研究生交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策課程建設及思考

張金喜 王超 曹丹丹

摘? 要：我國已經(jīng)建設成龐大的交通基礎設施網(wǎng)絡，交通基礎設施建設由“建設為主”型向“建養(yǎng)并重”型轉(zhuǎn)變，基礎設施養(yǎng)護維修和管理將成為今后我國交通建設的主要工作，這種形勢的變化為大學人才培養(yǎng)提出了新的需求。該文介紹我國交通基礎設施養(yǎng)護管理人才培養(yǎng)的歷史，探討不同歷史階段交通基礎設施養(yǎng)護管理人才培養(yǎng)的需求和課程建設問題，并對存在問題進行思考。在開展長期的研究生教學和培養(yǎng)實踐基礎上，開展教材建設工作。研究表明，大學人才培養(yǎng)應以行業(yè)建設和國家需求為導向，適應國家社會和經(jīng)濟發(fā)展的趨勢。課程體系建設是推進人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的抓手，需要根據(jù)實際需求的變化調(diào)整課程體系。教材建設是課程體系建設的主要內(nèi)容，亟需加強交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理領域的教材規(guī)劃和建設工作。

關鍵詞：研究生課程；教學方法；交通基礎設施；養(yǎng)護與決策；課程體系

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）02-0092-04

Abstract： China has built a huge transportation infrastructure network， and the construction of transportation infrastructure has shifted from a "construction oriented" model to a "construction and maintenance oriented" model. Infrastructure maintenance and management will become the main work of transportation construction in China in the future. This change in situation has put forward new demands for talent cultivation in universities. This article introduces the history of talent cultivation for transportation infrastructure maintenance and management in China， explores the needs and curriculum construction issues for talent cultivation in transportation infrastructure maintenance and management at different historical stages， and considers the existing problems. On the basis of long-term teaching and training practices， the textbook for graduate student was complied. Research has shown that talent cultivation in universities should be guided by industry construction and national needs， adapting to the trends of national social and economic development. The construction of curriculum system is the key to promoting the improvement of talent cultivation quality， and it is necessary to adjust the curriculum system according to changes in actual needs. The construction of textbooks is the main content of the curriculum system construction， and there is an urgent need to strengthen the planning and construction of textbooks in the field of transportation infrastructure maintenance and management.

Keywords： postgraduate courses; teaching method; transportation infrastructure; conservation and decision-making; curriculum system

交通基礎設施涵蓋范圍較廣。根據(jù)交通運輸部統(tǒng)計，截至2021年底，全國鐵路營業(yè)里程達到15.0萬km，其中高鐵營業(yè)里程達到4.0萬km。鐵路復線率為59.5%，電氣化率為73.3%。全國鐵路路網(wǎng)密度156.7 km/萬km2。截至2021年底，全國公路總里程528.07萬km，比上年末增加8.26萬km。公路網(wǎng)密度55.01 km/100 km2，增加0.86 km/100 km2。公路養(yǎng)護里程525.16萬km，占公路總里程比重為99.4%[1]。水運和航運交通也取得舉世矚目的建設成就。但另一方面，龐大的基礎設施存量帶來了巨大的養(yǎng)護維修和管理的工作任務。以道路工程為例，根據(jù)有關部門的不完全統(tǒng)計，2015年，我國用于公路養(yǎng)護的資金達到3 389.9億元。在養(yǎng)護工作內(nèi)容方面，國、省干道路面大中修率在15%以上，每年路面大修養(yǎng)護工程量達到50萬km以上，大修養(yǎng)護費用達到數(shù)千億元乃至萬億元以上[2-3]。我國的交通基礎設施建設已經(jīng)進入“建、養(yǎng)并重”的新時代，亟需培養(yǎng)能夠承擔交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理工作的高素質(zhì)、創(chuàng)新型專門人才[4]。

我國交通基礎設施建設的變化為高等院校人才培養(yǎng)提出了新的需求。我國交通基礎設施建設歷史相對較短，過去在本科生和研究生培養(yǎng)中對交通基礎設施養(yǎng)護管理內(nèi)容重視度不足。作者在道路交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理領域進行了多年的教學實踐，開展了道路交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理領域的課程建設，形成了比較系統(tǒng)的教學方法和課程教材，本文對此進行介紹。

