSI
为评价道路结构承载力的权重，w
SRI
为评价道路安全性的权重，w
RDI
为评价沥青路面车辙的权重，w
PBI
为评价路面跳车的权重，w
PWI
为评价路面磨耗的权重；PCI为路面损坏状况指数，RQI为路面行驶质量指数，PSSI为路面结构强度指数，SRI为抗滑性能指数，RDI为路面车辙深度指数，PBI为路面跳车指数、PWI为路面磨耗指数。3.根据权利要求1所述的一种公路大中修沥青路面养护方案的优化方法，其特征在于：所述S2中空气污染物排放量总和为：min Z2＝E
mc
+E
sg
+E
td
式中：Z1为空气污染物排放量的最小值；E
mc
为材料材料物化空气污染物排放量，E
sg
为原材料生产阶段、材料运输阶段、拌合阶段、摊铺阶段以及碾压和养生阶段所涉及的所有空气污染物排放量；E
td
为由交通延误产生的空气污染物排放量。4.根据权利要求1所述的一种公路大中修沥青路面养护方案的优化方法，其特征在于：所述S3中经济费用模型的公式如下：minZ3＝BC+OC+MC+HC式中：BC为处理路基病害成本；OC为每种养护方案中加铺不同结构层的费用；MC为每种养护方案中施工器械和人工成本；HC为每种养护方案在运营阶段所需成本。5.根据权利要求1所述的一种沥青路面可持续性养护方案的优化方法，其特征在于：所述S6具体包括：S601：根据步骤S5中德尔菲法所得可...

【专利技术属性】
技术研发人员：马士宾，蒋佳俊，盖茜，岳峰，刘永烽，李伟，李云华，杨小宾，吕振强，张永利，闫伟阳，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：