Ứng dụng MCA trong lựa chọn phương án bảo trì mặt đường định hướng phát triển bền vững

Mô hình phân tích đa tiêu chí (MCA) được áp dụng cùng các tiêu chí phân tích, đó là chi phí nhà quản lý, chi phí người sử dụng, môi trường, an toàn và độ tiện nghi.

Từ khóa: Bảo trì mặt đường, phân tích đa tiêu chí, phát triển bền vững.

Abstract: The paper presents a study  in considering economic, social and environmental aspects for decision making of pavement maintenance alternatives towards sustainable development. Multicriteria analysis method is applied along with defined criteria, that is road agency costs, road user costs, environment, safety, and comfort.

Keywords: Pavement maintenan multicriteria analysis, sustainable development.

1. Giới thiệu chung

Những năm gần đây, nhận thấy tầm quan trọng của công tác quản lý và bảo trì, từ đó Chính phủ đã cho thành lập Quỹ Bảo trì đường bộ. Do vậy, công tác xác lập chương trình bảo trì và ra quyết định lựa chọn phương án bảo trì đảm bảo cả yếu tố kỹ thuật, kinh tế và hướng đến phát triển bền vững là rất cần thiết. Theo truyền thống, giải pháp bảo trì được xác lập chủ yếu thông qua tiêu chí kinh tế được quy đổi bằng tiền, cụ thể là tổng chi phí giao thông hoặc chi phí vòng đời dự án [1, 2, 3]. Tuy nhiên, theo quan điểm hiện nay, ngoài yếu tố kinh tế, các yếu tố liên quan đến xã hội, môi trường cần phải được xem xét khi đưa ra quyết định lựa chọn phương án, nhằm đảm bảo tính phát triển bền vững như trên Hình 1.1 [4].

Hình 1.1: Cơ sở cho mô hình ra quyết định định hướng bền vững

Bài báo sẽ đưa ra nghiên cứu kết hợp giữa yếu tố trong việc phân tích ra quyết định lựa chọn giải pháp bảo trì mặt đường ô tô. MCA sẽ được áp dụng cùng các tiêu chí trong phân tích lựa chọn phương án bảo trì mặt đường.

2. Mô hình phân tích MCA

Mô hình ra quyết định đa thuộc tính (hoặc phân tích đa tiêu chí, MCA) có bài toán rất phức tạp, công thức thường không rõ ràng, với nhiều biến không xác định, bài toán cơ bản có thể thay đổi trong quá trình phân tích, không đưa ra một lời giải duy nhất và cũng không thống nhất đơn vị đo lường. Kết quả của bài toán là đánh giá các giải pháp với giới hạn biên của các tiêu chí có đơn vị đo khác nhau. Do vậy, mô hình bao gồm hữu hạn các giải pháp được xác định trước và bài toán sẽ tìm giải pháp tốt nhất hoặc nhóm các giải pháp tốt trong tập hợp các giải pháp biết trước với các thuộc tính/tiêu chí đã được xác định cùng với trọng số. Thông qua phân tích MCA, đơn vị đo lường của các tiêu chí sẽ được triệt tiêu và kết quả cuối là giá trị không đơn vị sử dụng để xếp hạng hoặc sắp xếp thứ tự lựa chọn.

Phân tích MCA bao gồm nhiều phương pháp khác nhau và đưa ra nhiều dạng kết quả khác nhau, như là danh sách các phương án được sắp xếp, danh sách các nhóm phương án được sắp xếp, hoặc chỉ đơn giản là phương án lựa chọn. Phương pháp thứ bậc (Analytic Hierarchy Process, AHP) được đánh giá là thích hợp cho phân tích MCA khi lựa chọn phương án bảo trì mặt đường [4, 5].

3. Phân tích MCA trong lựa chọn phương án bảo trì mặt đường

3.1. Trình tự phân tích MCA

Phương pháp AHP được sử dụng trong phân tích MCA để lựa chọn phương án bảo trì mặt đường. Trình tự thực hiện bao gồm:

Bước 1: Phát sinh các phương án giải pháp bảo trì và xây dựng số liệu đầu vào.

Bước 2: Xác định các tiêu chí trong phân tích. Dựa trên 3 nhóm chính, 5 tiêu chí được xem xét bao gồm: Kinh tế (chi phí nhà quản lý, chi phí người sử dụng); môi trường; xã hội (an toàn, độ tiện nghi).