一? 課程建設背景及歷程

（一）? 我國交通基礎設施養(yǎng)護管理人才培養(yǎng)簡要歷史

20世紀七十年代末、八十年代初，我國實施改革開放政策，交通基礎設施建設也進入到快速發(fā)展的起步階段，部分大學設置了公路工程、公路與城市道路等專業(yè)，為交通基礎設施培養(yǎng)專門建設人才。當時，我國的交通基礎設施主要以“建設為主”，人才培養(yǎng)也以工程建設人才為主，但也兼顧養(yǎng)護維修知識的傳授，一般以“了解”型知識為主。到20世紀九十年代末和本世紀初，我國已經(jīng)初步建設了完善的交通基礎設施網(wǎng)絡，同時八十年代修建的基礎設施進入使用壽命末期，面臨大修改造。針對此新形勢，各大學開設了諸如路面管理系統(tǒng)[5]、公路養(yǎng)護與管理[6]等本科生或研究生課程，開展從事道路基礎設施養(yǎng)護維修和管理的專門人才的培養(yǎng)工作。

近十多年來，我國道路交通基礎設施建設取得了舉世矚目的成就，基礎設施存量龐大，養(yǎng)護維修工作日益重要，國家相繼頒布了道路養(yǎng)護維修和管理相關的技術標準和規(guī)范[7-8]?；A設施的科學、合理養(yǎng)護維修不僅關系到道路基礎設施能否為使用者提供安全、舒適的服務，還關系到經(jīng)濟效益、環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展等重大問題。在本科生或研究生階段加強交通基礎設施養(yǎng)護管理知識的培養(yǎng)具有非常重要的意義，也是交通強國建設的迫切需求[9]。2018年，國務院學位委員會辦公室委托學科評議組組織編寫《研究生核心課程指南》，“交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策”成為“面向‘交通基礎設施工程’主干學科方向、兼顧一級學科各方向的一門專業(yè)技術課程”，使我國交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理人才培養(yǎng)進入新的階段。

（二）? 道路交通基礎設施養(yǎng)護管理課程建設歷程

北京工業(yè)大學在1961年建校初期即設置了公路與城市道路專業(yè)，1981年獲得了公路與城市道路學科碩士學位授予權，2000年獲得道路與鐵道工程學科碩士學位授予權，并于2007年成為北京市重點建設學科。2009年北京工業(yè)大學獲得交通運輸工程一級學科博士學位授予權，為道路交通專業(yè)的人才培養(yǎng)提供了新的契機。

北京工業(yè)大學在2000年前后開設了研究生課程路面養(yǎng)護管理，該課程重點介紹基于路面管理系統(tǒng)（PMS）的發(fā)展歷史、基本功能、基本構(gòu)架，介紹路面性能評價、預測、養(yǎng)護決策等相關知識，并結(jié)合北京市相關單位的路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)建設工作，介紹路面管理系統(tǒng)的操作、使用、運維等實踐知識。但當時我國在該領域的理論和技術積淀不足，所介紹的理論、模型和技術等主要來源于國外發(fā)達國家。

隨著我國道路基礎設施養(yǎng)護維修和管理工作的大幅增加和重要性的提升，社會對于路面養(yǎng)護維修和管理相關領域的人才需求也在增加，北京工業(yè)大學改革路面管理系統(tǒng)課程，相繼設置了碩士研究生課程路面養(yǎng)護與管理、路面管理與養(yǎng)護技術以及博士研究生課程路面性能分析與評價。路面養(yǎng)護與管理主要介紹路面性能檢測、評價和預測，以及路面養(yǎng)護決策等內(nèi)容。路面管理與養(yǎng)護技術則偏重于路面病害機理分析、病害調(diào)查與分類、路面大中修養(yǎng)護維修技術等內(nèi)容。路面性能分析與評價為博士研究生課程，重點對路面性能評價模型和預測模型、路面養(yǎng)護維修決策優(yōu)化方法等進行介紹。

結(jié)合國務院學位委員會辦公室委托學科評議組組織編寫的《研究生核心課程指南》的要求， 2018年合并路面養(yǎng)護與管理、路面管理與養(yǎng)護技術、路面性能分析與評價等三門課程，設置了交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策原理學術型研究生課程。該課程考慮北京工業(yè)大學交通運輸工程學科特點，主要以道路基礎設施（路面）的養(yǎng)護維修和管理為核心進行課程的講授，授課對象為碩博貫通的學術型碩士研究生和博士研究生。該課程以“交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策原理”為基本遵循，主要內(nèi)容包括：道路基礎設施的性能檢測、技術狀況評估、技術性能預測、養(yǎng)護維修技術和方法、養(yǎng)護維修方案經(jīng)濟性評價、全壽命分析與優(yōu)化和養(yǎng)護管理系統(tǒng)構(gòu)建等。經(jīng)過多年教學實踐，形成了如圖1所示的教學內(nèi)容和教學理念框架圖。

