高速公路養護管理信息系統應用分析

陳曼妮

(合肥工業大學 管理學院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

截至2019年，我國境內高速公路里程已超14萬km。隨著通車里程的快速增長與高速網絡建設的日趨完善，以及路面荷載的不斷增加，高速公路從密集建設期逐漸轉向養護高峰期。相對于其他發展成熟的行業，高速公路養護信息化、智能化建設不足，工作模式傳統，養護決策依賴于人的經驗與判斷，管理效率與科學決策能力逐漸跟不上養護需求。通過信息技術改變養護管理工作模式，拓展管理邊界，降低成本，提質增效，是研究高速公路養護管理信息系統的意義所在。

1 高速公路養護管理信息系統建設現狀

近些年來，我國多個省市都在積極探索開發“互聯網+”養護管理新模式，部分地區已進入實際應用階段。基于計算機技術，結合移動互聯網、大數據、云計算等高新IT技術打造的高速公路養護管理信息系統旨在實現養護數據實時、統一、長期的有效存儲，便于查詢、利用、分析與共享，為養護管理提供科學預測與決策支持[1]。然而在實際運用中，依舊存在諸多問題。

1.1 頂層規劃設計不足

按照不同規模與層次，養護管理系統分為網級系統和項目級系統。網級管理系統是基于整個路網確定養護需求，對養護資金優化配置的宏觀分析及決策的系統。項目級系統是針對具體路段進行管理，根據養護內容又涉及日常養護項目、預防性養護項目、修復養護項目等子系統。受管理模式、投資力度等因素制約，現有養護信息系統建設側重點不同，有些管理系統的建設僅局限于某一具體路段，未能做到網級與項目級系統的全面開發與有機結合。養護信息系統在建設規劃階段應充分考慮網級與項目級系統的建設需求，對業務范圍、業務流程、功能設置、數據處理與交互等內容要進行詳細的調研，避免因規劃疏漏導致系統建設工作的反復與延誤。而由于系統開發一般依賴于第三方軟件公司，開發人員并未參與養護工作，對業務流程、功能需求并不能準確了解，需要管理單位充分做好對各養護參建單位、目標用戶需求的調研論證工作，并在系統搭建過程中深度參與，及時反饋。

1.2 缺少統一規范和標準

養護工程內業資料目前沒有統一的標準和規范，各養護單位參照建設工程構建自己的資料體系，數據錄入標準及格式不盡相同。養護數據亦具有多源、異構、規模大的特點，從來源上看，有業主單位數據、監理單位數據、施工單位數據、路段所屬管理單位數據等，在表現形式上有數值數據和邏輯數據[2]。在長期的養護過程中，各參建單位不斷變化，形成基于不同設計、繁雜多源的海量數據，難以利用。不同開發單位、不同軟件開發的養護管理系統，使用的接口協議與數據規范不同，導致系統間數據不能直接融合；從系統、模塊到不同終端間數據格式與標準也不統一，數據兼容存在問題，造成信息流通交互困難[3]，需要二次開發。這些都增加了系統開發的難度，也增加了后期維護成本。從建設到養護、運營，建立統一規范和標準，規范和指導公路信息基礎設施和系統的規劃設計、建設、運行維護，打破資源壁壘，有利于在未來構建高速公路綜合型信息化管理平臺，實現“智慧公路”。

1.3 數據采集、開發、利用不足

對于養護管理而言，養護數據分為靜態數據與動態數據兩個部分。靜態數據包括路段基礎信息，如路線、里程、基礎設施、管理單位等，以及高速公路建設過程中產生的數據[4]。由于長期以來“建養分離”，在早期建設轉養護過程中，建設期數據未能得到及時、完整的保存與數字化，造成養護管理基礎數據缺失，對于后期養護科學決策非常不利。動態數據包括路面巡查、病害信息、維修記錄、實驗檢測數據以及后評價等隨時間增長的信息。基于移動互聯網技術開發的移動數據采集手機APP已在養護管理中投入使用，可自動定位并生成樁號信息，然而受高速公路路網樁號編制不夠準確以及山區等復雜環境對信號接收產生影響等因素限制，手機APP定位常常出現樁號偏離或無法定位的情況，需要手動修正或錄入，操作不便，不利于應用推廣。

目前養護管理系統中存儲的數據信息主要為目標的位置信息，空間關系、屬性信息缺失或未能有效關聯，病害、作業點的地理特征得不到描述，未能根據業務需求建立大數據分析模型，專家知識庫尚未形成。系統的主要應用還停留在養護數據的存儲、查詢與統計，而養護資金優化配置、路面使用性能評價與預測、養護方案制定等智能化功能還在探索建設中[5]。

