一种可持续的路网养护优化方法与流程

本发明属于公路养护规划技术与管理领域范畴，具体涉及一种可持续的路网养护优化方法。

背景技术

随着公路交通基础设施建设的不断完善，公路里程数量迅速增加，路面各种缺陷和损坏越来越严重，路面养护工作也越来越重要。如何分配和使用有限资金，使路网保持在一个较好的路面性能和服务水平，一直是各大管理部门和研究工作者关注的热点。作为区域公路主管部门，需要确定规划期内整个路网的养护计划，最大限度地满足人民出行需求。这就需要在有限地养护资金条件下，通过不同方案之间的决策比较，使其经济社会效益最优，进而使路网达到最佳服务水平。

在区域道路养护管理中，一个具体的路段或路网，从较长的分析期看，针对路面的具体技术状况，可以采取若干种不同的养护维修措施，每种养护维修措施对道路的改善效果、需要的费用、能源消耗和温室气体排放是不同的，在下一个分析期，路面状况与上一阶段采用的修复方式相关联，同时这一时期，又可采用不同的养护维修措施，不同养护维修措施对路面的改善效果又将与以后各阶段相关。因此路网的养护规划需要具有可持续性，这种可持续包括路面技术状况、资金、环境等各个方面。

因此，有必要开发一种可持续的路网养护优化方法，实现区域路网发展的可持续性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可持续的路网养护优化方法，在未来一定时间的养护期内，通过合理安排养护维修措施实施时机、位置及实施规模，使路网总体性能最优、资金最省，而排放及能耗造成的环境影响最小。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可持续的路网养护优化方法，包括如下步骤：步骤1：调查区域内所有道路运营年限及每公里的路面性能指数，调查区域内所采用的道路主要养护维修措施、费用、预计使用寿命、所消耗的能量及产生的温室气体排放；步骤2：保证路段每年的平均性能不降低，构建路面运营优化函数，使养护费用最低；步骤3：构建路面性能优化函数，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化；步骤4：保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。

步骤1中路面性能指数包括，路面使用性能指数(pqi)、路面损坏状况指数(pci)、路面行驶质量指数(rqi)、路面车辙深度指数(rdi)、路面抗滑性能指数(sri)及路面结构强度指数(pssi)中的一个或多个指标。

养护维修措施包括：灌缝、雾封层、碎石封层、微表处、薄层罩面、大修和改建。

路面运营优化函数为：

约束条件：

式中，ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；

qi,t、qi,t-1—在时间t和时间t-1，第i条路的路面性能指数；

li—第i条路段长度；

z—养护费用；

n—路段总数；

t—分析期年数；

j—养护方案总数。

路面性能优化函数为：

约束条件：

ql≤qi,t≤100

式中，ql—路面性能指数最低限值；

bt—第t年的养护费用限值；

ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；

qi,t—在时间t，第i条路的路面性能指数；

li—第i条路段长度；

z—养护费用；

n—路段总数；

t—分析期年数；

j—养护方案总数。

路面环境影响优化函数为：

约束条件：

ql≤qi,t≤100

式中，α、β—表征能源和温室气体排放维度差异的系数；

li—第i条路段长度；

et,j—在时间t采用处治措施j所消耗的能量；

gt,j—在时间t采用处治措施j所排放的温室气体量；

n—路段总数；

t—分析期年数；

j—养护方案总数；

bt—第t年的养护费用限值。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的一种可持续的路网养护优化方法，在保持年度养护预算不增加的前提下，优化了路面使用性能并大大减少了能源使用量和温室气体排放量。通过使用本发明提供的方法，在管理道路网时，对经济和环境因素之间作短期与长期的权衡，通过适当降低路况服务水平目标，可能会在环境影响方面大幅度增加，对路网的可持续发展将产生积极影响。

附图说明

图1为年度养护费用分布图。

图2为环境影响优化后年度养护工作量分布图。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

一种可持续的路网养护优化方法，实施步骤包括：

(1)调查路面基本数据

本实施例以某区域路网包含3000车道公里道路为例，统计了3000车道公里的路面损坏状况指数pci，pci平均值为80.3，路面损坏状况指数逐年衰变符合s型曲线分布(式1)。路面设计寿命15年，作为本实施例的分析期。采用的主要养护维修措施包括微表处、碎石封层、薄层罩面、铣刨重铺面层和改建，各养护维修措施的预计使用寿命、所消耗的能源及产生的温室气体排放如表1所示。

表1养护维修措施基本性能数据

pci—路面损坏状况指数；

t—路龄(以年计)；

β、k—模型回归参数，β＝2.94，k＝-0.12。

(2)保证路段每年的平均性能不降低和总养护费用不增加，构建路面运营优化函数(式2)，使养护费用最低。通过计算15年期的总养护费用3.62亿元。

约束条件：

式中，ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；

qi,t、qi,t-1—在时间t和时间t-1，第i条路的路面性能指数；

z—养护费用；

n—路段总数；

t—分析期年数；

j—养护方案总数。

li—第i条路段长度。

(3)构建路面性能优化函数(式3)，通过实施养护维修措施，在不超过设定的预算前提下，使所有路段每年的路面性能不低于要求值并使平均值达到最大化；通过计算15年期的总养护费用3.59亿元，年度养护费用如图1所示。

约束条件：

ql≤qi,t≤100

式中，ql—路面性能指数最低限值；

bt—第t年的养护费用限值；

ct,j—在时间t采用处治措施j的费用；

qi,t—在时间t，第i条路的路面性能指数；

li—第i条路段长度；

z—养护费用；

n—路段总数；

t—分析期年数；

j—养护方案总数。

(4)保持总养护费用不增加，构建环境影响优化函数(式4)，使养护和维修路面所产生的能源使用和温室气体排放最低。通过计算15年期的总养护费用3.486亿元，年度养护费用如图1所示。

约束条件：

ql≤qi,t≤100

式中，α、β—表征能源和温室气体排放维度差异的系数；

li—第i条路段长度；

et,j—在时间t采用处治措施j所消耗的能量；

gt,j—在时间t采用处治措施j所排放的温室气体量；

z—养护费用；

n—路段总数；

t—分析期年数；

j—养护方案总数；

bt—第t年的养护费用限值。

通过计算，与直接采用养护措施相比，环境影响优化后能源消耗减少8％，温室气体排放减少9％，具备一定的节能减排效果，而使路网具有可持续发展性。本发明不局限上述实施方式，本领域技术人员可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或类似变化应涵盖在本发明权利要求范围内。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。