江蘇高速養(yǎng)護的五大環(huán)節(jié)

文| 圖|

數(shù)據(jù)精確、決策精準、實施精細，讓江蘇智能養(yǎng)護的目標和發(fā)展方向清晰可辨。江蘇抓緊高效檢測、精準評定、科學(xué)決策、高質(zhì)實施、智能反饋五大環(huán)節(jié)，通過20年的信息化探索和智能養(yǎng)護的推進，實現(xiàn)了從簡單數(shù)據(jù)歸集到多源數(shù)據(jù)融合，從單一環(huán)節(jié)應(yīng)用到多個系統(tǒng)互聯(lián)，從簡單指標評價到復(fù)雜智能決策3個方面的轉(zhuǎn)變。

雖然交通量逐年增長，但江蘇公路始終保持公路技術(shù)狀況指數(shù)（MQI）每年為95左右，甚至達到了更高的水準，智能養(yǎng)護功不可沒。

智能養(yǎng)護從數(shù)據(jù)采集開始

2016年交通運輸部頒布的《“十三五”公路養(yǎng)護管理發(fā)展綱要》、2017年江蘇省高速公路管理局頒布的《江蘇省高速公路管理“十三五”發(fā)展規(guī)劃》、2016年江蘇交控發(fā)布的《江蘇交通控股有限公司高速公路養(yǎng)護管理“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，分別對養(yǎng)護管理數(shù)字化、精準化提出了更高的要求。此外，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在提高信息化技術(shù)水平，增強多來源、多種類、大體量數(shù)據(jù)實際應(yīng)用能力的同時，也推動了智能養(yǎng)護的發(fā)展。

開展智能養(yǎng)護實踐，數(shù)據(jù)采集非常重要，主要采集建設(shè)數(shù)據(jù)、養(yǎng)護數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、巡查數(shù)據(jù)、檢查數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

溫度數(shù)據(jù)采集

環(huán)境數(shù)據(jù)主要是對溫度的監(jiān)測。江蘇省高速公路在全網(wǎng)布置了302個路側(cè)氣象站，全天候監(jiān)測路面結(jié)構(gòu)不同層位溫度，為冬季養(yǎng)護組織、精細化養(yǎng)護設(shè)計提供重要支撐。不僅在路網(wǎng)內(nèi)采用氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)，江蘇省高速公路管理部門還與江蘇省氣象科學(xué)研究院合作，江蘇省氣象科學(xué)研究院利用全路網(wǎng)氣象站結(jié)合熱譜地圖技術(shù)采集數(shù)據(jù)建模，全路網(wǎng)每20米設(shè)置一個溫度預(yù)測點，每10分鐘更新一次數(shù)據(jù)。

寧杭高速公路

2019年1月17日，在較低溫度狀態(tài)下，江蘇省通過在智能養(yǎng)護系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，實時預(yù)測了G4011揚溧高速公路潤揚大橋引橋和主橋的橋面溫度分別為0℃和-4℃，對橋面預(yù)防冰雪、除雪、除冰工作都起到了很好地指導(dǎo)作用。

除了路表和橋面表面的溫度外，橋梁內(nèi)部的溫度也是需要關(guān)注的方面。G15沈海高速公路南通段烈士河大橋、連云港段仲集互通主線橋安裝了組合箱梁溫度監(jiān)測系統(tǒng)，在梁體箱內(nèi)、頂板、腹板、底板、外部共布置58個溫度傳感器；安裝布置箱梁溫度與應(yīng)變傳感器16個，并在梁端各布置2個位移傳感器，分別測試橫向和縱向位移；同時每個橋位各布置2個風(fēng)速傳感器與3個輻射傳感器。通過數(shù)據(jù)采集，可以加深理解組合箱梁橋典型病害產(chǎn)生與溫度相關(guān)性，明晰組合箱梁橋溫度荷載，指導(dǎo)加固設(shè)計。

荷載數(shù)據(jù)采集

目前，江蘇對荷載數(shù)據(jù)的采集模式有兩種。一種是間接采集方式，利用高速公路路網(wǎng)收費的有關(guān)信息，推算全網(wǎng)相鄰互通道路斷面的交通量軸載譜。從2000年江蘇省推行智能養(yǎng)護系統(tǒng)以來，該數(shù)據(jù)已積累了15年。這些數(shù)據(jù)對路面設(shè)計規(guī)范修訂、道路剩余壽命預(yù)估、養(yǎng)護設(shè)計支撐都起到了重要作用。