交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策原理主要包括三大部分。第一部分包括路面病害、路面技術性能評價及其預測方法，介紹路面性能國內(nèi)外評價指標的發(fā)展歷史和基本原理，介紹路面性能預測模型建模基本理論。結(jié)合大數(shù)據(jù)、機器學習等先進方法，介紹基于我國路面檢測大數(shù)據(jù)的路面性能衰變預測方法、基于機器學習的路面病害識別方法、基于新興技術的路面性能智能檢測和評價方法等。第二部分主要為路面養(yǎng)護決策及其優(yōu)化的理論和方法，包括路面養(yǎng)護維修工程經(jīng)濟分析方法、路面養(yǎng)護維修方案的全壽命周期評價方法、路面養(yǎng)護決策優(yōu)化理論及交通和環(huán)境約束下的養(yǎng)護維修決策等。第三部分為路面養(yǎng)護維修和管理的實施，主要包括道路路面養(yǎng)護規(guī)劃編制理論和方法、路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)功能及其構(gòu)建等，拓展學生的知識面，熟悉路面養(yǎng)護管理工作的基本狀況。

通過多年的課程建設和教學實踐，道路設施養(yǎng)護維修和管理領域的課程教學形成了比較完善的體系。研究生教材建設是高等學校的一項基本建設，是關系研究生教學質(zhì)量提高和教學改革成效的關鍵所在[10]，一直是我國研究生教育面臨的難點問題[11]。為此，在多年研究和教學實踐基礎上，編著了《交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策》研究生教材。該教材主要內(nèi)容如下。

第一章為緒論，包括交通基礎設施概論、道路路面概述、路面性能的研究歷史和路面養(yǎng)護維修決策的科學問題等。第二章為路面技術性能評價指標及其采集方法，包括路面性能分類概述、我國常用路面性能評價指標、路面功能性附加評價指標等。第三章為路面性能評價方法與評價指標，包括我國公路技術狀況和路面性能方法、城市道路設施技術狀況評定方法與指標簡介、道路設施技術狀況評價案例、基于統(tǒng)計特征的瀝青路面平整度評價方法研究案例、水泥路面抗滑性能評價研究案例、瀝青路面抗滑性能評價研究案例、路面技術狀況評價指標細化研究案例和基于主客觀評價的路面性能評價方法研究案例等。第四章為路面性能預測方法，包括路面性能預測基本理論和方法、基于流動性塑性變形的車轍深度預測方法研究案例、基于不同養(yǎng)護狀態(tài)的路面性能預測方法研究案例、基于機器學習方法的路面性能預測方法研究案例、考慮指標細化的路面使用性能指數(shù)（PQI）預測模型構(gòu)建及應用研究案例等。第五章為路面養(yǎng)護分類與養(yǎng)護技術，包括道路設施病害調(diào)查和分析方法、道路路面養(yǎng)護工程分類、典型路面預防性養(yǎng)護維修技術、在役瀝青路面養(yǎng)護分類決策技術研究與實施案例等。第六章為道路路面養(yǎng)護維修費用分析，包括全壽命周期理論、壽命周期費用分析、經(jīng)濟分析比較的方法、路面養(yǎng)護管理的效益與費用分析方法、基于全壽命周期分析的養(yǎng)護規(guī)劃編制案例與考慮交通和環(huán)境約束的路面養(yǎng)護效益分析案例等。第七章為路面養(yǎng)護維修決策與優(yōu)化理論，包括養(yǎng)護排序方法、網(wǎng)級路面養(yǎng)護決策的數(shù)學優(yōu)化模型、網(wǎng)級養(yǎng)護決策的馬爾可夫決策過程和高速公路路面養(yǎng)護維修決策研究案例等。第八章為路面養(yǎng)護管理系統(tǒng)簡介，包括路面管理系統(tǒng)的含義及發(fā)展歷史、路面管理系統(tǒng)（PMS）簡介，多以我國公路資產(chǎn)管理系統(tǒng)等案例進行簡要介紹等。

該研究生教材注重研究生教學特點，在涵蓋道路路面養(yǎng)護維修和管理所涉及內(nèi)容基礎上，兼顧科學理論、工程技術內(nèi)容的有機結(jié)合，并以實際工程案例闡述基本理論和技術的應用方法，教材和課程具有顯著的研究性特色。另外，該教材吸收最新的研究成果，對基于大數(shù)據(jù)、機器學習的路面性能評價和預測模型，養(yǎng)護維修方案的環(huán)保性評價，基于行車質(zhì)量的路面性能評價，路面技術性能的智能檢測和評價等進行介紹，使路面養(yǎng)護維修和管理決策更加適應我國科學技術發(fā)展水平、滿足我國社會經(jīng)濟發(fā)展的實際要求，具有較大的創(chuàng)新性，將對提升該課程的教學質(zhì)量起到重要的保證作用。

