高速公路路面养护管理信息系统设计与应用

发布时间:2021-01-11 21:13 论文编辑:vicky

本文是一篇工程硕士论文,本文立足养护管理工作实践,系统性地研究了高速公路路面养护管理现状,剖析了当前管理模式中面临的问题和成因,并基于此结合当今主流信息技术,

笔者设计了高速公路路面养护管理信息系统,并通过具体案例对系统部分功能实施效果进行了评价。本文研究成果如下:(1)当前大型国有资本企业管理模式下的高速公路路面养护管理存在问题主要有“管理流程效率低、工程质量监管难、数据库不健全、科学决策水平不足、业内管理不规范”等五个方面问题。通过分析发现,其主要表现形式为管理手段落后,信息化水平低。

第一章 绪论

1.1 研究的背景及意义
我国大陆地区第一条高速公路沪嘉高速公路于 1988 年建成通车。之后,高速公路建设迅速发展,截止 2018 年,我国高速公路通车里程已超 14 万公里,里程规模居世界第一[1]。根据交通运输部发布的《交通运输服务决胜全面建成小康社会开启全面建设社会主义现代化国家新征程三年行动计划(2018-2020 年)》,到 2020 年底,我国高速公路总里程将达到 15 万公里。随着公路网络的不断完善,高速公路在服务社会经济发展与公众出行中发挥着巨大的作用。习近平总书记在《交通强国建设纲要》中将“人民满意、保障有力、世界前列”作为交通强国建设的总目标,强调要以人为本,建设人民满意交通,要为国家现代化建设提供有力支撑。打造高效便捷、安全畅通、服务完善的高速公路通行环境成为新时期高速公路发展的方向,服务供给品质成为关注重点,也为高速公路养护管理工作提出了更高的要求。与此同时,高速公路的大量建成通车、交通量的持续攀升以及重载交通下路面深层次病害、复杂性病害的不断出现都为高速公路养护管理工作带来了前所未有的挑战。相对于其他发展成熟的行业,高速公路养护信息化建设起步较晚,对计算机技术的使用主要为存储数据和编制报表,路面病害调查与数据采集、养护方案制定、养护资金费用分配、施工现场管理依旧依赖于人工,信息传递效率低、工作流程不规范、科学决策水平不高、施工监管困难等问题限制了养护工程质量的提升。传统的高速公路养护管理模式已经难以适应新形势下繁重的养护需求,养护管理手段的革新迫在眉睫。交通运输部《十三五公路养护管理发展纲要》中指出:要通过技术创新、政策创新和管理创新来实现公路养护管理工作科学、可持续发展,要着力推进管理创新,特别是要推动互联网、大数据等新技术与管理深度融合,提升管理效能。目前,各行各业都在积极推进信息化技术在产业链中的应用,并取得了显著的经济效益和社会效益。互联网技术的快速发展以及终端设备的不断革新也为发展科学化、标准化的养护管理新模式提供了技术支持,建设基于高速公路养护管理应用需求的信息化系统以提高养护管理工作效率是必然趋势。并且在当前的大数据背景下,作为高速公路发展中的一环,发展养护信息化,将来与高速公路其他业务管理部门互联互通,实现资源共享,对提升公路信息化综合应用水平具有重要意义。
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1.2 国内外养护管理系统发展概述
1.2.1国外发展情况
20 世纪 60 年代,美国、加拿大等发达国家公路网络已基本建成,公路部门的任务开始由建设逐渐转向养护与管理。60 年代初期,加拿大最先提出了路面管理系统(PMS ,Pavement Management System)的概念[2]。20 世纪 70 年代,面对快速增长的公路养护管理需求美国率先开展对路面管理技术的研究,各州结合自己实际情况开发了多款路面管理系统,对后来路面养护管理技术的发展产生了深远影响。1978 年,加利福尼亚州开发了一套对路况进行监测的路面管理系统,该系统能够提供路段损坏信息并确定养护对策,建立了将路面破损程度、平整度和交通量作为参数对路面性能进行评价的模型[3]。80 年代初,亚利桑那州引入马尔科夫决策体系开发了用以解决道路养护资金分配和使用等问题的路面管理系统,该系统将路面使用性能衰减曲线与马尔可夫模型相结合,提供了基于网络级路面管理养护费用动态决策手段[4]。到了 80 年代后期,美国陆军建筑工程研究所开发的 PAVER 系统首次引入 PCI(路面破损状况指数)进行路面状况评定,根据路面损坏的类型和程度进行折减评分,可以对路面总体损害程度进行精确地计算,实现对路况的评价,确定养护需要[5]。该评价体系经改善后被广泛使用,一直沿用至今,PCI 也成为路面状况评价体系中的重要指标[6-7]。同时期加拿大、丹麦和英国等国也在探索路面管理技术上进行了许多尝试,建立了本国的路面管理系统。如加拿大于 1988 年开发的城市路面管理系统,将路面使用效果作为优化排序的主要指标,把路面使用性能的改善作为收益。进入 21 世纪,越来越多的国外学者开始从专家系统决策、资金分配、养护设计方案等不同角度研究路面养护管理技术[8-10]。如美国学者通过研究开发了基于人工神经网络与遗传算法的路面养护方案设计程序,通过人工神经网络来定义侧向力系数预测模型和事故预测模型在养护设计阶段进行预测,并使用遗传算法来对预测结果进行优化,实现在短时间内从多种解决方案中得出最优解[11]。沙特学者强调施工质量对预测路面使用性能的影响,提出将施工质量作为要素融入到路面管理系统中,提高系统分析确定养护优先级、资金使用计划等问题的准确度[12]。
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第二章 高速公路路面养护管理工作现状分析

