罗 钢

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

经济高速发展的时代背景下，我国交通事业蓬勃发展，高速公路养护工作也取得了长足进步，但是影响高速公路养护工程费用的因素众多，养护需求与经费预算水平之间差距显著[1]。为此，需探索影响高速公路养护费用的客观因素，针对具体项目需求，深入优化养护类型，提高费用支出的科学性，通过明确影响因素与养护费用的定量关系，合理选择养护措施[2]。该文对某省高速公路养护费用数据进行回归分析，探究不同影响因素与养护费用之间的内在关系，借助估值模型对公路养护措施的科学性加以分析，为保障公路质量、提高公路使用寿命奠定基础。

1 费用影响因素分析

为提高高速公路养护管理工作者的控制效果，需对养护费用类别科学分析，提高路况设计参数的评估水平，增强路况项目检测的客观性与准确性[3-4]。

（1）建设年代不同，高速公路路龄存在差异，必然导致养护费用不同。

（2）高速公路功能不同，路面交通量和车载量不同，也会导致养护费用有所区别。

（3）高速公路车道数不同，导致养护费用差异，相同车道路段路宽不同，养护费用也会有所差异。

（4）地形条件差异决定高速公路养护费用高低，桥隧比也会对养护费用产生影响。不同路段的特点不同，上述因素共同构成了路段结构，也影响路段养护费用。

1.1 通车年数与费用的关系

随着使用年限的增加，高速公路破损风险增大，荷载水平增多也会导致路面性能下滑，从而引发行车风险。需结合道路实际情况加强日常维护确保行车安全，而高速养护费用与行车数量、荷载水平、投入使用年限等密切相关。高速公路大修养养护费用高，随后高速公路路面性能恢复至正常水平，日常维护费用也会有所降低。大中修时间短，越靠后，高速公路路面维修所花费的费用越多。

对某省高速公路养护费用历年数据整体和分析，探究高速公路养护费用与通车数量的关联性，选取同向4车道作为目标路段，为避免其他因素影响，选取高速公路路段未进行大修，路基宽度在25 m左右，且平均交通量小于6 500 pcu/d，图1为通车数量与公路年养护费用关系图。

图1 通车年数与年平均养护费用的关系曲线

对图1分析可知，随着高速公路投入使用年数的增加，养护费用整体呈现上升趋势，且两者之间满足拟合曲线方程y=1.828-1.15x+0.325x2，相关系数R2为0.938。由此可见，随着高速公路投入使用年数的增加，日常养护所花费的养护费用增多。

1.2 交通量与费用的关系

路面病害程度会随着荷载水平的增加而增多，路面病害数量增多，日常养护所需花费的养护费用也明显增加。通过对交通量的观测和换算，分析交通量与养护费用之间的关系，选取通车年限在2.5~5年的高速公路作为研究对象，目标路段为四车道，路基宽度在25 m左右[5]。高速公路年养护费用与交通量之间的关系如图2所示。

图2 交通量与年平均养护费用的关系曲线

对图2分析可知，随着交通量的增加，年平均养护费用增加，两者之间存在相关性。由此可见，交通量越大，高速公路路面养护费用越多。

1.3 路基宽度与费用的关系

该高速公路为双向四车道，处于维修期路段数量多。车道数量增加会导致路面病害可能性增加，裂缝、泛油、坑槽等数量越多，公路养护费用支出越多且养护难度越大[6]。车道数量不同，高速公路每千米养护费用不同，相同车道的高速公路由于路基宽度差异、地形特征不同、病害情况不同，也可能导致养护工作量存在差异，从而使养护费用不同。为避免相关因素影响，拟定目标路段交通量小于4 000 pcu/d，且通车时间不超过5年，标准化处理交通量数据，分析年度平均养护费用与路基宽度关联性，详见图3所示。

