【摘 要】本文以欧洲的COST354路面使用性能评价模型为基础，结合我国的规范标准与南通地区的实际情况，对欧洲评价体系中的部分指标与参数进行了修正与完善。选取典型路段将修正的COST354模型与CPMS模型评价结果对比，分析并阐述了两套体系评价结果的差异及产生原因，得出了评价方法适应性结论。
【关键词】路面使用性能；沥青路面；COST3542004年，共有24个欧盟国家参与了一项关于路面使用性能评价体系的研究项目[1]，该项目主要从道路管理者、使用者以及运营者的三种角度综合考虑、研究路面使用性能的各项指标的变化规律。项目共历时四年，对欧盟地区的各种类型的路面以及不同等级的公路进行了系统的数据采集及统计分析，最终形成了一套COST354（European COoperation in the field of Scientific and Technical Research）路面使用性能评价体系。
结合南通地区干线公路的实地调查结果及检测数据，在欧洲COST354模型的基础上进行修正，使其能够科学、客观地反映南通地区干线公路沥青路面技术状况的实际水平。
1 南通地区沥青路面代表性单项指标的确定
1.1平整度
平整度是衡量道路施工质量、服务水平的重要指标。目前世界通用的平整度指标为国际平整度指数IRI(Intemational Roughness Index)。参考国外模型形成思路，将我国规范JTG H20-2007《公路技术评定标准》（下文简称为《评定标准》）[2]中IRI值的分界标准与COST354模型IRI分界标准进行一一对应，仍然采用COST354中IRI分界值对应的PI_I值，利用最小二乘法进行系数拟合，得到方程为：
PI_I=MIN(5;0.1948IRI2-0.2807IRI+0.5725)
1.2车辙
车辙是在行车荷载的重复作用下，路面产生永久性变形积累形成的带状凹槽。对于高速公路和一级公路，根据我国《评定标准》的规定，用路面平均车辙深度RD(Rut Depth)表征，并据此计算路面车辙深度指数RDI。将《评定标准》RD分界值与COST354模型中RD分界值一一对应，仍然采用COST354中RD分界值对应的PI_R值，采用最小二乘法进行系数拟合，得到车辙深度转换模型如下所示：
PI_R=MIN(5;0.2RD)
1.3宏观构造
公路表观构造按其纵向波长可将其分为微观构造、宏观构造、巨构造三大类，通常所说的表观构造是指的宏观构造，也称为构造深度。根据检测方法不同，宏观构造深度对应的物理含义也不一样，利用铺砂法检测得出的构造深度被称为平均构造深度MTD，利用车载激光检测得出的构造深度则称为平均纹理深度MPD。欧洲国家在经过大量试验检测数据的回归分析及标定后，总结得出MPD与MTD之间的经验转换公式如下：
MTD=0.2+0.8MPD
欧洲体系给出构造深度MPD与性能指数PI_T之间的转换方程如下：
PI_T=6.6-5.3MPD(MPD:mm)
《评定标准》与《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ 073．2_2001)（下文中简称《技术规范》）[3]并没有对构造深度提出明确的评价等级范围值，仅在《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)[4]中规定交工检测时构造深度取值在0.6~1.2mm之间为宜，最大值不要超过1.4mm。而最小值的确定与当地年平均降雨量(mm)有关，在年平均降雨量大于1000mm的地区，最小构造深度值不得小于0．55mm，取值范围与欧洲标准大致相当。通过对比国内外的检测标准，可直接采用欧洲的构造深度MTD的评价模型，结合以上两式可得：
PI_T=-6.625MTD+7.925
1.4摩擦系数
