راه و ترابری
مدیریت تجزیه و تحلیل روسازي شهر همیلتون ، ايالت تنسی ایالات متحده آمریکا، با استفاده از HDM -4 و HPMA
مدیریت تجزیه و تحلیل روسازي شهر همیلتون ، ايالت تنسی ایالات متحده آمریکا، با استفاده از HDM -4 و HPMA
چكيده
بنا بر گزارش جامعه مهندسین عمران آمریکا جاده هاي تنسی در سال 2009، از نظر كيفيت به درجه (ب) تنزل يافتند كه در درجه اول به دلیل کمبود بودجه کافی و احتمالا عدم استفاده مناسب از منابع مالی در دسترس بوده است. کمبود بودجه کافی برای مدیریت زیرساخت یک موضوع در بسیاری از ادارات دولتی حمل و نقل در ایالات متحده است. سیستم مدیریت روسازي (PMS ) نشان داده است که یک ابزار ضروری برای مدیریت مناسب از زیرساخت ها و بهره برداری صحیح از منابع مالی در دسترس مي باشد. این مطالعه برای تعیین بهره برداری بهینه از منابع مالی موجود برای شهر همیلتون در تنسی، با استفاده از PMS متمرکز شده است. دو بسته های نرم افزاری، (HDM -4) و (HPMA )، برای ارزیابی شرایط روسازی موجود و پیش بینی شرایط آینده مورد استفاده قرار گرفت. برای تعیین روش نگهدارنده مقرون به صرفه مورد نیاز برای یک بخش خاص، و در نهایت به پیشنهاد استفاده بهینه از منابع مالی.
سیستم مدیریت روسازي برای چاتانوگا، تنسی
در ایالت تنسی به طور متوسط سالانه بودجه تعمیر و نگهداری روسازی از 60 میلیون دلار برای مسيرهاي داخلي و 120 میلیون دلار برای مسيرهاي ايالتي هزينه مي شود. نیاز واقعی برای تعمیر و نگهداری روسازی سالانه 90 میلیون دلار براي برای مسيرهاي داخلي و 120میلیون دلار برای مسيرهاي ايالتي است. با توجه به تفاوت در مقدار واقعی مورد نیاز و مقدار متوسط دریافت شده توسط TDOT ، نياز به تعیین یک روش براي اختصاص بودجه در دسترس لازم است. این مطالعه ، برای ارزیابی روش نگهداري مقرون به صرفه و همچنین توزیع مناسب بودجه مي باشد. در این مطالعه سیستم مدیریت روسازی (PMS ) به عنوان یک ابزار برای رسیدن به اولویت بندی تعمیر و نگهداری جاده مورد استفاده قرار گرفت. PMS توسط اداره فدرال بزرگراه به عنوان "مجموعه ای از ابزارها یا روش های است که می تواند تصمیم گیرندگان را در پیدا کردن استراتژی مقرون به صرفه برای ارزیابی، و حفظ روسازي در یک وضعیت سرویس کمک نمايد" شناخته مي شود. PMS فرایندي برای کاهش زمان بین انتخاب یک پروژه و برنامه بهسازي مي باشد برای اطمینان از برنامه مناسب جهت به حداکثر رساندن عمر عملکرد و کاهش هزینه های کلی چرخه عمر روسازي. جهت انتخاب روش تعمیر و نگهداری مقرون به صرفه، و استفاده بهینه از منابع مالی به عنوان ابزار PMS دو بسته های نرم افزاری HPMA و HDM -4 برای ارزیابی اهداف متعدد، مانند شرایط آینده روسازی مورد استفاده قرار گرفت .
