بخشی از مقاله
برآورد شاخص وضعیت روسازی به کمک نرمافزار MicroPaver و ارائه راهکارهای ترمیم (مطالعه موردی، خیابان ولیعصر تهران)
خلاصه
روسازیها از سرمایههای ملی کشور محسوب میشوند که سالانه بخش عمدهای از بودجه عمرانی سازمانهای ذیربط صرف ترمیم، بهسازی و نگهداری آنها میشود. از اینرو نیاز به مدیریت این زیرساختها هر روز بیش از پیش احساس میگردد. یکی از مراحل کلیدی در سیستم مدیریت روسازی، برآورد شرایط حال حاضر روسازی است که برای آن از شاخصهایی نظیر IRI و PCI استفاده میشود. در این تحقیق شاخص PCI برای تعیین وضعیت کنونی روسازی خیابان ولیعصر تهران (حد فاصل بیمارستان مهرگان تا پل شهید همت) به کار رفته است. این کار با برداشت میدانی دو مسیر متفاوت BRT و سوارهرو خیابان مذکور و تحلیل آنها با نرمافزار MicroPaver v5.2 صورت گرفته که طی آن خرابیهای دو مسیر مقایسه و راهکارهایی جهت ترمیم آنها ارائه گردیده است.
کلمات کلیدی: سیستم مدیریت روسازی، PCI، MicroPaver، خرابیهای روسازی، ترمیم و بهسازی.
1. مقدمه
روسازیها سرمایههای ملی کشورها محسوب میشوند که سالیانه بخش عمدهای از بودجه عمرانی سازمانهای ذیربط صرف ترمیم، بهسازی، حفظ و نگهداری آنها میشود. تأمین اعتبار کافی برای این منظور چالشی است که مدیران عالی همواره با آن مواجه و دست به گریبان بودهاند. امروزه شبکه های روسازیها نیاز به مدیریت دارند و نگهداری به تنهایی دیگر کافی نیست. پیشرفتهایی که اخیراً در زمینه ریزکامپیوترها و تکنولوژی مدیریت روسازی بدست آمدهاند ابزار مورد نیاز را برای مدیریت اقتصادی روسازیها فراهم آوردهاند. یک سیستم مدیریت روسازی4 روشی سیستماتیک و منسجم را برای انتخاب ضروریات ترمیم و نگهداری و تعیین اولویتها و زمان بهینه برای تعمیرات از طریق پیشبینی وضعیت روسازی در آینده در اختیار میگذارد.
اولین گام به منظور استقرار یک سیستم مدیریت روسازی شناسایی و تعریف شبکه است. برخی از عوامل که برای تعیین شبکههای گوناگون باید در نظر گرفته شود عبارتند از کاربری ، منابع تأمین مالی و حداقل استانداردهای بهرهبرداری پس از آنکه شبکه (ها) مشخص گردیدند آنها را به شاخهها و قطعات تقسیم میکنند. این فرایند بطور کلی شامل تعریف شبکه روسازیها، اندازهگیری وضعیت روسازی، پیشبینی وضعیت روسازی، مدیریت در سطح شبکه (بودجه کوتاه و درازمدت موردنیاز سازمان ذیربط ، وضعیت کل شبکه در حال و آینده و اولویت بندی پروژههای احتمالی) و مدیریت در سطح پروژه (انتخاب بهترین و کم هزینهترین گزینه انتخابی در چارچوب محدودیتهای مدیریتی) است.
یکی از ویژگیهای مهم سیستم مدیریت روسازی آن است که هم توانایی تعیین وضعیت موجود شبکه روسازی را دارد و هم قادر است وضعیت آتی آن را پیشبینی کند. برای آنکه بتوان وضعیت روسازی را به نحو قابل اطمینان پیشبینی نمود بایستی از یک سیستم درجهبندی عینی و قابل تکرار برای شناسایی وضعیت روسازی استفاده کرد.
2. شاخص وضعیت روسازی
در جهان، شبکه راهها به دلایل زیادی از جمله ترافیک در حال افزایش و محدودیت امکانات نگهداری خرابیهای سازهای مهمی را تجربه میکند 1]، 2 و.[3 روشی که توسط گروه مهندسین ایالات متحده جهت پیشبینی وضعیت روسازی پیشنهاد شده است، روش PCI یا شاخص وضعیت روسازی است که مقبولیت وسیعی برای روسازی فرودگاهها، جادهها و محوطهی پارکینگها به دست آورده است 1]و.[4 بعدها این شاخص به وسیله DOD1 و APWA2 تأیید و به کار گرفته شد. PCI یک نشانه عددی است که مقدار آن از صفر برای یک روسازی غیرقابل استفاده تا 100 برای یک روسازی کاملاً بدون عیب و نقص متغیر است .[5] محاسبه PCI براساس نتایج یک بررسی چشمی صورت میگیرد که در آن نوع ، شدت و میزان خرابی
مشخص میشود.
