對(duì)建立項(xiàng)目級(jí)路面管理系統(tǒng)的研究

吳 迪

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

對(duì)于小型的區(qū)域來說，將老化路面維護(hù)和修復(fù)到可用水平可能需要非常高的價(jià)格。雖然成本是不可避免的，但是可以通過及時(shí)、適當(dāng)和有效的維護(hù)和修復(fù)策略來降低成本。路面管理系統(tǒng)能夠以經(jīng)濟(jì)有效的方式幫助資金有限的區(qū)域解決公眾對(duì)道路狀況的高度期望。路面管理系統(tǒng)是一套工具或方法，可幫助決策者找到最佳方法，使路面在給定的時(shí)間間隔內(nèi)維持令人滿意的狀態(tài)。各機(jī)構(gòu)使用路面管理系統(tǒng)作為規(guī)劃工具，以確定維護(hù)路面網(wǎng)絡(luò)的成本效益，并確定實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)所需的資金。

一個(gè)好的路面管理系統(tǒng)需要有關(guān)道路系統(tǒng)的可靠信息，當(dāng)前和預(yù)測(cè)的路面狀況以及開發(fā)路面管理策略的工程師和預(yù)算分析師之間的協(xié)同水平。該研究旨在提高路面保護(hù)的知識(shí)，將實(shí)用技術(shù)傳授給當(dāng)?shù)貦C(jī)構(gòu)，并促進(jìn)小型區(qū)域使用路面管理系統(tǒng)。

1 路面管理系統(tǒng)

路面管理系統(tǒng)可以定義為收集、分析、維護(hù)和報(bào)告路面數(shù)據(jù)的過程，以幫助決策者確定最佳的維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃。

第一階段涉及利用地理信息系統(tǒng)（GIS）地圖和與路面相關(guān)的其他信息開發(fā)數(shù)據(jù)庫。近幾年來，由于地理信息系統(tǒng)的廣泛引用，研究者逐漸發(fā)現(xiàn)GIS 應(yīng)用到里面管理系統(tǒng)中的潛力與廣闊前景。由孫立軍主持的基于GIS 的城市道路管理系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)基本的道路管理及分析功能的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)管理部分通過GIS 功能實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化管理，使得系統(tǒng)軟件交互性增強(qiáng)。

階段二開發(fā)路面狀況預(yù)測(cè)模型。該過程從選擇適當(dāng)?shù)臈l件指標(biāo)或指標(biāo)開始，包括遇險(xiǎn)類型、數(shù)量和嚴(yán)重程度。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，駕車測(cè)量或在人行道上行走評(píng)估路面狀況。預(yù)測(cè)路面狀況的通常做法是將道路路段按屬性分組為類型組，并為每個(gè)類型組開發(fā)預(yù)測(cè)模型。

在第三階段，維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃是基于成本、長期目標(biāo)、優(yōu)先評(píng)級(jí)、優(yōu)先考慮的具體部分和預(yù)算約束。首先，應(yīng)確定基于不同路面類型的維護(hù)和修復(fù)處理和單位成本。

2 建立項(xiàng)目級(jí)路面管理系統(tǒng)

2.1 GIS 地圖的創(chuàng)建

創(chuàng)建精確的GIS 地圖是小型區(qū)域在開發(fā)路面管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時(shí)必須完成的首要任務(wù)。 GIS 可以用于基本的地圖管理，公路管理部]可借助地圖進(jìn)行公路管理。根據(jù)GIS 在路面系統(tǒng)中的功能實(shí)現(xiàn)，可以總結(jié)出基于GIS 的路面管理系統(tǒng)使傳統(tǒng)的路面管理系統(tǒng)發(fā)生了如下轉(zhuǎn)變：

1.對(duì)數(shù)據(jù)采集方面的轉(zhuǎn)變；GIS 的數(shù)據(jù)采集項(xiàng)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)可通過野外測(cè)量、遙感、數(shù)字化等技術(shù)手段獲得的地圖信息，以電子地圖的形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。

2.對(duì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的改變；由于GIS 的空間數(shù)據(jù)的特殊性，一般對(duì)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用分開管理的方式。對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理采用基于拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型的文件管理方式，使之符合基于空間要素的查詢、分析和輸出；對(duì)屬性數(shù)據(jù)的管理仍采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

3.對(duì)模型庫的改變：基于GIS 的路面管理系統(tǒng)，在評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、訣策模型中可以考慮空間地理位置之間的相互關(guān)系和相互影響。例如在訣策分析中，一個(gè)路段或單元的領(lǐng)近區(qū)域的養(yǎng)護(hù)對(duì)策的選擇。