智能養(yǎng)護五大環(huán)節(jié)

除了間接采集路網(wǎng)分析數(shù)據(jù)外，也可以直接采集數(shù)據(jù)。目前，江蘇5座跨江大橋都有相關(guān)的荷載數(shù)據(jù)采集。另外，江蘇在高速公路路網(wǎng)內(nèi)結(jié)合主要通道，也布置了9座橋的動態(tài)承重系統(tǒng)，可采集車輛的軸重、總重、車速、車間距、車頭時距、軸間距、車長、車型等相關(guān)信息。通過分析近10年的數(shù)據(jù)變化，還可以了解年度交通荷載變化趨勢、超載程度分布情況，更有針對性地分析橋梁產(chǎn)生病害的時間。同樣，在加固時若考慮設(shè)計的荷載情況，將使得橋梁的加固效果更好。

路面數(shù)據(jù)采集

除了環(huán)境數(shù)據(jù)和荷載數(shù)據(jù)外，路面數(shù)據(jù)和橋梁數(shù)據(jù)也尤為重要。在路面數(shù)據(jù)方面，我國對高速公路路面日常病害的分類出臺了11項具體指標。江蘇省根據(jù)自身特點，制定了《高速公路日常養(yǎng)護病號分類、分級與編碼》標準，在現(xiàn)有國標基礎(chǔ)上，增加了5條采集數(shù)據(jù)的類型，這使得江蘇省內(nèi)不同高速公路公司和養(yǎng)護單位可以按照統(tǒng)一標準采集及歸集數(shù)據(jù)，為后期決策提供了參考。

對于路面檢查，江蘇更多的是定期采集檢查數(shù)據(jù)。在這方面，我國雖然也制定了相應(yīng)標準，但是江蘇考慮自身特殊情況，結(jié)合路齡和交通量采取不同方式采集。對于平整度等指標，江蘇一般是采集重載車道或車道的平整路。但是，根據(jù)不同道路的等級或荷載需求，也有可能會增加不同的車道，甚至有的路段是全車道數(shù)據(jù)采集，這樣導(dǎo)致采集的頻率大幅提高。對于路面彎沉最低檢測頻率，江蘇沿江高速公路一般兩年采集一次；對于交通量比較大的，特別是重載交通，或者通車年限特別長的路段、橋梁，一般一年采集一次。

路面數(shù)據(jù)的采集，主要是特殊數(shù)據(jù)檢查，一般針對瀝青路面。通過在項目路面取樣試驗，可以獲取高溫性能、低溫性能、疲勞性能、基層強度方面的性能參數(shù)與指標。另外，也可以通過無損檢測手段、動態(tài)激光彎層、地探雷達等手段采集道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部完整性等方面的數(shù)據(jù)。為開展項目級瀝青路面養(yǎng)護設(shè)計，江蘇通過現(xiàn)場取芯室內(nèi)試驗獲取材料性能數(shù)據(jù)，以及通過無損檢測獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況數(shù)據(jù)，已采集了1500車道公里結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況數(shù)據(jù)。這將為今后道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部完整性的分析，以及狀態(tài)的預(yù)估、預(yù)測提供參考。

智能養(yǎng)護“三步走”

橋梁數(shù)據(jù)采集

針對普通橋梁數(shù)據(jù)的檢測，江蘇交通控股有限公司在2011年《江蘇交通控股橋涵檢查手冊》（簡稱“《手冊》”）（第一版）基礎(chǔ)上，于2013年、2016年分別更新出版了第二版和第三版，第四版目前正在修訂中?！妒謨浴吩诩毣瘶蛄憾ㄆ跈z查分類、頻率的基礎(chǔ)上，突出橋梁加固后檢測方法，《手冊》內(nèi)容改進與信息化數(shù)據(jù)采集手段發(fā)展良性互動。

