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文章信息
原文題目：Integrated rehabilitation planning of urban infrastructure systems using a street
section priority model
作者：Franz Tscheikner-Gratl, Robert Sitzenfrei, Wolfgang Rauch and Manfred Kleidorfer
第一作者單位：Unit for Environmental Engineering, Institute for Infrastructure Engineering, University of Innsbruck, Technikerstraße 13, Innsbruck, Austria
期刊：Urban Water Journal
發表時間：2015.07
關鍵詞：Asset management, Deterioration model, Priority model
過去數十年間，城市水環境系統的管理重心逐漸從管網建設轉向已有設施的修復改建。但是按照目前的修復速度，無法在生命周期內完成全部管網的維護工作。可以預見，為了保證服務能力維持在現有水平，必須進行大量的修復工程。但城市基礎設施是由多個子系統組成，子系統間相互制約，彼此影響，其修復也涉及多方利益。如何制定合理的修復規劃，平衡環境、社會、經濟效益將成為研究的重點。作者認為需要建立綜合考慮道路布局、污水管網、供水系統的集成模型為修復規劃的制定提供決策支持。
在考慮了管道老化、城市內澇等影響因素後，作者建立了針對街道的優先級模型，用以識別有修復需要且能產生經濟效益的區域。為檢驗模型的效用，作者對一中等規模的城市（約13萬居民）進行案例研究。
整個模型包括道路、污水、給水三個子模塊。模型的建立首先需要識別街道，模型要求每條街道都是一個可整體操作的單元，並且長度不能超過給定的限值。
圖1 優先級模型示意圖
污水管網模塊評估了每條管道的脆弱性和腐蝕情況，並將它們量化，標準化後的結果作為優先級指標。由於缺乏數據和評價模型，其它要素（如：泵、滯留池）的優先級指標主要根據管理者的經驗確定。模塊同時考慮了建築物的連接情況，並賦予建築物重要性因子，綜合建築物連接管道的使用情況計算其優先級指標。將得到的管道、其它要素、建築物連接管道的優先級指標標準化，制定權重系數，相加後得到整個街道的優先級指標。其中，權重系數是通過對多位專家調查後確定的，調查結果有較好的一致性，證明了選取系數的可靠性。為了彌補標準化引起的信息損失，補充一個修正系數，該系數定義為管道長度的2倍加上考慮折舊後所有基礎設施的資本價值。
給水模塊與污水管網模塊基本類似，但多考慮了管道斷裂失效的歷史記錄。並且對於給水管道，不同情況下成本函數差異較大，需要分類討論，下圖給出兩種情況下的建設成本函數。最後仍然對街道給水優先級指標進行標準化。
圖2 給水管網的成本函數
道路模塊的評價方法類似，但評價指標變為公共交通、建築物、居民和來自Open Street Map的信息。
由3個模塊的優先級指標可以確定各街道的優先級順序，但需要指定各模塊的權重，確定時運用層次分析方法，並結合管理者的判斷。作者也承認這是一個較為主觀的過程。
作者運用該優先級模型進行了案例研究，該城市共有居民125,431人，管道總長245.43km。給水管網失效記錄可上溯到1976年。
圖3 案例研究城市概覽
取污水管網、給水管網和道路系統的權重分別為0.23、0.07和0.70，各街道的優先等級表示在下圖中。結果表明需要同時改建污水和給水管網的區域優先等級最高。
圖4 街道總優先等級示意圖
作者坦承，模型結果的驗證很困難，但同實際的修復規劃相比較，城市中心高優先級區域與規劃是一致的（上圖圓形區域內）；但在城市邊緣改建發生在低優先級區域（矩形區域內），作者認為這可能是由於建設者希望減少排水系統中合流制的比例。
作者建立的優先級模型全面考慮了影響城市基礎設施修復的各種因素，通過計算街道的優先級指標，為修復規劃的制定提供了決策支持。該模型還具有良好的可拓展性，能夠方便地添加其它影響因素。決策者可以結合實際情況和建設需求，自主確定不同模塊的權重系數，使得模型具有很好的靈活性。
但是模型的建立需要大量有關城市基礎設施的數據，並且對數據的質量很敏感，這些都給模型的使用帶來了不便。另外，在確定各模塊以及模塊內不同因素的權重系數時，沒有系統的方法，削弱了結果的可靠性。
參考文獻
Tscheiknergratl F, Sitzenfrei R, Rauch W, et al. Integrated rehabilitation planning of urban infrastructure systems using a street section priority model[J]. Urban Water Journal, 2016, 13(1):28-40.