PCI شاخصی عددی است که شرایط سحطی روسازی را رتبهبندی کرده و معیاری از شرایط حاضر روسازی بر پایه خرابی مشاهده شده روی سطح روسازی فراهم میکند که گویای یکپارچگی ساختاری و شرایط عملیاتی سطحی (ناهمواری و ایمنی) نیز هست. این شاخص ظرفیت سازه ای را نمیسنجد و معیار مستقیمی از مقاومت لغزشی و ناهمواری فراهم نمیکند، بلکه مبنای نسبی و عینی جهت تعیین اقدامات ضروری تعمیر و نگهداری و اولویتبندی آنها را مهیا میسازد. با برداشت مداوم PCI میتوان نرخ خرابی روسازی را تعیین کرد که امکان شناسایی اولیه اقدامات ضروری نوسازی را فراهم میکند. همچنین PCI بازخوردی از عملکرد روسازی به دست میدهد که برای تأیید یا بهبود طرح روسازی موجود و اقدامات نگهداری قابل استفاده است .[5]
برای تعیین PCI یک قطعه روسازی، ابتدا آن قطعه3 را به واحدهای نمونه4 تقسیم میکنند. پس از آنکه بررسی وضعیت روسازی برای کلیه واحدهای نمونه انتخاب شده انجام گرفت، از نتایج مربوط در محاسبه PCI استفاده میشود. شاخص وضعیت روسازی را به صورت دستی و یا به کمک نرم افزار با وارد کردن اطلاعات خرابی در بانک اطلاعاتی سیستم MicroPaver میتوان محاسبه کرد. محاسبهی PCI براساس ضرایب کاهندگی انجام میشود که عبارتند از ضرایب وزنی از صفر تا 100 که تأثیر خرابیها را بر وضعیت روسازی نشان میدهند. ضریب کاهندگی صفر نشان دهنده آن است که خرابی هیچ گونه تأثیری بر وضعیت روسازی ندارد در حالی که ضریب کاهندگی 100 نشانگر یک خرابی فوق العاده جدی است. شاخص PCI دارای محدودیتهایی نیز میباشد. به این معنی که اطلاعات کلی در مورد شرایط روسازی فراهم نکرده و هیچ اطلاعاتی در مورد دلایل خرابی به دست نمیدهد. هیچ فعالیت نوسازی را پیشنهاد نمیدهد و به اقدامات ضروری جهت نوسازی اکتفا میکند. مقادیر یکسانی برای روسازیهای آسیب دیده که از لحاظ ظاهری مشابهاند در نظر میگیرد، در حالی که این روسازیها ممکن است به روشها و دلایل مختلفی آسیب دیده باشند. در نهایت، عملکرد روسازی را پیشبینی نمیکند و اثر خرابی روی ایمنی رانندگی را در نظر نمیگیرد .[6]
3. معرفی نرمافزار MicroPaver
هدف اصلی در سیستمهای مدیریت روسازی، تشخیص زمان و روش بهینه تعمیر و نگهداری با در نظر گرفتن شرایط و امکانات موجود است. یک روش سیستماتیک مناسب به کمک ارزیابی عمیق از وضعیت فعلی روسازی و پیشبینی وضعیت آن در آینده امکان انتخاب اقتصادیترین استراتژی ترمیم و نگهداری را فراهم میآورد. در واقع یک سیستم مدیریت و تعمیر خوب باید بداند چه موقع، کجا و چگونه رسیدگی انجام شود تا امکان تصمیم گیری مناسب نسبت به تعمیر و نگهداری و یا نوسازی را فراهم آورده و با صرف کمترین هزینه، بیشترین بازده را نتیجه دهد.
بعد از برداشت خرابیهای راه مورد نظر این نرم افزار با ارزیابی وضعیت روسازی، اعمال سناریوهای مختلف از جمله تحلیل با بودجه نامحدود، تحلیل با بودجه سالیانه، حفظ حداقل شرایط، پیامد ترمیم و نگهداری موضعی و روشهای اجرایی تعمیر، امکان مدیریت وضعیت روسازی در سطح
شبکه را فراهم میکند. همچنین با کمک این نرم افزار میتوان وضعیت روسازیهای مختلف و قطعات آن را باهم مقایسه کرده و برآورد زمانی از برنامه ترمیم و نگهداری راه به دست آورد.