二? 課程建設成效

經(jīng)過多年探索和課程建設，北京工業(yè)大學交通運輸工程學科道路設施養(yǎng)護維修與管理方向的研究生教學取得較好的成效，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

課程建設和教學取得良好效果。交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策原理課程是北京工業(yè)大學交通運輸工程學科研究生培養(yǎng)的專業(yè)學位課程，面向?qū)W術型碩士研究生和博士研究生開設，學生選擇該課程的積極性較高、教學效果良好。

編著了創(chuàng)新性教材。在學校多年大力支持下，經(jīng)過多年教學實踐和研究，形成了完善、系統(tǒng)的教學內(nèi)容和體系，立項進行教材建設，完成了《交通基礎設施評價與養(yǎng)護決策》教材的編著，并將由科學出版社出版。該教材也是目前國內(nèi)不多見的、道路基礎設施養(yǎng)護維修與管理方面的研究生教材，在知識體系、基礎理論、養(yǎng)護決策方法等方面具有一定的創(chuàng)新性。

人才培養(yǎng)取得良好效果。伴隨著課程建設和改革，道路基礎設施養(yǎng)護維修和管理方向人才培養(yǎng)取得良好效果。眾多畢業(yè)研究生在北京首都公路發(fā)展集團有限公司、中公高科養(yǎng)護科技股份有限公司、北京市政路橋管理養(yǎng)護集團等單位從事道路設施養(yǎng)護管理的相關技術工作，在我國的交通基礎設施養(yǎng)護管理中發(fā)揮著重要作用。

教學相長加強了教師隊伍建設。目前，北京工業(yè)大學交通運輸工程學科從事道路養(yǎng)護與管理的教師隊伍不斷擴大，研究領域涵蓋路面病害的智能識別、路面性能評價和預測、路面養(yǎng)護維修決策、養(yǎng)護維修新材料等各領域，取得發(fā)表高水平研究論文、出版專著等研究成果，承擔和參與多項國家自然科學基金、國家重大研發(fā)計劃等項目。作者等人研發(fā)的“路面平整度和車轍的快速智能檢測評價技術”、出版的專著《瀝青路面養(yǎng)護決策理論與方法》成為2022年度交通運輸部交通運輸重大科技創(chuàng)新成果庫入庫成果，在全國進行推廣應用。

三? 總結(jié)與思考

教育應為社會和經(jīng)濟發(fā)展服務。交通運輸事業(yè)的發(fā)展及其不同階段為大學人才培養(yǎng)提出了不同的需求。隨著我國龐大交通基礎設施網(wǎng)絡的逐步建成，基礎設施的養(yǎng)護維修和管理正成為我國交通建設的核心內(nèi)容。本文開展的道路基礎設施養(yǎng)護維修和管理領域研究生課程建設，符合了我國交通建設的發(fā)展趨勢，取得明顯效果。但還存在以下一些問題需要進一步探索。

從“以建為主”向“建養(yǎng)并重”發(fā)展是一個長期的過程，需要社會、行業(yè)和大學共同協(xié)作承擔人才培養(yǎng)的任務。目前，在道路養(yǎng)護維修和管理領域的科學、技術研究比較繁榮，新技術、新材料、新方法不斷涌現(xiàn)，但大學的本科生和研究生教學內(nèi)容相對比較陳舊，教學內(nèi)容、課程建設、教材建設等落后于工程實際。今后有待于將新的科學和技術成果納入教學過程，開設更多的創(chuàng)新性課程，培養(yǎng)更多的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才。

本文介紹的道路交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理課程，主要面向研究生教學，而本科生教學大多還處于前述的本世紀初的教學內(nèi)容，還不能適應我國交通基礎設施建設“建養(yǎng)并重”的實際情況。今后有待于編寫適合本科生的教材，培養(yǎng)可從事道路基礎設施養(yǎng)護維修和管理的本科生人才隊伍。

工科教育離不開工程實踐，道路交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理領域的教學也是如此。我國經(jīng)歷了40多年的道路交通基礎設施建設的高速發(fā)展時期，也積累了道路設施建設、大中修養(yǎng)護、路面性能檢測數(shù)據(jù)等豐富資料，但目前這些資料尚沒有在人才培養(yǎng)工作中得到充分體現(xiàn)，數(shù)據(jù)的開放度和完整性等都有待于形成科學的體系。今后應形成產(chǎn)學協(xié)作的人才培養(yǎng)體系，建設道路交通基礎設施養(yǎng)護維修和管理的實踐和實驗教學平臺，提升教學效果。

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