摘要：随着我国高速公路建设发展，原来已建高速公路也逐步进入了需要养护维修的阶段。在实际成本计算中，应当是在一个期间内，将高速公路的日常性养护与典型性养护费用一起考虑，确定何时进行典型性养护才是更有利于成本控制。为解决全寿命周期内养护维修总成本最小化的问题，通过对不同规模养护工程进行比较，确立养护的作业内容及相关成本；然后以湖南省耒宜高速公路为例对成本构成进行分析，探讨养护成本的控制问题；最后采用图与网络规划的运筹学方法，对耒宜高速公路的典型性维修方案进行设计，综合考虑成本和效益的最优化，为高速公路的养护维修提供了新的思路与借鉴，也为其他高速公路的相关成本控制提供了有益的参考。
关键词：道路工程；维修方案；运筹学；高速公路；维修成本
随着我国高速公路建设发展，原来已建高速公路也逐步进入了需要养护维修的阶段。高速公路养护一般可分为日常性养护与典型性养护。日常性养护是针对于高速公路的小修小补，形成了一套周期性的养护工作。而典型性养护，相较于日常性养护，主要指的是在路面病害发展至一定程度、路面性能较差时需要采用重点针对式养护技术的养护方式。在实际成本计算中，高速公路是一个整体，在典型性养护之后不考虑日常性养护则对于整体的成本控制是不利的。更为科学的做法应当是在一个期间内，将日常性养护与典型性养护费用一起考虑，确定何时进行典型性养护才更有利于成本控制。
目前，国内外已经有了许多适应性好、可操作性强的养护管理评估方法，具有代表性的主要有基于路况或时间的方法、决策树法、行驶质量指数和破坏指数法、效益费用评估法、排序法、生命周期评估法和基于老化的方法等等；也有许多综合考虑的衍生方法，比如基于三维指标体系的公路养护规范化管理评价方法等；还有众多基于计算机软件的科学管理方法，比如结合公路资产管理系统的科学决策模式、结合路况快速检测系统及其配套软件路面损坏识别系统网级养护科学决策的主要工具路面管理系统的科学化决策等方法。对于在公路养护的成本方案设计中的运筹学方法的运用，已经有了线性规划的思路。而本文主要运用运筹学中图与网络规划方法中的思路，对总成本进行方案设计。
根据《公路养护技术规范》，养护按其技术工程性质、技术复杂程度和规模大小，可以分为小修保养、中修工程、大修工程和改建工程四类。按照相关规定，大修工程和改建工程一起纳入基本建设工程进行考虑，不属于养护工程的一部分，因此这里不进行赘述。而小修保养根据《公路养护技术规范》指的是进行清理与轻微的修补，构成了日常性养护主体部分。
因此，为解决全寿命周期内养护维修总成本最小化的问题，本文拟通过对不同规模养护工程进行比较，确立养护的作业内容及相关成本；然后以湖南省耒宜高速公路为例对成本构成进行分析，探讨养护成本的控制问题；最后采用运筹学中图与网络规划中的方法，对耒宜高速公路的典型性维修方案进行设计，综合考虑成本和效益的最优化。
成本分析
费用类别
高速公路养护成本是指养护作业及管理中物质以及人工消耗的总和，一般来说包括直接费和间接费。这两项构成了正常情况下的物资人员消耗的费用的总和。
间接费是指管理费，高速公路运营管理单位为完成养护作业所开支的管理性费用，包括养护管理技术开发费，养护科研、教育费，路况及交通量情况调查费，养护工区、站必须的生产房屋修建费，路政管理费及其他费用等。在实际的养护工程中，主要包括路政管理费、养护管理费和其他费用。
直接费是指工程费，包括人工费、材料机械费用等。这是该项成本的主要构成部分。
考虑到小修工程的经验性，本文主要探讨中修工程的费用构成问题，对于小修工程的费用则采纳现场所得经验。由于文中所涉及的中修工程成本费更多的是指直接费，因此本文将主要以直接费为例进行分析和讨论。
需要注意的是，对于直接费的构成应针对具体情况进行相关变化，这里以耒宜高速公路作为具体实例。耒宜高速公路全线位于自然区划中的IV5与IV6区，按山岭重丘区双向四车道高速公路标准建设，全长.37km，路基宽27m，路面宽23.5m，中间分隔带宽2m，设计时速为km/h。耒宜高速公路自年10月开始动工建设，于年12月28日正式开通运营。
通车至今共进行过2次封闭维修。第一次是在年8月14日至9月3日，施工单位对8处沥青路面逐处进行铣刨摊铺单向封闭施工。第二次是在年5月27日至11月8日，进行了近6个月的大修。考虑到间隔时间不长且已经进行过大修工程，现场调研发现，总体上情况较好。
作业内容
根据《公路养护技术规范》，中修工程应包括路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、交通工程及沿线设施和绿化等相关作业。本文拟以路面为例，对其相关维护进行优化设计。
根据《公路养护技术规范》其中关于路面养护的专门分类，包括沥青路面、水泥混凝土路面、砌块路面和砂石路面等4种。耒宜高速公路既有路面全线采用了4种路面结构：普通水泥混凝土路面47.km；连续配筋混凝土路面40.km；钢筋混凝土路面2.km；沥青混凝土路面44.km。从耒宜高速公路的路面结构特点来看，主要是沥青路面和水泥混凝土路面，本文拟重点针对沥青路面的相关养护进行专门设计。
养护方法