2.1 高速公路养护管理模式
高速公路运营体制决定了公路养护的资金来源与管理模式。受投资主体、建设方式不同以及国家行政、经济体制发展等多种因素影响,我国高速公路运营管理体制形式多样,在发展过程中,主要有以下几种形式:
(1)事业单位管理型。按照行政区划成立省(市)级专门机构实行统一管理机构,由省(市)一级进行统筹管理和领导,如成立从事高速公路管理的机构,由交通厅领导,对高速公路进行集中统一管理,有利于发挥高速公路的投资效益和运营效益。该体制的优点是政令通畅,养护资金投入有保障;重视社会效益,路况保持较稳定;应急突发事件反应迅速。缺点是该体制形成的“一省两局”(省公路管理局和省高速公路管理局)业务存在一定交叉,造成资源浪费;管理人员成本效益认知淡薄,养护经济效益不高;组织结构复杂,流程繁琐,审批慢[24]。
(2)民营企业管理型。完全采用公司独立法人运作模式全权负责,通过资本市场融资建设及经营管理高速公路, 或者通过转让特许经营权以企业运作自负盈亏。这种体制在人事、财务、经营等各方面有较强的独立自主权,可通过自主经营提高市场竞争力,实现更好的发展。该体制的优点是可以从高速公路全生命周期的角度指导养护;重视成本核算,能发挥养护资金的最大效益;流程管理效率相对较高。缺点是不再具有政府职能,不利于区域化养护协调管理;不利于行业标准及规范的统一发展;养护投入由企业收益决定,不注重道路养护的社会效益,路况不够稳定。
(3)国有企业管理型。在原国有高速公路公司基础上,对高速公路资产及相关经营业务进行整合重组,由省政府出资,省交通运输厅或省国资委履行出资人职责的省属国有独资企业,致力于打造高速公路国有资本投资运营一体化平台,如浙江省交通投资集团、江西省高速公路投资集团有限责任公司等。这种体制综合了上述两种体制的特点,在机构设置及经费使用上基本沿用事业单位管理型模式,高速公路建设及养护费用由省政府财政拨款,在保证社会效益的基础上追求经济效益。既能行使政府职能,也能通过投资实现国有资产的增值。在一定的时期内,能对高速公路运营管理起到积极作用。但这种体制在用人、权责、管理机制等方面沿用了事业单位体制下的一些管理模式,无法真正按照现代企业制度独立运作,易造成大量冗员、资金调控不力、行政效率低下等问题。
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2.2 高速公路路面养护管理工作的内容
2.2.1相关理论知识
(1)高速公路路面养护
高速公路养护泛指对公路及沿线附属设施的维修保养以及防灾与突发事件处置,养护对象包括路基、路面、桥梁、涵洞、渡口、隧道、交通安全设施、服务设施、机电系统等[26]。除服务区广场、收费站等特殊路段部分保留水泥混凝土路面,我国高速公路路面基本为沥青混凝土路面,是高速公路路面养护的主要对象。高速公路路面养护主要指在高速公路建成通车后维护路面技术状况和通行能力进行的维修保养,主要形式为路面病害的日常维修处理、针对局部路面结构性损坏的铣刨重铺以及提高路面性能指标的罩面类加铺。根据工程性质、技术复杂程度及规模大小,高速公路路面养护工程分为日常养护工程、预防养护工程和修复养护工程[27]。
路面日常养护工程:包括对高速公路主线、连接线、匝道、服务区广场、收费站广场等高速范围内路面进行巡查、检查,对高速公路沥青路面上出现的坑槽、沉陷、唧浆、裂缝等各类病害及时、快速处理。病害处置方式主要为灌缝、坑槽冷补、坑槽热补等三种方式。当发现直接危及行车安全的路面病害时一般要求在24 小时内采用沥青冷补料填补作为临时处理,然后在 72 小时内使用沥青热补料修补进行路面修复。作为高速公路路面病害应急处理的主要手段,日常养护对维修的时效性具有较高要求。
路面预防养护工程:指从公路全寿命养护周期角度出发,针对路面整体性能良好但有轻微病害,为延缓路面性能过快衰减、延长道路使用寿命而预先采取的主动防护工程[27]。是一种具有前瞻性、主动性、计划性和针对性的节约全寿命周期费用和提高公路全寿命周期效益的超前处治措施,其核心是成本效益的最大化。
表 2.1 路面预防养护工艺分类
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第三章 养护管理信息系统设计..........................16
3.1 需求分析........................16
3.2 设计原则................................17
3.3 结构设计...........................18
第四章 养护管理信息系统应用...........................37
4.1 系统组成......................37
4.2 功能介绍..................................38
第五章 总结与展望.....................48
5.1 总结..............................48
5.2 展望..............................49