2.2 庫存數(shù)據(jù)收集

地方機(jī)構(gòu)通常缺乏足夠的數(shù)據(jù)項(xiàng)目或?qū)?shù)據(jù)項(xiàng)目存儲(chǔ)在不同的來源中。因此，數(shù)據(jù)可用性是小型區(qū)域開發(fā)路面管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的第二大挑戰(zhàn)。

路面管理系統(tǒng)的有效性在很大程度上取決于正在使用的數(shù)據(jù)。除了流量還需要收集路面管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的兩種類型的數(shù)據(jù)：庫存和條件。庫存數(shù)據(jù)包括路面類型、路面結(jié)構(gòu)、路面厚度、路面年齡、功能類別、路段長度、路段寬度、車道使用、車道數(shù)量、車道寬度、肩型、肩寬、管轄權(quán)等信息。建議定期收集路面狀況以記錄隨著時(shí)間的變化，從而有助于路面評(píng)估。當(dāng)?shù)貦C(jī)構(gòu)需要決定將要收集的數(shù)據(jù)量、質(zhì)量和類型，同時(shí)還要考慮所需的成本和數(shù)據(jù)分析水平。

2.3 路面性能建模

基于路面路段的類型組開發(fā)路面鋪裝模型，因?yàn)閱蝹€(gè)路面路段的多年數(shù)據(jù)不可用。假設(shè)具有相似特征的路面部分具有類似的惡化趨勢(shì)，因此將其分組為類型組。地方機(jī)構(gòu)可以開發(fā)他們自己的路面類別，或者參考一個(gè)可靠的來源，如規(guī)范中來查找路面類型組的定義。

3 維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃的建議

道路維護(hù)和修復(fù)通常是預(yù)算中包含的最大支出之一。規(guī)劃路面維護(hù)和修復(fù)項(xiàng)目是路面管理的重要組成部分。維護(hù)和修復(fù)通過在路面結(jié)構(gòu)中增加現(xiàn)有層來增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)或功能從而提高路面性能、乘坐舒適度并延長使用壽命。一般來說，根據(jù)范圍和策略分為四類處理方法：局部維修、局部預(yù)防、整體預(yù)防和主要處理。

1.局部臨時(shí)性維護(hù)和修復(fù)（裂縫密封和修補(bǔ)）適用于臨界PCI 以下的道路，以維持安全狀態(tài)，直到需要大量的維護(hù)和修復(fù)處理。

2.局部預(yù)防性維護(hù)和修復(fù)適用于臨界PCI 以上的路面，以減緩其惡化。

3.整個(gè)路面部分均采用全密封預(yù)防性維護(hù)和修復(fù)，如碎片密封或漿料密封。

4.主要維護(hù)和修復(fù)，例如軋機(jī)和覆蓋層或重建，應(yīng)用于臨界PCI 以上或以下的整個(gè)部分，以糾正或改善其當(dāng)前狀況。

維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃建議中最常用的方法是優(yōu)先模型和優(yōu)化模型。在優(yōu)先模式中，優(yōu)先級(jí)按排名排序；然后，維護(hù)和修復(fù)根據(jù)其優(yōu)先級(jí)分配到路段。優(yōu)化模型的目標(biāo)是最大化整體性能或最小化總成本，其中變量指示維護(hù)和修復(fù)處理。

4 結(jié)論

一個(gè)典型的路面管理系統(tǒng)的開發(fā)由三個(gè)主要部分組成：數(shù)據(jù)庫開發(fā)、路面預(yù)測(cè)建模和維護(hù)和修復(fù)建議。對(duì)于那些希望利用該系統(tǒng)有效管理路面資產(chǎn)的小型地方機(jī)構(gòu)來說，每個(gè)因素都會(huì)帶來一定的挑戰(zhàn)。對(duì)于某些區(qū)域，建立路面管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是缺乏準(zhǔn)確的GIS 地圖和詳細(xì)的路面屬性。本文闡述了如何從其他地圖來源收集、編輯和驗(yàn)證GIS 地圖。缺少的數(shù)據(jù)可以從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、其他可用數(shù)據(jù)源或插補(bǔ)方法中收集。

成功預(yù)測(cè)未來路面狀況的關(guān)鍵在于對(duì)路面進(jìn)行分類，去除異常觀測(cè)值，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ缁谶吔绲姆椒ā６ㄖ频膬?yōu)先級(jí)和靈活性應(yīng)納入小型區(qū)域的多年維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃，以幫助它滿足當(dāng)?shù)貐^(qū)域的特定需求而不會(huì)影響其目標(biāo)。