i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG VŨ HOÀNG NAM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÀI TỐN PHÂN TÍCH ĐA MỤC TIÊU (MCA) CHO VIỆC SO SÁNH VÀ LUẬN CHỨNG PHƯƠNG ÁN BẢO TRÌ MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Xây dựng Đường ô tô & Đường thành phố Mã số: 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐINH VĂN HIỆP Hà Nội - 2011 ii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, tác giả hoàn thành Luận văn Thạc sỹ với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng tốn phân tích đa mục tiêu (MCA) cho việc so sánh luận chứng phương án bảo trì mặt đường tơ Việt Nam” Lời tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS Đinh Văn Hiệp tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu thực đề tài Tác giả xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Khoa đào tạo sau đại học, Bộ môn Đường ô tô Đường đô thị Trường Đại học Xây dựng, đồng nghiệp bạn học lớp học tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ cho tác giả suốt thời gian theo học thực luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo TS Vũ Hoài Nam TS Hồng Tùng có động viên đóng góp ý quý báu cho luận văn Qua việc nghiên cứu hoàn thành luận văn, tác giả có thêm nhiều kiến thức bổ ích chuyên môn phương pháp luận nghiên cứu khoa học Trong khuôn khổ nội dung luận văn, chắn chưa đáp ứng đầy đủ vấn đề đặt Tuy nhiên điều kiện nghiên cứu bị hạn chế, nên cố gắng nhiều khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến, phê bình q báu nhà khoa học bạn đồng nghiệp Một lần tác giả xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 06/2011 Học viên Vũ Hồng Nam iii TĨM TẮT Trong năm qua, quan tâm Đảng nhà nước, nguồn vốn đầu tư cho XDCB nói chúng hạ tầng giao thơng đường nói riêng cải thiện đáng kể Việc phát triển hệ thống giao thơng đường có vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế - xã hội, góp phần giải nhu cầu lại, nâng cao giao lưu địa phương cải thiện đời sống nhân dân Tuy nhiên, việc xem xét so sánh luận chứng phương án đầu tư dự án đường ô tô thường trọng đến tiêu kinh tế - kỹ thuật thông thường lựa chọn phương án có tổng mức đầu tư thấp để làm phương án đầu tư Đối với việc lựa chọn phương án tối ưu cho dự án đầu tư xây dựng, việc đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật phải xem xét đến nhiều tiêu khác, mức độ tác động môi trường, mức độ tiện nghi, mức độ an tồn tai nạn, lợi ích đem lại cho xã hội… Trong luận văn, tác giả phân tích vấn đề tồn tại Việt Nam nghiên cứu đề xuất mơ hình thực lựa chọn phương án đầu tư dựa tốn phân tích đa mục tiêu Ngồi ra, tác giả dựa mơ hình đề xuất để ứng dựng lựa chọn phương án bảo trì mặt đường có sử dụng cơng cụ HDM-4 cho 01 đoạn đường qua địa phận Đà Nẵng – Quảng Nam dựa đánh tiêu là: Chi phí nhà quản lý, chi phí người sử dụng, mơi trường, an tồn độ tiện nghi nhằm kiểm chứng tính khả thi mơ hình đề xuất Với mong muốn mơ hình đề xuất giúp ích cho nhà quản lý lựa chọn phương án đầu tư hiệu đựa số học kiến nghị phù hợp quản lý đầu tư XDCB iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT i iv viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục luận văn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Thực trạng vấn đề SS&LC giải pháp đầu tư 1.1.1 Tổng quan mạng lưới giao thông Việt Nam 1.1.2 Mạng lưới đường 1.1.3 Thực trạng hệ thống giao thông đường 1.1.4 Chiến lược đầu tư phát triển GTĐB Việt Nam đến 2020 10 1.2 Thực trạng vấn đề SS&LC phương án đầu tư dự án đường ô tô Việt Nam 13 Tổng quan toán (MCA) ứng dụng 14 1.3 Tổng quan phân tích đa mục tiêu 14 1.3.1 Các khái niệm phân tích đa mục tiêu 15 1.3.2 Các đặc điểm ứng dụng phân tích đa mục tiêu 18 Một số phân loại phương pháp phân tích đa 1.3.3 mục tiêu 1.3.4 19 v 1.4 Sự cần thiết việc nghiên cứu toán MCA cho việc so sánh luận chứng phương án bảo trì mặt đường tơ Việt Nam 20 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG TRÌNH TỰ ỨNG DỤNG BÀI TỐN PHÂN TÍCH ĐA MỤC TIÊU CHO VIỆC SO SÁNH VÀ LUẬN CHỨNG PHƯƠNG ÁN ĐẦU TƯ 25 Mô hình tốn học MCA cho việc đánh giá lựa chọn phương án 25 Các bước thực MCA cho đánh giá lựa chọn phương án 27 Điều tra thu thập ý kiến chuyên gia 33 Tổng quan phương pháp điều tra thu thập số liệu đánh giá 33 Xây dựng mẫu điều tra mức độ ưu tiên tiêu so sánh 36 Lựa số chọn chuyên gia xử lý liệu điều tra 38 Tổng hợp ý kiến chuyên gia 41 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG BÀI TỐN PHÂN TÍCH ĐA MỤC TIÊU CHO VIỆC SO SÁNH VÀ LUẬN CHỨNG PHƯƠNG ÁN BẢO TRÌ MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ CĨ SỬ DỤNG MƠ HÌNH HDM-4 Các bước thực 42 42 Xác định giá trị tiêu đánh giá 46 3.3.1 3.3.2 3.3.3 Điều tra ý kiến chuyên 63 mức Xây 63 65 gia dựng Tiến Tổng hợp độ ưu tiên bảng hành xử lý tiêu biểu điều số tra liệu điều tra so sánh điều tra ý kiến ý kiến CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO VIỆC SO SÁNH VÀ LUẬN CHỨNG PHƯƠNG ÁN BẢO TRÌ 65 MẶT ĐƯỜNG Ơ TƠ TẠI VIỆT NAM 68 4.1 68 Tổng quan đoạn tuyến nghiên cứu vi 4.1.1 Mục đích 68 4.1.2 Số liệu đoạn tuyến nghiên cứu 68 4.1.3 Hiệu chỉnh mơ hình HDM-4 71 4.1.4 Các phương án bảo trì 72 4.2 Phân tích tổng hợp kết 73 4.2.1 Tổng hợp kết tiêu ứng với phương án 73 4.2.2 So sánh đánh giá độ lớn tương đối tiêu ứng với phương án 75 Tổng hợp điểm số chuyên gia 77 4.2.3 Xác định trọng số mức độ ưu tiên tiêu 79 4.2.4 Kiểm tra tính quán chuyên gia 80 4.2.5 Tính tổng điểm lựa chọn phương án 80 4.2.6 Kết luận kết phân tích 81 4.2.7 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN 82 Kết nghiên cứu 82 Kết luận 82 Kiến nghị 83 Những tồn hướng phát triển 84 PHỤ LỤC 85 Phụ lục 1: Kết tính tốn tiêu phương án bảo trì mặt đường đoạn tuyến địa phận Đà Nẵng – Quảng Nam Phụ lục 2: Giới thiệu chương trình HDM-4 hệ thống quản lý bảo trì mặt đường Lịch sử hình thành phát triển 101 Tính ưu việt HDM-4 Version 2.0 102 Mơ hình HDM-4 104 Chu trình phân tích HDM-4 110 85 101 vii Các ứng dụng HDM-4 114 Hiệu chỉnh để ứng dụng HDM-4 điều kiện địa phương 118 Phụ lục 3: Phương pháp AHP (Analytic Hierarchy Process) 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADB AHP Ngân hàng phát triển châu Á Phân tích thứ bậc BT BOT Xây dựng – chuyển giao BTO FDI