汽车是依靠轮胎与路面之间的摩擦力来实现行驶行为的，而车辆获得的摩擦力的大小与车辆特性、路面材料特性、驾驶员技术、交通条件等诸多因素有关。在汽车行驶中，横向力和竖向力是反映汽车行驶稳定性的两个重要因素，其中，竖向力是稳定因素，而横向力是不稳定因素。故沥青路面的摩擦系数以横向力系数SFC代替。根据转换模型的需要，需将我国的SFC值转换至0—1的区间段，即将SFC值除以100，记为SFC(0~1)。
《评定标准》与《技术规范》中SFC的分级标准是针对全国范围的普适标准，未将干旱地区与多雨地区进行区分。在具体考虑南通地区时，有必要针对南通地区的年降雨量特性，确定是否需要对规范中的标准进行调整。根据《沥青路面设计规范》的规定，交工验收时，在年降雨量大于1000mm的地区，沥青路面的SFC必须大于54。南通属湿润的亚热带季风气候区，受季风支配，四季分明，雨量充沛，年降雨量1030~1060毫米。因此，对比三种评价标准结合南通地区气候特点，将我国SFC的各等级界限值分别加6，即南通地区SFC的分级标准为：≥54，[46,54），[39.5,46），[33.5,39.5），＜33.5。将此分界点除以100后，与COST354模型中SFC(0~1)分界值一一对应，并仍然采用COST354中SFC(0~1)分界值对应的PI_I值，经一元线性回归后得到摩擦系数的评价模型为：
PI_F=-14.565SFC(0~1)+8.8 r2=1
1.5承载能力
路面承载能力与路面损坏状况存在着内在联系，随着承载能力的下降，将导致路面损坏的出现与进一步恶化。在《技术规范》与《评定标准》中，都将结构系数SSI作为评价路面整体强度的重要指标。
SSI=ld/lr
式中：ld——路面设计弯沉值（0.01mm）；
lr——路面代表弯沉值（0.01mm）。
欧洲组织用路面剩余寿命R与设计寿命D的比值R/D表征路面结构承载能力，表面上看，国内外表征路面结构承载能力评价指标并不一样，但实际上，路面代表弯沉值与路面剩余寿命是有内在联系的，路面剩余寿命越短，对应的路面代表弯沉值将越大。而路面设计弯沉值与路面设计寿命都是用来表征路面最初所具有的特征指标。由此可见，我国评价指标表征的含义刚好与欧洲体系成倒数关系。因此，本文将结构系数SSI取倒数来表征与国外指标相同的含义。以1/SSI(记为SSI-1)为评价标准，由SSI的分界指标得到SSI-1的分界指标，同时，将SSI-1分界指标对应的PI_B值直接对应COST354模型中评价等级的上、下限值，经一元线性回归后得到承载能力的评价模型为：
PI_B=MIN（5；5.077 SSI-1-4.344）
1.6裂缝
我国规范中，是将裂缝作为路面表面破损的一种，而欧洲国家则是将裂缝从整个沥青路面表面破损体系中单独分离出来，将其作为一项单独的评价指标进行研究分析。在COST 354模型中，将裂缝率CR作为裂缝的评价指标,即调查路段不同类型（面积，线型，数量）裂缝的加权和，不同大小、类型的裂缝都转化为等效面积来计算，具体计算公式如下：
CR =MIN(100;TPcr)
TPcr= MIN﹛100;
﹜
式中：Aref—调查的路面面积，m2；
Si—第i类裂缝的严重程度（轻：S=1;中：S=2；重：S=3）
Ai—第i类裂缝的面积或等效面积。当为长度类型的裂缝时，等效面积Ai=I×Li，（I：长度类型裂缝的标准影响宽度，取0.5m；Li：长度类型裂缝的长度）
Wi—第i类裂缝的权重系数
我国对裂缝率的评价方法基本与欧洲一致，稍有区别的是，我国的规范中对裂缝率的计算仅是将所有裂缝类型转换为面积单位，进行简单的加权求和，而国外通过引进严重程度系数S，对面积进一步的修正，相比我国的方法，显得更加严谨、科学，因此建议裂缝的评价指标仍为CR，转化方程也仍沿用国外的PI_CR=0.16CR，但在计算CR值时，各类裂缝的权重系数Wi的值建议换用我国《评定标准》中的值，如下表：
