丁 美

(上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司， 上海 200120)

截至2018年末，全國公路總里程484.65萬km，公路養(yǎng)護里程475.78萬km，占公路總里程98.2%[1]。隨著公路網(wǎng)的逐步完善，我國公路交通行業(yè)已從大規(guī)模的建設期向持續(xù)性的養(yǎng)護期轉型。基于養(yǎng)護設施量的增加以及養(yǎng)護的精細化、專業(yè)化需求，養(yǎng)護板塊必須建立管養(yǎng)設施基礎數(shù)據(jù)及檢測數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，從而建立具備兼容性的數(shù)據(jù)收集規(guī)則及精細化管養(yǎng)模式，對設施進行性能跟蹤。同時，在養(yǎng)護管養(yǎng)設施長期數(shù)據(jù)積累的基礎上，進行設施檢測數(shù)據(jù)的技術分析評價、基于設施的養(yǎng)護運營經(jīng)濟分析測算，形成長效的設施管理和市場指標，為招投標及預算制作提供客觀依據(jù)。

交通基礎設施管理的信息化建設方面，相關學者先后從公路設施資產(chǎn)管理[2-3]、路面管理[4]、機電設施管理[5]、橋梁結構安全[6-7]、橋梁精細化管理[8]、隧道管理[9]以及建模技術[10-12]等多個專業(yè)進行了系統(tǒng)研發(fā)的工作。目前專業(yè)系統(tǒng)與更宏觀的資金管理以及更微觀的養(yǎng)護管理之間缺少頂層設計。

通常來說，數(shù)據(jù)產(chǎn)生及交互涉及生產(chǎn)型企業(yè)管理的3個層級[7]：第1個層級是一線數(shù)據(jù)，本文主要指實際交通基礎設施養(yǎng)護維修計劃的執(zhí)行、費用的產(chǎn)生等；第2個層級針對一線工作計劃制定、費用及人力等綜合分析基礎上的調(diào)整；第3個層級是在以上2個層級基礎上的管理決策，如圖1所示。其中，第3個層級的需求最難實現(xiàn)，基于財務數(shù)據(jù)和設施數(shù)據(jù)進行管理決策是管理者的根本需求，該層級需求的實現(xiàn)也是設施管理數(shù)據(jù)作用的最大化發(fā)揮。

圖1 管理層級

世界各國從費用[13-14]、質(zhì)量方面[15-16]等不同的角度在決策層面上做了一定的設施管理分析，且大多服務于第3個層級。此外，由于主體單位或管理部門的不同，不同層級的管理并非數(shù)據(jù)交互，而是通過重復工作來實現(xiàn)，比如數(shù)據(jù)檢測的執(zhí)行和多頭管理。

本文將詳細分析在交通基礎設施管理中所涉及的不同層級需要的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)來源，并設計用于不同層級或管理主體交互的數(shù)據(jù)獲取及路徑更新。

1 需求分層設計

數(shù)據(jù)涉及到的相關交互及目標用戶主要包括設施管養(yǎng)部門、上級管理部門、設計施工單位、業(yè)主及行業(yè)管理單位。數(shù)據(jù)共享方式主要包括數(shù)據(jù)傳輸、相關文件的提交等，主要用途包括優(yōu)化養(yǎng)護工作、專業(yè)化設施管理及業(yè)務管理3個層級，具體如下。

1.1 第1個層級目標—優(yōu)化養(yǎng)護工作

1) 建立管養(yǎng)設施的基礎數(shù)據(jù)檔案，為養(yǎng)護提供更好的基礎平臺，為業(yè)主提供更好的個性化服務。

2) 以信息化管養(yǎng)系統(tǒng)為基礎，簡化作業(yè)管理及維修環(huán)節(jié)的作業(yè)記錄及上報工作，進行有效的電子化數(shù)據(jù)管理及工作監(jiān)督，為一線管理養(yǎng)護工作人員提供技術支持并積累養(yǎng)護作業(yè)相關業(yè)務數(shù)據(jù)。

1.2 第2個層級目標—專業(yè)化設施管理

1) 以結構檢測、監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，綜合分析設施安全狀況，跟蹤設施損壞情況，預測設施壽命，建立設施結構安全的技術指標體系。

2) 以基礎數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、應急記錄為基礎，建立安全分析評價的技術指標。

3) 以設施基礎數(shù)據(jù)、損壞檢測、監(jiān)測情況、維修記錄為基礎，建立養(yǎng)護維修方案的專家?guī)?，用于輔助未來的養(yǎng)護維修計劃及方案的制定。