Xây dựng – Kinh doanh – Chuyển giao Xây dựng – Chuyển giao GDP GMS – Kinh doanh GTĐB Đầu tư trực tiếp GTVT Tổng sản phNm Quốc nội MCA N SN Chương trình Tiểu vùng sông Mê kông mở rộng Giao thông đường N ODA Giao thơng vận tải Phân tích đa mục PPP tiêu N gân sách nhà nước Hỗ trợ Phát triển Chính thức Đối tác cơng - tư Dự án N ghiên cứu toàn diện Phát triển bền vững hệ thống giao thông vận tải Việt N am So sánh luận chứng VITRAN SS2 SS&LC ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Chiều dài mật độ đường theo vùng, 2005 Bảng 1-2: Mạng lưới giao thông đường Bảng 1-3 Phân loại chiều dài đường mặt đường Bảng 1-4 Hạ tầng giao thông nông thôn Bảng 2-1 Thang điểm đánh giá T.Saaty 30 Bảng 2-2 Bảng giá trị số quán RI 31 Bảng 2-3: Biểu mẫu chung phiếu điều tra ý kiến 37 Bảng 3-1 Các giá trị mặc định mơ hình tiêu thụ dầu 50 Bảng 3-2 Ảnh hưởng độ gồ ghề đường hệ số điều chỉnh lốp xe 53 Bảng 3-3 Ảnh hưởng độ gồ ghề đường hệ số điều chỉnh lốp xe 54 Bảng 3-4 Hệ số điều chỉnh loại lốp xe (TYREFAC) 54 Bảng 3-5 Các giá trị mặc định khuyến nghị mơ hình tiêu thụ phụ tùng 56 Bảng 3-6 Các tham số mơ hình cho khí thải N Ox SO2 59 Bảng 3-7 Các tham số mơ hình cho khí thải CO2, phân tử chì (Pb) 60 Bảng 3-8 Phiếu điều tra mức độ ưu tiên tiêu 64 Bảng 4-1 Số liệu đoạn đường 68 Bảng 4-2 Số liệu giao thông 69 Bảng 4-3 Các số liệu đoàn xe đặc trưng 70 Bảng 4-4: Đơn giá chi phí cơng tác bảo trì 71 Bảng 4-5 Tổng hợp kết tiêu phương 75 Bảng 4-6 Bảng so sánh độ lớn tương đối tiêu chi phí nhà quản lý 75 Bảng 4-7 Bảng so sánh độ lớn tương đối tiêu chi phí người sử dụng 75 Bảng 4-8 Bảng so sánh độ lớn tương đối tiêu môi trường 76 Bảng 4-9 Bảng so sánh độ lớn tương đối tiêu an toàn 76 x Bảng 4-10 Bảng so sánh độ lớn tương đối tiêu độ tiện nghi 76 Bảng 4-11 Tổng hợp kết khảo sát điều tra 78 Bảng 4-12 Tổng hợp kết trung bình đánh giá tiêu 79 Bảng 4-13 Tổng hợp trọng số tiêu 79 Bảng 4-14 Tổng hợp kết lựa chọn phương án 80 114 - Tính số kinh tế giá trị rịng, tỷ lệ hồn vốn nội bộ, tỷ lệ chi phí - lợi nhuận + lợi nhuận năm đặc biệt tổng chi phí giao thông Các ứng dụng HDM-4 HDM-4 ứng dụng mức độ khác nhau: • Phân tích chiến lược: Phân tích mạng lưới đường tổng thể chuNn bị cho việc chuNn bị kế hoạch dài hạn thơng qua ước tính chi phí cần thiết cho việc phát triển bảo trì đường điều kiện phân bổ nguồn vốn ngân sách khác Mạng lưới đường đặc thù đoạn đường có đặc tính khác như: cấp hạng đường, loại mặt đường, điều kiện mặt đường dịng xe Phân tích chiến lược thường kéo dài từ đến 40 năm tuỳ theo yêu cầu cụ thể phân tích Trong phân tích chiến lược, HDM-4 áp dụng khái niệm ma trận mạng lưới đường bao gồm: hạng mục đường xác định theo thuộc tính (đặc trưng) chủ yếu có ảnh hưởng đến hoạt động đường chi phai người sử dụng đường Mặc dù ta mơ hình hố đoạn đường riêng rẽ việc ứng dụng phân tích chiến lược làm điều cồng kềnh cho quan quản lý đường họ thường phải quản lý đến vài nghìn km đường Một ma trận mạng lưới đường tiêu biểu phân hạng theo: - Khối lượng giao thông tải trọng - Loại mặt đường - Tình trạng mặt đường - Vùng mơi trường khí hậu - Phân cấp chức 