按照现行的《公路技术状况评定标准》中的评定要求：当高速公路及一级公路的路面损坏状况指数评价为中及中以下，或者二级及二级以下公路的路面损坏状况指数评价为次及次以下时，应采取罩面等措施改进路面的平整度。
对于沥青路面，其罩面类型按其功能划分一般分为普通型罩面(简称罩面)、防水型罩面(简称封层)和抗滑层罩面(简称抗滑层)等3种。
对于的第三项当中的封层罩面的所谓罩面应指的是狭义上的罩面，也就是第一种罩面。而对于封层的内容，考虑到本文出于介绍方法的目的，仅就狭义上的罩面方法做相关论述。
在《公路养护技术规范》中，罩面的沥青结合料应当使用性能较好的黏稠型道路石油沥青、乳化石油沥青、改性沥青，矿料应选用耐磨、强度高、水稳定性好的石料。根据《公路沥青路面施工技术规范》中对于沥青结合料的规定。
根据耒宜高速公路的实际情况，应当采用AC-13改性沥青进行加铺。同时，根据《公路沥青路面养护技术规范》中的相关规定，高速公路、一级公路罩面宜采用4.0~5.0cm的罩面厚度。由于耒宜高速公路面临交通量大、重载车辆比例较高的现实情况，宜选用5.0cm的罩面厚度。
根据国内外沥青混凝土路面罩面成功的经验，罩面后RQi提高一个等级，PCi提高两个等级。路面性能的衰变曲线近似于罩面前路面性能衰变曲线。所以，经过罩面之后，沥青路面可以达到消除破损，甚至完全恢复原有路面平整度的程度。
成本计算
根据前述分析，在耒宜高速公路的中修工程中，笔者重点设计其沥青路面的罩面养护方法下的成本方案。在罩面设计中，采用AC-13改性沥青进行加铺，并选用了5.0cm的罩面厚度。
根据直接费的构成，将成本的直接费构成具体分为人工费、材料费以及设备费三部分。
可知，年罩面养护的单位成本为元/m2。另外，根据现行的《公路技术状况评定标准》中的要求：当高速公路及一级公路的路面损坏状况指数评价为中及中以下，应采取罩面等措施改进路面的平整度。在该评价指数为中及中以下时，根据耒宜高速公路的历史数据显示，应当是占据了沥青、水泥路面的2.34%左右，因此，在这种情形下所要维修的总面积约为12 m2，据此计算的总成本将是万元。而随着时间的延长，已有病害的公路得不到维修将会加大日常性养护费用。
一般而言，随着时间的增长，不仅所需费用增加，而且材料价格也将会成一定比例增长。对于AC-13改性沥青，根据从湖南交通建设造价信息网上的资料显示，长期来看价格是会逐渐增长的。
因此，对于维修费用的增长应当分为两部分来考虑：一是由于直接费用的价格变化引起的增长；二是日常性养护费用的增长。
对于直接费用的价格上涨，我们可以考虑对AC-13改性沥青的价格占比来确定总成本的总增长。通过分析可以对未来5年的养护费用进行预测。对于日常性的养护费用的变化，根据现场的实地经验，可以得出在经过罩面养护之后的日常性养护费用。
方案设计
在已获取了日常性养护费用与典型性养护费用的预测值之后，接下来应当对总成本，即包含了上述两项费用的5年时间内的总费用进行最优化设计。在之前已得知，沥青路面经过罩面之后，可以达到消除破损甚至完全恢复原有路面的平整度，因此，这里的总费用最优化就是最小化。
我们在这里可以使用运筹学中的图与网络优化的知识对养护方案进行相应处理。倘若将年视作起点，年视作终点，那么中间所付出的成本便是各年之间的路程，这里便可以将问题简化为求解从年至年的最短路问题。我们这里采用方法求解该问题。
将年初表示为V1，年末表示为V6，假设从V1至V6的最短路为P，Vi为P中的一个点，那么从V1沿着P到Vi是这两点间的最短路。如果这个结论不成立的话，另设Q是从V1到Vi的最短路，这时从V1到Vi可以沿着Q前进，从Vi再沿着P至V6，这与原假设P是V1至V6的最短路相冲突。方法便是基于该思想而设计的。
在具体执行过程中，第一轮便是从V1出发，与每个点对应，记录下一个数(称之为该点的标号)，表示为从V1到另一点的最短路的权(即是值)的上界，称之为Ｔ标号。我们可以从中找出一个最小值，将该Ｔ标号确定为P标号。在第二轮中，便是通过该P标号到其他点的权与从V1到该P标号点的权之和，与V1到其他点的权相对比，取其更小值，确定为从V1到该点的最短路的权的新上界。同时，从这些更新值中找出最小值，将其修改为P标号。这样便一步步地将各个点修改为P标号，也就是求出了从V1到各点的最短路，我们便可以从中找到我们想要的从V1至V6的最短路线。
因此，最小费用方案应当是在第1年年初和第3年年初分别进行罩面养护，同时每年都要进行相应的日常性维护，这样可以把年~年的总费用节省至元/m2。
结语
随着公路的逐渐投入使用，路面出现各种病害问题是显而易见的，对沥青路面采用罩面维修养护是极为常用的方法。由于高速公路的设计使用寿命较长，倘若在成本管理中只是考虑典型性养护的成本，对于总成本的控制是极为不利的。本文通过将典型性养护与日常性养护统一到一个长寿命期内进行成本管理，以耒宜高速公路为例对罩面养护措施之后的下一次罩面养护时间进行了计算和优化设计，以期达到总成本最小化的目的，这为其他高速公路的相关成本控制提供了有益的参考。
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