摘 要

进入2000年以来，中国的高速公路建设发展速度令世人叹为观止。投入运营的高速公路沥青路面要同时面临两方面的考验：以水温状况为主的环境因素无时无刻不在影响着沥青路面结构；连续不断地交通荷载不分昼夜地反复作用在沥青路面上。裂缝、车辙、坑槽等路面病害此消彼长，路面使用品质也因此每况愈下，这长期困扰着路面养护管理者。我国地大物博，各地由于经济发展水平、地理气候、行政规划等原因，高速公路养护和管理的体制存在很大差别，所以目前还很难提出全国统一的规范对各地的路面养护提供及时而具有针对性的指导。本文充分调研了我国路面养护的现状，在此基础上，着重研究了我国对沥青路面使用性能如何进行评价、国内外对沥青路面使用性能如何作出预测以及如何对路面养护方案开展决策优化，并由此描绘出以高速公路沥青路面为代表的路面养护决策优化体系的大致轮廓。研究成果是基于大量文献调研和实地调查数据之上的，具有很高的真实性和指导性。对于道路养护管理行业而言，研究成果更有助于帮助其赶上可持续发展的潮流，也为道路管理部门如何提高养护决策的科学性从而提高养护效益提供了有效的参考。

研究结果表明：我国现行高速公路沥青路面使用性能评价体系存在诸多问题，并可以从评价指标和评价标准等方面作出改进；国内外路面使用性能预测模型类型五花八门，灰色预测模型最适合我国路面养护现状；各类路面养护决策优化方法都有其优势，动态规划法最为理想。

关键词：路面养护；性能评价；性能预测；决策优化

Abstract

Since 2000, the highway construction in our country has made a rapid development. The working asphalt pavement of the expressway suffers from both the influence of the environmental factors and the repeated action of the traffic load,which leads to the continuous occurrence of pavement diseases such as cracks and ruts as well as the decline of the pavement performance year by year. At present, our country still lacks the unified highway maintenance technical standard, and there are differences in the highway maintenance management mode of each area because of the economic development level, the geographical climate, the administrative planning and so on. In view of the current situation of highway pavement maintenance management in China, the main research object of this paper is the maintenance decision of net—level highway asphalt pavement. On the basis of pavement performance evaluation and prediction, the main framework of highway pavement maintenance management decision optimization is constructed. The research results have important theoretical value for the construction management and sustainable development of the expressway, and have important practical significance for improving the scientific nature of the highway maintenance department to improve its decision-making and management.

This paper mainly studies the current performance evaluation system of highway asphalt pavement in China, the prediction model of pavement performance at home and abroad and the optimization method of pavement maintenance decision.

The results show that there are many problems in the performance evaluation system of the existing highway asphalt pavement in China,but they can be improved; there are many types of pavement performance prediction models at home and abroad, and the grey prediction model is most suitable for the current situation of pavement maintenance in China; all kinds of pavement maintenance decision optimization methods have their own advantages but dynamic programming method is the most ideal one.

Key words: pavement maintenance; performance evaluation; performance prediction; decision optimization

