雷宗建， 熊 巍

(1.湖北省高速公路實業(yè)開發(fā)有限公司， 湖北 武漢 430051； 2.湖北交投投資開發(fā)有限公司， 湖北 武漢 430051)

目前，我國高速公路通車里程已達15萬公里，但線路分散、區(qū)域分治，讓養(yǎng)護管理很難做到“一盤棋”統(tǒng)籌。路況水平各有差異，管理者的主觀因素也讓區(qū)域養(yǎng)護資源分配不盡科學[1]。科學分配有限的資源到最需要的路段，除了需要具有統(tǒng)籌管理思維和網(wǎng)級決策理念，還需要借助大數(shù)據(jù)分析和信息化手段[2]。

近年，國內(nèi)各省市開發(fā)了一批公路養(yǎng)護管理信息平臺，但由于地方資金有限或缺乏頂層設計，通常或功能較為單一，或與實際管理聯(lián)系不緊，缺少系統(tǒng)性和實用性，滋生了一些“花架子”信息平臺，甚至造成了社會對養(yǎng)護信息化管理的誤解。因此，結合國內(nèi)典型的高速公路管養(yǎng)模式，開發(fā)適用于區(qū)域養(yǎng)護管理的信息系統(tǒng)，從而借助信息化手段開展養(yǎng)護項目精細化管理和養(yǎng)護管理科學決策很有必要。

1 養(yǎng)護信息化管理的不足

公路養(yǎng)護管理信息包括地理信息、資產(chǎn)信息、檢評信息、工程實施、監(jiān)督考核等，類型多、數(shù)量大、更新周期快、相互關聯(lián)雜，缺乏深層挖掘利用。相對于我國公路建設，公路養(yǎng)護信息管理和應用還相對滯后[3-5]，主要表現(xiàn)在：

1) 信息采集與應用需求脫節(jié)。各類信息采集缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，管理歸屬多個部門，信息類別以路況指標、交通組成為主，且未與公路屬性信息與地理信息有效融合，尤其是用以建模和決策分析的可靠數(shù)據(jù)嚴重不足，制約了深層應用。

2) 信息平臺缺乏高效性和智能化。各類養(yǎng)護信息平臺多用于數(shù)據(jù)儲存和局部項目管理，針對性和適應性不強，分析數(shù)據(jù)和應用數(shù)據(jù)能力有限，難以利用數(shù)據(jù)有效輔助決策，急需提高信息利用效率，促進信息為養(yǎng)護管理服務。

3) 養(yǎng)護資源配置缺乏統(tǒng)籌考慮和網(wǎng)級決策。由于各路段管理者主觀因素和路況差異，計劃編制僅考慮所管路段情況，資金充裕則“小病大修”，資金緊張則“大病小修”甚至不修，缺乏對整個路網(wǎng)養(yǎng)護需求和資金總量的統(tǒng)籌安排。

4) 養(yǎng)護工程管理缺乏精細化和標準化。養(yǎng)護工程全過程包括巡查檢評、計劃編制、工程實施、監(jiān)督考核、計量結算等環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的信息平臺很少能實現(xiàn)養(yǎng)護全過程的線上管理，已經(jīng)實現(xiàn)的進度、計量等局部管理也存在精細化程度不夠、實用性不強的問題。

5) 橋隧等特殊結構管理針對性不足。橋隧、高邊坡等結構復雜，病害難以察覺且危害大，應有針對性地建立相關系統(tǒng)，實行科學管控，保證結構安全，但目前這方面的信息化管理研究不夠深、應用不夠廣。

2 系統(tǒng)設計原則

本系統(tǒng)主要基于省級區(qū)域路網(wǎng)養(yǎng)護管理和決策需求設計，借助信息化輔助手段實現(xiàn)高速公路養(yǎng)護管理科學高效、降本提質(zhì)的總體目標。具體設計原則如下[6]：

1) 功能實用可靠。應具有路網(wǎng)地理信息平臺、公路資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫、養(yǎng)護工程精細化管理、特殊結構運營監(jiān)測、養(yǎng)護網(wǎng)級輔助決策等功能，充分滿足運營養(yǎng)護管控需求。

2) 格式統(tǒng)一規(guī)范。數(shù)據(jù)格式與報表輸出要求、數(shù)據(jù)填報與資料上傳口徑、地理信息參考坐標系(CGCS2000)、控制性節(jié)點視頻監(jiān)控接口等均應統(tǒng)一。

3) 功能可擴充性?？偪仄脚_能根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)建成規(guī)模擴充多條建成公路，能結合管控模式需要擴充更多細節(jié)功能，滿足精細化管理需求。

4) 輔助決策支持。能夠基于網(wǎng)級決策理念，綜合考慮路況指標、交通組成、經(jīng)濟需求、歷史養(yǎng)護方案效果等因素，科學選擇養(yǎng)護方案、分配養(yǎng)護資金和資源投入。

