淺談路面管理系統(tǒng)

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、路面管理系統(tǒng)簡介及背景

(一)路面管理系統(tǒng)定義

路面管理系統(tǒng)(PMS)是以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，包含了路面行駛質(zhì)量、損壞狀況、結(jié)構(gòu)的力學(xué)反映、行駛安全性以及路面材料的疲勞、變形、開裂、老化特性等情況，針對路面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的快捷工具，以指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)資源配置最優(yōu)、技術(shù)較合理、造價(jià)較低的目的。

(二)國外系統(tǒng)研發(fā)和使用背景

國外公路路面管理技術(shù)的探索研究始于上世紀(jì)70年代初期的美國和加拿大。在結(jié)束了大規(guī)模的公路建設(shè)熱潮后，美國隨之面臨的是如何對已形成的路網(wǎng)體系進(jìn)行有效科學(xué)的養(yǎng)護(hù)和管理，尤其是在汽車工業(yè)發(fā)展帶來的巨大車流量下如何更好地保持和延長現(xiàn)有公路的使用壽命。對此，公路技術(shù)人員開始研究對公路技術(shù)狀況進(jìn)行科學(xué)的檢測，建立規(guī)范的數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)對各類數(shù)據(jù)的科學(xué)分析和判斷形成準(zhǔn)確的公路技術(shù)狀況評(píng)價(jià)，通過具體的參照標(biāo)準(zhǔn)提供優(yōu)先的公路養(yǎng)護(hù)和改建方案。而這一決策過程的實(shí)現(xiàn)全部建立在計(jì)算機(jī)平臺(tái)的軟件分析上，于是產(chǎn)生了最初的公路路面管理系統(tǒng)。但在實(shí)際使用過程中，公路管理部門意識(shí)到公路養(yǎng)護(hù)需要從省際和城市路網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行通盤考慮，于是在最初簡單提供路面損壞信息和養(yǎng)護(hù)對策的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，道路研究人員和開發(fā)者又作了進(jìn)一步完善，逐步形成了集合數(shù)據(jù)庫管理、養(yǎng)護(hù)計(jì)劃、路網(wǎng)項(xiàng)目計(jì)劃以及項(xiàng)目級(jí)設(shè)計(jì)和分析的綜合管理系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化養(yǎng)護(hù)和改建模型，從而在公路養(yǎng)護(hù)資金投入和效果產(chǎn)出上獲得更高的性價(jià)。

美國森市路面管理系統(tǒng)根據(jù)使用地區(qū)的路網(wǎng)特征主要以瀝青混凝土路面為設(shè)計(jì)管理對象，將年均勻日交通量與交通指數(shù)、加展厚度、養(yǎng)護(hù)修復(fù)歷史資料、以撓度值代表路面構(gòu)造能力、路面服務(wù)才能作為鑒定參數(shù)。森市路面管理系統(tǒng)包括四部分：第一部分為破壞調(diào)查輸入，主要考慮龜裂、疏松與縱向、橫向裂痕等破壞項(xiàng)目，將各項(xiàng)破壞嚴(yán)峻性分為輕、中、重三個(gè)等級(jí)；第二部分為路面狀況計(jì)算，具體根據(jù)破壞等級(jí)的不同破壞百分比及嚴(yán)峻水平所查得的扣減分?jǐn)?shù)扣減；第三部分為養(yǎng)護(hù)優(yōu)先順序，依計(jì)算所得的效益成本比決議優(yōu)先次序；第四部分為數(shù)據(jù)輸出，包括路段資料輸沒查詢、路面調(diào)查資料查詢、歷史維修資料查詢、路面破壞狀況排序結(jié)果查詢輸出以及維修路段及維修方法輸出查詢。

