中外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)比較研究

黃九達(dá)

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211100；2.新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211100)

1 中外典型路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)調(diào)研

目前，國(guó)內(nèi)外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)眾多，良莠不齊。由于不同系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)時(shí)其目的、結(jié)構(gòu)組成不同，導(dǎo)致各系統(tǒng)具有不同的功能和特點(diǎn)[4]。下面主要從系統(tǒng)的組成模塊、功能及特點(diǎn)對(duì)加拿大DTIMS、德國(guó)Heller-PMS系統(tǒng)、中公高科CPMS、南京道潤(rùn)RoadKeeper PMS(RK PMS)以及蘇交科JSTI-PMS等典型系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研。

1.1 國(guó)外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)

在對(duì)國(guó)外眾多路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)的調(diào)研中，發(fā)現(xiàn)DTIMS系統(tǒng)和Heller-PMS系統(tǒng)在路面多維度分析、科學(xué)決策、可視化展示等方面具有較為突出的優(yōu)點(diǎn)是國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品，能夠較好地提高用戶體驗(yàn)和決策的可靠性[5]。

(1)DTIMS系統(tǒng)

Deighton公司開(kāi)發(fā)的DTIMS系統(tǒng)主要由DTIMS平臺(tái)、商業(yè)分析、運(yùn)營(yíng)管理、DTIMS移動(dòng)以及商務(wù)智能五大模塊組成[6]。該系統(tǒng)在執(zhí)行分析過(guò)程中對(duì)所有基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)進(jìn)行清單編制、狀況評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及生命周期分析和優(yōu)化。同時(shí)，利用DTIMS商務(wù)智能模塊簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)分析過(guò)程，共享部門之間信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路、橋梁、涵洞、護(hù)欄標(biāo)志等各種基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的可視化管理，從而為管理者提供可持續(xù)解決方案和服務(wù)。

(2)Heller-PMS系統(tǒng)

Heller-PMS系統(tǒng)是由德國(guó)HELLER公司開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)25年的發(fā)展，形成具有完善的公路檢測(cè)評(píng)估和養(yǎng)護(hù)管理體系的路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)，其主要包含OnKo3集成可視化系統(tǒng)和PMS決策系統(tǒng)[7]。其中Onko3系統(tǒng)在養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程中，利用GIS平臺(tái)整合空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、路網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等各類相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)數(shù)據(jù)多維度可視化管理。

1.2 國(guó)內(nèi)路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)

在國(guó)內(nèi)眾多系統(tǒng)中選取功能全面、應(yīng)用較廣的CPMS[8]，操作簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)的RK PMS以及添加國(guó)檢評(píng)分功能的JSTI-PMS等國(guó)內(nèi)具有代表性的路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

(1)CPMS系統(tǒng)

CPMS系統(tǒng)主要包含路面性能數(shù)據(jù)庫(kù)管理、路面養(yǎng)護(hù)輔助決策、可視化查詢與檢索、養(yǎng)護(hù)報(bào)表及報(bào)告制作和系統(tǒng)管理等五大功能。其中路面養(yǎng)護(hù)輔助決策是其核心功能，通過(guò)對(duì)路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)、養(yǎng)護(hù)需求分析、養(yǎng)護(hù)投資效益分析、預(yù)算優(yōu)化分配和養(yǎng)護(hù)工程計(jì)劃編制等一系列過(guò)程，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)投資與養(yǎng)護(hù)方案的科學(xué)決策。

(2)RK PMS系統(tǒng)

RK PMS系統(tǒng)主要側(cè)重于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、路面使用性能評(píng)價(jià)、路面綜合分析、養(yǎng)護(hù)輔助決策以及根據(jù)規(guī)范要求生成養(yǎng)護(hù)報(bào)表等功能。系統(tǒng)基于各種路面基礎(chǔ)信息及路況檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用國(guó)家規(guī)范中的評(píng)價(jià)模型，對(duì)項(xiàng)目級(jí)中的路面或路網(wǎng)級(jí)中的路線進(jìn)行性能評(píng)價(jià)和綜合分析，然后基于專家系統(tǒng)進(jìn)行輔助決策，制定出具有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施。

(3)JSTI-PMS系統(tǒng)

JSTI-PMS系統(tǒng)主要用于存儲(chǔ)并處理路面資產(chǎn)、技術(shù)狀況及相關(guān)交通數(shù)據(jù)的一種路面養(yǎng)護(hù)分析和養(yǎng)護(hù)決策工具。系統(tǒng)基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)規(guī)范評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將自動(dòng)檢索、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)路面破損、車轍深度、平整度等路面各項(xiàng)使用性能指標(biāo)。同時(shí)，系統(tǒng)增加了國(guó)檢技術(shù)狀況評(píng)分模塊，可以自動(dòng)計(jì)算出項(xiàng)目級(jí)和網(wǎng)級(jí)評(píng)分結(jié)果。