115 Phân tích chiến lược dùng phân tích mạng lưới chọn tổng thể để chuNn bị dự toán kế hoạch khoảng từ trung bình đến dài nhu cầu chi tiêu cho việc phát triển bảo trì đường tình ngân sách khác Các ứng dụng tiêu biểu việc phân tích chiến lược quản lý đường bao gồm: -Dự báo trung dài hạn yêu cầu quỹ cho tiêu chuNn bảo dưỡng đường với mục tiêu xác định rõ (chẳng hạn độ gồ ghề bình quân IRI) -Dự báo lâu dài tình trạng mạng lưới đường với mức quỹ tài trợ thay đổi -Phân bổ tối ưu quỹ theo danh mục ngân sách xác định: bảo dưỡng thường xuyên, bảo dưỡng định kỳ ngân sách phát triển -N ghiên cứu sách tác động việc thay đổi giới hạn tải trọng trục, tiêu chuNn bảo dưỡng mặt đường, phân tích cân đối lượng, cung cấp tiện ích cho giao thơng khơng giới, quy mơ mạng lưới đường trì được, đánh giá tiêu chuNn thiết kế mặt đường… • Phân tích chương trình: ChuNn bị kế hoạch tu phát triển mạng lưới đường đoạn cho năm liên với lựa chọn đầu tư cho nguồn vốn hạn chế tục Các công việc đường chi phí cần thiết dự đốn trước cho đoạn năm cho thời kỳ bỏ vốn Phần liên quan đến việc tối ưu hoá danh sách dài dự án đường đề xuất xác định chương trình làm việc năm nhiều năm với điều kiện hạn hẹp ngân sách xác định Chú ý quan trọng giải danh sách dài dự án đường đề xuất lựa chọn phân đoạn riêng rẽ mạng 116 lưới đường Tiêu chuNn lựa chọn thường phụ thuộc vào tiêu chuNn bảo dưỡng, cải tạo, nâng cấp xây dựng mà quan quản lý đường xác định Các tiêu chuNn lựa chọn áp dụng cho dự án đề xuất bao gồm: - N gưỡng bảo dưỡng định kỳ - N gưỡng cải tạo, nâng cấp - Tiêu chuNn xây dựng Khi tất dự án đề xuất xác định việc áp dụng phân tích chương trình HDM-4 dùng để so sánh chi phí chu kỳ tuổi thọ dự đốn theo quy chế hành việc quản lý mặt đường (đó trường hợp khơng có dự án); với dự án chi phí chu kỳ tuổi thọ cơng trình dự đốn cho việc bảo dưỡng định kỳ, cải tạo, nâng cấp đường phương án xây dựng (đó trường hợp có dự án) Đây sở để dự tốn lợi ích kinh tế thu cách gộp dự án đề xuất lại khuôn khổ thời gian ngân sách Điều khác phân tích chiến lược phân tích chương trình cách liên kết đường đoạn đường xác định mặt vật chất Trong phân tích chiến lược hệ thống đường liên kết riêng lẻ, đặc trưng có tập hợp tất phân đoạn đường có đặc tính giống vào hạng ma trận mạng lưới đường Còn phân tích chương trình liên quan đến liên kết đoạn riêng lẻ Kết hợp hai phân tích vấn đề đặt kết hợp phương án xử lý số đoạn mạng lưới để tối ưu hoá chức năng, mục đích hạn hẹp ngân sách 117 • Phân tích dự án: Sử dụng để đánh giá tính khả thi kinh tế, kỹ thuật phương án thuộc dự án đường việc so sánh với phương án gốc (khơng có dự án) Phân tích dự án có liên quan đến vấn đề đánh giá hay nhiều dự án đường lựa chọn đầu tư Ứng dụng phân tích đoạn đường hay tuyến đường gắn liền với cách xử lý người sử dụng chọn có kết hợp với chi phí lợi ích gắn liền nhau, cơng việc dự kiến hàng năm kéo dài suốt kỳ phân tích Các tiêu đánh giá kinh tế xác định lựa chọn đầu tư khác Sự phân tích dự án để ước tính khả kỹ thuật kinh tế dự án đầu tư đường qua xem xét vấn đề sau đây: −Quá trình hình thành tình trạng cấu trúc