论文总字数：33345字

摘 要

随着环境问题的日益突出，可持续发展问题越加地受到人们的关注，与之相应的，当今公路行业逐渐由“建养兼顾”向“养护为主”发展。因此有必要深入研究公路养护工程的能耗和碳排放量，评价不同养护方案的综合性能，为养护方案决策提供依据。本文采用数据包络分析的方法，研究了沥青路面养护能效评价体系。

本文对沥青路面养护过程进行了分析，建立了一套沥青路面养护能效评价指标。运用数据包络分析的方法，使用CCR模型和BCC模型对评价指标进行了分析，得出了相关数据表格。在此基础上，从相对效率、评价基准、差额优化三个方面进行了结果分析，总结得到结论：从单个方案来看，能效最高的是SUP-25 厂拌热再生（8cm中下面层）方案；从大类上来说，基质热拌类和厂拌温再生类这两大类在能效上有待改进；结合产出性能比较，得出改性热拌类方案、厂拌热再生类方案和基质热拌类中的AC-13 普通沥青混凝土（4cm上面层）方案为较好的选择。

通过整个文章的流程，建立了一套沥青路面养护能效评价体系，可以作为道路养护施工方案选择的决策指导。

关键词：沥青路面养护能效，数据包络分析，评价指标，评价体系

ABSTRACT

With the environment problem becoming increasingly serious, sustainable development has got great attention from people, with the corresponding, today's road sector gradually change from ‘Both build and support’ to ‘Support first’. Therefore, it is necessary to study energy consumption and carbon emissions in road maintenance projects, evaluate the overall performance of different conservation programs and provide a basis for the decision-making of choosing conservation programs. In this paper, the energy efficiency evaluation system of the asphalt pavement maintenance is studied by using the data envelopment analysis.

This paper analyzes the process of the asphalt pavement maintenance, established an energy efficiency evaluation index of the asphalt pavement maintenance. Through the data envelopment analysis, using the CCR model and BCC model to analyze the evaluation index, and the relevant data tables were obtained. I analyzed the results from the three aspects of relative efficiency, evaluation criteria and the difference to improve programs, and then summed up some conclusions: from the point of view of a single program, SUP-25 mixed in plant and regeneration in high temperature(8cm at the middle or bottom layer) program has the highest energy efficiency; from the point of view of classes, the high-temperature-mixed matrix asphalt and the mixed in plant and regeneration in common temperature class need some improvement on energy efficiency; comparing with the output performance of each program, the high-temperature-mixed modified asphalt class, the mixed in plant and regeneration in high temperature class and the AC-13 ordinary asphalt concrete (4cm at the top layer) program in the high-temperature-mixed matrix asphalt class is a better choice.

Through the whole article, an energy efficiency evaluation system of the asphalt pavement maintenance has been established, which can be used as a decision-making guidance for the selection of road maintenance program.

KEY WORDS: the energy efficiency of the asphalt pavement maintenance, data envelopment analysis, evaluation index, evaluation system

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状综述 1

1.3 关于沥青路面养护评价体系的研究 1

1.4 关于数据包络分析方法的研究 3

1.4.1 对于数据包络分析方法理论的研究 3

1.4.2 数据包络分析方法的应用研究 4

1.5 本文的研究目的和主要研究内容 6

1.5.1 研究目的和意义 6

1.5.2 研究内容 6

第二章 数据包络分析的基本思路与模型 9

2.1 数据包络分析的基本流程 9

2.2 评价目标 10

2.3 决定决策单元 10

2.4 决定输入/输出指标 11

2.4.1 指标选取的要求 11

2.4.2 指标系统的确定 12

2.4.3 数据收集 12

2.5 选择DEA模型 18

2.5.1 DEA方法的基本思想 18

2.5.2 技术效率与规模效率 18

2.5.3 CCR模型 19

2.5.4 BCC模型 20

2.5.5 效率评价方式 21

第三章 沥青路面养护方案DEA输出结果分析 23

3.1 相对效率分析 23

3.2 评价基准分析 26

3.3 差额优化分析 28

3.4 分析总结 31

第四章 结论 33

4.1 主要结论 33

4.2 本文的创新点 33

4.3 对未来研究的展望 34

参考文献 35

致谢 38

绪论

1.1 引言

随着环境问题的日益严重，可持续发展问题越来越受到人们的关注，而道路施工却存在着较大的环境影响。道路是基础设施建设中重要的一环，但随着道路建设的快速发展，也造成了许多严峻的环境问题，例如能源消耗、温室气体和土地占用等。我国政府对此采取了相应措施，在《交通运输“十二五”发展规划》中提出了绿色交通概念，大力推广道路建设和运营节能减排，以此来减少道路交通对环境的影响。

为了响应节能减排的举措，当今公路行业逐渐由“建养兼顾”向“养护为主”发展，而养护过程中同样带来巨大的直接和间接环境影响。因此有必要深入研究公路养护工程的能耗和碳排放量，评价不同养护方案的综合性能，为养护方案决策提供依据。

1.2 国内外研究现状综述

由于沥青路面较好的路用性能，在我国的道路建设中沥青路面被广泛采用。随着近几年来可持续概念的迅速推广，道路工作者们对沥青路面的养护越来越重视，各国学者对沥青路面养护的管理与决策的研究也渐渐多了起来。研究者们在沥青路面养护的管理与决策、沥青路面养护评价体系和评价指标等多个方面对沥青路面养护的研究进行了探索与创新。