1.7表面破损
路面结构的破损状况反映了路面结构在行车荷载和自然因素作用下保持完整性的程度。在COST 354模型中，将破损率SD作为表面破损的评价指标,即调查路段不同类型（面积，线型）破损的加权和，不同大小、类型的表面破损都转化为等效面积来计算，具体计算公式如下：
SD =MIN(100;TPsd)
TPsd= MIN﹛100;
﹜
式中：Aref—调查的路面面积，m2；
Si—第i类表面破损的严重程度（轻：S=1;中：S=2；重：S=3）
Ai—第i类表面破损的面积或等效面积。当为长度类型的损坏时，等效面积Ai=I×Li，（I：长度类型破损的标准影响宽度，取0.5m；Li：长度类型破损的长度）
Wi—第i类裂缝的权重系数
与裂缝率的计算同理，国外通过引进严重程度系数S，对面积进一步的修正，相比我国的方法，显得更加合理。破损的转化方程仍沿用PI_SD=0.13333SD,但在计算SD值时，各类破损的权重系数Wi的值建议换用我国《评定标准》中的值，如下表：
2 南通地区沥青路面代表性预综合指标
COST354模型中，预综合指标共有四项，即行车安全性、行车舒适性、路面机构指数、环境指标，用CPI表示。其中，道路环境指标是从生态环境结合人文景观的角度，对道路所处环境以及对周围环境产生的影响进行信息收集以及评价工作，它是目前发达国家致力研究的一个领域，与我国目前提倡的“绿色公路”理念有一定相通性。但考虑到目前我国对环境指标的研究尚不成熟，数据收集也不全面，还未针对该项指标形成一个完整的评价体系，故南通地区沥青路面代表性预综合指标仅考虑前三项。
2.1计算方法的提出
欧洲模型是将各自相关的单项指标赋予相应权值后加权得到预综合指标。目前，有两种类似的计算方法：
方法一：CPIi=MIN[5;I1+
]
式中：
I1≥I2≥I3≥…≥In
I1=W1·PI1，…，In=Wn·PIn
P为影响因子，一般取值为0.1~0.2（P的大小决定了次重要因子在整个评价过程中的作用）。目前，大多数国家将其取值为0.2，本文后面的计算中，该值也按照惯例，直接取值为0.2。
方法二：CPIi=MIN[5;I1+
]
式中各字母含义同上式。
根据两种计算方法可以发现，最重要变量的权重系数必须为1，即Wl≡l。一旦最大权重系数不等于1，将会导致综合评价指数可能无法达到最大值。当最重要因子的权重系数其小于l时，必须通过以下线性方程将其转化为l：
当Wl＜1时，令C=1/Wl，则ω1=C×Wl=1，ω2=C×W2，…，ωn=C×Wn，即n个因子的权重系数相应变为（ω1，ω2，…，ωn）。
2.2利用层次分析法调整权重系数
COST354模型中对预综合指标中各单项指标相应的权重系数给出了推荐值，而我国对路面使用性能的评价侧重点与西方国家不尽相同，欧洲设定的权重系数并不完全符合我国的国情，在此，根据南通地区的实际情况及我国国情，采用层次分析法重新确定权重系数。本文采用9级定量法建立判断矩阵，在参考COST354模型各项指标权重系数推荐值后，行车舒适性指标以E、R、SD、CR为序，行车安全性指标以F、R、T、SD为序，道路结构指标以B、CR、R、E为序，建立三个预综合指标的判断矩阵：
计算最大特征值及特征向量得：
P1：特征值λmax=4.03，特征向量为（0.55 0.23 0.14 0.08）T，CI=0.01;
P2：特征值λmax=4.16，特征向量为（0.53 0.28 0.08 0.11）T，CI=0.053;
P3：特征值λmax=4.12，特征向量为（0.54 0.3 0.1 0.06）T，CI=0.04;
当n=4时，随机一致性指数RI=0.9，分别计算一致性比率：
CR1=0.011 CR2=0.059 CR3=0.044