1.3 第3個層級目標—專業(yè)化決策管理

1) 以損壞專家?guī)臁⒕S修專家?guī)?、安全評價專家?guī)臁⒐芾順I(yè)務數(shù)據(jù)為基礎，建立業(yè)務評價模型，用于評價養(yǎng)護工作的質(zhì)量。

2) 以設施數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)為基礎，建立資金分析模型。

3) 基于以上數(shù)據(jù)及專家?guī)欤u價現(xiàn)有設施服務能力及設計維修方案，為大修或改建的設計施工提供支持。

4) 以養(yǎng)護設施的基礎數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、歷史維修數(shù)據(jù)、經(jīng)濟分析數(shù)據(jù)的積累為基礎，以專家?guī)旒胺治瞿Ｐ蜑橐罁?jù)，為上級管理部門、政府、業(yè)主提供城市交通基礎設施的價值估值(經(jīng)濟效益、社會效益、使用壽命等)、運營成本預估以及大中修決策，也可為資產(chǎn)價值提供技術支持。

2 基于目標層次的數(shù)據(jù)組成設計

數(shù)據(jù)建立主要以數(shù)據(jù)管理方式為基礎，建立包括基礎數(shù)據(jù)、檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)在內(nèi)的交通基礎設施養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫。首先，根據(jù)設施的地理位置、建造及大修所產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，為已有設施及新建設施建立基礎檔案(有效期為基礎設施使用壽命)；其次，根據(jù)不同專業(yè)現(xiàn)有研究成果及相關規(guī)范，將明確的性能指標建立成為以設施位置和時間軸為標記的結構化數(shù)據(jù)，并將代表設施性能的原始數(shù)據(jù)(包括圖片、視頻、文字描述等)標記保存；此外，以現(xiàn)有的養(yǎng)護流程和養(yǎng)護模式為基礎，跟蹤記錄巡視、檢測、養(yǎng)護維修等各環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的人力、物料、設備費用。

基礎數(shù)據(jù)的建立及更新需要有專業(yè)的掌握數(shù)據(jù)庫基礎知識及結構設施知識的人員進行維護和更新，該類數(shù)據(jù)的有效期為設施的全壽命周期。

設施檢測的原始數(shù)據(jù)往往屬于非結構化數(shù)據(jù)或半結構化數(shù)據(jù)，將這些非結構化數(shù)據(jù)標記保存，一方面可用于人機交互的決策輔助，另一方面可用于將來提取新指標或進行相關研究使用。按照工作內(nèi)容，此類數(shù)據(jù)又可劃分為日常巡視數(shù)據(jù)、定期檢測數(shù)據(jù)、健康監(jiān)測數(shù)據(jù)。性能指標數(shù)據(jù)即根據(jù)檢測、監(jiān)測數(shù)據(jù)計算所得的相關評價指標，該類指標數(shù)據(jù)是根據(jù)固定的規(guī)范及相關評價模型計算所得，需要共享給行業(yè)管理者及業(yè)主，主要用于宏觀性能評價、壽命預測以及網(wǎng)絡級的規(guī)劃。

業(yè)務數(shù)據(jù)主要包括業(yè)務流程環(huán)節(jié)產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，主要分為費用(資金、材料、人力、設備)和措施記錄2部分(流程、養(yǎng)護方案等)，該類數(shù)據(jù)主要用于輔助業(yè)務決策，結合設施數(shù)據(jù)進行管理上的綜合分析。

各類數(shù)據(jù)的關系及層級目標如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)層級關系

設施基礎數(shù)據(jù)是其他數(shù)據(jù)能夠有效使用的基礎，是最根本的數(shù)據(jù)；原始檢測數(shù)據(jù)是性能指標數(shù)據(jù)產(chǎn)生的前提，其精度及手段決定了性能數(shù)據(jù)中指標的獲得，二者是設施客觀評價的基礎，是最重要的數(shù)據(jù)；業(yè)務數(shù)據(jù)是最難獲取、分析以及量化的，是本數(shù)據(jù)平臺的核心價值，關鍵在于如何利用設施數(shù)據(jù)評價業(yè)務，如何利用業(yè)務數(shù)據(jù)輔助決策設施養(yǎng)護維修的策略。

3 數(shù)據(jù)獲取路徑設計

3.1 基礎數(shù)據(jù)的獲取

根據(jù)基礎數(shù)據(jù)的獲取途徑，可以將其分為既有設施數(shù)據(jù)及新增設施數(shù)據(jù)。既有數(shù)據(jù)的獲取力求完整有效，新增設施基礎數(shù)據(jù)的建立原則是簡單方便，該功能也保證了數(shù)據(jù)平臺的拓展性。其中，道路基礎數(shù)據(jù)其生產(chǎn)及更新途徑如圖3所示，中小橋梁基礎數(shù)據(jù)的建立及更新方式如圖4所示。特大型橋梁則由于每座大橋都具備其特殊性的原則建立其橋梁檔案數(shù)據(jù)及數(shù)值模型數(shù)據(jù)，具體方法如圖5所示。

