雷宗建， 熊 巍

(1.湖北省高速公路实业开发有限公司， 湖北 武汉 430051； 2.湖北交投投资开发有限公司， 湖北 武汉 430051)

目前，我国高速公路通车里程已达15万公里，但线路分散、区域分治，让养护管理很难做到“一盘棋”统筹。路况水平各有差异，管理者的主观因素也让区域养护资源分配不尽科学[1]。科学分配有限的资源到最需要的路段，除了需要具有统筹管理思维和网级决策理念，还需要借助大数据分析和信息化手段[2]。

近年，国内各省市开发了一批公路养护管理信息平台，但由于地方资金有限或缺乏顶层设计，通常或功能较为单一，或与实际管理联系不紧，缺少系统性和实用性，滋生了一些“花架子”信息平台，甚至造成了社会对养护信息化管理的误解。因此，结合国内典型的高速公路管养模式，开发适用于区域养护管理的信息系统，从而借助信息化手段开展养护项目精细化管理和养护管理科学决策很有必要。

1 养护信息化管理的不足

公路养护管理信息包括地理信息、资产信息、检评信息、工程实施、监督考核等，类型多、数量大、更新周期快、相互关联杂，缺乏深层挖掘利用。相对于我国公路建设，公路养护信息管理和应用还相对滞后[3-5]，主要表现在：

1) 信息采集与应用需求脱节。各类信息采集缺乏统筹规划，管理归属多个部门，信息类别以路况指标、交通组成为主，且未与公路属性信息与地理信息有效融合，尤其是用以建模和决策分析的可靠数据严重不足，制约了深层应用。

2) 信息平台缺乏高效性和智能化。各类养护信息平台多用于数据储存和局部项目管理，针对性和适应性不强，分析数据和应用数据能力有限，难以利用数据有效辅助决策，急需提高信息利用效率，促进信息为养护管理服务。

3) 养护资源配置缺乏统筹考虑和网级决策。由于各路段管理者主观因素和路况差异，计划编制仅考虑所管路段情况，资金充裕则“小病大修”，资金紧张则“大病小修”甚至不修，缺乏对整个路网养护需求和资金总量的统筹安排。

4) 养护工程管理缺乏精细化和标准化。养护工程全过程包括巡查检评、计划编制、工程实施、监督考核、计量结算等环节。现有的信息平台很少能实现养护全过程的线上管理，已经实现的进度、计量等局部管理也存在精细化程度不够、实用性不强的问题。

5) 桥隧等特殊结构管理针对性不足。桥隧、高边坡等结构复杂，病害难以察觉且危害大，应有针对性地建立相关系统，实行科学管控，保证结构安全，但目前这方面的信息化管理研究不够深、应用不够广。

2 系统设计原则

本系统主要基于省级区域路网养护管理和决策需求设计，借助信息化辅助手段实现高速公路养护管理科学高效、降本提质的总体目标。具体设计原则如下[6]：

1) 功能实用可靠。应具有路网地理信息平台、公路资产信息数据库、养护工程精细化管理、特殊结构运营监测、养护网级辅助决策等功能，充分满足运营养护管控需求。

2) 格式统一规范。数据格式与报表输出要求、数据填报与资料上传口径、地理信息参考坐标系(CGCS2000)、控制性节点视频监控接口等均应统一。

3) 功能可扩充性。总控平台能根据区域路网建成规模扩充多条建成公路，能结合管控模式需要扩充更多细节功能，满足精细化管理需求。

4) 辅助决策支持。能够基于网级决策理念，综合考虑路况指标、交通组成、经济需求、历史养护方案效果等因素，科学选择养护方案、分配养护资金和资源投入。

3 系统架构设计

系统以GIS技术和.NET开发环境，采用云服务器建立数据库。在统一坐标系(CGCS2000)下将公路地理信息、资产信息和属性信息集成，赋予公路资产以地理属性，实现电子地图、监控影像、路线信息(.dwg)等数据对象的自动关联、显示和管理[6]。

系统基于统一的工程架构体系，在结构上具有数据互联、架构完整、逻辑清晰的特点。根据应用要求，系统共分为数据资源层和业务应用层，既可基于Internet访问，同时增加了移动APP访问端，可实现了手机终端的数据填报、访问查询、流程审批等，随时随地、远程协同、快捷便利，系统架构见图1。

图1 高速公路网级养护管理信息系统架构

4 系统功能设计

路网可视化地理信息平台是基于GIS技术，结合行政区划、地貌特征、沿线设施等地理空间数据，标绘路线及里程桩号，对长大桥梁、隧道、高边坡等关键节点进行三维可视化建模并标绘三维详图，通过路网地理信息和属性信息的关联，使路网养护管理更形象直观。在路网可视化地理信息平台基础上，主要开发公路资产信息数据库、养护工程精细化管理、特殊结构运营监测、养护网级辅助决策等4大功能模块，系统功能见图2。

图2 高速公路养护管理信息系统功能

4.1 公路资产信息数据库

按照在管理中的作用，可将公路数据分为基础数据和分析数据。基础数据是对公路空间结构和属性的描述；分析数据是在管理过程中生成的，是对基础数据进行分析和计算的结果。

基础数据又可分为空间数据和属性数据。空间数据表达了实体的几何位置信息，如节点坐标、桩号等；属性数据表达了实体的属性，如路段长度、等级、编号等。属性数据和空间数据经过整理、分层处理和相互关联，成为数据分析与计算的信息获取途径。