第四章 养护管理信息系统应用

4.1 系统组成
路面养护智能管控平台系统由一个平台与多个项目子系统组成,平台和子系统之间实现逻辑上分离,平台和各子系统之间通过数据交换的方式进行交互。子系统对各工程项目进行信息采集、处理和传输。平台负责对交换获取的业务数据进行直观展示、分析和挖掘,将其结果反馈给所需的系统用户。子系统以业务类型为单位进行开发,包括日常养护管理系统、预防养护管理系统以及大中修养护管理系统(修复养护管理系统)、项目管理系统、决策支持系统。养护智能管控平台系统组织结构图如图 4.1 所示,系统主界面如图 4.2 所示。
系统的服务对象根据权限等级由上到下分别为养护管理中心、养护管理分中心(下称分中心)、监理单位及施工单位。养护管理中心具备所有系统及项目的浏览权限,进入到各个业务子系统后,能查看到所有分中心、监理单位、施工单位上报的资料、文件等信息,并可进行业务审核。分中心可浏览所辖高速路段的项目内容、监理单位和施工单位上传的资料、文件等信息,并对监理单位和施工单位上报的施工申请信息进行审核。监理单位可浏览所负责项目内容,并对施工单位提交的工作申请进行审批。施工单位只能浏览本项目范围内的内容,并通过系统办理施工手续。
图 4.1 路面智能管控平台系统组织结构
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第五章 总结与展望

5.1 总结
随着高速公路“以养为主”的时代到来,高速公路路面养护在高速公路管理中扮演着越来越重要的角色。养护管理成效直接影响着高速公路通行服务水平。信息技术的快速发展与应用为改变传统养护管理模式,提高养护管理水平提供了可能。从国家政策指导到地区发展需求,养护管理信息化建设是必然趋势。本文立足养护管理工作实践,系统性地研究了高速公路路面养护管理现状,剖析了当前管理模式中面临的问题和成因,并基于此结合当今主流信息技术,设计了高速公路路面养护管理信息系统,并通过具体案例对系统部分功能实施效果进行了评价。本文研究成果如下:
(1)当前大型国有资本企业管理模式下的高速公路路面养护管理存在问题主要有“管理流程效率低、工程质量监管难、数据库不健全、科学决策水平不足、业内管理不规范”等五个方面问题。通过分析发现,其主要表现形式为管理手段落后,信息化水平低。
(2)针对高速公路路面养护管理中存在的问题,对信息化技术应用场景进行设计,提出了一套综合性养护管理信息系统。该系统涵盖日常养护工程、预防养护工程、修复养护工程管理与养护决策支持,实现了对养护项目主要业务群的覆盖。基于工程管控实践,详细设计了各功能模块与数据采集需求,并利用物联网技术从原材料管控、混合料生产及路面施工关键节点对工程质量进行监管。在养护决策方面分别从网级、项目级对养护决策系统进行设计,并对系统交互设计进行了需求分析。
(3)运用案例分析法对安徽省智能管控平台实施效果进行了评价,结果是养护管理信息系统在集中项目管理、规范业务流程、提高工作效率、强化过程监管、科学养护决策等方面发挥了作用。同时指出养护信息系统应用还需做好配套制度建设与人员教育培训工作,改变传统作业理念,发挥系统的应用价值。
参考文献(略)

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