對于長大橋梁檢測數(shù)據(jù)，除了定期檢查使用狀態(tài)外，更重要的是長期健康數(shù)據(jù)的監(jiān)測。針對長大橋，江蘇對5座跨江大橋和2座特大橋（橋淮安大橋、灌河大橋）安裝了健康監(jiān)測系統(tǒng)，配備了環(huán)境、變形、索力、振動等傳感器。其中，蘇通大橋一座橋安裝傳感器就多達327個，以上7座橋梁采集數(shù)據(jù)完好率達85%以上，數(shù)據(jù)存儲量為26.8萬億字節(jié)（TB），每年新增數(shù)據(jù)3.5TB，1.05萬億條。

路面養(yǎng)護智能決策是關(guān)鍵

智能養(yǎng)護實踐的要義之一是路面養(yǎng)護智能決策。江蘇省針對江蘇路網(wǎng)養(yǎng)護特點、養(yǎng)護目標，探索建立了適合江蘇省路網(wǎng)性能發(fā)展規(guī)律的路面結(jié)構(gòu)狀況評價體系。該體系既包括項目級評價指標，也包括網(wǎng)級評價指標，一些指標還根據(jù)江蘇歷年瀝青路面養(yǎng)護經(jīng)驗提出了新的改進意見，并應(yīng)用到新體系的評估中。

針對路面破損狀況指數(shù)(PDCI)，江蘇省建立了新的指標，這個指標與國標有一定的差異，國標把橫向裂縫、路面修補等方面都納入到路面破損狀況指數(shù)PCI統(tǒng)一評定。統(tǒng)一評定后，江蘇不同路段的PCI值都達到了很高的水準，基本處于90至100之間。而事實上，江蘇的主要病害是車轍和橫向裂縫。針對實際情況，江蘇把路面橫向裂縫及路面修補狀況都做了一個獨立指標，并且調(diào)整了這兩個指標與路面表面損壞狀況權(quán)重系數(shù)，其中橫向裂縫權(quán)重系數(shù)為0.61，路面修補狀況權(quán)重系數(shù)為0.26，在路面結(jié)構(gòu)強度PSSI評價指標的建立上，也做了很大探索。江蘇利用“十二五”路面重大專項研究成果，通過采集動態(tài)彎沉盆數(shù)據(jù)，得到了路基、底基層、基層等面層的模量。

江蘇省具體的養(yǎng)護決策流程主要包括5個環(huán)節(jié)：根據(jù)公路基本狀況，如交通量情況、養(yǎng)護歷史，以及不同材料、施工控制等劃分路段；結(jié)合運營數(shù)據(jù)，例如交通量、面層維修以后的使用情況等進一步生成分析表；從上到下優(yōu)先對結(jié)構(gòu)、病害、車轍、抗滑、平整度指標逐一評價，若達不到標準，將會設(shè)計相應(yīng)的技術(shù)方案；結(jié)合評價結(jié)果，預(yù)測養(yǎng)護結(jié)束后路面的狀態(tài)；結(jié)合年度經(jīng)費預(yù)算及預(yù)期性能要求確定最終的養(yǎng)護方案。

上述養(yǎng)護決策過程，已通過信息化手段，制作了相應(yīng)的軟件，形成了自動化的決策過程。通過這樣的養(yǎng)護決策過程，可以實現(xiàn)資金和技術(shù)狀況指標的養(yǎng)護決策，設(shè)定指標的優(yōu)先秩序。在決策完成后，路面各方面性能如何發(fā)展也可精確預(yù)測。目前，該養(yǎng)護決策已在江蘇省年度養(yǎng)護計劃編制中得到應(yīng)用。

此外，智能養(yǎng)護在瀝青路面質(zhì)量智能管控領(lǐng)域也得到了有效應(yīng)用。江蘇交通控股和江蘇交通工程建設(shè)局共同建立了江蘇省高速公路瀝青路面質(zhì)量數(shù)據(jù)中心。該中心采集瀝青和混合料質(zhì)量、運輸數(shù)據(jù)，施工現(xiàn)場的質(zhì)量數(shù)據(jù)；通過視頻監(jiān)控生產(chǎn)與施工過程，管控施工現(xiàn)場，通過對壓實、攤鋪等設(shè)備安裝模塊，有效控制攤鋪溫度、碾壓溫度、碾壓次數(shù)和覆蓋范圍。2018年，江蘇在新建的工程中應(yīng)用該中心的數(shù)據(jù)后，幾大瀝青指標與2017年相比，變異系數(shù)都有很好的改善，質(zhì)量穩(wěn)步提高。與此同時，江蘇的養(yǎng)護工程從2018年開始也開始推廣應(yīng)用該數(shù)據(jù)中心，如滬寧高速公路養(yǎng)護工程。目前，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，該數(shù)據(jù)中心有一定的預(yù)警作用。