Bước 3: Đánh giá mức độ ưu tiên của từng chỉ tiêu. Tiến hành so sánh tuần tự tương ứng các chỉ tiêu thông qua phân tích kết quả điều tra ý kiến chuyên gia. Giá trị về mức độ ưu tiên giữa các chỉ tiêu được đánh giá theo Saaty [6] với thang chia mức độ là 9. Trọng số về mức độ ưu tiên của các chỉ tiêu được xác định theo (1) và (2). Chú ý rằng, tính nhất quán về mức độ ưu tiên của các chỉ tiêu cần được kiểm tra thông qua chỉ số nhất quán CR [6].

(1)

 (2)

Trong đó:  a_kj – Mức độ ưu tiên tương đối của chỉ tiêu q_k so với chỉ tiêu q_j (k và j = 1, 2, …, m), có được từ kết quả điều tra ý kiến chuyên gia.

Bước 4:Đánh giá độ lớn tương đối của từng chỉ tiêu ứng với các phương án. Độ lớn tương đối của từng chỉ tiêu ứng với các phương án được xác định thông qua so sánh chỉ tiêu ứng với từng cặp phương án theo (3) và (4).

 (3)

(4)

Trong đó: r_ikj = r_ij/r_kj với r_ij – Độ lớn của chỉ tiêu q_j ứng với phương án A_i; r_kj – Độ lớn của chỉ tiêu q_j ứng với phương án A_k (k và i = 1, 2, …, n; j = 1, 2…, m).

Bước 5:Tổng hợp kết quả và sắp xếp thứ hạng các phương án. Việc sắp xếp thứ hạng các phương án được thực hiện thông qua tính tổng số điểm theo (5). Dựa trên kết quả sắp xếp sẽ đưa ra quyết định lựa chọn giải pháp.

(5)

Tổng hợp trình tự các bước được thể hiện trong Sơ đồ 1.

Sơ đồ 1: Thực hiện phân tích đa tiêu chí MCA

Bước 3

3.2. Tính toán các tiêu chí phân tích

Giá trị các tiêu chí được xác định dựa trên các mô hình phân tích thông dụng như là mô hình HDM-4 [7], và được trình bày cụ thể dưới đây.

3.2.1. Chỉ tiêu chi phí nhà quản lý và người sử dụng

Chi phí nhà quản lý (RAC) được xác định thông qua đơn giá của các công việc duy tu thường xuyên và phương án bảo trì đề xuất trong phân tích. Chi phí người sử dụng đường (RUC) được tính gồm: Chi phí vận doanh, chi phí thời gian đi lại, và chi phí tai nạn. Trong đó, chi phí vận doanh bao gồm tiêu thụ nhiên liệu, dầu nhờn, hao mòn lốp, thay thế phụ tùng. Các chi phí này được tính toán dựa trên các mô hình HDM-4.

3.2.2. Chỉ tiêu về môi trường

Chỉ tiêu về môi trường được xác định thông qua chỉ số chất lượng khí thải AQI, xác định theo (6).

(6)

Trong đó:

AQI_is – Chỉ số chất lượng khi thải cho phương án s của đoạn tuyến i;

Ek_isj - Giá trị lượng khí thải cho loại khí k cho phương án s của đoạn tuyến i vào năm j. Loại khí thải xem xét như là Nitrous oxide (NO_x), Sulphur dioxide (SO₂₎, Carbon dioxide (CO₂), các phân tử và chì (Pb);    

S_k : Giới hạn nồng độ của loại khí thải k được xác định theo các tiêu chuẩn khí thải hiện hành [8];

AADT_ij : Lưu lượng giao thông ngày trung bình của năm j cho đoạn tuyến i;

L_i : Chiều dài của đoạn tuyến i.

3.2.3. Chỉ tiêu về an toàn

Chỉ tiêu về an toàn được xác định thông qua số vụ tai nạn dự báo theo (7).

(7)

Trong đó:

L_i - Chiều dài đoạn tuyến i;

T – Khoảng thời gian trong năm j (365 ngày);

AR_isj - Tỷ lệ tai nạn (số vụ tai nạn/100 triệu xe-km) cho phương án s của đoạn tuyến i trong năm j, được xác định thông qua mối quan hệ với sức chống trượt (SFC) [5];

AADT_ij - Lưu lượng giao thông ngày trung bình của năm j (j = 1, …, N) cho đoạn tuyến i.

3.2.4. Chỉ tiêu về độ tiện nghi

Chỉ tiêu về độ tiện nghi được xác định thông qua chỉ số độ gồ ghề IRI  theo (8).

  (8)

Trong đó:

IRI_isj – Độ gồ ghề trung bình cho phương án s của đoạn tuyến i trong năm j;

N - Tổng số năm phân tích.

4. Ứng dụng phân tích MCA

Phân tích MCA được áp dụng cho một đoạn tuyến thực tế trong việc lựa chọn phương án bảo trì mặt đường định hướng phát triển bền vững khi kết hợp đồng thời 3 yếu tố: Kinh tế, môi trường, xã hội. Phân tích sử dụng mô hình HDM-4 để tính toán các tham số phục vụ cho việc xác định các chỉ tiêu trong bài toán MCA.

Số liệu sử dụng cho phân tích bao gồm số liệu hình học đoạn tuyến, lịch sử xây dựng và bảo trì mặt đường, số liệu giao thông và đoàn xe, đơn giá duy tu bảo trì. Số liệu này được tham khảo từ Dự án nâng cấp mạng lưới đường bộ Việt Nam (RNIP, 2006) và trong các báo cáo [2, 3]. Thời gian phân tích là 20 năm với hệ số chiết khấu là 12%. Mô hình phân tích HDM-4 được hiệu chỉnh cơ bản phù hợp điều kiện Việt Nam [2, 3]. Các phương án bảo trì sử dụng rải thảm bê tông nhựa (BTN) kết hợp với duy tu thường xuyên (Bảng 4.1).

Bảng 4.1. Các phương án bảo trì đề xuất

4.1. Phân tích và tổng hợp kết quả

Kết quả áp dụng phân tích MCA trong lựa chọn giải pháp bảo trì mặt đường được tổng hợp dưới đây, nội dung chi tiết được trình bày trong tài liệu [9].

4.1.1. Tổng hợp kết quả của các chỉ tiêu ứng với từng phương án

Sử dụng mô hình HDM-4 để phân tích tương ứng với 5 phương án trên, kết hợp với việc xác định các chỉ tiêu có kết quả trong Bảng 4. 2.

Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả các chỉ tiêu của từng phương

4.1.2. Đánh giá độ lớn tương đối của từng chỉ tiêu ứng với các phương án

Độ lớn tương đối của từng chỉ tiêu ứng với các phương án được xác định thông qua so sánh chỉ tiêu ứng với từng cặp phương án theo (3) và (4), được thể hiện trong Bảng 4.3.

Bảng 4.3. Tổng hợp độ lớn tương đối của từng chỉ tiêu ứng với các phương án

4.1.3. Xác định trọng số mức độ ưu tiên của các chỉ tiêu

Kết quả phân tích điều tra chuyên gia có kết quả tổng hợp trong Bảng 4.4.

Bảng 4.4. Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ ưu tiên cặp chỉ tiêu

Bảng 4.5. Tổng hợp trọng số của các chỉ tiêu

4.1.4. Tính tổng điểm và lựa chọn phương án

Từ các chỉ tiêu được tính toán ở trên, tổng điểm của các phương án được xác định theo (5) và thể hiện trong Bảng 4.6.

Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả lựa chọn phương án

Ta nhận thấy, Phương án 1 là phương án có tổng số điểm cao nhất xác định theo bài toán MCA. Vì vậy, Phương án 1 sẽ được lựa chọn làm phương án để đầu tư trên quan điểm xem xét tổng hợp 5 chỉ tiêu.

4.1.5. Phân tích kết quả

Từ kết quả phân tích ở trên, nếu chỉ dựa trên chi phí nhà quản lý (RAC), Phương án 5 có RAC = 0,34 (triệu USD) sẽ được lựa chọn để làm phương án đầu tư Bảng 4.2. Tuy nhiên, nếu sử dụng bài toán MCA khi kể đến tổng hơp 5 chỉ tiêu để phân tích thì phương án lựa chọn để đầu tư sẽ là Phương án 1. Kết quả phân tích cho thấy, khi xem xét tổng hợp nhiều chỉ tiêu khác nhau, kết quả quyết định lựa chọn sẽ khác nhau. Bài toán phân tích MCA sẽ là công cụ hỗ trợ cho chu trình ra quyết định khi xem xét nhiều chỉ tiêu khác nhau.

5. Kết luận

Bài báo đã đưa ra hướng tiếp cận phân tích ra quyết định lựa chọn phương án bảo trì khi xem xét đa tiêu chí. Mục tiêu của phân tích là đảm bảo tổng hòa các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường để đưa ra giải pháp lựa chọn đáp ứng được yêu cầu về phát triển bền vững hiện nay. Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) cho thấy là phương pháp thích hợp khi áp dụng trong MCA. Việc ứng dụng mô hình MCA cho thấy việc ra quyết định được dựa trên cơ sở khoa học đảm bảo rõ tính mục tiêu, minh bạch và rõ ràng. Mô hình toán trong phân tích MCA cho phép được lập trình để tính toán tự động nhằm hỗ trợ giải quyết bài toán nhanh chóng. Giá trị trọng số của các tiêu chí có thể thay đổi tùy thuộc vào người ra quyết định tương ứng với yêu cầu cụ thể, chẳng hạn khi nguồn vốn hạn chế hoặc không hạn chế, nâng cao tầm quan trọng về tính tiện nghi, yêu cầu cao của xã hội về giảm tai nạn giao thông và giảm khí thải ô nhiễm môi trường…

Tuy vậy, hạn chế của phân tích MCA là việc xác định trọng số của các tiêu chí như là các tiêu chí xã hội và môi trường, đặc biệt khi sự tham gia định lượng của nhiều thành phần còn chứa đựng nhiều yếu tố định tính và chủ quan. Do vậy, rất cần chú ý để loại trừ các ảnh hưởng này khi thực hiện công tác điều tra chuyên gia.

Bên cạnh mô hình MCA, nghiên cứu cũng làm rõ việc ứng dụng phân tích HDM-4 để xác định các tham số cho các tiêu chí cả bài toán. Tuy nhiên, cần chú ý số liệu đầu vào và hiệu chỉnh mô hình phân tích HDM-4 sẽ ảnh hưởng đến kết quả tính toán các tham số cho mô hình phân tích. Do vậy, việc xây dựng cơ sở dữ liệu ngoài phục vụ cho công tác quản lý, còn rất cần thiết cho việc đáp ứng tính tin cậy của các phân tích trợ giúp ra quyết định đầu tư o

Tài liệu tham khảo

[1]. Đinh Văn Hiệp & Koji Tsunokawa (2006), Chiến lược tối ưu cho công tác bảo trì và cải tạo mặt đường nhựa trong điều kiện Việt Nam: Khảo sát sử dụng mô hình HDM-4 kết hợp phương pháp đường dốc, Tạp chí GTVT, số 9&10.

[2]. Đinh Văn Hiệp & K. Tsunokawa (2011), A Simplified Approach using Option Evaluation Systems for Investigating the Optimal Pavement Preservation Strategy of a National Road Network, Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies (EASTS), Vol. 9, pp.1123-1136, ISSN: 1881-1124.

[3]. Aleksandra, D.T, K. Barbara, D. Nevena (2013), Review of multicriteria-analysis methods application in decision making about transport infrastructure, GRAĐEVINAR International Journal 65 (2013) 7, 619-631.

[4]. Cafiso, S., A.D. Graziano, H.R. Kerali, J.B. Odoki (2007), Multicriteria Analysis Method for Pavement maintenance management, Transportation Research Record, Vol.1816, pp.73-84.

[5]. Saaty, T. L., Vargas, L. G. (2001), Models, Methods, Concepts & Applications of the Analytic Hierarchy Process, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

[6]. PIARC (2012), Highway Development and Management Model, Version 2.1, World Road Association, ISOHDM, PIARC, Paris, France [5 volumes].

[7]. Vũ Hoàng Nam (2011), Nghiên cứu ứng dụng bài toán phân tích đa tiêu chí (MCA) cho việc so sánh và luận chứng phương án bảo trì mặt đường ô tô tại Việt Nam, Luận văn cao học, Trường Đại học Xây dựng.