2 路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)比分析

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理是路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)最基本的功能，其主要為系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)分析與決策提供數(shù)據(jù)支撐。目前，國(guó)內(nèi)CPMS、RK PMS、JSTI-PMS系統(tǒng)基本上均具備對(duì)路面屬性數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)歷史數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、路況數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的錄入和查詢功能。而國(guó)外DTIMS、Heller-PMS更加注重對(duì)整個(gè)路面基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的管理，在管理過(guò)程中除了具有對(duì)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之外，額外增加了資產(chǎn)庫(kù)存、條件和工作歷史數(shù)據(jù)以及橋梁、涵洞、護(hù)欄標(biāo)志等所有相關(guān)周邊設(shè)施資產(chǎn)的存儲(chǔ)和管理，包括自定義添加所需數(shù)據(jù)類型。

2.2 路況評(píng)估

國(guó)內(nèi)CPMS、RK-PMS、JSTI-PMS系統(tǒng)基本上均是根據(jù)國(guó)家規(guī)范規(guī)定的路面破損、平整度、車轍深度、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、路面抗滑等路面基本性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)。而國(guó)外Heller PMS系統(tǒng)根據(jù)公路實(shí)際情況自定義添加具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)和閾值功能，如側(cè)向力系數(shù)、平均車轍深度、模擬積水深度、網(wǎng)裂面積比例、填補(bǔ)面積比例等實(shí)現(xiàn)對(duì)路況客觀、合理和科學(xué)的評(píng)價(jià)。同時(shí)，為了直觀展示養(yǎng)護(hù)路況水平，對(duì)整個(gè)公路網(wǎng)中路況相似、結(jié)構(gòu)相似、交通負(fù)荷相似的路段進(jìn)行同質(zhì)段劃分。

2.3 路況性能預(yù)測(cè)

為了解路面性能衰變情況，系統(tǒng)需要考慮道路條件、交通量以及處理措施等因素的影響，選擇合理的預(yù)測(cè)模型對(duì)當(dāng)前路面各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)[9]。如表1所示對(duì)國(guó)內(nèi)外典型系統(tǒng)在預(yù)測(cè)模型的選擇和預(yù)測(cè)方式上進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 中外系統(tǒng)路況性能預(yù)測(cè)比較

2.4 養(yǎng)護(hù)決策

在對(duì)路網(wǎng)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)后，系統(tǒng)需要綜合考慮環(huán)境因素、預(yù)算條件、路況現(xiàn)狀、性能衰減曲線、路面性能目標(biāo)值等各種因素影響，確定合理的決策樹(shù)模型，以生成當(dāng)年度路面的最佳養(yǎng)護(hù)方案[10]。如表2所示從決策方式、模型選取等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外主流系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)決策模塊進(jìn)行對(duì)比分析。

表2 中外系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)決策比較分析

2.5 養(yǎng)護(hù)規(guī)劃

系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)規(guī)劃主要是為輔助決策者制定科學(xué)合理的路面養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，目前國(guó)內(nèi)外絕大數(shù)路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)基本上都具有路網(wǎng)多年養(yǎng)護(hù)規(guī)劃功能，但系統(tǒng)在養(yǎng)護(hù)決策方法、影響因素以及系統(tǒng)決策全面性和深度等方面還存在較大差異。如表3所示對(duì)上述典型系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)規(guī)劃模塊功能進(jìn)行對(duì)比分析。

表3 中外系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)規(guī)劃比較

為了實(shí)現(xiàn)快速獲取最佳養(yǎng)護(hù)規(guī)劃方案，Heller-PMS基于預(yù)算的啟發(fā)式優(yōu)化算法，如下式所示

(1)

(2)

式中：Benefit為養(yǎng)護(hù)效益；t為計(jì)劃年，Year；T為規(guī)劃期時(shí)長(zhǎng)，Year；n為路段數(shù)，個(gè)；Cost養(yǎng)護(hù)路段需要成本，￥；b為規(guī)劃年度預(yù)算，￥；d為計(jì)劃年度預(yù)算的最大允許偏差。

2.6 可視化管理

隨著GIS技術(shù)的日益成熟，路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)也在朝著更加實(shí)用和人性化的方向發(fā)展。目前路面可視化管理主要包括信息查詢可視化和界面展示可視化，下面對(duì)國(guó)內(nèi)外典型的系統(tǒng)在可視化展示方面進(jìn)行比較如表4所示。

