我国公路建设质量的检验评定只是对单个工程项目进行的....docx

西部交通建设科技项目
合同号：2005 318 223 21

公路建设质量评定指数研究

研究报告简本

交通部公路科学研究院
交通部基本建设质量监督总站
北京逸群工程咨询有限公司
2007年10月

目前，我国公路建设质量的检验评定只是对单个工程项目进行的，对于某个具体的建设项目，可以依据交通部发布的《公路工程质量检验评定标准》JTGF80-2004和《公路工程竣(交)工验收办法》来评定该工程项目的质量等级。但是要对多个公路工程建设项目质量的总体水平进行评价，却缺乏相应的评价方法或评估体系。
本着从宏观角度评价我国公路建设质量的目的，项目旨在通过对公路建设过程中实体工程质量的检测抽查、建设环境保证与使用质量的调查分析与评价，研究提出全国以及区域性的公路建设质量评价指数，服务于政府部门的宏观管理和决策，提高政府透明化管理程度。
公路建设质量评定指数研究课题主要研究内容及其成果简介如下。
1 公路建设宏观质量评价体系框架研究
1.1 公路建设宏观质量评价涵盖的阶段
在公路工程建设的整个过程中，对公路工程建设质量影响最大的阶段还是工程实施阶段，涉及原材料、施工、交工验收和竣工验收等不同方面，在这个阶段，基于公路建设质量的微观评定数据系统、全面，为从宏观层次对公路建设质量进行评价奠定了数据基础；在公路工程建设实施过程中，公路工程建设管理程序逐一落实，为工程质量的实现提供了保证措施，因此，为了突出重点、简化步骤，公路建设宏观质量的评价涵盖的阶段确定为工程实施阶段与缺陷责任期阶段，同时考虑建设管理质量的好坏。
1.2 公路建设宏观质量评价体系
结合公路建设宏观质量评价涵盖的阶段，确定了构成公路建设宏观质量评价体系的三个方面：
— 公路建设实体质量的宏观评价；
— 公路建设的管理质量评价；
— 公路工程实际使用质量宏观评价。
在关于与公路建设宏观质量评价密切相关的三个因素的基础上，结合我国公路工程建设、管理和使用的现状，根据统计学原理，初步建立了公路建设宏观质量评价体系，并采用多级评价的方法，确定了公路工程建设宏观质量评价体系由三级指标构成，即一级指标为公路工程实体质量、建设管理质量和实际使用质量三个，二级指标则为与一级指标的密切相关的20个影响因素，三级指标为每个二级指标密切相关的评价指标。
1.3 公路建设宏观质量指数的表示方式
公路建设宏观质量指数是公路建设宏观质量评价的表现方式，经过归纳总结，提出了如图1所示的表示方式。该方法有利于横向比较各省级行政区的不同，也便于划分不同区域进行比较，层次分明；突出的意义在于全国公路建设宏观质量指数与各行政区域关联密切，便于进一步的深入比较和分析。
图1 全国公路建设宏观质量指数计算框图
全国公路建设宏观质量指数
实体质量指数
管理质量指数
使用质量指数
……N级公路
高速公路
一级公路
二级公路
河北省
宏观质量指数
内蒙区
宏观质量指数
广东省
宏观质量指数
N省
宏观质量指数
北京市
宏观质量指数

