面向不同管理需求的交通基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)

丁 美

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司， 上海 200120)

截至2018年末，全國(guó)公路總里程484.65萬(wàn)km，公路養(yǎng)護(hù)里程475.78萬(wàn)km，占公路總里程98.2%[1]。隨著公路網(wǎng)的逐步完善，我國(guó)公路交通行業(yè)已從大規(guī)模的建設(shè)期向持續(xù)性的養(yǎng)護(hù)期轉(zhuǎn)型?；陴B(yǎng)護(hù)設(shè)施量的增加以及養(yǎng)護(hù)的精細(xì)化、專(zhuān)業(yè)化需求，養(yǎng)護(hù)板塊必須建立管養(yǎng)設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及檢測(cè)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(xì)化管養(yǎng)模式，對(duì)設(shè)施進(jìn)行性能跟蹤。同時(shí)，在養(yǎng)護(hù)管養(yǎng)設(shè)施長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)施檢測(cè)數(shù)據(jù)的技術(shù)分析評(píng)價(jià)、基于設(shè)施的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)分析測(cè)算，形成長(zhǎng)效的設(shè)施管理和市場(chǎng)指標(biāo)，為招投標(biāo)及預(yù)算制作提供客觀依據(jù)。

交通基礎(chǔ)設(shè)施管理的信息化建設(shè)方面，相關(guān)學(xué)者先后從公路設(shè)施資產(chǎn)管理[2-3]、路面管理[4]、機(jī)電設(shè)施管理[5]、橋梁結(jié)構(gòu)安全[6-7]、橋梁精細(xì)化管理[8]、隧道管理[9]以及建模技術(shù)[10-12]等多個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了系統(tǒng)研發(fā)的工作。目前專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)與更宏觀的資金管理以及更微觀的養(yǎng)護(hù)管理之間缺少頂層設(shè)計(jì)。

通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生及交互涉及生產(chǎn)型企業(yè)管理的3個(gè)層級(jí)[7]：第1個(gè)層級(jí)是一線數(shù)據(jù)，本文主要指實(shí)際交通基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃的執(zhí)行、費(fèi)用的產(chǎn)生等；第2個(gè)層級(jí)針對(duì)一線工作計(jì)劃制定、費(fèi)用及人力等綜合分析基礎(chǔ)上的調(diào)整；第3個(gè)層級(jí)是在以上2個(gè)層級(jí)基礎(chǔ)上的管理決策，如圖1所示。其中，第3個(gè)層級(jí)的需求最難實(shí)現(xiàn)，基于財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)和設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行管理決策是管理者的根本需求，該層級(jí)需求的實(shí)現(xiàn)也是設(shè)施管理數(shù)據(jù)作用的最大化發(fā)揮。

圖1 管理層級(jí)

世界各國(guó)從費(fèi)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(shè)施管理分析，且大多服務(wù)于第3個(gè)層級(jí)。此外，由于主體單位或管理部門(mén)的不同，不同層級(jí)的管理并非數(shù)據(jù)交互，而是通過(guò)重復(fù)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如數(shù)據(jù)檢測(cè)的執(zhí)行和多頭管理。

本文將詳細(xì)分析在交通基礎(chǔ)設(shè)施管理中所涉及的不同層級(jí)需要的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)來(lái)源，并設(shè)計(jì)用于不同層級(jí)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(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)涉及到的相關(guān)交互及目標(biāo)用戶(hù)主要包括設(shè)施管養(yǎng)部門(mén)、上級(jí)管理部門(mén)、設(shè)計(jì)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(guān)文件的提交等，主要用途包括優(yōu)化養(yǎng)護(hù)工作、專(zhuān)業(yè)化設(shè)施管理及業(yè)務(wù)管理3個(gè)層級(jí)，具體如下。

1.1 第1個(gè)層級(jí)目標(biāo)—優(yōu)化養(yǎng)護(hù)工作

1) 建立管養(yǎng)設(shè)施的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檔案，為養(yǎng)護(hù)提供更好的基礎(chǔ)平臺(tái)，為業(yè)主提供更好的個(gè)性化服務(wù)。

2) 以信息化管養(yǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)化作業(yè)管理及維修環(huán)節(jié)的作業(yè)記錄及上報(bào)工作，進(jìn)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(hù)工作人員提供技術(shù)支持并積累養(yǎng)護(hù)作業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

1.2 第2個(gè)層級(jí)目標(biāo)—專(zhuān)業(yè)化設(shè)施管理

1) 以結(jié)構(gòu)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合分析設(shè)施安全狀況，跟蹤設(shè)施損壞情況，預(yù)測(cè)設(shè)施壽命，建立設(shè)施結(jié)構(gòu)安全的技術(shù)指標(biāo)體系。