3 系統(tǒng)架構設計

系統(tǒng)以GIS技術和.NET開發(fā)環(huán)境，采用云服務器建立數(shù)據(jù)庫。在統(tǒng)一坐標系(CGCS2000)下將公路地理信息、資產(chǎn)信息和屬性信息集成，賦予公路資產(chǎn)以地理屬性，實現(xiàn)電子地圖、監(jiān)控影像、路線信息(.dwg)等數(shù)據(jù)對象的自動關聯(lián)、顯示和管理[6]。

系統(tǒng)基于統(tǒng)一的工程架構體系，在結構上具有數(shù)據(jù)互聯(lián)、架構完整、邏輯清晰的特點。根據(jù)應用要求，系統(tǒng)共分為數(shù)據(jù)資源層和業(yè)務應用層，既可基于Internet訪問，同時增加了移動APP訪問端，可實現(xiàn)了手機終端的數(shù)據(jù)填報、訪問查詢、流程審批等，隨時隨地、遠程協(xié)同、快捷便利，系統(tǒng)架構見圖1。

圖1 高速公路網(wǎng)級養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)架構

4 系統(tǒng)功能設計

路網(wǎng)可視化地理信息平臺是基于GIS技術，結合行政區(qū)劃、地貌特征、沿線設施等地理空間數(shù)據(jù)，標繪路線及里程樁號，對長大橋梁、隧道、高邊坡等關鍵節(jié)點進行三維可視化建模并標繪三維詳圖，通過路網(wǎng)地理信息和屬性信息的關聯(lián)，使路網(wǎng)養(yǎng)護管理更形象直觀。在路網(wǎng)可視化地理信息平臺基礎上，主要開發(fā)公路資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫、養(yǎng)護工程精細化管理、特殊結構運營監(jiān)測、養(yǎng)護網(wǎng)級輔助決策等4大功能模塊，系統(tǒng)功能見圖2。

圖2 高速公路養(yǎng)護管理信息系統(tǒng)功能

4.1 公路資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫

按照在管理中的作用，可將公路數(shù)據(jù)分為基礎數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)?；A數(shù)據(jù)是對公路空間結構和屬性的描述；分析數(shù)據(jù)是在管理過程中生成的，是對基礎數(shù)據(jù)進行分析和計算的結果。

基礎數(shù)據(jù)又可分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)表達了實體的幾何位置信息，如節(jié)點坐標、樁號等；屬性數(shù)據(jù)表達了實體的屬性，如路段長度、等級、編號等。屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)經(jīng)過整理、分層處理和相互關聯(lián)，成為數(shù)據(jù)分析與計算的信息獲取途徑。

公路資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫可錄入?yún)^(qū)域高速公路路線幾何、結構構造、沿線設施等資產(chǎn)信息，定期采集和更新交通組成、技術狀況、建養(yǎng)歷史、地理信息等公路屬性數(shù)據(jù)，形成區(qū)域高速公路的電子信息檔案，為分析應用提供基礎依據(jù)，數(shù)據(jù)類型及邏輯結構見圖3。

4.2 養(yǎng)護工程精細化管理

4.2.1小修保養(yǎng)管理

小修保養(yǎng)管理主要包括養(yǎng)護路況巡查、巡查軌跡監(jiān)督、養(yǎng)護任務申報、養(yǎng)護任務審批、施工動態(tài)上傳、處治效果查詢、養(yǎng)護質(zhì)量評比、養(yǎng)護計量與支付等過程管理。所有過程可通過移動APP的編輯、拍照等功能，實時遠程錄入和審批。通過遠程協(xié)同和無紙化辦公，可大幅提高日常小修保養(yǎng)的管控質(zhì)量和管理效率，增加了工程管理的透明度。

圖3 公路數(shù)據(jù)類型及邏輯結構圖

4.2.2大中修及專項養(yǎng)護管理

結合大中修及專項養(yǎng)護工程項目的管理層級、管理內(nèi)容和管理流程，設計開發(fā)相應的管理系統(tǒng)模塊，借助系統(tǒng)平臺和移動互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)包括系統(tǒng)平臺管理、基礎數(shù)據(jù)管理、養(yǎng)護計劃管理、工程合同管理、養(yǎng)護方案審批、養(yǎng)護工程實施、養(yǎng)護設備管理、材料質(zhì)量管理、工程質(zhì)量驗收、工程計量支付、綜合信息查詢等項目管理工作。

1) 系統(tǒng)平臺管理。對全局養(yǎng)護組織機構、用戶權限進行維護和管理，并提供資料庫、信息公告、交流論壇等內(nèi)容。

2) 基礎數(shù)據(jù)管理。建立標準規(guī)范的公路設施數(shù)據(jù)庫，用于公路基礎設施數(shù)據(jù)的統(tǒng)一編輯、管理與維護。

3) 養(yǎng)護計劃管理。用于對養(yǎng)護管理單位年養(yǎng)護經(jīng)費計劃和實際養(yǎng)護執(zhí)行情況的登記管理，了解掌握養(yǎng)護工作整體開展情況