سیستم مدیریت و توسعه بزرگراه (HDM -4)
سیستم مدیریت و توسعه بزرگراه (HDM -4) یک برنامه نرم افزار کامپیوتري است كه توسط بانک جهانی به عنوان یک ابزار تصمیم گیری برای بررسی مهندسی و قابلیت های اقتصادی سرمایه گذاری در پروژه های جاده مورد استفاده قرار مي گيرد. تجزیه و تحلیل برنامه در درجه اول با اولویت دادن به یک لیست طولانی از پروژه جاده هاي نامزد را به یک سال و یا برنامه کار چند سال تحت محدودیت های بودجه می باشد. تجزیه و تحلیل استراتژیک در کل شبکه راه را برای برنامه ریزی بودجه بلند مدت و یا برای بهینه سازی استراتژی های تعمیر و نگهداری (HDM ) انجام می شود. در تجزیه و تحلیل استراتژیک، تمام جاده ها با ویژگی های مشابه گروه بندی شده و ماتریس شبکه جاده با ویژگی های مشابه دسته بندي مي شود.
HDM -4 برای هر مورد از پروژه، با برنامه و یا تجزیه و تحلیل استراتژیک، انجام شرایط کل چرخه عمر و هزینه های یک دوره تجزیه و تحلیل تحت یک مجموعه مشخص شده از شرایط توسط کاربر را مشخص مي نمايد. مجموعه اصلی هزینه برای تجزیه و تحلیل چرخه عمر شامل هزینه های سرمایه گذاری، تعمیر و نگهداری، استهلاك خودرو، زمان سفر، و حوادث به عنوان یک گزینه مي باشند. اثرات زیست محیطی، از جمله محاسبه مصرف انرژی و انتشار گازها توسط وسیله نقلیه در جریان هزینه گنجانده نشده است. بهترين گزينه برای هر بخش به حداکثر رساندن منافع اقتصادی برای کل شبکه در صورت محدود کردن منابع مالی مي باشد.
مدیریت روسازي بزرگراه (HPMA )
(HPMA ) یک برنامه نرم افزاري توسعه یافته توسط مشاور Stantec مي باشد که با استفاده از داده های شرایط روسازي از طریق مجموعه ای گسترده از مدل تجزیه و تحلیل برای تعیین وضعیت جاده ها و شبکه فعلی و آینده است. این نرم افزار به تعریف یک مجموعه از تعمیر و نگهداری و بهسازي (M & R ) کمک می کند تا اولویت های شبکه و بودجه برای M & R مشخص نمايد HPMA برای تعیین کل نیازهای نگهداری مورد نیاز استفاده می شود. اگر این نیازها با فوريت ادا نگردند، این نیازهای در آينده بروز مي يابند. متوسط روند عملکرد بر اساس شاخص صافی سطح رويه (PSI )، شاخص خرابي روسازي (PDI )، و شاخص کیفیت روسازي (PQI ) برای همه بخش ها مورد تجزیه و تحلیل قرار مي گيرد. روش نگهداري مورد نیاز برای هر بخش و زمان آن توسط HPMA بيان مي گردد. کل هزینه مورد نیاز برای مراقبت از مجموع نیازهای نیز گنجانده شده است.
Input Data for HDM-4 and HPMA
داده های ورودی HDM -4 شامل نرخ سالانه ترافیک رشد، 1.8٪، انواع خودرو و تایر، تعداد محور، متوسط عمر خودرو و کیلومتر سالانه رانده می شود، اطلاعات در ناوگان (اتومبیل های مسافری، واحد، و تریلر تراکتور)، استفاده شده است که برای محاسبه هزینه های عملیاتی خودرو و عملکرد روسازي بيان مي شود. دیگر داده های ورودی شامل ظرفیت روسازي، نوع آسفالت و ویژگی هاي،
سرعت؛ تاریخ تعمیر و نگهداری IRF ، تعداد ترافیک و هزینه های (واحد، آژانس و کاربر) مي باشد . داده های ورودی HPMA شامل ویژگی های روسازي ، شدت خرابي سطح، تاریخچه تعمیر و نگهداری، اطلاعات ترافیک و استاندارد تعمیر و نگهداری ، واحد هزینه و بودجه در دسترس . مي باشد.