در این پروژه، با توجه به عدم دسترسی کافی به دادههای خرابیهای راه و همچنین نبود ابزار کافی برای اندازهگیری مستمر خرابی راهها در طول چند سال پیاپی، ترجیح داده میشود از نرم افزار Micro Paver به جای HDM4 استفاده کرد، هرچند که نتایج به دست آمده از HDM4 دقیقتر میباشد.
4. مطالعات گذشته
چِنگ1 و همکاران، در مطالعهای به بررسی بهبود سیستم مدیریت روسازی با افزودن مؤلفههای جلوگیری از خرابی روسازی پرداختند. آنان مقاطع دارای مقدر PCI برابر 55 یا بیشتر را مقاطع خوبی جهت انجام عملیات نگهداری دانستند. عملیات نگهداری مختلف میتوانند طول عمرهای متفاوتیداشته باشند. طول عمر اقدامات نگهداری معمولاً به زمانی اطلاق میشود که مقدار PCI به سطحی تنزل مییابد که عملیات نگهداری بیشتر یا یک عملیات نوسازی مورد نیاز است. مقدار PCI بالاتر بیانگر خدمتدهی بهتر راه است. شکل 1 رویکردهای ترمیم و نگهداری مختلف را با توجه به مقادیر شاخص وضعیت روسازی و عمر خدمتدهی مقایسه کرده است .[7] شکل 2 نیز مقیاس کمی و کیفی شاخص وضعیت روسازی استاندارد را نشان میدهد.
PCI( روسازی( وضعیت شاخص
عمر خدمتدهی (سال)
شکل -1 رویکردهای مختلف ترمیم و نگهداری با توجه به مقادیر [7] PCI شکل -2 مقیاس کمی و کیفی
[5] PCI
رویکرد نگهداری روسازی2، سطح روسازی را در شراط خوبی حفظ میکند و بهترین خدمتدهی را به استفادهکنندگان راه ارائه مینماید. راهکار نوسازی3، قابلیت خدمتدهی متوسط دارد و راهکار بازسازی4، ضعیفترین قابلیت خدمتدهی را داراست زیرا به روسازی فرصت میدهد تا به حدی تخریب شود که نیاز به جایگزینی داشته باشد. 5 گروه عملیات نگهداری ایجاد شدهاند که گروه 1، عملیات پیشگیرانه، گروه 2، عملیات نوسازی با حجم عملیات کم و غیر وابسته به بارهای وارده، گروه 3، عملیات نوسازی با حجم عملیات متوسط و وابسته به بار، گروه 4، عملیات نوسازی با حجم عملیات زیاد و گروه 5، عملیات بازسازی است. حال باید با توجه به گروههای عملیات نگهداری، نقاط مرزی PCI را تعیین کرد. همان طور که ذکر شد،گروههای 4 و 5، برای مقادیر PCI پایینتر از 55 به کار میروند. وقتی PCI بین 55 تا 70 است اقدامات گروههای 2 و 3 اعمال میشوند و هنگامی که PCI بین 70 تا 90 است، اقدامات گروه 1 اجرایی هستند. مقادیر PCI بین 90 تا 100 از سیستم حذف میشوند، چرا که انجام هر گونه عملیات نگهداری از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست .[7]
گارتین1 و همکاران به کارگیری نرمافزار MicroPaver در برنامه مدیریت روسازی فرودگاههای آلاسکا را مورد بررسی قرار دادند. آزمایشگاههای تحقیقاتی مهندسی ساخت ارتش امریکا2 برنامهی MicroPaver را توسعه داد. نرمافزاری که طراحی شد تا یک ابزار برنامهریزی نظام-مند و هدفمند برای تعیین اقدامات ضروری نگهداری و نوسازی و اولویت بندی آنها باشد. MicroPaver پایگاه دادهای از برداشتهای میدانی، سوابق تحقیقاتی، مشخصات شبکه و تحلیل شرایط ایجاد میکند. این اطلاعات در قالب گزارشها، نمودارها و نقشههای دارای کدهای رنگی ارائه می-شوند. انتخاب MicroPaver برای سیستم مدیریت روسازی به دو دلیل عمده بود. نخست، عدم استفاده از یک نرمافزار گسترده و حجیم برای پردازش سیستم و دوم، تقریباً ارزان بودن این نرمافزار و این که به عنوان یک استاندارد در مدیریت روسازی پذیرفته شده است.