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1路面使用性能评价研究 2

1.2.2路面使用性能预测研究 3

1.2.3路面养护决策及优化硏究 5

1.3当前研究现状的不足 6

1.4本文研究内容及技术路线图 6

1.4.1本文研究内容 7

1.4.2技术路线图 7

第2章 高速公路沥青路面使用性能评价研究 8

2.1高速公路沥青路面损坏特征研究 8

2.1.1沥青路面常规损坏分类 8

2.1.2沥青路面常规损坏特征 12

2.2现行沥青路面使用性能评价体系 12

2.2.1现行评价指标体系结构 13

2.2.2现行评价指标的计算方法 13

2.3现行沥青路面使用性能评价体系局限性分析 16

2.4现行沥青路面使用性能评价体系改进方案介绍 17

2.4.1路面车辙深度评价 17

2.4.2路面裂缝状况评价 17

2.4.3路面坑槽状况评价 18

2.4.4路面修补状况评价 19

2.4.5路面破损状况综合评价 19

2.5模糊理论在高速公路沥青路面使用性能评价中的应用 19

2.5.1模糊理论介绍 20

2.5.2模糊理论应用实例 22

2.6本章小结 23

第3章 高速公路沥青路面使用性能预测研究 24

3.1影响路面使用性能的因素 24

3.2路面使用性能预测模型介绍 25

3.2.1预测对象的选择 25

3.2.2预测模型分类 25

3.2.3几种常用的预测模型介绍 27

3.2.4几种常用的预测模型比较 33

3.3本章小结 34

第4章 高速公路沥青路面养护决策及优化硏究 36

4.1路面养护决策技术概述 36

4.1.1路面养护决策原则 36

4.1.2路面养护决策技术思路及流程 37

4.2路网养护决策优化方法介绍 38

4.2.1数学规划优化方法 39

4.2.2人工智能优化方法 41

4.2.3优化方法比较 41

4.3本章小结 43

第5章 结论与展望 44

5.1本论文的主要结论 44

5.2本文创新点 45

5.3展望 45

参考文献 46

致 谢 48

1. 绪论

1.1研究背景和意义

1978年的改革开放，以经济建设为中心被推向高潮，受“要想富，先修路”思想的指导，公路建设首先被提上日程，历经40年的探索与发展，我国公路建设行业已经是硕果累累，公路发展水平已然昂首迈入世界前列。根据国家统计局的相关数据，截至2017年底，全国公路通车总里程达到477万公里。其中，高速公路达到13.6万公里，覆盖全国97%的20万以上人口城市及地级行政中心。按照《国家公路网规划（2013年-2030年）》，国家公路网由国家高速公路和普通国道组成。其中，国家高速公路网由7条首都放射线、11条南北纵线、18条东西横线，以及地区环线、并行线、联络线等组成，简称“71118网”。未来高速公路将连接全国所有地级行政中心、城镇人口超过20万的中等及以上城市、重要交通枢纽和重要边境口岸^[1]。到2020年，我国将基本建成国家高速公路网，公路运输已经成为当下小康社会中无可替代的运输方式，对整个国民运输体系起到主导作用，而一个国家的公路发展水平更是很大程度上反映了其整体经济发展水平，因而受到整个社会的密切关心。

然而众所周知，在道路投入运营之后，作为与汽车荷载、雨水、大气等因素直接作用的路面层将会不可避免地出现损坏，进而导致行车不适感增加、路面使用性能降低、路面服务水平降低等诸多问题^[2]。不但如此，我国公路建设开始很晚，公路养护事业更是刚刚兴起；“重视建设轻视养护”的思想长期束缚着人们，导致本来就有限的养护资金没有被合理使用；新建公路也由于很多原因，比如重载交通比例的增加、交通拥挤、养护维修不及时等出现了程度不等的损坏^[3]。所以，对公路管理部门而言，对路面损坏采取必要的处治措施来修复，进而提升并保持较好的路面使用性能，保证路面能提供优质的服务水平。

正所谓“要想富先修路”，公路网本身就是为经济发展服务的，因此公路网的质量直接影响了经济发展的质量，为了保证公路网长期处于高质量的运营状态，必须对路面进行养护管理，而且路面养护并非一时之功，更应该是道路正式投入使用后频繁性、长久性的工作^[4]。也正因路面养护工作具有频繁性、长期性这两个特点，需要耗费大量的人力、财力，国家每年也会投入大量资金予以支持，路面养护颇有成效。然而，每年用于养护的经费预算相对于庞大的路网而言仍然十分有限，显然无法让所有道路都得到及时有效的养护。因此如何让病害最严重、最急需养护的路段优先得到养护经费来开展养护工作，把钱花在刀刃上，尽可能地实现路网养护规划的总体目标，在缺少养护经费和高标准路面性能约束条件下尽可能扩大路面的服务期限，从而在一定时期内获得最高的整体经济效益，是道路养护部门首要回答的问题，且越发突出。除此之外，缺乏规范性、差异性、针对性的养护维修标准保证养护工作的顺利进行，凭借主观经验进行养护决策的现象屡见不鲜^[5]。这些问题如果不及时解决，路网的可持续发展必将受到严重阻碍。为了科学解决以上问题，切实解决养护工作中遇到的棘手问题，形成“路面使用性能评价——路面使用性能预测——养护决策优化”的养护体系，让病害最严重、最急需养护的路段优先得到养护经费来开展养护工作，非常需要对路面养护决策技术开展系统地探究^[6]。考虑到沥青路面高速公路对于国民经济发展举足轻重的作用，本文只对沥青路面高速公路的路面养护决策技术开展系统研究。

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