4) 用戶巡查管理。用于進行各類巡查檢查工作的填報，包括日常巡查、橋梁檢查、隧道檢查、涵洞檢查等，為養(yǎng)護施工任務安排、路況變化、路況評定提供依據(jù)。

5) 養(yǎng)護工程管理。包括工程合同管理、施工任務安排、工程過程管理(工程實施、工程計量、工程結算)等內(nèi)容。

6) 養(yǎng)護工作考核。用于上級管理單位對下級管理單位的管理工作考核，也可用于管理單位對各養(yǎng)護承包單位進行稽查考核，并具備個人考核功能。

7) 養(yǎng)護設備管理。用于對設備基本信息，設備調(diào)撥、維修、保養(yǎng)，設備日常使用情況的登記工作，同時提供各類養(yǎng)護設備報表的瀏覽、打印、查詢。

8) 養(yǎng)護材料管理。用于對材料基本信息、材料采購、材料出入庫情況的登記工作，并具備材料使用攤銷統(tǒng)計功能。

9) 綜合信息查詢。提供方便快捷的設施數(shù)據(jù)查詢功能和養(yǎng)護業(yè)務數(shù)據(jù)查詢功能，并提供查詢結果的報表打印、Excel導出等功能，方便用戶快速查閱和導出需要的數(shù)據(jù)。

4.3 特殊結構運營監(jiān)測

橋梁與隧道是高速公路運營和養(yǎng)護管理的重點和難點，應急突發(fā)情況會相對較多。應針對性地建立相關系統(tǒng)，實行科學管控，保證結構安全。

1) 特殊工程結構三維數(shù)據(jù)詳圖。應用GIS和BIM技術，建立長大橋隧、高邊坡等特殊結構的三維模型，并加載基礎信息數(shù)據(jù)，形成網(wǎng)絡化部署的實體仿真系統(tǒng)。

2) 長大橋隧健康監(jiān)測系統(tǒng)。包括荷載監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、結構靜力監(jiān)測、動載響應監(jiān)測，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺進行存儲、處理、分析和顯示。

3) 特殊結構信息數(shù)據(jù)庫。整合橋隧的建設資料、三維仿真模型、運營監(jiān)測數(shù)據(jù)、養(yǎng)護歷史信息等，建立相對獨立的信息數(shù)據(jù)庫以便重點分析應用。

4) 特殊結構養(yǎng)護工程管理。包括養(yǎng)護預警、養(yǎng)護計劃、方案審批、工程實施、設備管理、材料質(zhì)量、工程驗收、計量支付等。

4.4 養(yǎng)護網(wǎng)級輔助決策

在路況評定、路況預測、需求分析的基礎上，進行高速公路養(yǎng)護預警。基于周期效益最大化和周期成本最優(yōu)化，制定科學的養(yǎng)護路段、養(yǎng)護方案，實現(xiàn)養(yǎng)護資金網(wǎng)級分配、養(yǎng)護管理網(wǎng)級決策的功能。

1) 壽命預估與養(yǎng)護預警。根據(jù)定期采集和更新的路網(wǎng)屬性信息、技術狀況指標以及養(yǎng)護方案效果跟蹤，建立路橋結構使用壽命預估模型，預估使用壽命和養(yǎng)護時機，分路段、分程度地進行大、中修養(yǎng)護預警。

2) 養(yǎng)護方案與預算分析。結合最新信息數(shù)據(jù)，根據(jù)養(yǎng)護技術對策庫，制定預警路段的養(yǎng)護維修方案(一種或多種)，預估各方案使用壽命，結合養(yǎng)護工程量和單價預估各路段、各方案的資金預算，分析周期成本效益。

3) 養(yǎng)護資源網(wǎng)級決策?；谥芷诔杀拘б孀畲蠡途W(wǎng)級決策理念優(yōu)化養(yǎng)護資金分布，將有限的養(yǎng)護資金分配到合理的養(yǎng)護路段和養(yǎng)護方案，即實現(xiàn)路網(wǎng)中的養(yǎng)護資金科學分布，為科學化養(yǎng)護決策提供輔助參考。

5 結論與建議

利用自動化采集、大數(shù)據(jù)分析、人工智能輔助決策等信息化手段，開發(fā)具有路網(wǎng)可視化、數(shù)據(jù)存儲與分析、項目精細化管理、特殊結構運營檢測、養(yǎng)護網(wǎng)級輔助決策等一體化功能的系統(tǒng)平臺，有利于高速公路管理科學高效、降本提質(zhì)，是未來發(fā)展“績效托管”管養(yǎng)模式的基礎保障。但高效實用的養(yǎng)護管理系統(tǒng)必須基于用戶管理流程和應用需求設計開發(fā)，建議充分結合區(qū)域養(yǎng)護管理模式和制度體系定制用戶層級、交互界面、功能模塊等，提高系統(tǒng)的實用性。