公路资产信息数据库可录入区域高速公路路线几何、结构构造、沿线设施等资产信息，定期采集和更新交通组成、技术状况、建养历史、地理信息等公路属性数据，形成区域高速公路的电子信息档案，为分析应用提供基础依据，数据类型及逻辑结构见图3。

4.2 养护工程精细化管理

4.2.1小修保养管理

小修保养管理主要包括养护路况巡查、巡查轨迹监督、养护任务申报、养护任务审批、施工动态上传、处治效果查询、养护质量评比、养护计量与支付等过程管理。所有过程可通过移动APP的编辑、拍照等功能，实时远程录入和审批。通过远程协同和无纸化办公，可大幅提高日常小修保养的管控质量和管理效率，增加了工程管理的透明度。

图3 公路数据类型及逻辑结构图

4.2.2大中修及专项养护管理

结合大中修及专项养护工程项目的管理层级、管理内容和管理流程，设计开发相应的管理系统模块，借助系统平台和移动互联网，实现包括系统平台管理、基础数据管理、养护计划管理、工程合同管理、养护方案审批、养护工程实施、养护设备管理、材料质量管理、工程质量验收、工程计量支付、综合信息查询等项目管理工作。

1) 系统平台管理。对全局养护组织机构、用户权限进行维护和管理，并提供资料库、信息公告、交流论坛等内容。

2) 基础数据管理。建立标准规范的公路设施数据库，用于公路基础设施数据的统一编辑、管理与维护。

3) 养护计划管理。用于对养护管理单位年养护经费计划和实际养护执行情况的登记管理，了解掌握养护工作整体开展情况

4) 用户巡查管理。用于进行各类巡查检查工作的填报，包括日常巡查、桥梁检查、隧道检查、涵洞检查等，为养护施工任务安排、路况变化、路况评定提供依据。

5) 养护工程管理。包括工程合同管理、施工任务安排、工程过程管理(工程实施、工程计量、工程结算)等内容。

6) 养护工作考核。用于上级管理单位对下级管理单位的管理工作考核，也可用于管理单位对各养护承包单位进行稽查考核，并具备个人考核功能。

7) 养护设备管理。用于对设备基本信息，设备调拨、维修、保养，设备日常使用情况的登记工作，同时提供各类养护设备报表的浏览、打印、查询。

8) 养护材料管理。用于对材料基本信息、材料采购、材料出入库情况的登记工作，并具备材料使用摊销统计功能。

9) 综合信息查询。提供方便快捷的设施数据查询功能和养护业务数据查询功能，并提供查询结果的报表打印、Excel导出等功能，方便用户快速查阅和导出需要的数据。

4.3 特殊结构运营监测

桥梁与隧道是高速公路运营和养护管理的重点和难点，应急突发情况会相对较多。应针对性地建立相关系统，实行科学管控，保证结构安全。

1) 特殊工程结构三维数据详图。应用GIS和BIM技术，建立长大桥隧、高边坡等特殊结构的三维模型，并加载基础信息数据，形成网络化部署的实体仿真系统。

2) 长大桥隧健康监测系统。包括荷载监测、环境监测、结构静力监测、动载响应监测，收集监测数据并通过网络传输到系统平台进行存储、处理、分析和显示。

3) 特殊结构信息数据库。整合桥隧的建设资料、三维仿真模型、运营监测数据、养护历史信息等，建立相对独立的信息数据库以便重点分析应用。

4) 特殊结构养护工程管理。包括养护预警、养护计划、方案审批、工程实施、设备管理、材料质量、工程验收、计量支付等。

4.4 养护网级辅助决策

在路况评定、路况预测、需求分析的基础上，进行高速公路养护预警。基于周期效益最大化和周期成本最优化，制定科学的养护路段、养护方案，实现养护资金网级分配、养护管理网级决策的功能。

1) 寿命预估与养护预警。根据定期采集和更新的路网属性信息、技术状况指标以及养护方案效果跟踪，建立路桥结构使用寿命预估模型，预估使用寿命和养护时机，分路段、分程度地进行大、中修养护预警。

2) 养护方案与预算分析。结合最新信息数据，根据养护技术对策库，制定预警路段的养护维修方案(一种或多种)，预估各方案使用寿命，结合养护工程量和单价预估各路段、各方案的资金预算，分析周期成本效益。

3) 养护资源网级决策。基于周期成本效益最大化和网级决策理念优化养护资金分布，将有限的养护资金分配到合理的养护路段和养护方案，即实现路网中的养护资金科学分布，为科学化养护决策提供辅助参考。

5 结论与建议

利用自动化采集、大数据分析、人工智能辅助决策等信息化手段，开发具有路网可视化、数据存储与分析、项目精细化管理、特殊结构运营检测、养护网级辅助决策等一体化功能的系统平台，有利于高速公路管理科学高效、降本提质，是未来发展“绩效托管”管养模式的基础保障。但高效实用的养护管理系统必须基于用户管理流程和应用需求设计开发，建议充分结合区域养护管理模式和制度体系定制用户层级、交互界面、功能模块等，提高系统的实用性。