智慧化 養護的未來

文｜中交基礎設施養護集團有限公司 陳雙全

基礎設施智慧養護是工程維護和新一代信息技術的交叉學科。智慧養護是在基礎設施數字化基礎上，充分借助大數據、物聯網、云計算、5G、人工智能等新一代信息技術、先進傳感器技術、材料技術、智能制造技術、自動控制技術、智能決策技術，集成人員、技術、裝備、數據、管理等要素，將基礎設施升級為可感知、可識別、可評估、可預測，近期部分可控，遠期自動調控、自我管理、自我維修、自適應的智慧化生態系統，實現對基礎設施養護全過程、全要素的數字化、智慧化、網絡化、精準化、主動式、預防性管理，是基礎設施養護發展史上一次顛覆性革命和重大發展。

養護行業高質量發展的主要標志是從要素驅動向創新驅動轉變，從傳統人工作業、被動養護、粗放式發展向智慧化、快速化、綠色化、預防化轉變，而智慧化又是快速化、綠色化、預防化發展的重要基礎和前提，因此，智慧化養護的重要性不言而喻。

智慧養護的背景

交通基礎設施建設的快速發展和巨大存量倒逼養護行業高質量發展。

經過30多年的高速發展，我國的交通基礎設施建設取得了巨大成就，至“十三五”期收官，公路通車里程約510萬公里，其中高速公路15.5萬公里，高速公路通車里程居世界第一位。交通基礎設施建設的快速發展和巨大存量，既給養護行業帶來了嚴峻挑戰，同時也為養護行業的轉型升級和高質量發展提供了重大機遇。

新一代科技賦能交通基礎設施養護行業數字化轉型、智慧化升級。

5G、大數據、物聯網、人工智能、云技術、區塊鏈等新一代信息技術以及材料技術、智能制造技術的快速發展，引發了新一輪科技革命和產業革命，也為交通基礎設施養護的數字化轉型、智慧化升級提供了強大的驅動力量。

國家出臺的系列政策為養護行業快速發展提供了重大利好。

2019年發布的《交通強國建設綱要》提出要瞄準新一代信息技術、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿技術，推進交通一體化融合發展，由依靠傳統要素驅動向更加注重創新驅動轉變。2020年頒布的《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》提出了推動交通基礎設施數字轉型、智能升級，采用先進信息技術深度賦能交通基礎設施，全面提升精準感知、精確分析、精細管理和精心服務能力。2021年頒布的《國家綜合立體交通網規劃綱要》明確提出到2035年，基本建成智能先進的國家綜合立體交通網，交通基礎設施智能化水平居世界前列。到21世紀中葉，交通領域新技術廣泛應用，實現數字化、網絡化、智能化、綠色化。

智慧養護的前提和現狀

交通基礎設施智慧養護實質是以養護大數據的共享、融合、分析、挖掘為主線，實現交通基礎設施的智能感知、智能識別、智能評估、智能預測、智能調控、自我適應。

發展智慧養護的前提

實現基礎設施數字化 《國家綜合立體交通網規劃綱要》中提出，到2035年，交通基礎設施的數字化率要達到90%。基礎設施的數字化率將為基礎設施領域，特別是養護、運營、管理領域提供可感、可知、可控，直至實現車路協同、自動駕駛等未來交通場景的基礎性支撐。

新一代信息技術深度融合 養護科技需要與大數據、物聯網、云計算、5G、人工智能等新一代信息技術深度融合。實現交通基礎設施全時空監控以及數字化交通網、通訊控制網、新型能源網三網融合。

相關產業協同發展 智能材料、新型耐久傳感器、水下機器人、檢測無人機、可穿戴設備等智能檢測、監測裝備產業要協同發展，為智慧養護提供支撐。

就現階段而言，以上三個前提條件還有很大發展空間，對智慧養護的支撐力度還不夠強。目前，各省份都在積極探索和實踐智慧養護，一些大型企業、高等院校和科研單位也在加速研發。例如，江蘇省出臺了《江蘇省普通國省道智慧公路建設技術指南》《江蘇省智慧高速公路建設技術指南》《江蘇省交通新基建行動方案》《行業治理數字化轉型三年行動計劃（2021-2023年）》《5G、北斗等新技術推廣應用（2021-2023年）》和《智慧交通產業發展（2021-2023年）》等一系列文件。浙江省出臺了《浙江省交通數字化改革行動方案》和《浙江省智慧高速公路建設指南（暫行）》等。但以上文件更多聚焦于交通行業監管、智慧出行、自動駕駛、車路協同等方面，關于智慧養護方面的內容相對較少。

發展智慧養護的短板

總體而言，交通基礎設施的智慧養護還處于探索和小范圍應用階段，存在很多短板，具體表現為以下幾方面：

交通基礎設施的數字化率較低 智慧養護受限于發展階段和建設時期的科技水平，目前我國絕大部分的交通基礎設施尚未實現數字化。

技術體系尚未建立 目前，行業內尚未完全形成開放、可擴展、兼容、成熟的智慧養護技術體系?；A設施的長期性能、劣化機理、損傷評估、綜合防災、壽命預測、延壽方法等尚未系統建立；智慧養護的理論系統性不足、完整性不夠、指導性不強。