CR值均小于0.1，判断矩阵符合完全一致性条件，通过层次分析计算的各指标权重系数分配合理，可以接受。各预综合指标的最重要单项指标的权重系数都小于1，因此，需根据上文介绍的公式进行转化，整理各单项指标权重系数转化结果如表3所示：
3 南通地区沥青路面总体性能评价指标的确定
路面总体性能指标GPI (General Performance Indicator)是为反映路面整体状况好坏而提出的一个综合性指标。由于我国对于路面使用性能的总体评价偏向于行车舒适性，对行车安全不及西方国家重视。同时，对环境指标的研究尚不成熟，数据收集也不全面，故南通地区沥青路面总体性能评价指标GPI仍然只考虑行车安全、行车舒适、道路结构三项预综合指标。同时，将行车舒适指标赋予最大的权重系数，而将行车安全降为次重要指标。仍利用层次分析法进行权重系数调整，构建判断矩阵
：求解得：λmax=3.07，特征向量为（0.61 0.27 0.12）T，CI=0.035;
当n=3时，RI=0.58，一致性比率CR=0.06＜0.1;
判断矩阵符合完全一致性条件，通过层次分析计算的各指标权重系数分配合理，可以接受。同时，将行驶舒适性指数赋予最大权重1，按照行车舒适指数、行车安全指数、道路结构指数的顺序，将各指标权重进行线性转化，转化后权重系数向量为（1 0.44 0.2）T。
4 南通地区沥青路面评价体系适用性分析
以南通吕通公路为工程依托，选取吕通公路下行线五段典型路段，整理这五段2013年9月最新路况检修数据，分别采用COST354模型与CPMS模型[5]计算路面使用性能。两套体系路面总体性能评价指标结果对比如下表：
由上表中的数据及相应评价等级，可以发现我国规范的评价结果与国外方法评价得出的结果几乎都要相差一个等级，国外评价方法明显较我国严格。
5 本文结论
（1）我国规范与国外方法采用的是不同的理论依据来计算各单项指标以及综合指标。我国的单项评价指标是由单独的技术参数确定，而与之对应的国外的综合指标则是由多项相关单项指标加权求和得到的，这导致CPMS评价模型与COST354模型评价结果相差较大。
（2）总体来说，修正的COST354模型与CPMS模型在对沥青路面使用性能评价得出的结论并没有本质的相悖，但国外认定行车安全性为最重要因素，而我国则对行驶质量赋予最大的权重系数。虽然本文针对我国国情及南通地区的实际情况对国外模型进行了调整与修正，但行车安全性仍在评价模型中起到了主导作用，修正后COST354模型评价结果仍较我国严格。
（3）更加注重行车安全性，模型评价体系更加严谨、全面的COST354模型与南通未来五年干线公路发展理念相契合。合理运用CPMS评价系统采集的数据，将原始数据同时运用到两套评价系统中，以COST354模型评价结果为主，以CPMS模型评价为辅，综合两套评价系统评价结果，做出科学、严谨的养护决策，更加符合南通地区路面使用性能评定工作的实际情况。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部，JTG H20-2007，公路技术状况评定标准，北京，人民交通出版社，2007.
[2]中华人民共和国交通部，JTJ 073.2-2001，公路沥青路面养护技术规范，北京，人民交通出版社，2001.
【作者简介】钱铖 （qian cheng) 身份证号码：320602198210170515，历：大学本科，工程硕士。
论文作者:钱铖
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/11
标签：路面论文; 指标论文; 系数论文; 南通论文; 模型论文; 权重论文; 评价论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;