پارامتر ها
پارامتر برای هر دو روش HDM -4 و HPMA نشان دهنده وضعیت آسفالت و نحوه نگهداری مي باشد. در جدول 1، پارامترهای برای دسته بندی ناهمواري و یا کیفیت سواری بر حسب(متر/كيلومتر) و يا (اينچ / مایل) از روسازي ها مشخص شده است. پارامترهای خرابي سطح شامل تمام ترک خوردگی سازه، ترک خوردگی سازه ای، ترک خوردگی حرارتی عرضی، تعداد چاله ها، ميزان شکستگي لبه. میانگین عمق شیار با توجه به هر شرایط مشخص (جدید، خوب، متوسط، ضعیف، بد). پارامترهای برای بافت سطح، که شامل عمق بافت و مقاومت ترمز ماشین، در جدول 1 نشان داده شده است. همچنين پارامترهاي معیار شکست در هنگام استفاده از نرم افزار HDM -4 معرفي شده است. این پارامترها و مقادیر عملكرد آنها در بسته های نرم افزاری برای تصمیم گیری تعمیر و نگهداری استفاده می شود.
نتایج HDM -4
ناوگان خودرو مورد استفاده در HDM -4 شامل اتومبیل های سواري، کامیون دو محور، وتریلر (کامیون چند محور)، با متوسط سالانه ترافیک روزانه و نرخ رشد سالانه 1.8٪. دو بخش از جاده برای ارائه نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل استفاده می شود . دو استراتژی تعمیر و نگهداری و بازسازي از جمله پوشش سطحي و روكش آسفالت، برای تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار گرفت. شکل 1 نشان می دهد كه متوسط ناهمواري در قطعه I - 75، در صورت استفاده از پوشش سطحي درسال 2021، افزایش مي يابد ، اما در صورت روكش آسفالت در منطقه (IRI <2.5) خوب قرار مي گيرد. ناهمواري برای قطعه SR 319، كه راهي درجه دو مي باشد، نشان می دهد که اگر چه پوشش یا microsurfacing اعمال می شود، آن بخش از جاده در (= 2.0 IRI - 3.0) "خوب" باقی خواهد ماند. پس از اجرا HDM -4، مشاهده شد که سطوح آسیب دیده مشتمل بر ترک خوردگی، چاله ها، شکستگي لبه ، و ... زماني كه (2 <IRI ≤ 3) قرار داده شده تعمیر و نگهداری باید استفاده شود. این محدودیت ناهمواري توسط TDOT به منظور جلوگیری از افزایش در هزینه های تعمیر و نگهداری برقرار می گردد. اگر چه، با توجه به جدول 1، این محدوده در شرایط خوب قرار مي گيرد و روسازي در صورت عدم توجه در وضعیت بدی قرار می گیرند. اگر ناهمواري روسازي درمحدوده نسبتا خوب تاضعيف قرار گيرد و تعمير آن هزینه را بشدت افزایش می دهد. بر اساس پارامترهای شرح داده شده در جدول 1، اگر در سال 2012 روكش جایگزین پوشش سطحي گردد روسازي در شرایط خوبی برای ده سال آینده باقی می ماند. پس از اجراي روكش سطحي در قطعه، SR 319 به نظر می رسد در شرایط خوبی قرار می گیرند و قطعه برای مقاومت ترمز و عمق بافت در سطح پذیرش قرار مي گيرد. مقاومت ترمز 0.5 ميزان قابل قبولي مي باشد. همچنين برای عمق شیار، آن نيز در سال 2012 در منطقه خوب شرایط (2 میلی متر) است اما به آرامی منطقه ضعيف (5 میلی متر) در سال 2021 می رسد. ترک خوردگی سازه اي پیش بینی شده است نيز تا سال 2021 در شرایط خوب باقی می ماند . بر اساس نتایج شرايط روسازي، می توان نتیجه گرفت که پوشش سطحي ممکن است داراي هزينه کمترباشد با این حال، این گزینه تعمیر و نگهداری لزوما بهبود همه خرابي مانند عمق شیار نمی باشد. از سوی دیگر، با استفاده از یک روكش آسفالت شرايط جاده به طور قابل توجهی بهبود می بخشد که در آن ترک خوردگی سازه و عمق شیار در شرایط خوب در طول دوره تجزیه و تحلیل باقی مانده است. چند سال نتایج بهینه سازی تولید با استفاده از HDM -4 در جدول 2 نشان داده شده است. برای شناسایی بخشهايي كه نیاز به توجه فوری تعمیر و نگهداری دارند از حداکثر ارزش فعلی خالص (NPV ) / هزینه استفاده شده است با استفاده از محدودیت بودجه ، نتایج بهینه سازی جهت در اولویت قرار دادن هر بخش جاده بر اساس نياز به تعمیر و نگهداری قبل از بخش جاده دیگر مشخص مي شود. بر اساس جدول شماره 2، در میان قطعات، I -124 M 33 1 (3.2 کیلومتر) نیاز به تعمیر و نگهداری فوری دارد.