評價體系尚不成熟 智慧養護評價理論和方法尚不成熟，需要不斷完善、豐富、發展。

標準體系基本空白 智慧養護標準目前基本空白；現有評估標準、管理標準與智能檢測、監測技術兼容性不高。

技術融合遠遠不夠 養護產業與新一代信息技術相互融合的深度和廣度遠遠不夠，表現為技術融合性較差，應用場景不夠清晰明確，缺少量化技術指標，以及缺乏精通養護科技和新一代信息技術的復合型人才。

相關產業支撐不強 智能材料、新型耐久傳感器、水下機器人、檢測無人機、可穿戴設備等智能檢測、監測裝備支撐力不強，具備智慧化、可視化、集成化、高精度、高可靠等特點的裝備較少。

智慧養護的實踐及成果

江蘇省全面布局

江蘇省聚焦基礎設施數字化、運輸服務全鏈化、行業治理精準化、智慧產業集聚化，通過“跨界融合、共建共享、綜合應用”，加快交通運輸向數字化、網絡化、智能化發展，并圍繞交通基礎設施要素數字化、智慧交通基礎設施建設、5G及區塊鏈應用、車路協同自動駕駛、大數據應用、智能便捷出行、智慧物流等內容，確定了8個專項行動方案和31項智能交通項目，著力推進智慧交通實施。同時，依托滬蓉高速江蘇段、五峰山過江通道、常泰長江大橋、太湖隧道等開展智慧公路建設，布局了京杭運河智慧航運，南京港、太倉港智慧港口等一批智慧交通基礎設施?？傮w來看，初步實現了智慧交通建設的良好開局，為今后全行業深入開展智慧交通和智慧養護工作打下了堅實的基礎。

浙江省勇于探索

浙江省在智慧公路方面，重點建設杭紹甬、杭州繞城西復線、滬杭甬、杭州灣大橋及接線工程等智慧公路試點，積極探索杭州蕭山機場高速公路等數字化、智能化改造，力爭2022年底前形成智慧公路建設的浙江標準。在《浙江省智慧高速公路建設指南（暫行）》中，提出了道路基礎設施全壽命周期服役性能預估模型精度應不低于75%、結構維修周期延長應不低于20%、基礎設施在線監測覆蓋率應不低于90%、狀態異常預警準確率不低于80%等具體指標，對交通基礎設施智慧養護具有很好的指導作用和參考價值。

中交養護集團理論實踐雙發力

中交基礎設施養護集團有限公司（以下簡稱“中交養護集團”）一直致力于基礎設施的全生命周期智慧養護、綠色養護、快速養護和預防性養護，在智慧養護的理論體系、實踐應用等方面進行了全方位的思考和實踐。

在理論體系方面，中交養護集團不但提出了智慧養護的定義、基本要素、基本特征，還創造性地構建了基礎設施智慧養護的技術體系框架，指出了智慧養護面臨的主要問題，明確了智慧養護的主要任務和應用場景，以理論創新指導智慧養護實踐。

在實踐應用方面，中交養護集團注重科技賦能，加速推動科技創新與養護產業的深度融合與協同發展。依托于南京長江大橋、廣州黃埔大橋、安徽安慶大橋等特大型橋隧的養護項目，研發了基于5G、人工智能、大數據、云技術等新一代信息技術的基礎設施智慧養護關鍵技術，攻克了一系列技術難題，實現了BIM和傾斜攝影技術建模、無人機輔助檢查、機器人檢測拉索、基于InSAR的復雜地質區域橋隧群監測、高墩高塔自動涂裝，同時編制了多項國家標準和行業養護標準。

北京首發探索“互聯網+”管養新模式

近年來，北京首發公路養護工程有限公司（以下簡稱“北京首發養護公司”）瞄準大數據時代公路養護工作的需求，在推進“互聯網+”智慧高速公路養護管理技術方面進行探索，并取得了預期成果。

在頂層設計方面，北京首發養護公司研究建立了一套完整的高速公路養護信息化建設數據標準，進而匹配高速公路養護標準、規程和技術指南。

同時，北京首發養護公司組建信息化開發小組，建成了涵蓋日常養護管理、應急管理、工程決策管理、設備物資管理等各業務功能的信息化系統，并匹配相應功能的手機端App和PC客戶端，集合成為“慧養護”智能一體化平臺。

智慧養護的未來展望

目前，我國基礎設施智慧養護還處于初級階段，未來要全面發展到智慧養護階段，還需在以下8個方面實現突破：

智慧感知 全要素、全時空智慧化感知人、交通工具、基礎設施和環境信息；

智慧識別 根據獲取的信息和深度學習經驗，識別基礎設施潛在的病害和風險；

智慧預測 基于不確定性理論，預測人、交通工具、基礎設施、環境系統的發展趨勢；

智慧決策 根據既定目標和約束條件，按照性能投入比最優理論決定養護方案；

智慧作業 采用5G、人工智能、物聯網、云計算等技術，實現智慧化無人養護和基礎設施自我修復；

智慧應變 突發災害時，按照風險最小化原則給出應急救援方案；

智慧學習 基于大數據和人工智能技術，實現養護系統自我進化、智能升級；

智慧融合 基于人、基礎設施、交通工具和環境深度融合，建立開放生態系統，實現萬物互聯。