1.4 公路建设宏观质量评价基期的选择
基期确定的原则是可以选择规划起始前的基础年份，或规划引用资料截止时间，一般要选择正常时期或典型时期作为基期，报告期距基期的长短应适当。
根据基期确定的原则，项目组经过研究分析认为，在过去的近二十年中，我国公路建设快速发展，特别是从1998年以后，公路建设的规模逐渐加大，到“十五”期末，以高速公路建设为主要战场的公路建设取得了巨大成就；2006年，我国进入了第十一个五年计划期，随着宏观调控政策的实施，公路建设进入了一个新阶段，在此基础上，选择以2006年为基年进行公路建设宏观质量的评价符合基期确定的原则，具有明显的特点，所以本项目研究的基期确定为2006年。
2 公路建设宏观质量第三级评价指标的研究
在研究确定了公路建设宏观质量评价体系框架后，反映14个二级指标的第三级评价指标成为本项目研究的关键和重点，也是难点，因此围绕公路工程宏观质量第三级评价指标，开展了指标确定原则、指标的筛选、表现方式、数据采集的可行性以及数据采集方法等方面的研究，最终确定的评价指标是在这些研究成果的基础上综合确定的。
2.1 第三级评价指标确定的方法与研究
1） 公路建设宏观质量评价指标筛选
在研究确定了公路工程宏观质量评价指标筛选的原则和总体思路后，按照“简化而不简单、关键且易获得、宏观性强、相关性强和稳定可比”的原则，经过反复的商讨和调研，初步筛选了涵盖公路工程实体质量、管理质量和使用质量三个方面的47个评价指标作为公路建设宏观质量评价指数的初步方案。
在此基础上，项目组分别组织召开了多次专家咨询会，采用讨论、咨询、调查表等方式对这47个指标进行论证和研究，就其是否遵循既定的原则、是否非常必要、是否切实可行进行研究。
2） 公路建设宏观质量评价指标的确定
就第三级评价指标的确定经数次讨论会，并发放专家调查表30份。根据反馈意见，指标最终还是要落实到能否从实际中获得需要的数据，因此，指标的筛选和确定最终还是要从数据的来源、数据的可靠性与可行性、数据的分类使用等几个方面考虑，并尽可能不增加数据采集的困难。
初选的47项指标中，各项指标大致可以分为三类，即合格率类指标、变异性类指标和差异性类指标。其性质有所不同，主要区别是有的指标对宏观质量评价是正作用——即指标状况越好宏观质量越好，而有的指标是负作用——即指标越大宏观质量越差，因此需要在此进行区分，以便在进行宏观质量计算时能够合理使用这些评价指标。为此将对宏观质量起正作用的指标定义为正向指标，起负作用的指标定义为负向指标。
2.3 宏观质量评价指标的定义与计算方法
公路建设宏观质量评价指标的确定为下一步进行宏观质量指数计算奠定了基础，但是如何准确运用这些评价指标则必须要给这些指标明确一个定义，为此，按照公路工程质量宏观评定的目的，结合《公路建设质量评定指数数据采集规定》的制定，为每个评价指标赋予了定义，并确定了相应的计算公式。
3 公路建设宏观质量评价指标标准研究
公路建设宏观质量评价指标的标准是宏观质量评价的基础和依据，由于全国各省级行政区公路建设投资规模不等、技术水平不同、对质量的管理与控制也不完全相同，因此，相同的指标在不同的区域其质量水平表现也不相同，如何兼顾各地情况，比较合理的运用宏观质量评价体系对全国的宏观质量进行表示就需要根据实际情况确定宏观质量评价指标的标准。
按照确定的公路建设宏观质量评价体系框架，选择了安徽、江苏、陕西、重庆、广东和云南六个省级行政区采集数据。为了保证提供样本的准确性、可靠性和可比性，项目组要求每个省根据数据采集的规定和要求，分别提供确定的宏观质量评价体系中21个三级评价指标的原始数据，并且每个指标的数据量不少于100公里。根据实际采集到的相关省区的公路工程质量检测数据做了分析和研究，并确定了评价标准。
3.1 变异性评价指标标准研究
图2 工程质量检测指标的分布
先进水平
平均水平
落后水平
100
90
80
70
60
50
好