表4 中外系統(tǒng)可視化管理對(duì)比分析

2.7 資產(chǎn)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管控

從中外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)常見(jiàn)的管理模塊中可以看出，國(guó)內(nèi)主流的CPMS、RK-PMS以及JSTI-PMS主要把公路資產(chǎn)當(dāng)作具體實(shí)物，對(duì)其路面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、交通軸載數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合統(tǒng)一分析并提供相應(yīng)分析結(jié)果，還未將風(fēng)險(xiǎn)管理納入到養(yǎng)護(hù)決策考慮范疇。而國(guó)外典型的DTIMS、Heller-PMS系統(tǒng)已將資產(chǎn)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管控作為高速公路資產(chǎn)管理的重要組成部分[11]。例如DTIMS系統(tǒng)是把公路作為一項(xiàng)資產(chǎn)進(jìn)行管理，以貨幣的形式基于歷史成本/重置成本的方法對(duì)公路資產(chǎn)進(jìn)行估值，并通過(guò)資產(chǎn)建模和風(fēng)險(xiǎn)因素分析定量地反映維修、預(yù)期壽命和資產(chǎn)性能狀況，為公路的養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。Heller-PMS在風(fēng)險(xiǎn)管控方面具有完善的風(fēng)險(xiǎn)管理模塊，包含項(xiàng)目背景、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)處治、監(jiān)督和審查以及溝通與協(xié)商等一系列風(fēng)險(xiǎn)管控流程。在執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)管理時(shí)，通過(guò)對(duì)技術(shù)、環(huán)境以及其他外部風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，把資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)按可能會(huì)發(fā)生的概率和造成的結(jié)果評(píng)定為低分險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)、顯著風(fēng)險(xiǎn)及嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)等級(jí)，并對(duì)相應(yīng)的等級(jí)采取相應(yīng)的處治方法。

圖1 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管控流程

3 中外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)比總結(jié)

目前國(guó)內(nèi)外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)主體功能模塊組成基本一致，主要存在的區(qū)別是各個(gè)模塊在展示方式、研究的全面性及深度方面還存在較大差異。

國(guó)外路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)的作用已不僅僅是路面數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢系統(tǒng)，更重要的是已把公路當(dāng)作整個(gè)資產(chǎn)進(jìn)行價(jià)值評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管控的全壽命周期管理，以及基于GIS地圖的強(qiáng)大的自定義可視化展示技術(shù)的應(yīng)用，使其已真正成為了公路管理部門進(jìn)行決策的輔助工具。國(guó)內(nèi)的路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要作用還是數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)，雖然多數(shù)系統(tǒng)也具有預(yù)測(cè)、輔助決策或者專家系統(tǒng)的功能，但在使用過(guò)程中由于缺乏針對(duì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)及未將風(fēng)險(xiǎn)管理納入到?jīng)Q策考慮范疇，使得各系統(tǒng)預(yù)測(cè)、決策模型的適用性尚未得到驗(yàn)證，應(yīng)用程度不高。同時(shí)，基于GIS的數(shù)據(jù)處理的可視化功能應(yīng)用較為單一，分析結(jié)果仍然主要以柱狀圖、折線圖、餅狀圖以及表格等形式簡(jiǎn)單展示，用戶體驗(yàn)較差。目前傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)決策和主觀判斷仍在我國(guó)養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程中占據(jù)主要地位，路面資產(chǎn)管理系統(tǒng)的主要功能并沒(méi)有得到發(fā)揮和利用。

4 結(jié) 論

(1)在對(duì)路況進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，系統(tǒng)除了采用基于歷史數(shù)據(jù)線性擬合出預(yù)測(cè)模型外，可添加根據(jù)實(shí)際情況自定義手動(dòng)輸入合理預(yù)測(cè)模型，并建立處治措施與衰變等級(jí)之間關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)路況性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，從而為養(yǎng)護(hù)決策提供重要數(shù)據(jù)支撐。

(2)在公路養(yǎng)護(hù)和決策方面，系統(tǒng)需綜合考慮相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)公路資產(chǎn)管理的影響，增加風(fēng)險(xiǎn)管控模塊，建立路面成本-效益優(yōu)化模型，并引入內(nèi)置啟發(fā)式最優(yōu)算法自動(dòng)快速生成最優(yōu)解養(yǎng)護(hù)規(guī)劃方案，從而實(shí)現(xiàn)高速公路全壽命周期效益最大化。

(3)在基于GIS地圖的可視化展示方面，可以吸收德國(guó)Heller-PMS系統(tǒng)可視化管理經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)用戶的需求和習(xí)慣，添加基于GIS的自定義展示模塊，對(duì)其內(nèi)容和界面進(jìn)行專業(yè)化定制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)展示客戶需求信息，進(jìn)一步提升可視化水平，增加系統(tǒng)用戶體驗(yàn)。