沥青路面养护决策与时机确定

沥青路面有多种预防性养护处治方案，各种处治方案的应用时机决定了它们是否是预防性或矫正性养护处治方案。为了解决预防性养护时机问题，FHWA资助了专门的项目NCHRPPI4-14（The National Cooperative Highway Research Program Project I4-14）。同时，AASHTO、FP2和FHWA用三年的时间另外再投资35万美元来支持预防性养护时机选择的研究项目。

目前，路面预防性养护时机的选择方法主要有：基于时间/路况的方法、费用效益分析法、寿命周期效益分析法、决策树法/决策矩阵法、排序法和基于老化的方法等，下面分别叙述各种方法的特点及应用情况。

1.基于时间/路况的方法

一个合理的养护维修方案可以提供一个最具成本效益的养护措施，一般根据路面类型状况和其他重要因素确定。适当的养护措施需要正确的养护时机以保证路面达到设计功能，并保证养护项目最具成本效益。预防性养护是为了保持路面良好的使用功能，使其不致出现功能失效而进行的养护。因此预防性养护的理论研究就必须弄清楚路面功能失效的时间，养护应在路面功能还处于一定水平时进行。基于此，国外提出了基于路况的预防性养护技术，即采取预防性养护措施的时候，从路面的实际破坏状况出发，找出进行预防性养护的临界破坏状态。路面使用状况是由路况调查和无破损试验联合确定的。目前，使用的路况调查方法有许多类型，它们可以提供很多有意义的信息，借此可确定需要进行养护处治的位置。路况调查，加上无破损试验（如果需要），为确定路网中需要处治的路面和实施处治的时机提供了一个合理的依据。

随着路面使用期的延长，沥青会不断老化，路面的服务能力不断下降，当路面质量下降到一定程度，路面使用年限达到路面寿命的临界状态之时，路面的服务状况急剧下降，路面的裂缝增多、坑槽增大，路面颜色变浅，为了及时制止沥青路面状况的进一步恶化，可在临界点之前进行预防性养护，使路面的服务水平维持在较好的水平，延长路面使用寿命，减少养护成本。

一个机构可以采用决策过程来为一个具体工程确定处治的时机。应用路面状况调查的结果（不论用什么方法）按照1～100的规模，由初期的限制可演变为确定实施一种处治类型的时机。当然，预防性养护的概念就是要在路面使用寿命的早期确定一个经济的处治方案，以保持路况和尽可能延长路面的寿命。

美国PAVER路面管理系统采用路面状况指数（PCI）综合表征路面的结构完整性和行驶状况，并建立了路况等级、PCI值和养护对策之间的关系。可以看出国外对路面养护的要求是很高的，当路况还处于优、良状态的时候就应该开始进行预防性养护，在路面状况评价为良、中时便需要进行大中修和改建。另外还有美国的HSRM（Highway Sufficiency Rating Manual）评分体系，该体系建议路面预防性养护需在6分及以上时进行，刚性路面的预防性养护需在8分及以上时进行。

基于时间/路况的养护时机确定方法在路面管理系统中应用并不广泛，尤其是在目前国内高速公路沥青路面的早期破坏（主要体现为功能性破坏）现象突出并且破坏速度很快的情况下，采用这种方法确定预防性养护时机还有一定的困难。

2.费用效益分析法

对于预防性养护来说，如果养护措施在最佳时间前应用，则对路面性能提高幅度较小，但是由此发生的费用也较小；如果养护措施在最佳时间后应用，则对路面性能提高幅度较大，但是由此发生的费用也较大。因此，采用费用效益分析法来确定路面工程预防性养护措施最佳实施时机是符合“3R养护思想”的。费用效益分析法是用效益与费用的比值来衡量的。费用采用单价的形式，如元/m2，效益是根据预防性养护后，期望延长的路面寿命或性能曲线下增加的面积来表示的。路面预防性养护措施实施后必然会导致路面性能发生变化，从而性能曲线也将发生变化，性能曲线是由路面数据（如路况、荷载、气候和维修养护）来确定的。

每一种方案的费用都根据管理部门费用和用户费用来确定。管理部门费用包括设计费、初期修建费、养护费、改建费和残值，用户费用包括车辆运营费、延误费、行程时间费和事故费。应用费用效益分析方法来对所选的预防性养护措施和时机进行分析。最佳预防性养护时机是基于效益费用比得到的。最佳养护时机就是在费用最小而效益最大时的养护时机，即效益费用比B/C最大时的养护时机。为了使效益费用比的实际值更有意义，采用有效性指标（effectiveness index，EI）来评价。有效性指标是指每个方案的效益费用比与最大的效益费用比的比值。效益费用比最大的有效性为100，有效性指标计算见式（8.1）。

式中：EIi——第i个时间方案的有效性指标；

（B/C）i——第i个方案的效益费用比；

（B/C）max——养护时间方案中最大的效益费用比。

最后就是分析不同养护时机时各养护方案的效益和费用，效益费用比最大的就是最佳养护时机。有效性指标最大（即EI=100）的方案就是最佳养护时机方案。(www.xing528.com)

3.寿命周期效益分析法/寿命周期费用分析法

在1960年，美国AASHTO提出基于寿命周期分析的概念，1986年和1993版的《AASHTO路面结构设计指南》都推荐采用这种分析方法，并讨论了寿命周期分析包括的费用。得克萨斯州交通运输部在1996年进行了“刚性路面的寿命周期费用分析”项目的研究，建立了综合的、模块化的寿命周期分析方法，可以评价现有的和未来的路面项目。