在21个三级宏观质量评价指标中，共有路基弯沉变异系数、路基压实度变异系数、路面弯沉变异系数、基层强度变异系数、桥梁构件水泥混凝土强度变异系数和隧道衬砌水泥混凝土强度变异系数6个指标是以变异性来表示宏观质量的指标，对于宏观质量评价来说，变异性越大宏观质量越差，因此这些评价指标均为负向指标。在研究过程中，这六个指标均的数据量比较大，通过对原始数据的统计处理，得到如下统计结果和分析：从以上对六个变异类评价指标的统计结果来看，其分布规律基本都符合正态分布（见图3），与工程检测指标的分布规律一致，说明采集的数据具有一定的可信度。在此基础上如何确定这些变异类评价指标的标准就成为可能。
项目组通过研究认为，随着我国公路工程建设技术的进步和经验的不断积累，公路建设宏观质量整体上应该逐渐提高，因此，对于每个宏观质量评价指标来说，其正态分布的均值会逐渐向着最理想的极值方向发展，即每个变异类宏观质量评价指标的变异系数都会趋向于0，虽然这是一个理想化的指标，在工程实践中不可实现，但这并不影响其成为一个宏观质量的评价标准，据此，决定采用目标法确定宏观质量评价标准。另一方面，由于地区差异以及施工水平的不同，对于不同省级行政区、不同等级公路来说，每个宏观质量评价指标存在差异是必然的。由六个变异性评价指标的分布累计曲线，根据这些统计结果，分别按照70%、75%、80%、85%和90%的累计率统计了各个指标的变异系数值，并与采用目标法确定的极限评价标准一起列入表1中。
表1 变异类评价指标标准汇总
第三级
评价指标
路基弯沉变异系数
路基压实度变异系数
路面弯沉变异系数
基层强度弯沉变异系数
桥梁构件水泥砼强度变异系数
隧道水泥砼强度变异系数
目标法
评价标准
0
0
0
0
0
0
累计率
70%
43%
1.8%
36%
6.8%
9.8%
7.1%
75%
46%
1.9%
40%
7.3%
10.1%
7.5%
80%
50%
2.0%
45%
7.7%
10.6%
8.0%
85%
54%
2.1%
52%
8.0%
10.9%
8.5%
90%
60%
2.3%
62%
8.7%
12.2%
9.5%
根据以上分析和研究，项目组通过分别比较不同累计率的变异系数的量值水平，选择了以累计率80%为最低宏观质量评价标准。
3.2 合格率类评价指标标准研究
通过对合格率类宏观质量评价指标的合格率的统计分析可以确定，合格率类的宏观质量评价指标的量值均分布在0~100%之间，在这11个合格率类指标中，对于沥青合格率、水泥合格率、钢材合格率、护栏板厚度合格率和中标合同价率来说，其值越大，宏观质量越好，反之越差。由于本次研究过程中采集到的这几个指标的数据量较小，而且其量值一般都在0~100%之间变化，因此项目组经过多次讨论研究认为，对于这五个评价指标来说，需要规定一个最低合格率标准，在目前数据量不是很充分的情况下，初步确定这些指标的最低合格率不得低于50%，因此这五个指标的宏观质量评价标准为50%～100%。
对于工程变更率和工期变更率两个指标来说，其值越大，宏观质量越差。同样由于在研究过程中这两个指标的数据量有限，因此，项目组经过研究讨论认为，在进行宏观质量评价时需要规定一个最大限度，初步确定这两个指标的最大变更率不得超过50%，因此这两个指标的宏观质量评价标准为0~50%。
3.3 差异类评价指标标准研究
这类指标的初始状态均为交工验收时的测定值，最终状态均为竣工验收时的测定值，各个指标的衰减率实际上指的是路面结构的实际使用性能在缺点责任期内经过交通荷载作用和环境条件考验后的差异，一般认为，前后差异越大，其使用质量越差，前后差异越小，其质量越好，因此这四个指标也是负向指标。
公路工程实际使用质量的前后差异除了和其内在质量有关外，还和在缺陷责任期内的交通量大小有关，和气候环境条件的变化有关，这两个因素在目前的宏观质量评价体系之所以没有考虑是因为这两个因素无法量化。
因此，经过计算分析和讨论研究，初步确定在进行宏观质量评价时按其实际统计平均值进行计算。
3.4 公路建设宏观质量评价指标标准汇总
根据以上研究结果，确定了21个三级评价指标的评价标准，汇总于表2中。

