吳憲鍇
(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)
近年來,公路橋梁養護里程逐年增多,投入橋梁養護的資金也在逐年增長,養護成本尚存在降低和優化空間。針對同一橋梁病害可以有不同的養護手段,在選擇養護技術時,養護成本往往是決策者首要考慮的指標。但是,在進行養護決策時,僅考慮成本而不考慮養護技術的使用壽命,可能會致使橋梁在整個養護周期中陷入多次養護而間接增加成本[1]。所以,考慮在不同規劃期內橋梁養護技術的選擇是十分必要的。
資金的時間價值,簡單地說,就是同樣數額的資金在不同的時間點上具有不同的價值,即資金的增值特性。資金的時間價值通??梢杂觅N現率i來表示,將未來發生的維護費用折現到現在的費用,可用式(1)進行計算:
(1)
式中:Cpm—方案費用的凈現值;
Ckm—方案費用的總費用;
i—折現率;
k—方案的分析期。
單一病害下的多種養護技術在一定程度上是存在差異的,需要根據養護技術的性能和特點來篩選滿足要求的養護技術,因此,構建的指標體系是否合理、科學,將會影響評選結果的有效性。綜合考慮橋梁的技術狀況和橋梁養護技術的特點,這里分別考慮養護技術的成本、有效壽命和適用指數(即養護技術適合養護的病害嚴重程度)作為評價指標,且考慮到養護技術多次施用的成本,將有效壽命指標在成本指標換算中進行考慮[2]。
2.3.1指標初處理
成本指標按式(2)進行初處理:
(2)
式中:C0i—成本指標初處理值;
i—養護技術類型;
n—評價年;
l—養護技術的有效壽命;
ti—養護技術i的工程量;
ci—養護技術i的單價。
參考《公路橋梁技術評定標準》(JTG/T H21-2011),適用指數按以下步驟進行初處理:
第一步:病害標度轉換值,其計算公式見式(3)
A0i=100-Ui
(3)
式中:A0i—病害i適用指數的初處理值;
Ui—病害i的扣分值,扣分值見表1(取自《公路橋梁技術評定標準》(JTG/T H21-2011));
表1 病害扣分值
第二步:計算隨時間退化的適用指數初處理值,計算公式見式(4)
Aij=100-|Ai-Aj|
(4)
式中:Aij—病害i對應的養護技術j的適用指數的初處理值;
Aj—養護技術j適用指數的適用指數轉換值,取值見表2(由表1轉換而來);
表2 養護技術適用指數的適用指數轉換值
Ai—病害i隨時間變化的退化值,Ai和時間n的關系見式(5)(本式由某養護管理系統退化模型[3]擬合而來,橋梁退化曲線見圖1);
圖1 橋梁退化曲線
s0j=p1n3+p2n2+p3n+p4
(5)
p1=0.002056,p2=-0.1147,p3=-0.1757,p4=100.3
式中,n為構件技術狀況等價年,如構件的評分為80分,根據式(5)計算,此時n為14年,且從14年開始依次增加。
2.3.2評選體系
由于各評價指標數據之間的數量級和量綱不一致,不能直接使用原始數據進行評選,所以需要對數據進行歸一化處理,將它們轉換為一個綜合度量。成本指標和適用指數分別采用式(6)、式(7)進行歸一化:
(6)
(7)
式中:Dci—第i種養護技術的成本指標數據歸一化處理后的數值;
Dsi—第i種養護技術的適用指標數據歸一化處理后的數值;
dci—第i種養護技術對應的成本指標參數的數值;
dsi—第i種養護技術對應的適用指數指標參數的數值。
對數據進行處理后,將指標值與相應的權重相乘即可,這里默認的權重值為成本指標0.5,適用指數0.5。
這樣,不同規劃期內橋梁養護技術評選模型即構建完畢,評選體系為:指標初處理(相應的計算公式、歸一化處理)→權重分配(這里默認成本指標和適用指數指標權重值各0.5)→模型計算(簡單線性加權法)[4]。
某10m空心板梁一處蜂窩麻面病害,面積為0.2×1.0m2,病害標度為2,現有三種修補材料可以選用,分別為普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環氧砂漿修補,對三種維修方案進行比較,分別對3、5、10年的適用性進行分析。
表3 養護技術基本數據
根據表1、表2和式(5),蜂窩麻面病害標度為2,扣分值Ui為20,適應指數初處理值A0i為80,對應的評價年n為14,普通水泥砂漿修補、聚合物砂漿修補和環氧砂漿修補三種方法的適用指數換算值Aj分別為80、65、65。根據式(5)進行計算,構件病害隨時間的退化值Ai見表4,根據式(4)和表4進行換算,適用指數的初處理值Aij計算結果見表5。
表4 病害隨時間的退化值
表5 適用指數的初處理值
將成本指標通過公式(1)進行初處理換算,得到的結果見表6。
表6 成本指標初處理結果
通過式(6)、式(7)分別對成本和適用指數指標進行歸一化處理,并將歸一化處理后的結果按權重各0.5進行分配,通過簡單線性加權法進行加權求和,得到每種養護技術的綜合評分,見表7和圖2。
表7 養護技術綜合評分
圖2 不同規劃期的養護技術多屬性評選
從計算表格和圖表中可以看出,在為期3年的規劃期內,病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇普通水泥砂漿修補技術較好;在為期5年的規劃期內,病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補技術較好;在為期10年的規劃期內,病害標度為2的混凝土蜂窩麻面病害選擇聚合物砂漿修補技術較好。
基于橋梁構件病害和養護技術的特點,篩選橋梁養護技術優選的評價指標,并結合《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011),構建不同規劃期內橋梁養護技術的優選評價模型??舍槍Σ『Φ牟煌瑖乐爻潭?,篩選出在不同規劃期內綜合性能更佳的養護技術,輔助養護管理者進行決策,降低養護成本,提高養護效率。這里僅提供一種決策思路,決策結果的準確性還要取決于若干數據和信息的數量及準確性,還需不斷積累和進一步完善。