数据包络分析（DEA）是一个对多投入\多产出的大量决策单元进行效率评价的有效方法。由于对比其他的分析方法数据包络分析方法存在其独特的优势，被广泛应用于盈利性和非盈利性组织的效率评估。近几年来，渐渐开始有学者尝试使用数据包络分析的方法来评价沥青路面养护能效。通过使用数据包络分析的方法来评价沥青路面养护能效，他们成功地解决评价指标单一、评价指标权重不易确定等问题，但是，大多数学者仅仅使用数据包络分析的方法来进行沥青路面养护方案总技术效率高低的比较，没有从纯技术效率和规模效率的角度深入探讨沥青路面养护方案总技术效率高低的原因和总技术效率差异产生的原因。

1.3 关于沥青路面养护评价体系的研究

近十年来，许多学者对沥青路面养护评价进行了研究，从多方面、多角度进行了沥青路面养护评价体系进行了探索。

2003年，大连理工大学的何云民把我国第一条高速公路——沈大高速公路作为研究对象，对沥青路面病害类型、各病害产生原因以及其影响因素做了综合分析，建立了一套沥青路面养护评价指标体系。根据北方寒冷地区的沥青路面常见病害，何云民在其评价体系中使用平整度、裂缝、车辙和弯沉四项单项指标作为综合评价指标，用来评价我国北方寒冷地区高速公路沥青路面的使用性能特点；使用摩擦系数当作路面是否需要加铺抗滑层的依据，作为判断路面抗滑性能的指标^[1]。

2007年，长安大学的邵东野使用国际平整度指数最为道路使用性能评价依据，通过跟踪调查、现场实测路段数据的方式，使用计算机建模等工具，找到了国际平整指数和路面使用性能之间的联系，得出两者间的回归方程式和相关模型，之后从IRI养护方案优化分析出发，最终重新建立了一套全新的沥青路面养护评价体系。在此基础上，邵东野运用其建立沥青路面养护评价体系，通过分析沥青路面在生命周期内的（1）路面性能衰变趋势（2）道路养护维修成本（3）道路使用者成本和（4）社会环境成本与效率，估算了沥青路面养护效率并确定了最佳养护时机^[2]。

2009年，长安大学的张军分析了现有的沥青路面路况调查和评价方法以及路面调查的设备，讨论了路面性能评价指标与评价体系的使用范围和应用方式，分析和探讨了路面性能预测模型的优势和缺陷。张军提出了使用基于模糊推理多目标递阶的混合遗传算法来对网级养护资金进行配置和优化；提出了基于 Mathlab 的决策树和修正型的效率费用法相结合的方法作为项目规划决策的依据，并最终建立了一套项目养护决策模型。在此基础上，为了弥补养护机械优化配置经济性评价模型的不足之处，他还结合了施工养护方案经济性评价方法和养护机械优化配置经济性评价方法，建立了一套养护经济性评价模型^[3]。

2013年，吉林大学的白日华根据沥青路面养护设计数据信息量较大、方案设计周期较短的特征，设计出一款系统化的沥青路面病害检测和养护决策的辅助设计软件，大大提高了养护决策的科学性和效率。除此之外，白日华还提出了采用分阶段决策的方式来进行养护决策，即第一阶段初步判断各路段所需采取的养护措施类型，第二阶段根据各路段的养护措施类型来采用与之相对应的层次分析法模型。此方法可以使人们的思维方式更有条理，进而系统地分析问题，科学地进行决策^[4]。

本文着眼于沥青路面养护能效的评定，采用数据包络分析的方法来对沥青路面养护方案进行分析比较。沥青路面养护是一个多输入、多输出的系统，应通过多种投入与产出的对比分析来评价其综合效率。采用数据包络分析的方法，可以较好地评价多输入、多输出的系统，除此之外，数据包络分析的方法对指标的权值没有要求，可以较好地客服研究者主观地进行评价权值估计的误差，故采用此方法进行研究。

1.4 关于数据包络分析方法的研究

在1978年由Charnes，Cooper和Rhodes首次提出并逐渐发展而形成的数据包络分析方法（DEA），是一种解决多投入、多产出问题的非参数方法。DEA方法集成了计量经济学的边际效率理论和高等数学中的线性规划模型，可以用来比较不同决策单元的相对效率和规模收益^[5]。数据包络分析方法的优势是，对指标的要求低，而测量的灵敏度和可靠性都很高。数据包络分析法可以对评价指标单位无法统一和权重难以确定的的系统进行分析，这样，所有指标都可以保持原始测算的数值不必做出调整，既简化了指标测量的过程，又避免了人为估算指标权重所造成的误差。由于DEA 方法对于具有相同指标类型的多输入/多输出决策单元进行综合评价时，不需要对任何变量之间进行函数关系的假设，因此DEA方法在对性质相近的决策单元进行评价分析时具有一定的优势^[6][7][8]。截至2013年5月，仅在Web of science中检索到的DEA主题文献就有6000篇，Charnes，Cooper 和 Rhodes 的文章因为得到大量的SSCI 和 SCI 引用而被誉为 DEA 领域的经典。同时，从1978 年问世至今，DEA 方法在分析评价理论和实际领域应用方面都得到了巨大的发展，越来越多的研究者们都开始认同DEA 是一种优秀的运筹建模工具并把它运用到相关的研究工作中^[9][10]。DEA方法的独特优势使其在非盈利性组织以及盈利性组织中都大受欢迎，而DEA方法自身也在不断地发展和完善中。

1.4.1 对于数据包络分析方法理论的研究

本节对于数据包络分析方法理论的研究分为三个部分，分别为：与其他方法相比DEA方法存在的优势、DEA有效性的研究和DEA灵敏度的研究。

（1）与其他方法相比DEA方法存在的优势

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