一级
指标
二级指标
三级指标
正向指标
负向指标
评价标准
（满意值～不允许值）
公路工程宏观质量评价指数
实体质
量指数
（I-1）
路基工程
（II-1）
弯沉变异系数均值（III-1）

√
0~50%
压实度变异系数均值（III-2）

√
0~2%
路面工程
（II-2）
沥青路面弯沉变异系数均值（III-3）（水泥混凝土强度变异系数）

√
0~45%
面层总厚度合格率（III-4）
√

100%~90%
基层强度变异系数均值（III-5）

√
0~7.7%
桥梁工程
（II-3）
水泥混凝土强度变异系数均值（III-6）

√
0~10.6%
钢筋保护层厚度合格率（III-7）
√

100%~90%
隧道工程
（II-4）
水泥混凝土强度变异系数均值（III-8）

√
0~8.0%
衬砌或喷层厚度合格率（III-9）
√

100%~90%
管理质
量指数
（I-2）
物质保证
（II-5）
沥青合格率（III-10）
√

100%~50%
钢材合格率（III-11）
√

100%~50%
水泥合格率（III-12）
√

100%~50%
钢护栏钢板厚度合格率（III-13）
√

100%~50%
管理保证
（II-6）
工程变更率（III-14）

√
0~50%
中标合同价率（III-15）
√

100%~50%
工期变更率（III-16）

√
0~50%
使用质
量指数
（I-3）
实际使用质量
（II-7）
平整度衰减率（III-17）

√
0~实测均值
弯沉衰减率（III-18）

√
0~实测均值
横向力摩擦系数（III-19）

√
0~实测均值
车辙不合格率（III-20）

√
0~实测均值
路面破损率(含路、桥面修补和罩面)（III-21）

√
0~10%
表2 公路建设宏观质量评价指标标准汇总
4 公路建设宏观质量评价体系指标权重与计算方法研究
在公路建设宏观质量评价体系、评价指标和评价标准确定后，开展了公路建设宏观质量评价体系指标权重赋值与计算方法的研究。
4.1 宏观质量评价指标权重赋值研究
专家调查法和层次分析法是目前对指标权重赋值进行研究普遍采用的两种方法，本项目在研究过程中首先采用采用专家调查法（Delphi法）对公路建设宏观质量评价体系的三级评价指标进行了研究，之后采用层次分析法（AHP法）对各指标权重进行了赋值验证研究。
采用专家调查法经过以上三次调查，最终确定了31个评价指标的权重，见表3。
评价
指标
专家调查法
层次
分析法
第一次
第二次
回访
权重均值
标准差
离散
系数
权重
均值
标准差
离散
系数
权重
赋值
权重
赋值
I-1
0.45
0.09
19.25%
0.45
0.09
19.5%
0.45
0.54
I-2
0.27
0.11
39.25%
0.27
0.05
19.4%
0.25
0.26
I-3
0.28
0.07
26.40%
0.28
0.07
25.5%
0.30
0.20
Ⅱ-1
0.24
0.06
26.65%
0.23
0.02
10.4%
0.20
0.22
Ⅱ-2
0.28
0.05
19.49%
0.28
0.04
15.2%
0.30
0.30
Ⅱ-3
0.28
0.04
13.68%
0.29
0.04
14.6%
0.30
0.24
Ⅱ-4
0.2
0.05
27.00%
0.2
0.02
10.2%
0.20
0.24
Ⅱ-5
0.57
0.09
16.64%
0.57
0.04
7.3%
0.60
0.53
Ⅱ-6
0.43
0.09
22.06%
0.43
0.03
7.7%
0.40
0.47
Ⅱ-7
1
0.0
—
1
0.0
—
1.00