2 養護管理信息系統建設實踐

經原安徽省高速公路控股集團與安徽省交通投資集團合并重組，安徽省交通控股集團有限公司于2014年底成立，成為全省統一的高速公路投資運營管理平臺，其下屬單位養護管理中心承擔了省內4 421 km高速公路路面及跨江長大橋梁的養護管理工作。隨著省內高速公路的快速發展，養護體量不斷擴大，對養護管理效能也提出了更高的要求。近些年來,養護管理中心在高速公路智能化養護方面積極探索與實踐，建成了一套綜合性養護管理系統——智能化養護平臺，并投入使用。

根據高速公路養護項目分類、業務流程及工程管理關鍵點，智能養護平臺設置了養護決策、項目管理、大中修養護管理、日常養護管理、預防性養護管理和視頻監控等多個子系統。其中大中修養護管理系統下設實驗室管理系統、拌和站生產管理系統和質量管理系統，從原材料進場、混合料生產到前場施工進行跟蹤管控[6]。

圖1 智能養護平臺組織結構圖

2.1 項目管理系統

對養護工程項目基礎信息進行集中管理，并與各項目數據共享，包括合同信息、立項管理、預算管理、過程(計劃)管理、監理管理、養護設計、后評價管理等模塊，能實時統計各項目預算及合同執行情況，收集后評價數據，還可以對監理等第三方進行線上考勤、考核等管理。

2.2 養護決策系統

養護決策系統涵蓋網級與項目級兩個層面，通過對路面狀況評價與預測、養護資金需求分析，以實現為省內路網養護規劃、資金配置和為具體路段養護計劃制定提供決策依據。目前養護決策系統已進入驗證階段，決策結果與路段實際施工情況基本符合，智能化成果較為顯著，但仍需進一步優化。

2.3 大中修管理系統

通過對拌和站安裝監控、為試驗儀器配置接口、在施工機械上配置數據采集終端設備，實現從材料生產到現場施工的全方位監控與數據收集、上傳，并在各個子系統中完成數據的統計、分析與預警，可以提高生產質量的穩定性，降低人力成本與數據造假風險。采集到的數據真實、有效，為養護方案技術分析與后期決策提供支持。

日常養護系統與預防性養護系統根據工作流程設置功能模塊，實現線上閉合管理；安全管理系統提供施工信息、管理文件的發布，以及資料審批與過程管控記錄等，實現了安全管理資料的電子存儲。

3 新一代信息技術在養護管理中的應用

與鐵路、民建等行業相比，我國公路信息化起步較晚，公路工程從設計、建設到管養運營等階段，管理相對獨立，跨單位、跨系統信息獲取存在障礙，信息傳遞效率低，歷史資料利用困難。融合新一代互聯網及數字化技術打造綜合性公路工程信息化平臺是未來發展趨勢。

3.1 GIS技術服務

利用GIS數據庫實現對地理數據的空間信息和屬性信息的整合、存儲，對病害、作業點進行多方位的信息記錄,形成屬性表，實現基于位置與屬性的雙向查詢、統計、分析；通過GIS強大的空間分析能力及可視化功能，進行路面狀況評價與預測、施工現場安全及應急管理等。

3.2 BIM技術

BIM技術在工程設計建造過程中可以對項目所有相關信息進行整合，并在項目設計、施工、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞[7]。從公路全生命周期出發，通過BIM技術，將公路設計、建設、養護管理進行整合，控制工程信息的采集、加工、存儲和交互，構建信息的創造、傳遞、評估和利用的良性循環機制[8]。

3.3 5G技術

5G具有傳輸速率高、低延時、連接容量大、可靠性高等特點[9]。在養護信息化管理中，基于5G開發的終端設備將打破有線網絡連接與傳輸的局限性，經移動互聯網進行連接、組網，通過無線跟蹤、無線控制、無線傳輸，對工程進行全方位動態管控以及在線解決問題。面向5G的高精度融合定位技術將在精度及覆蓋范圍上實現定位性能的整體提升[10],未來基于移動端的野外數據采集將更加便捷、準確，提高數據的真實性及利用率。

4 結束語

隨著我國高速公路的蓬勃發展、養護工作的不斷深入，信息系統將在養護管理中扮演越來越重要的角色，新技術、新產品的出現也為養護管理信息化建設提供了新的思路和更廣闊的應用前景。然而，目前需要解決的問題還有很多，需要建立行業信息化建設規范來統籌發展，加大資金投入在技術融合上做進一步探索與開發，優化業務流程，明確職責，真正實現高速公路養護管理的現代化、科學化與智能化。