寿命周期效益分析法的主要目的是为投资成本确定最佳值，即获得满足所要求性能目标寿命周期内费用最低的方案。这种方法目前应用比较广泛，常常用于路面大、中修及改建的方案选择。预防性养护是一种推迟高成本的修复和重建措施的方案，需要提前支付养护费用，并且在不同时期支付同样的养护费用时具有不同的养护效益和经济价值，因此有必要进行寿命周期内的经济分析。

寿命周期费用分析（life-cycle cost analysis，LCCA）是在一定时期内，分析某一路段的初期建设费用和以后的养护折算费用来评价其经济价值的过程。寿命周期费用分析有两种方法：①将分析期内不同时间支出的费用，按预定的贴现率转换为现在的费用（现值），通过转换为单一的现值，可在等值的基础上直观的比较各种方案。②采用年度成本方法确定路面养护时机，养护时间推迟得越久，修复路面所耗费的成本就越高。另外，如果路面养护频繁则会浪费不必要的资金。过早的养护（或修复）会导致更高的年度成本。当延迟养护的费用和过早养护的费用叠加在一起时便可以决定路面修复的最佳时期。各种处治措施的养护时机取决于道路的交通水平和环境因素，为尽可能地降低路面寿命周期成本，各单位应根据当地实际情况使用合适的最佳养护时机选择方法。

4.决策树法/决策矩阵法

决策树法是根据不同的决策影响因素，通过建立一定的树结构形式，将决策方案不断进行细化、分枝，并综合考虑各种组合条件，在各个分枝的枝末，给出各种组合条件限制下可能的处治对策。决策树法较直观，易于理解。在确定各种组合条件的可能对策时，通过专家调查方法，综合考虑当地工程师的经验，可以很好地与人们的主观经验相结合。

但是，随着养护决策影响因素的增多，决策树将变得越来越复杂，而且无论更改、增加或删除哪种影响因素，决策树都必须重新修订，这一过程造成了时间与资金的浪费，并使这种方法通常不能从一个管理部门移植到另一个管理部门；而且影响因素达到一定数目后，可能使决策树过于复杂而失去实用意义；另外，给定的专家决策方案只能有一个，这就使决策变得僵化、绝对化，一些好的决策方案可能遭淘汰而进不了决策树，限制了措施的革新和新措施的应用。在预防性养护措施选择时通常要考虑路面类型，路面破坏类型、范围和严重程度，费用效益等。在选取预防性养护措施的时机时还要进行场地的现场评估，而不是仅用决策树就能解决的。这些缺陷限制了该方法的应用与推广。决策矩阵法与决策树法同理，在此不再赘述。

5.排序法

预防性养护的各种特征对管理部门是十分重要的，但是有些特征不容易实现准确的量化。这些特征包括交通分布、当前预防性养护的经验及适合施工的条件等。除了效益费用比外，还可对所采取的预防性养护措施进行整体排序。排序法就是在初步确定养护项目的时间和对策后，再考虑资金等约束条件，根据路况、经济等数据计算出排序指标作为项目比较的依据。然后，根据排序指标对所有需求项目进行排序，最后根据整个排列次序进行一年或多年的项目选择决策。预防性养护时机的安排可以遵循事先设定的标准进行，可以采用使用路面状况指数PCI进行排序。当路面的PCI低于此标准时，该路段即需采取预防性养护措施。此时，预防性养护时机和措施的确定是分开考虑的，通常采用使用性能参数进行各项目的排序。

另外，也可以采用经济分析参数进行排序，此时预防性养护时机和措施的确定是同时进行的。排序法主要是一种网级方法。它在选择项目时没有考虑项目之间的效益和项目实施时间的影响。同时，用不同的标准进行排序的结果可能不同。因此，此方法不宜作为项目级预防性养护措施和时机选取的主导方法。

6.基于老化的方法

同济大学孙立军和董瑞琨从预防性养护的作用出发，提出了基于老化的沥青路面预防性养护时机的判定方法，并对沥青路面老化指标进行了深入研究。针对沥青路面的预防性养护措施进行了大量的室内老化试验，结合现场老化，提出了沥青路面的老化模式：沥青路面的老化主要体现为表面的氧化老化及路面内部的热老化。路面表面老化用薄膜烘箱试验（TFOT）+压力老化容器试验法（PAV）模拟，路面内部老化用TFOT+100℃缺氧加热模拟，试验和现场都表明路面内部老化比表面老化缓慢得多，且对于表面密封性能良好的路面，在一定的服务期内，可以不考虑路面内部的老化。这为基于沥青路面老化的预防性养护提供了理论依据。孙立军和董瑞琨还提出第一次预防性养护的时机应在相当于10～20 hPAV老化程度之前的某个时间，大致相当于路面投入使用4～8年。

基于老化的方法在确定养护时机时需采用PAV法模拟沥青路面表面老化，该项试验比较复杂，需要专门的实验设备，一般养护部门没有此实验仪器。另外，此方法确定的预防性养护时机是一个范围，没有给出确定的时间。美国的FHWA、AASHTO和FP2（The Foundation of Pavement Preservation）已经主办过多次预防性养护专题讨论会。但是，到目前为止，路面预防性养护的时机问题仍然没有得到满意的解决。