图3 路基宽度与年平均养护费用的关系

对图3分析可知，相比于路面宽度为24.5 m的路面，路面宽度为26.5 m的道路日常养护费用更大，表明日常养护费用与路基宽度存在正相关性。

1.4 桥隧比

桥梁和隧道工程的项目造价高，日常养护费用也明显增加，高速公路路段桥梁和隧道占比越高，日常养护费用需花费的养护费用越高。

为探究桥隧比与高速公路路面年平均养护费用之间的关系，选定双向四车道为目标路段，路基宽度为24.5 m且投入使用时间在2.5~7年之间，样本目标交通量在1 200~6 000 pcu/d之间，对交通量数据进行标准化处理。研究发现，桥隧比与年养护费用之间拟合曲线方程y=1.903+0.071x+0.071x2，相关系数R2=0.993。高速公路年平均养护费用与桥隧比关系曲线如图4所示。

图4 桥隧比与年平均养护费用的关系曲线

对图4分析可知，桥隧比增加的同时高速公路路面年平均养护费用增加，两者符合拟合曲线方程y=1.903+0.071x+0.071x2，相关系数R2为0.991。由此可见，随着桥隧比增加，高速公路日常养护费用增加。

1.5 其他因素

路面结构、地形特征、地理环境等因素都会对高速公路养护费用产生影响，该省以山区为主，路面结构复杂[7]。2010年以前，高速公路建设多确定路面结构厚度为15 cm，2015—2020年期间建设的高速公路路面结构厚度为20 cm，2010年之后高速公路路面结构厚度为18 cm。由此可见，高速公路路面结构会直接影响后期养护费用。通车年数、交通量等因素，也会对养护费用等产生影响，而形象工程、便民工程、辅助设施增设等项目，也会对养护费用产生一定影响，但整体而言该方面的费用支出有限。

1.6 影响因素敏感性分析

敏感性分析的理论基础为灰色系统理论，通过关联度分析将养护费用和相关影响因素结合在一起，探究内在关联。首先，进行不同序列的初值像的计算：

式中，xi(1)和xi(k)分别表示第i个路段的养护费用及第k个因素对其影响结果。

求差序列，记为：

获得极差，用以下公式表示：

式中，γ0i(k)——第i个路段中第k个因素对于养护费用的关联系数。

关联度计算公式如下：

式中，γ0(k)——第k个因素对养护费用的关联度。

结合上述计算公式和相关参数，获取不同影响因素关联度，详见图5所示。

图5 影响因素的关联度

对图5分析可知，影响高速公路养护费用的因素按照权重值排列如下：通车年数＞交通量＞车道数＞路基宽度＞桥隧比。

2 费用预测与控制

对上述相关研究结果分析可知，车道数量、路基数量均会对养护费用产生影响，且两者影响程度相近，选定车道数（Y1）、交通量（Y2）、通车年数（Y3）、桥隧比（Y4）四个指标进行模型简化，即Z（费用）=f（车道数，交通量，通车年数，桥隧比）。

结合研究数据结果，Z（费用）=f（车道数，交通量，通车年数，桥隧比）为多元线性回归方程。首先，需建立Z与自变量的一元回归模型，确定不同自变量Y与因变量Z之间的关系，建立下列模型：

利用软件采用非线性最小二乘法进行参数估计，自变量与因变量之间的回归系数R2为0.971，证实该方程的模拟效果可观，表明自变量和因变量之间的相关性良好。

结合上述公式对不同样本情况进行计算，判断模型的可靠性和准确性，养护费用的实际支出值与模拟结果对比情况如图6所示。

图6 养护费用预测与实际值的比较

对图6内容分析可知，模拟公式所得养护费用值略小于实际值，基本上满足了预期需求，即模型基本可靠。

3 结论

综上所述，随着高速公路养护需求的增多，高速公路管理部门须对养护预算与养护需求进行差异合理评估[8]，根据被养护路段的实际情况，优先选择养护目标，提高养护资金分布的合理性。相关研究结论如下所示:

（1）路基宽度、桥隧比、交通量、车载数量、车道数都是影响高速公路养护费用的重要因素，按照影响程度大小排序如下：通车年数＞交通量＞车道数＞路基宽度＞桥隧比。

（2）结合某省高速公路养护费用数据，通过样本分析建立养护费用模型，为高速公路管理者合理分配路段养护费用提供了参考。

（3）样本目标数据来源为近5年均值，对未来养护费用支出预测时，需结合物价水平、消费指数变化等进行科学评估。