Ⅲ-1
0.53
0.12
23.22%
0.53
0.08
15.3%
0.50

Ⅲ-2
0.47
0.12
25.83%
0.47
0.06
13.8%
0.50

Ⅲ-3
0.35
0.12
33.87%
0.36
0.04
11.5%
0.35

Ⅲ-4
0.33
0.09
28.68%
0.33
0.03
10.2%
0.35

Ⅲ-5
0.32
0.10
32.16%
0.31
0.04
12.6%
0.30

Ⅲ-6
0.6
0.15
24.95%
0.61
0.10
15.8%
0.60

Ⅲ-7
0.4
0.09
23.63%
0.39
0.03
8.8%
0.40

Ⅲ-8
0.5
0.13
26.62%
0.52
0.14
26.4%
0.50

Ⅲ-9
0.5
0.13
26.19%
0.48
0.08
15.9%
0.50

Ⅲ-10
0.25
0.05
20.32%
0.25
0.03
13.6%
0.30

Ⅲ-11
0.32
0.07
21.43%
0.3
0.04
13.2%
0.30

Ⅲ-12
0.33
0.06
17.47%
0.3
0.02
7.8%
0.30

Ⅲ-13
0.1
0.02
18.52%
0.15
0.04
27.9%
0.10

Ⅲ-14
0.33
0.05
16.34%
0.3
0.03
11.1%
0.30

Ⅲ-15
0.33
0.12
36.35%
0.35
0.14
41.0%
0.40

Ⅲ-16
0.34
0.12
36.60%
0.35
0.10
28.0%
0.30

Ⅲ-17
0.3
0.11
35.24%
0.3
0.03
11.3%
0.30

Ⅲ-18
0.28
0.13
47.58%
0.3
0.05
15.9%
0.30

Ⅲ-19
0.07
0.02
25.70%
0.05
0.01
17.1%
0.05

Ⅲ-20
0.07
0.02
27.30%
0.05
0.01
14.6%
0.05

Ⅲ-21
0.28
0.08
28.39%
0.3
0.05
17.2%
0.30

表3 专家调查法得到的各指标权重
在专家调查法基础上，邀请不同领域专家对第一和第二级指标相对重要性进行比较和判断。采用层次分析法分别对每位专家的比选结果进行一致性检验，从中剔出RI不满足取值要求的比选方案。最终，汇总有效方案，给出第一和第二级指标的权重，如表7所示。从中不难看出，层次分析法所确定的指标权重值（第一和第二级指标）与专家调查法基本吻合。
4.2 公路建设宏观质量评价指标的量值转换
根据各评价指标的性质（正向指标或负向指标）和研究确定的各评价指标的评价标准，量值转换计算可以分为两种类型：极大型指标、极小型指标，对应的转换公式为：
(实际值<满意值) （式4-1）
= 100 (实际值>满意值)
(实际值>满意值) （式4-2）
= 100 (实际值<满意值)
根据以上计算公式，将21个三级评价指标的量值转换适合的方式进行了分类汇总。
4.3 公路建设宏观质量评价指数计算方法研究
选择合适的计算方法是实现本项目研究总目标的关键环节，目前常用的指数计算方法加权平均法、合成指标法和神经网络法专项评价方法，为了比较三种方法的优劣，在研究过程中分别采用三种方法进行了公路建设宏观质量指数的计算。
1） 加权平均法
加权平均法是以上一年数据为基准，计算每一年数据相对于上一年数据的变化率，得出各年质量指标相对变化率。
令第一年（1990）W（1）=100，按照加权平均算法：

2） 合成指标法
合成指标编制之前，需要将三级指标权重统一折算为第三级指标的权重，即合成权重，，选取与加权平均法相同基础的数据，进行合成指标的编制流程：
第一步、求指标的对称变换率。
指标的对称变化率：
式中：=指标i在第t年的数值。
第二步、各指标组的平均变化率
平均变化率计算公式：
式中：
——第i个指标的权重；
——第t年的变化率。
——指标个数（本项目为21）。
第三步、计算合成指数I。
合成指数计算公式：