澳大利亞RTA-NSW路面管理系統(tǒng)為聚集多元模塊化的路面管理系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)具體分為CMIS建立路網(wǎng)材料、NOS評(píng)估路網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、TNOS和網(wǎng)絡(luò)破壞模式、CMIS處置路網(wǎng)道路狀況、TFNOS評(píng)估路網(wǎng)維修成本。分別由路況管理信息系統(tǒng)(包含查詢道路、橋梁、隧道狀況，針對路網(wǎng)所選路段、橋梁、隧道等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分，比擬其間的變更和差別，計(jì)算改良路網(wǎng)績效不同方案，評(píng)估路況較差路段)、財(cái)務(wù)估算網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化系統(tǒng)(基于輔助決策管理方及專家猜測特定的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)請求，計(jì)算路網(wǎng)維修預(yù)算或成本)、養(yǎng)護(hù)程序最優(yōu)化系統(tǒng)(通過程序的模塊化對公路路面養(yǎng)護(hù)預(yù)算及程序錦進(jìn)行安排，最大限度發(fā)揮資金使用效益)、敘路登錄系統(tǒng)(主要在系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)提供所需資料支撐)四部分構(gòu)成。英國CHART路面管理系統(tǒng)開發(fā)于1980年，調(diào)查項(xiàng)目包括TRRL縱斷面平坦度或恬靜度。系統(tǒng)功能包括地位圖、路面斷面、路面破壞外形、路面破損評(píng)估、維修工法及維修區(qū)間位置、破壞評(píng)估與對應(yīng)工法統(tǒng)計(jì)圖等。

(三)國內(nèi)系統(tǒng)研發(fā)和使用背景

我國公路路面養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的研究和應(yīng)用始于上世紀(jì)80年代，1985年，遼寧省率先在營口地區(qū)引進(jìn)使用了英國開發(fā)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。隨后，湖南省根據(jù)本省實(shí)際情況開發(fā)了自己的路面養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。此后，全國部分省份逐步進(jìn)行了路面養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)和推廣。1988年，我國引入了世界銀行的公路養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)模型，并在云南省進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，開始了公路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)分析研究?！捌呶濉眹抑攸c(diǎn)攻關(guān)期間，我國建立了自己的路面管理系統(tǒng)。總的來看，上世紀(jì)40、50年代，公路路面管理主要依靠目測結(jié)果,根據(jù)路面損壞嚴(yán)重程度來制定養(yǎng)護(hù)和大修的形式、范圍，并提出養(yǎng)護(hù)決策方案和程序。到了上世紀(jì)50年代末和60年代初，逐步研發(fā)投入路面平整度儀、彎沉檢測儀以及摩阻儀測量路面等設(shè)備對公路技術(shù)狀況進(jìn)行檢測，有目標(biāo)地收集各項(xiàng)資料，結(jié)合人工觀測的結(jié)果，對公路路面養(yǎng)護(hù)大中修提供預(yù)測和方案。再后來，到70年代時(shí)全國各省市很多公路養(yǎng)護(hù)管理部門逐步認(rèn)識(shí)到，單純地依靠目測結(jié)果進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)以不能滿足公路發(fā)展需求，必須通過新的測量手段，并結(jié)合系統(tǒng)工程的方法，通過計(jì)算機(jī)對公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，按照系統(tǒng)程序和參數(shù)設(shè)定，自動(dòng)生成科學(xué)、合理、有可操作性的公路養(yǎng)護(hù)方案，為公路管理部門提供養(yǎng)護(hù)決策參考。

二、路面管理系統(tǒng)的組成

為了準(zhǔn)確了解整個(gè)公路網(wǎng)的破損情況，道路工作者通過長期的試驗(yàn)、觀測,制定了路面性能的評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、檢測設(shè)備及方法，并且逐步建立了路面各項(xiàng)性能的預(yù)測模型，然后利用經(jīng)濟(jì)分析的手段，將有限的養(yǎng)護(hù)資金合理的分配到路網(wǎng)中最需要改建或養(yǎng)護(hù)的地方，力求將路網(wǎng)的整體服務(wù)水平保持。在盡可能好的水平將這各個(gè)方面通過計(jì)算機(jī)加以表達(dá)和管理，就形成了路面管理系統(tǒng)。綜合的路面管理系統(tǒng)從功能上劃分一般由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)和項(xiàng)目級(jí)系統(tǒng)四個(gè)部分組。