3.2 檢測評價數(shù)據(jù)的獲取

道路及中小橋檢測數(shù)據(jù)根據(jù)獲取途徑可以分為自動化檢測數(shù)據(jù)、人工巡查數(shù)據(jù)、對外委托、檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)及評價分析數(shù)據(jù)，分別根據(jù)其具體情況進行數(shù)據(jù)獲取說明，具體方式及數(shù)據(jù)獲取路徑如圖6所示。

圖3 道路基礎數(shù)據(jù)獲取途徑說明

圖4 中小橋梁基礎數(shù)據(jù)獲取途徑說明

大型橋梁檢測評價數(shù)據(jù)根據(jù)其來源分為巡查及定期檢查數(shù)據(jù)、特殊檢測數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)及模型分析評價數(shù)據(jù)，其詳細獲取方式說明如圖7所示。

隧道檢測評價數(shù)據(jù)主要分為運營、機電設備及結構3個部分，其數(shù)據(jù)的獲取路徑可分為人工巡查數(shù)據(jù)、對外委托檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)及評價分析數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)的獲取途徑需要根據(jù)其實際監(jiān)控系統(tǒng)配備情況決定，數(shù)據(jù)獲取途徑說明如圖8所示。

此外，歷史檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)需根據(jù)數(shù)據(jù)平臺的設計要求及實際數(shù)據(jù)情況進行定期備份及清洗(數(shù)據(jù)結構化、指標化，無效數(shù)據(jù)剔除)。

圖5 特大橋梁基礎數(shù)據(jù)獲取途徑說明

圖6 道路及中小橋檢測數(shù)據(jù)獲取途徑說明

圖7 大型橋梁檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取途徑說明

圖8 隧道檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取途徑說明

3.3 養(yǎng)護維修數(shù)據(jù)的獲取

養(yǎng)護等實際工作中產(chǎn)生的業(yè)務數(shù)據(jù)則需要具體的班組相關人員進行實際情況的填寫。此部分數(shù)據(jù)的獲取可在養(yǎng)護業(yè)務系統(tǒng)中進行充分設計，道路、隧道、中小橋梁以及機電等附屬設施部分需要建立或利用現(xiàn)有養(yǎng)護作業(yè)OA系統(tǒng)直接進行數(shù)據(jù)對接，建立并關聯(lián)基礎數(shù)據(jù)編碼，形成歷史數(shù)據(jù)；大橋養(yǎng)護作業(yè)系統(tǒng)須在大橋構件編碼的基礎上進行開發(fā)。

4 應用案例

基于以上設計思路，建立了服務于交通基礎設施運維管理的數(shù)據(jù)平臺，并通過對上海市400 km車道高速公路、160 km車道普通公路、80座中小橋梁以及1座大橋、2座隧道的管理驗證了數(shù)據(jù)平臺的服務能力。下文以高速公路的管理為例進行說明。

以申嘉湖高速為例，選擇路面狀況指數(shù)PCI作為性能(效益)指標代表進行說明，各層級目標的實現(xiàn)如下：1) 專業(yè)化設施管理：通過導入檢測損壞數(shù)據(jù)計算所得的各項指標、性能預測結果如圖9所示；2) 優(yōu)化養(yǎng)護工作：通過業(yè)務數(shù)據(jù)關聯(lián)分析，養(yǎng)護投入與效果關系如圖10所示；3) 專業(yè)化決策管理：通過業(yè)務數(shù)據(jù)、設施數(shù)據(jù)的年度分析，標定性能效益分析模型，確定預算指標，計算獲得的全壽命周期規(guī)劃決策結果如圖11所示。

圖9 申嘉湖高速評價及預測結果

圖10 申嘉湖高速公路養(yǎng)護投入與效果分析

圖11 申嘉湖高速公路養(yǎng)護規(guī)劃結果

5 結束語

基于基礎設施規(guī)模擴大及養(yǎng)護精細化、專業(yè)化需求，本文通過建立滿足不同管理需求的交通基礎設施養(yǎng)護數(shù)據(jù)平臺，使交通基礎設施數(shù)據(jù)可以同時為管理決策、設計建造以及養(yǎng)護維修等不同職能部門服務。以申嘉湖高速公路為例說明了如何利用該平臺的數(shù)據(jù)組合服務于養(yǎng)護工作優(yōu)化、設施管理及決策管理3個層級的目標管理，本系統(tǒng)可推廣應用于國內(nèi)交通基礎設施管理。