2) 以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、應(yīng)急記錄為基礎(chǔ)，建立安全分析評(píng)價(jià)的技術(shù)指標(biāo)。

3) 以設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、損壞檢測(cè)、監(jiān)測(cè)情況、維修記錄為基礎(chǔ)，建立養(yǎng)護(hù)維修方案的專(zhuān)家?guī)?，用于輔助未來(lái)的養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃及方案的制定。

1.3 第3個(gè)層級(jí)目標(biāo)—專(zhuān)業(yè)化決策管理

1) 以損壞專(zhuān)家?guī)?、維修專(zhuān)家?guī)?、安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家?guī)?、管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立業(yè)務(wù)評(píng)價(jià)模型，用于評(píng)價(jià)養(yǎng)護(hù)工作的質(zhì)量。

2) 以設(shè)施數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立資金分析模型。

3) 基于以上數(shù)據(jù)及專(zhuān)家?guī)?，評(píng)價(jià)現(xiàn)有設(shè)施服務(wù)能力及設(shè)計(jì)維修方案，為大修或改建的設(shè)計(jì)施工提供支持。

4) 以養(yǎng)護(hù)設(shè)施的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、歷史維修數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)的積累為基礎(chǔ)，以專(zhuān)家?guī)旒胺治瞿Ｐ蜑橐罁?jù)，為上級(jí)管理部門(mén)、政府、業(yè)主提供城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的價(jià)值估值(經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、使用壽命等)、運(yùn)營(yíng)成本預(yù)估以及大中修決策，也可為資產(chǎn)價(jià)值提供技術(shù)支持。

2 基于目標(biāo)層次的數(shù)據(jù)組成設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)建立主要以數(shù)據(jù)管理方式為基礎(chǔ)，建立包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)在內(nèi)的交通基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。首先，根據(jù)設(shè)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(shè)施及新建設(shè)施建立基礎(chǔ)檔案(有效期為基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命)；其次，根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有研究成果及相關(guān)規(guī)范，將明確的性能指標(biāo)建立成為以設(shè)施位置和時(shí)間軸為標(biāo)記的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并將代表設(shè)施性能的原始數(shù)據(jù)(包括圖片、視頻、文字描述等)標(biāo)記保存；此外，以現(xiàn)有的養(yǎng)護(hù)流程和養(yǎng)護(hù)模式為基礎(chǔ)，跟蹤記錄巡視、檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)維修等各環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的人力、物料、設(shè)備費(fèi)用。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立及更新需要有專(zhuān)業(yè)的掌握數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)及結(jié)構(gòu)設(shè)施知識(shí)的人員進(jìn)行維護(hù)和更新，該類(lèi)數(shù)據(jù)的有效期為設(shè)施的全壽命周期。

設(shè)施檢測(cè)的原始數(shù)據(jù)往往屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將這些非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)標(biāo)記保存，一方面可用于人機(jī)交互的決策輔助，另一方面可用于將來(lái)提取新指標(biāo)或進(jìn)行相關(guān)研究使用。按照工作內(nèi)容，此類(lèi)數(shù)據(jù)又可劃分為日常巡視數(shù)據(jù)、定期檢測(cè)數(shù)據(jù)、健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。性能指標(biāo)數(shù)據(jù)即根據(jù)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所得的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，該類(lèi)指標(biāo)數(shù)據(jù)是根據(jù)固定的規(guī)范及相關(guān)評(píng)價(jià)模型計(jì)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(píng)價(jià)、壽命預(yù)測(cè)以及網(wǎng)絡(luò)級(jí)的規(guī)劃。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要包括業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)產(chǎn)生的各類(lèi)數(shù)據(jù)，主要分為費(fèi)用(資金、材料、人力、設(shè)備)和措施記錄2部分(流程、養(yǎng)護(hù)方案等)，該類(lèi)數(shù)據(jù)主要用于輔助業(yè)務(wù)決策，結(jié)合設(shè)施數(shù)據(jù)進(jìn)行管理上的綜合分析。

各類(lèi)數(shù)據(jù)的關(guān)系及層級(jí)目標(biāo)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)層級(jí)關(guān)系

設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是其他數(shù)據(jù)能夠有效使用的基礎(chǔ)，是最根本的數(shù)據(jù)；原始檢測(cè)數(shù)據(jù)是性能指標(biāo)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(biāo)的獲得，二者是設(shè)施客觀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，是最重要的數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是最難獲取、分析以及量化的，是本數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心價(jià)值，關(guān)鍵在于如何利用設(shè)施數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)，如何利用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)輔助決策設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修的策略。