lớp mặt đường −Dự đoán chu kỳ tuổi thọ độ hư hỏng đường, chi phí ảnh hưởng cơng việc đường − Lợi ích chi phí người sử dụng đường − Các so sánh mặt kinh tế việc lựa chọn dự án Các dự án đánh giá điển hình bao gồm việc bảo dưỡng khôi phục đường có, kế hoạch cải thiện hình học hay mở rộng đường, nâng cấp mặt đường xây Ở đây, khơng có thay đổi ảnh hưởng tới phương pháp luận hệ thống, mối quan hệ vê hư hỏng đường cải thiện, mở rộng qua phạm vi rộng lớn kết cấu mặt đường trình hình thành tình trạng vật liệu vùng khí hậu ơn đới lạnh Cịn mối tương quan người sử dụng đường, bao gồm thêm tác động tới an toàn đường 118 Xét yêu cầu số liệu, khác phân tích chiến lược chương trình với phân tích dự án mức độ chất lượng thơng tin (IQL) N gân hàng Thế giới đề Số liệu phân tích mức độ chiến lược chương trình quy định tương đối (tốt, trung bình, xấu) cịn mức dự án quy định dạng giá trị cụ thể Bảng Các ứng dụng HDM-4 Chức quản lý Cơng việc - Quy hoạch - Lập kế hoạch ChuNn bị dự án - Ứng dụng Hệ thống phân tích chiến lược HDM-4: Phân tích chiến Hệ thống quy hoạch mạng lưới lược Hệ thống quản lý mặt đường Hệ thống phân tích kế hoạch HDM-4: Phân tích kế Hệ thống quản lý mặt đường hoạch Hệ thống phân bổ vốn Hệ thống phân tích dự án HDM-4: Phân tích dự Hệ thống quản lý mặt đường án Hệ thống quản lý cầu Hệ thống thiết kế tăng cường kết cấu mặt đường Hiệu chỉnh để ứng dụng HDM-4 điều kiện địa phương Việc ứng dụng HDM-4 vào điều kiện địa phương thể qua mức sau tuỳ điều kiện thực tế cụ thể: -Cấp 1- Ứng dụng bản: xác định số liệu giá trị đầu vào bản, nhiên phải chấp nhận nhiều số liệu mặc định HDM-4 Hiệu chỉnh thơng số nhạy cảm ước đốn số liệu khảo sát trường sơ -Cấp - Hiệu chỉnh: xác định lại phương trình quan hệ sử dụng kiện địa phương Việc xác mơ hình cho phù hợp với điều 119 định phương trình quan hệ dựa xác định thông số đầu vào khảo sát trường mức độ vừa phải - Cấp - Áp dụng: thông qua kết khảo sát trường chi tiết kết hợp với kinh nghiệm để tăng tính phù hợp phương trình quan hệ dự đốn có phát triển phương trình quan hệ mới phù hợp với điều kiện địa phương Mức độ nhạy cảm tham số: kết phân tích HDM-4 chịu ảnh hưởng tham số đầu vào Mức độ ảnh hưởng chúng phụ thuộc độ nhạy cảm tham số Mức độ nhạy cảm chi thành mức sau: Bảng Bảng phân mức độ nhạy cảm tham số HDM-4 Mức độ ảnh hưởng Cấp nhạy cảm Độ đàn hồi ảnh hưởng Cao S-I >0.5 Trung bình S-II 0.20-0.50 Thấp S-III 0.05-0.20 Khơng đáng kể S-IV 0.5 - Thay đổi giá xe - Thay đổi giá xe S-II 0.20-0.50 - Độ gồ ghề IRI - Độ gồ ghề IRI - - Mức độ sử dụng hàng năm Các giá xăng dầu, công lao động, thời gian vận chuyển hành khách… S-III 0.05-0.20 S-IV 0.5 0.20-0.50 S-II Lợi ích x x Độ võng x Độ gồ ghề x Tải trọng hàng năm x x việc tu x x x x Tuổi thọ x x Tổng diện tích vết nứt x x Diện tích vết nứt rộng x x 121 Hệ số môi trường-độ ghồ ghề x Hệ số nứt ban đầu x Hệ số trình nứt CBR đất x x x x Chiều dày lớp mặt 0.05-0.20 x x x x Lưu lượng trục tiêu chuNn x x Diện tích ổ gà x x Chiều sâu vệt lún trung bình x Độ lệch tiêu chuNn chiều sau lún x Hệ số trình lún x Hệ số độ gồ ghề tổng x S-III Độ võng S-IV