HPMA
گزارش ها در HPMA بر اساس PSI ، PDI و PQI داده می شود IRI و عمق شیار داده ها برای هر بخش جمع آوری می شوند با استفاده از یک وسیله نقلیه مجهز به سنسور لیزری، حداکثر طول در یک مایل در قطعه تعریف شوند. TDOT با استفاده از مدل های مختلف از جمله مدل شاخص خرابي، مدل شاخص ناهمواري، مدل شاخص کل (PQI ، PDI ، مدل PSI ) برای پیش بینی ناهمواري اقدام مي نمايد. سپس HPMA با استفاده از شاخص های مربوطه (PSI ، PDI ، و PQI )، به پیش بینی اقدام مي نمايد. اگر هیچ اطلاعات از سایت وجود ندارد، HPMA با استفاده از مدل های زوال به طور پیش فرض اقدام مي نمايد. شکل 2 عملکرد آسفالت با استفاده از شاخص PQI برای بخش خاصی از I -75 را نشان می دهد. منحنی زوال برای این بخش خاص عملکرد بخش را پيش بيني می کند. PQI طور متوسط برای سال خاص مشخص شده است. به عنوان مثال، به طور متوسط PQI برای I -75 در سال 2012 3.37 است. کیفیت روسازي رو به وخامت حدود 2.5 است و براي حفظ جاده بازگرداندن آن به حدود 4.0 كافي است. در سال 2012، بودجه 91،800،000 دلار برای پاسخ با تمام نیازهای مورد نیاز است. اگر همه بخش در سال 2012 تحت بهسازي قرار گيرند، پس از آن بخش باقی مانده كه انتظار می رود در سال 2013 تكميل شود تنها نیاز به 9.7 میلیون دلارخواهد داشت.
نتيجه گيري
در ارزیابی شرایط روسازيهای موجود و پیش بینی شرایط آینده
- نتایج حاصله با HDM-4، شرط روسازي برای I-75 و SR 319، می توان نتیجه گرفت که هزینه های پوشش سطحي کمتراست. با این حال، این گزینه تعمیر و نگهداری لزوما به بهبود همه پارامترها نمي انجامد.
- نتايج حاصله با HPMA نشان مي دهد در صورتيكه عملکرد به شرايط PQI <2.5 برسد تعمیر و نگهداری مشخص اعمال می شود.
- برای تعیین روش مقرون به صرفه برای هر قطعه خاص مي بايد پیشنهادات با استفاده بهینه از منابع مالی باشد.
- با استفاده از HDM-4،و با توجه به محدودیت بودجه ، تجزیه و تحلیل بهینه سازی انجام شده است و هر بخش جاده است بر اساس حداکثر NPV / هزینه اولویت بندی مي شود.
- با استفاده از HPMA، و با توجه به محدودیت بودجه به منظور اولویت بندی هر بخش حداکثر نسبت مقرون به صرفه و همچنین PQI، PDI، و ارزش PSI در نظر گرفته ميشود
توصیه می شود که HPMAبا توجه به مقرون به صرفه بودن تجزیه و تحلیل بهینه سازی در جهت استفاده به اندازه کافی از بودجه در دسترس از اين روش استفاده گردد.
آرشيو مطالب...