3 數(shù)據(jù)獲取路徑設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取途徑，可以將其分為既有設(shè)施數(shù)據(jù)及新增設(shè)施數(shù)據(jù)。既有數(shù)據(jù)的獲取力求完整有效，新增設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立原則是簡(jiǎn)單方便，該功能也保證了數(shù)據(jù)平臺(tái)的拓展性。其中，道路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)其生產(chǎn)及更新途徑如圖3所示，中小橋梁基礎(chǔ)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(cè)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的獲取

道路及中小橋檢測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)獲取途徑可以分為自動(dòng)化檢測(cè)數(shù)據(jù)、人工巡查數(shù)據(jù)、對(duì)外委托、檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)，分別根據(jù)其具體情況進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取說(shuō)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(chǔ)數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明

圖4 中小橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明

大型橋梁檢測(cè)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)根據(jù)其來(lái)源分為巡查及定期檢查數(shù)據(jù)、特殊檢測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及模型分析評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，其詳細(xì)獲取方式說(shuō)明如圖7所示。

隧道檢測(cè)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)主要分為運(yùn)營(yíng)、機(jī)電設(shè)備及結(jié)構(gòu)3個(gè)部分，其數(shù)據(jù)的獲取路徑可分為人工巡查數(shù)據(jù)、對(duì)外委托檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)的獲取途徑需要根據(jù)其實(shí)際監(jiān)控系統(tǒng)配備情況決定，數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明如圖8所示。

此外，歷史檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需根據(jù)數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求及實(shí)際數(shù)據(jù)情況進(jìn)行定期備份及清洗(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、指標(biāo)化，無(wú)效數(shù)據(jù)剔除)。

圖5 特大橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明

圖6 道路及中小橋檢測(cè)數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明

圖7 大型橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明

圖8 隧道檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取途徑說(shuō)明

3.3 養(yǎng)護(hù)維修數(shù)據(jù)的獲取

養(yǎng)護(hù)等實(shí)際工作中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則需要具體的班組相關(guān)人員進(jìn)行實(shí)際情況的填寫(xiě)。此部分?jǐn)?shù)據(jù)的獲取可在養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中進(jìn)行充分設(shè)計(jì)，道路、隧道、中小橋梁以及機(jī)電等附屬設(shè)施部分需要建立或利用現(xiàn)有養(yǎng)護(hù)作業(yè)OA系統(tǒng)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，建立并關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼，形成歷史數(shù)據(jù)；大橋養(yǎng)護(hù)作業(yè)系統(tǒng)須在大橋構(gòu)件編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

4 應(yīng)用案例

基于以上設(shè)計(jì)思路，建立了服務(wù)于交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)平臺(tái)，并通過(guò)對(duì)上海市400 km車(chē)道高速公路、160 km車(chē)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(yàn)證了數(shù)據(jù)平臺(tái)的服務(wù)能力。下文以高速公路的管理為例進(jìn)行說(shuō)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(biāo)代表進(jìn)行說(shuō)明，各層級(jí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)如下：1) 專(zhuān)業(yè)化設(shè)施管理：通過(guò)導(dǎo)入檢測(cè)損壞數(shù)據(jù)計(jì)算所得的各項(xiàng)指標(biāo)、性能預(yù)測(cè)結(jié)果如圖9所示；2) 優(yōu)化養(yǎng)護(hù)工作：通過(guò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，養(yǎng)護(hù)投入與效果關(guān)系如圖10所示；3) 專(zhuān)業(yè)化決策管理：通過(guò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)施數(shù)據(jù)的年度分析，標(biāo)定性能效益分析模型，確定預(yù)算指標(biāo)，計(jì)算獲得的全壽命周期規(guī)劃決策結(jié)果如圖11所示。

圖9 申嘉湖高速評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)結(jié)果

圖10 申嘉湖高速公路養(yǎng)護(hù)投入與效果分析

圖11 申嘉湖高速公路養(yǎng)護(hù)規(guī)劃結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

基于基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模擴(kuò)大及養(yǎng)護(hù)精細(xì)化、專(zhuān)業(yè)化需求，本文通過(guò)建立滿(mǎn)足不同管理需求的交通基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)平臺(tái)，使交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)可以同時(shí)為管理決策、設(shè)計(jì)建造以及養(yǎng)護(hù)維修等不同職能部門(mén)服務(wù)。以申嘉湖高速公路為例說(shuō)明了如何利用該平臺(tái)的數(shù)據(jù)組合服務(wù)于養(yǎng)護(hù)工作優(yōu)化、設(shè)施管理及決策管理3個(gè)層級(jí)的目標(biāo)管理，本系統(tǒng)可推廣應(yīng)用于國(guó)內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施管理。