مایکروپیور تمامی دادههای خرابی مربوط به واحدهای نمونه را پردازش کرده و وضعیت روسازی را برای یک بخش تخمین میزند که قابل کاربرد در تحلیل در سطح شبکه است .[8]
5. مطالعه موردی
خیابان ولیعصر یکی از معروفترین خیابانهای شهر تهران است که در سال 1307 توسط شهرداری تهران سنگفرش و در سال 1311، آسفالت شد. این خیابان از وسط به دو قسمت سوارهرو وBRT تقسیم شده است. سواروه تقریباً در تمامی مسیر یکطرفه از جنوب به شمال و BRT به صورت رفت و برگشت است. از مشخصات دیگر این خیابان میتوان به شیب طولی و ترافیک زیاد اشاره کرد. رده عملکردی این خیابان شریانی است.
قبل از برداشت از قطعه مورد نظر (حد فاصل بیمارستان مهرگان تا پل شهید همت) به کمک نرم افزار Google Earth مسیر مورد نظر شناسایی و به واحدهای نمونه3 تقسیم شد، برای این منظور فاصله بین کوچههای این مسیر را به عنوان یک واحد نمونه در نظر گرفتیم. با تقسیم بندی بالا قسمت BRT به عنوان یک قطعه به 10 واحد نمونه و قطعه سواره رو به 11 واحد نمونه تقسیمبندی شد. مشخصات واحدهای نمونه در جدولهای 1 و 2 آورده شده است.
جدول -1 مشخصات واحدهای نمونه قطعه سواره رو جدول-2 مشخصات واحدهای نمونه قطعه BRT
نمونه برداری چشمی از کل مسیر مذکور صورت گرفت و نتایج آن در فرمهای برداشت، تکمیل گشت. این قسمت از خیابان ولیعصر دارای شیب طولی 6 الی 8 درصد رو به شمال، کل عرض خیابان 8/3 مترضمناً،قسمت BRT به دو لین 4/15 متر و قسمت سواره رو به سه باند 2/7 متر تقسیم شده است.
روسازی خیابان ولیعصر آسفالتی و از نوع روکش آسفالتی روی روسازی آسفالتی1 است. با پیگیری صورت گرفته از شهرداری تهران آخرین روکش این خیابان مربوط به تابستان سال 1387 بوده که در نرم افزار 2008/01/06 ثبت گردید. خیابان ولیعصر به عنوان یک خیابان شریانی در شهر تهران عمل میکند و در نرم افزار با رتبه B وارد شده است. بازدید صورت گرفته در روز سه شنبه مورخ 1391/2/26 از بیمارستان مهرگان تا پل شهید همت صورت گرفت، مشخص شد روسازی در قسمت BRT مشکل عمده هوازدگی و در قسمت سواره رو مشکل صیقلی شدن سنگدانهها را دارد. ترکهای هر دو قسمت کم بود ولی قسمت سواره رو وضعیت بهتری از لحاظ ترک داشت.
6. بررسی دادهها
خرابی های مربوط به سواره رو و BRT هر کدام جداگانه برداشت شد. خرابی ها رو به دودسته سطحی و طولی تقسیم می شوند. در خرابیهای سطحی از نظر کمیت برای مسیر سوارهرو، صیقلی شدن دانهها با 70 درصد، وصله با شدت متوسط با 17 درصد و شیارشدگی با شدت متوسط با 5 درصد، خرابیهای غالب بودند، برای مسیر BRT هوازدگی با شدت متوسط 48 درصد، وصله با شدت متوسط با 21 درصد و ترک پوست سوسماری و شیارشدگی با شدت ملایم هر کدام با 8 درصد از مجموع کل خرابیهای سطحی برداشت شده بودند. در خرابیهای طولی از نظر کمیت برای مسیر سوارهرو ترک طولی با شدت متوسط با 54 درصد، ترک عرضی با شدت متوسط با 14 درصد و موج زدگی با شدت متوسط با 12 درصد و برای مسیر BRT، ترک لبه با شدت زیاد با 29 درصد، ترک عرضی با شدت متوسط با 13 درصد و ترک طولی با شدت ملایم با 12 درصد، جز خرابیهای غالب طولی بودند.
مقایسه خرابی های طولی و سطحی از طریق استفاده از ضرایب کاهندگی و مقادیر برداشت شده با هم عملی می گردد، تا قادر به تعیین اهمیت و تأثیرگذاری هر خرابی باشیم. خرابیهای برداشت شده و همچین خرابی با در نظر گرفتن ضریب کاهندگی در جدولهای 3 و 4 به ترتیب برای سواره رو و BRT آورده شده است:
