基于建養(yǎng)一體化的高速公路養(yǎng)護管理系統(tǒng)研究

　　摘要：公路建設項目信息化解決方案是近年來公路行業(yè)興起的一門結(jié)合計算機技術、公路建設特點和網(wǎng)絡集成的交叉性、綜合性新系統(tǒng)，它將公路建設項目管理的最新理念和方法與計算機技術、網(wǎng)絡技術相結(jié)合，將地理分布在各地的項目信息及各種數(shù)據(jù)進行收集、匯總和存儲，建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，有效地對項目進行管理，并能以數(shù)字、圖形等多種形式提供給管理者，以實現(xiàn)“三控兩管一協(xié)調(diào)”的管理目標。通過使用計算機軟件系統(tǒng)，依賴完善的計算機網(wǎng)絡來提供一套規(guī)范化、自動化、科學化的工程項目管理模式，可以支持工程項目實施過程中涉及的管理部門、業(yè)主、監(jiān)理、施工單位等內(nèi)部業(yè)務及相關業(yè)務之間的各種業(yè)務交互，達到加速工程項目各種信息的流轉(zhuǎn)速度，提高工作效率，強化工程項目管理的信息化水平，降低工程項目建設成本的目的。

　　關鍵詞：高速公路，建養(yǎng)一體化，養(yǎng)護管理，數(shù)據(jù)系統(tǒng)　

　　0 引言

　　隨著我國高等級公路建設的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的、長期計劃經(jīng)濟體制下的經(jīng)驗型養(yǎng)護運營管理模式，已不能適應其發(fā)展要求，目前暴露出的問題集中反映在以下幾個方面：（1）養(yǎng)護管理體制不完善。（2）養(yǎng)護運行機制落后，“重建輕養(yǎng)”思想嚴重。（3）缺少養(yǎng)護定額與規(guī)范。（4）養(yǎng)護機械配套率不足，養(yǎng)護科技含量低。（5）養(yǎng)護管理人員總體素質(zhì)普遍偏低。上述問題造成了我國高等級公路養(yǎng)護運營管理技術落后，嚴重制約了高等級公路安全、快捷、舒適、經(jīng)濟等性能的充分發(fā)揮，已形成我國公路事業(yè)發(fā)展的瓶頸。高速公路建養(yǎng)一體化是指在高速公路的生命周期內(nèi)，針對高速公路產(chǎn)品的環(huán)境、費用、可用性等目標，對建設和養(yǎng)護業(yè)務數(shù)據(jù)進行歷史地、空間地綜合分析，為高速公路的建設、養(yǎng)護過程提供信息共享和決策支持。從而保證高速公路的環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、費用合理、高可用性等，提高高速公路建設和養(yǎng)護水平。因此，積極開展基于網(wǎng)絡的高速公路養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)研究是十分必要的。

　　1.養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)采集

　　高速公路網(wǎng)絡化養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)對于基礎數(shù)據(jù)的總體要求及達到的目標如下：

　　(1)建立包括公路屬性數(shù)據(jù)庫、公路中心數(shù)據(jù)庫以及公路養(yǎng)護業(yè)務數(shù)據(jù)庫的公路養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫；

　　(2)建立基于公路養(yǎng)護數(shù)據(jù)庫的查詢體系，通過查詢系統(tǒng)，不同授權的部門和公眾可以有重點的了解全省公路的分類信息；

　　(3)建立基于公路養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫的養(yǎng)護日常管理體系，如報表管理、計劃管理；

　　(4)建立基于公路養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫的輔助決策體系；

　　(5)建立基于公路養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫的信息社會化服務體系。

　　(6)建立包括監(jiān)控指揮、通信、強電管理、照明管理、收費管理、辦公管理、資產(chǎn)管理、設備管理的標準化運營管理體系。

　　2高速公路路面狀況數(shù)據(jù)的評價

　　2.1交通數(shù)據(jù)采集

　　車輛荷載的作用，是使路面產(chǎn)生損壞的重要外界因素。為了分析路面損壞的原因和損壞的速率，建立使用性能與模型，估算經(jīng)濟效益，確定項目的優(yōu)先序列等，需要采集路網(wǎng)內(nèi)各路段的交通數(shù)據(jù)。交通數(shù)據(jù)包括日交通量、軸載組成和年平均增長率三方面內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)可以直接從各交通量觀測站和軸載稱重站取得。

　　2.2路面破損狀況的調(diào)查及評價

　　路面結(jié)構(gòu)的破損狀況，反映了路面結(jié)構(gòu)在行車和自然因素作用下保持完整性或完好的程度。新建或改建的路面，都需采取日常養(yǎng)護措施進行保養(yǎng)，以延緩路面損壞的出現(xiàn)；而在結(jié)構(gòu)路面出現(xiàn)破損后，應及時采取相應的維修措施以減緩損壞的發(fā)展速度；但路面破壞狀況惡化到一定程度后，便須采取改建或重建措施以恢復或提高其結(jié)構(gòu)完好程度。因而，路面結(jié)構(gòu)損壞的發(fā)生和發(fā)展同路面養(yǎng)護和改建工作密切聯(lián)系。根據(jù)造成破損的原因、病害的嚴重程度和幾何形狀的不同，各國對路面破損有不同的分類方法。

　　損壞調(diào)查通常由兩人調(diào)查小組沿線通過目測進行。調(diào)查人員鑒別調(diào)查路段上出現(xiàn)的損壞的類型和嚴重程度并丈量損壞范圍后，記錄在調(diào)查表格上。同一個路段上如出現(xiàn)多種損壞或多種嚴重程度，應分別計量和紀錄。

　　高速公路和一級公路路面破損數(shù)據(jù)調(diào)查，宜采用先進快速的方法，其他等級公路可采用人工調(diào)查的方法。

　　2.3路面強度的調(diào)查及評價

　　路面強度（路面結(jié)構(gòu)承載能力）是指在達到預定的損壞狀況之前還能承受的行車荷載作用次數(shù)，或者還能使用的年數(shù)路面結(jié)構(gòu)的承載能力同損壞狀況有著內(nèi)在聯(lián)系。在使用過程中，路面的承載能力逐漸下降，與此同時損壞逐漸發(fā)展。承載能力低的路面結(jié)構(gòu)，其損壞的發(fā)展速度迅速；承載能力接近于臨界狀態(tài)時，路面的損壞達嚴重狀態(tài)，此時必須采取改建措施（設置加鋪層）以恢復或提高其承載能力。

　　路面載荷作用下的彎沉值，可以反映路面結(jié)構(gòu)的承載能力。路面的結(jié)構(gòu)破壞可以是由于過量的豎向變形所造成，也可能是由于某一結(jié)構(gòu)層的斷裂破壞所造成。對于前者，采用最大彎沉值表征結(jié)構(gòu)承載能力較合適；對于后者，則采用路表彎沉盆的曲率半徑表征其承載能力更為合適。因而，理想的彎沉測定應包含最大彎沉值和彎沉盆。

　　不同路面結(jié)構(gòu)具有不同的路表彎沉值。因而不能單獨從最大彎沉值大小來判斷路面結(jié)構(gòu)得剩余壽命。同時，路面結(jié)構(gòu)的承載能力會在使用過程中逐漸下降。反映在彎沉值變化上，則為路段的代表彎沉值隨時間的增加而逐漸增長。隨著彎值的增長，路面逐漸出現(xiàn)車轍變形和裂縫等損壞。定義某種程度損壞為臨界狀態(tài)，相應于這種損壞狀態(tài)的路面彎沉值，即為路面結(jié)構(gòu)的極限承載力。為此，要判斷現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)的承載能力（剩余壽命），除了由測定得到的彎沉值外，還須知道路面結(jié)構(gòu)類型、路面損壞狀況以及到調(diào)查測定時已承受的標準軸載作用次數(shù)。

　　2.4路面行駛質(zhì)量的調(diào)查及評價

　　路面平整度可以定義為路面表面使行駛車輛出現(xiàn)振動的高程變化。路面不平整所引起的車輛振動，會對車輛磨損、燃油消耗、行車速度、路面損壞和交通等方面產(chǎn)生直接影響。由于評價帶有個人主觀性，為了避免隨意性，乃提出了主客觀性結(jié)合的評價方法。一方面邀請具有不同代表性的乘客，分別按個人的主觀意見進行評價，而后匯總大家的評價，以平均評分值代表眾人的評價。另一方面對各評價路段進行平整度量測。通過回歸分析建立主觀評分同客觀兩側(cè)結(jié)果的相關關系。由此建立的評價模型，便可用來對路面行駛質(zhì)量進行較統(tǒng)一的評價。

　　2.5路面抗滑性能的調(diào)查及評價

　　影響路面抗滑性能的因素有路面特性（細構(gòu)造和粗構(gòu)造）、路面潮濕程度和行車速度。路表面的細構(gòu)造是指集料表面的粗糙度，它隨車輪的反復磨耗作用而逐漸被磨光。通常采用石料磨光值（PSV）表征其抗磨光的性能。細構(gòu)造在低速（30~50km/h以下）是對路面抗滑性能其主要作用。而高速是起主要作用的是粗構(gòu)造。它是由路面外露集料間形成的構(gòu)造，其功能是使車輪下的路表水迅速排出，以避免形成水膜。粗構(gòu)造由構(gòu)造深度表征其性能。

　　3養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)子系統(tǒng)研究

　　3.1養(yǎng)護運營地理信息子系統(tǒng)

　�。�1）系統(tǒng)功能范圍

　　a.整合工程建設數(shù)據(jù)，建立適合運營維護需要的空間數(shù)據(jù)庫；

　　b.工程建設數(shù)據(jù)和運營維護數(shù)據(jù)的空間查詢；

　　c.基于空間信息的統(tǒng)計、分析；

　　d.高速公路專業(yè)信息圖層控制；

　　e.基于WebGIS技術的電子地圖網(wǎng)上瀏覽、查詢；

　　f.基于高速公路界樁、里程的空間定位、查詢；

　　g.專題圖發(fā)布。

　�。�2）系統(tǒng)具體模塊

　　1）GIS導航模塊

　　在地圖上的路段、橋梁、涵洞等地理要素查詢得到相應對象的數(shù)字、文檔、圖像及視頻信息，由路段編號、橋梁編號等標識信息查詢得到其空間方面的信息。單擊導航圖上公路線的任意一點，即能得到該點處的里程樁范圍，并能對該里程范圍內(nèi)的各項公路數(shù)據(jù)進行定點查看與操作。

　　2）查詢分析模塊

　　實現(xiàn)查詢道路交通流量分析、道路病害、水毀情況等公路基本數(shù)據(jù)以及路面狀況指數(shù)PCI、行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、抗滑性能指數(shù)SRI等養(yǎng)護相關道路評價參數(shù)。

　　3）內(nèi)部查詢

　　實現(xiàn)養(yǎng)護主管單位領導、業(yè)務負責人隨時隨地進行查詢和無紙化辦公管理，同時內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)嚴格隔離，保證數(shù)據(jù)的安全。

　　4）公眾查詢

　　通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)向社會公眾發(fā)布道路維修、限行等路況信息。

　　3.2養(yǎng)護管理子系統(tǒng)

　　養(yǎng)護管理子系統(tǒng)是利用自動化檢測技術、信息技術系統(tǒng)工程技術和公路工程技術，對高速公路路產(chǎn)進行養(yǎng)護、管理與決策的集成系統(tǒng)。本系統(tǒng)著重管理高速公路有形資產(chǎn)：包括路基、邊坡、中央隔離帶、路面、路角、橋涵構(gòu)造物、沿線設施（標志、標線、收費站作業(yè)面和養(yǎng)護工區(qū)）和道路環(huán)境（綠化、廣告等）。主要分為：

　　（1）養(yǎng)護基礎數(shù)據(jù)信息分子系統(tǒng)

　　1)外業(yè)調(diào)查模塊：包括交通流量分析、日常巡護、道路病害、水毀情況等公路基本數(shù)據(jù)以及有關的圖像、視頻等多媒體信息的輸入和建檔。

　　2)檔案管理模塊：實現(xiàn)養(yǎng)護相關數(shù)據(jù)的分析、處理、歸類、統(tǒng)計等綜合管理，按需要生成各種相關信息。

　　3)數(shù)據(jù)維護模塊：養(yǎng)護基礎數(shù)據(jù)的分類管理、數(shù)據(jù)備份與還原、數(shù)據(jù)安全防護等。

　�。�2）養(yǎng)護維修管理分子系統(tǒng)

　　1)合同管理模塊：包括實現(xiàn)高速公路大中小修、新建、改建等養(yǎng)護工程項目的實時管理，提供工程項目登記、承包合同、協(xié)議等資料存檔管理。

　　2)成本管理模塊：包括養(yǎng)護預算的編制與計算，相關人工、材料、機械的價格和消耗分析以及其他相關費用的管理。

　　3)質(zhì)量管理模塊：養(yǎng)護施工過程的質(zhì)量檢測和分項匯總評定，施工質(zhì)量問題的處理管理、工程交竣工管理等。

　　4)施工管理模塊：包括養(yǎng)護過程中的技術方案、施工組織計劃，相關人工設備的安排及其他相關的管理。

　　5)計劃管理模塊：養(yǎng)護施工過程的質(zhì)量檢測和分項匯總評定，施工質(zhì)量問題的處理管理、交竣工管理等。

　　（3）養(yǎng)護輔助決策分子系統(tǒng)

　　1)決策模型模塊：包括路況評價分析模型庫、養(yǎng)護需求模型庫、養(yǎng)護投資效益分析模型庫、費用優(yōu)化模型庫、養(yǎng)護維修方案模型庫、工程專家?guī)臁?/p>

　　2)養(yǎng)護質(zhì)量模塊：計算公路路面狀況指數(shù)PCI、道路行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)PSSI、路面抗滑性能指數(shù)SRI、路面綜合狀況指數(shù)PQI、路基養(yǎng)護狀況指數(shù)SCI、橋涵構(gòu)造物養(yǎng)護狀況指數(shù)BCI及沿線設施養(yǎng)護狀況指數(shù)等指標，實現(xiàn)養(yǎng)護狀況綜合評定指標MQI的計算并做出質(zhì)量等級評定。

　　3)道路性能模塊：包括破損率、彎沉、抗滑值、平整度、路基狀況、橋涵構(gòu)造物狀況、沿線設施狀況的計算及其數(shù)據(jù)的錄入或?qū)�入，進行道路狀況的評估。

　　4)養(yǎng)護決策模塊：根據(jù)PCI、PSSI、RQI、SRI、PQI的評價結(jié)果確定養(yǎng)護措施及費用，提供基本方案、加強方案、經(jīng)濟方案、備選方案，并提供指標的發(fā)展趨勢曲線。根據(jù)養(yǎng)護措施進行費用效果分析，將所有評價結(jié)果和養(yǎng)護措施及其費用匯總，供領導審核并做出審核批示。

　　5)養(yǎng)護計劃模塊：進行包括大、中、小修的養(yǎng)護計劃的編制，并生成這些月、季度、年度計劃報表和統(tǒng)計報表的數(shù)據(jù)，最終形成養(yǎng)護計劃報告書。

　　3.3交通機電管理子系統(tǒng)

　　（1）監(jiān)控指揮分子系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)為全數(shù)字綜合調(diào)度指揮系統(tǒng)。主要為交通指揮、管理決策提供全面的信息服務與決策依據(jù)，實現(xiàn)高速公路運營可視化管理，使高速公路正常、有序、高效地運行，提高高速公路經(jīng)營效率，創(chuàng)造更大的社會經(jīng)濟效益。系統(tǒng)功能主要有監(jiān)控中心計算機局域網(wǎng)絡系統(tǒng)、視頻信號傳輸與監(jiān)視系統(tǒng)、監(jiān)控軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和顯示控制回路系統(tǒng)和公眾信息發(fā)布系統(tǒng)。

　�。�2）通信分子系統(tǒng)

　　通信系統(tǒng)是實現(xiàn)高速公路現(xiàn)代化管理的基礎平臺，是高速公路收費、監(jiān)控系統(tǒng)話音、數(shù)據(jù)和圖像的傳輸通道。既滿足高速公路管理和運營的要求，又要為向外提供服務留有擴展的余地，應具有適用性好、安全可靠性高、傳輸速率快、易于升級擴展的特點。系統(tǒng)功能主要有光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)、綜合業(yè)務接入網(wǎng)系統(tǒng)、ATM/IP網(wǎng)絡系統(tǒng)、語音交換系統(tǒng)和網(wǎng)管系統(tǒng)。

　�。�3）強電管理分子系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)為高速公路強電系統(tǒng)管理提供實用、簡捷的管理工具，收集積累強電管理經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，輔助決策和調(diào)度，規(guī)范強電管理制度和技術手段。它有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，是電力調(diào)度管理、處理應急不可缺少的工具。系統(tǒng)功能主要有用電信息管理、電力電纜管理、電力保障管理、維搶修調(diào)度管理、強電設備管理和強電管理數(shù)據(jù)積累。

　�。�4）照明管理分子系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)對高速公路沿線及相關附屬區(qū)域的照明系統(tǒng)進行有效的管理控制，保障路段照明和收費站、補給站等區(qū)域的正常照明，通過各種檢查記錄及時預警故障高發(fā)線路、區(qū)域，為照明保障和維搶修提供決策支持。系統(tǒng)功能主要有照明電路檢修、公路沿線路燈管理、收費站照明管理、高速公路照明維修管理、補給站照明管理、檢修、維修、搶修記錄分類歸檔和照明管理數(shù)據(jù)積累。

　　4小結(jié)

　　（1）介紹了養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)要求與特點，分析了路面狀況數(shù)據(jù)的采集與路用性能評價。

　　（2）高速公路網(wǎng)絡化養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)從公路養(yǎng)護運營管理的職能和實際情況出發(fā)，利用地理信息系統(tǒng)（GIS），建設公路養(yǎng)護運營信息系統(tǒng)，實現(xiàn)動態(tài)、可視化的管理各級單位，完成公路養(yǎng)護運營管理信息的采集、存儲、分析和應用，為公路養(yǎng)護運營管理提供了信息及決策支持。

　�。�3）高速公路網(wǎng)絡化養(yǎng)護運營管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)分別是養(yǎng)護運營地理信息子系統(tǒng)、高速公路三維可視化子系統(tǒng)、養(yǎng)護管理子系統(tǒng)、交通機電管理子系統(tǒng)、收費管理子系統(tǒng)、辦公及資產(chǎn)管理子系統(tǒng)。

　�。�4）通過本系統(tǒng)的應用，公路系統(tǒng)各級領導、部門可以通過互聯(lián)網(wǎng)直觀、方便的查詢與公路養(yǎng)護運營相關的各類信息，制定科學有效的養(yǎng)護運營方案，提高公路行業(yè)工作效率和管理水平，實現(xiàn)科學化管理。　　

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