(一)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

路面管理系統(tǒng)決策的依據(jù)是大量、精確的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息的取得依賴高效、快速的檢測設(shè)備,以用于采集公路幾何、路面破損、平整度、彎沉、摩擦系數(shù)、交通量、車速和重等數(shù)據(jù)。

(二)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般由路網(wǎng)參照系統(tǒng)、數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)管理三個(gè)部分組成。為了對路網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，需要建立路網(wǎng)參照系統(tǒng)。參照系統(tǒng)由各類不同形式的編碼組成、其中路網(wǎng)由道路組成，道路又由路段組成，給道路和路段分別編上不同的編碼，從而使不同的數(shù)據(jù)存放在不同的層次上。數(shù)據(jù)庫一般包含四大類，即幾何屬性、路面狀況、交通量和路面養(yǎng)護(hù)歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫一般具有以下一些功能：數(shù)據(jù)編輯打印、數(shù)據(jù)檢索查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、為網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)提供決策數(shù)據(jù)、為項(xiàng)目級(jí)系統(tǒng)提供工程分析數(shù)據(jù)。

(三)網(wǎng)級(jí)路面管理系統(tǒng)

利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息，通過路面狀況評(píng)價(jià)、路面使用性能預(yù)測、道路使用者費(fèi)用預(yù)測、養(yǎng)護(hù)方案效益分析和優(yōu)化決策，網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)：路網(wǎng)當(dāng)前使用性能評(píng)價(jià)、路網(wǎng)未來養(yǎng)護(hù)需求分析、路網(wǎng)車速預(yù)測和評(píng)價(jià)、路面養(yǎng)護(hù)水平(標(biāo)準(zhǔn))優(yōu)化分析、養(yǎng)護(hù)預(yù)算優(yōu)化分配、養(yǎng)護(hù)投資敏感性及風(fēng)險(xiǎn)分析、新建和改建項(xiàng)目投資效益分析。在路面使用性能評(píng)價(jià)模塊中，網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)將給出當(dāng)前路網(wǎng)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果；養(yǎng)護(hù)需求分析模塊提供路網(wǎng)未來路面大中修養(yǎng)護(hù)的時(shí)間、費(fèi)用、地點(diǎn)和方案；車速預(yù)測評(píng)價(jià)模塊是從行駛質(zhì)量評(píng)價(jià)角度分析預(yù)測路網(wǎng)在將來的變化情況，為道路改、擴(kuò)建提供依據(jù)；養(yǎng)護(hù)水平(標(biāo)準(zhǔn))優(yōu)化分析模塊則給道路養(yǎng)護(hù)工程師提供達(dá)到要求的養(yǎng)護(hù)水平所需要的最小投資；養(yǎng)護(hù)預(yù)算優(yōu)化分配模塊將分析不同投資水平給路網(wǎng)帶來的變化，建立投資水平與路況的關(guān)系，用以確定最佳的路網(wǎng)投資方案和計(jì)劃；養(yǎng)護(hù)敏感性及風(fēng)險(xiǎn)分析模塊提供了分析推遲或提前養(yǎng)護(hù)對路面使用性能、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和用戶費(fèi)用影響的功能。路面管理系統(tǒng)的分析決策一般以路網(wǎng)不變更路線為前提條件。

(四)項(xiàng)目級(jí)路面管理系統(tǒng)

項(xiàng)目級(jí)系統(tǒng)的主要目的是補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化分析和罩面方案選擇。當(dāng)路面強(qiáng)度不足時(shí)，項(xiàng)目級(jí)系統(tǒng)可以根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，建立可選方案，在對各可選方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，確定經(jīng)濟(jì)效益最佳的方案。