3） 神经网络法
在本项目中采用的结构模型是三层BP神经网络模型。输入等待评价的信息，系统就能够正确地计算出相应的输出，即最终的公路质量评定指数。最后，根据评价集（“一级”“二级”“三级”“四级”“五级”）所对应的评价区间值（，，，，），给出公路建设质量综合评价结论。
4.4 公路建设宏观质量评价指标计算方法推荐
基于三级质量评价体系，分别采用加权平均法、合成指标法和神经网络法三种指标计算方法，并针对计算方法进行了敏感性分析，根据对三种计算方法的对比分析和评判，发现对公路建设质量判断结果较为一致。
表4 三种方法结果比较
年限
90年
91年
92年
93年
94年
95年
96年
97年
98年
99年
加权平均法
100
102
104
109
105
114
103
111
120
117
合成指标法
100
100
101
103
98
105
96
102
103
102
神经网络法
100
100
103
105
99
106
95
103
109
106
相比较而言，加权平均法其算法简洁实用，而且对不同年份指数变化程度的反映更为敏感，因此从实际应用角度出发采用加权平均法作为公路建设质量评定方法。
5 数据采集方法研究
数据采集方法是实现公路建设宏观质量评价的基础，从宏观质量评价体系的建立、指标的筛选到各项指标标准的研究，其中一个主要的工作内容就是数据采集的问题。
数据采集方法的研究主要从三方面展开，一是数据采集的总规定，它是采集数据的总方针，数据提供单位必须遵照此规定进行数据采集；二是数据采集的细节，它为数据提供单位提出了具体的要求，涉及到每个指标采集的频率和方法；三是数据报送的格式，关系到每一个指标数据的填写和上报的格式。
（1） 公路建设质量评价指数数据采集规定的研究
《公路建设质量评价指数数据采集规定》（简称《规定》）是对数据采集的总说明，包括6个内容即：数据采集目的和适应范围、数据采集原则、与相关规范关系、数据采集报送时间规定、抽查项目频率规定和抽查位置的确定。
（2） 数据采集项目总表（《总表》）
数据采集项目总表（简称《总表》）依据项目前期征求专家筛选研究指标的意见，包括了公路建设质量综合评价指数的三个一级指标，分别是实体质量指数、质量保证指数（包括物质保证和管理保证）和使用质量指数，各省站需要检测21个指标，也就是说，《总表》是各指标采集方法和检测频率的具体说明。
（3） 数据采集表
数据采集表（简称《采集表》）的设计是在此项目评价体系各指标采集方法和指标计算方法确定后才设计的，数据采集格式依据计算指标的方法和采集数据的方法设计，表格设计原则：简单易懂、方便录入、容易计算指标。
参照以往相同指标采集表的设计格式，争对本项目对各指标检测目的，检测数量的要求设计了与其相对应的检测报表。《采集表》一方面反映了《总表》中抽取数据的方法和步骤，另一方面显示了各省抽取路段的位置和桩号，为经后的抽检和复检工作提供了便利，同时可以校验抽取的数据数量是否满足要求。
6 公路建设质量评价系统
公路建设质量评价系统系统包含两个子系统：数据处理子系统和指标计算子系统，基础数据由SQL数据库系统支持。
数据处理子系统可使用户通过可视化工具栏对各省市采集数据进行计算处理，程序通过选择数据报表文件，可自动按定义计算出三级指标值，计算结果保存为Excel文件，该文件为指标计算子系统提供入口参数。指标计算子系统根据指标权重和指标标准，进行参数设置，以指标计算子系统提供的数据文件为输入，采用研究确定的指数计算方法得出实体、管理、使用以及综合质量指数，计算结果保存为数据库文件，为后期统计分析指标变化和评价结果提供参数。

图3 指数计算

公路工程质量评定指数的研究我国公路工程建设宏观质量评价提供了科学依据，通过对宏观质量评价指数的跟踪和分析，可以更好的跟踪我国公路工程建设宏观质量的变化状态、分析影响宏观质量的因素，不仅可以为交通部加强交通行业管理提供有力的技术支撑，而且可以为不同区域，不同省级行政区域的公路工程建设管理提供服务，其直接的和间接的经济效益显著，更具有广泛的社会效益，利于公路建设和养护资源的节约与环境保护，具有良好的推广应用前景。