智能養(yǎng)護未來可期

經(jīng)過20年的探索，目前江蘇智能養(yǎng)護取得了四方面的成效。

管養(yǎng)流程實現(xiàn)了標準化，通過標準化推進，江蘇養(yǎng)護管理效率得到了提升，同時在全網(wǎng)養(yǎng)護任務(wù)逐年增加的背景下，養(yǎng)護質(zhì)量和施工安全也得到了持續(xù)穩(wěn)定的保證。

養(yǎng)護決策實現(xiàn)了科學(xué)化，通過以數(shù)據(jù)主導(dǎo)決策，確保了養(yǎng)護投入精準，多年來江蘇省全網(wǎng)路橋狀況保持全國領(lǐng)先水平。

健康監(jiān)測實現(xiàn)了智能化，智能養(yǎng)護能對橋梁結(jié)構(gòu)物潛在風(fēng)險做到早預(yù)警、早干預(yù)，全網(wǎng)無四、五類危橋，三類橋得到有效受控。

系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)了協(xié)同化，在惡劣天氣和突發(fā)事件應(yīng)急處置及大流量集中養(yǎng)護中，養(yǎng)護施工和交通組織協(xié)同高效，例如江蘇省每年惡劣天氣的處置和突發(fā)事件的應(yīng)對等方面，均通過智能養(yǎng)護協(xié)調(diào)養(yǎng)護施工和交通組織，社會和經(jīng)濟效益顯著。

江蘇20年的智能養(yǎng)護探索發(fā)現(xiàn)，智能養(yǎng)護需要尋求管理層支持，管理層對養(yǎng)護信息化的積極支持，以及面對新技術(shù)對養(yǎng)護管理創(chuàng)新的開放態(tài)度，很大程度上決定了智能養(yǎng)護工作的成敗。智能養(yǎng)護需要深化標準化工作，養(yǎng)護標準化工作是智能養(yǎng)護得以實現(xiàn)的重要前提，數(shù)據(jù)采集、存儲、共享、應(yīng)用各個環(huán)節(jié)都離不開標準化工作打下的基礎(chǔ)。智能養(yǎng)護需要加強數(shù)據(jù)積累，高度認識到數(shù)據(jù)的資源價值，積極采用多種檢測手段，在養(yǎng)護工作各個環(huán)節(jié)系統(tǒng)積累數(shù)據(jù)，不斷提升養(yǎng)護的水平。同時，智能養(yǎng)護需要注重工作方法，智能養(yǎng)護正處于快速發(fā)展階段，不應(yīng)墨守成規(guī)，要敢于大膽嘗試，創(chuàng)新的應(yīng)用做到快速迭代。

新的數(shù)據(jù)采集手段標準化要求較高，新的無損檢測技術(shù)將迎來更大范圍的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，在大量測試數(shù)據(jù)積累和分析基礎(chǔ)上，標準化將是今后重要的工作方向。值得注意的是，數(shù)據(jù)存儲和分析技術(shù)將快速更新，基于經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)分析手段的局限性將日益明顯，機器學(xué)習(xí)、計算統(tǒng)計學(xué)等新的分析手段及大數(shù)據(jù)存儲和管理技術(shù)將顯得日益重要。此外，行業(yè)內(nèi)外多源數(shù)據(jù)整合加速推進行業(yè)內(nèi)及跨行業(yè)數(shù)據(jù)交流渠道的打通，將在很大程度上決定一個行業(yè)信息化的發(fā)展水平。

寧杭高速公路二期工程高橋門樞紐

滬寧高速公路江蘇段的安全高效養(yǎng)護體系

滬寧高速公路江蘇段是江蘇省第一條高速公路，1996年被列為國家重點建設(shè)工程。滬寧高速公路江蘇段西起南京馬群，東至昆山花橋，途經(jīng)南京、鎮(zhèn)江、常州、無錫和蘇州5個城市，主線全長249.681公里，是蘇南地區(qū)重要的交通大動脈。