淺談路面管理系統(tǒng)

1、淺談路面管理系統(tǒng) 路面管理系統(tǒng)讀書筆記前言：隨著國民經(jīng)濟和公路事業(yè)的不斷發(fā)展，交通量也迅猛增加。目前，路網(wǎng)建設(shè)已初具規(guī)模，部分公路已進入養(yǎng)護周期，公路管理部門面臨的主要任務(wù)將從建設(shè)公路網(wǎng)轉(zhuǎn)向養(yǎng)護、改建、維護和改善現(xiàn)有公路網(wǎng)。實踐證明，路面管理系統(tǒng)(Pavement Management System，PMS)是進行公路養(yǎng)護管理的有力工具。 在系統(tǒng)的看完姚祖康老師編寫的路面管理系統(tǒng)一書及查看了相關(guān)資料之后，對路面管理系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識和了解。1 路面管理系統(tǒng)(PMS)的定義 路面管理系統(tǒng)(PMS)在不同的國家有著不同的定義。 美國AASHTO路面系統(tǒng)指南中將PMS定

2、義為：用于決策者在公路評價養(yǎng)護中尋求投資有效分配方案的工具； 澳大利亞定義路面管理系統(tǒng)為：用于優(yōu)化利用路面養(yǎng)護可用資源，包括信息采集、信息分析和方案決策的一種管理方法； 在我國將其定義為：路面管理過程中協(xié)調(diào)和控制同路面有關(guān)的各項活動，其目的是使管理部門能夠有效地使用資源(資金、勞動力、工具設(shè)備、材料、能源等)，以最低的資源消耗提供并維持預(yù)定使用期內(nèi)具有足夠服務(wù)水平的路面。簡單講，路面管理系統(tǒng)就是綜合運用計算機技術(shù)、道路工程理 論、工程經(jīng)濟分析、系統(tǒng)工程技術(shù)等對現(xiàn)有公路路面進行養(yǎng)護管理的綜合性管理技術(shù)。 2 路面管理系統(tǒng)(PMS)的分類2.1網(wǎng)級路面管理系統(tǒng)網(wǎng)級路面

3、管理系統(tǒng)的范圍，包括一個地區(qū)(省、市)的公路網(wǎng)或一大批工程項目。它的主要任務(wù)是為管理部門在進行關(guān)鍵性的行政決策時提供對策。2.2項目級路面管理系統(tǒng)項目級路面管理系統(tǒng)是針對一個工程項目，依據(jù)網(wǎng)級系統(tǒng)所給定的約束條件。如：采取哪一類養(yǎng)護、改建或新建措施、可分配到的最高投資額及在預(yù)定期限內(nèi)應(yīng)具有的使用性能指標(biāo)，以及對某計劃項目有關(guān)的設(shè)計、施工、養(yǎng)護和改建活動組織協(xié)調(diào)在一起進行周詳?shù)脑O(shè)計方案優(yōu)化分析。利用所采集到的路面使用性能參數(shù)及材料、交通和環(huán)境等數(shù)據(jù)，通過路面結(jié)構(gòu)損壞分析和路面使用性能分析，對其在分析期進行費用分析，同時，對各方案的分析結(jié)果做出經(jīng)濟評價。它的主要任務(wù)是為管理部門對某一工程進行技術(shù)決

4、策時提供對策，以選擇費用一效果最佳的方案。3 路面管理系統(tǒng)(PMS)的組成 路面管理系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、路面性能評價、路面性能預(yù)測和路面養(yǎng)護決策四部分組成，如圖1所示。 31 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)管理是路面管理系統(tǒng)中的首要問題。由于路面管理系統(tǒng)必須建立在大量信息的基礎(chǔ)上，并以數(shù)據(jù)作為支持，因而需要對數(shù)據(jù)進行管理。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)又分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫管理。 311 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集是運用客觀科學(xué)的數(shù)據(jù)采集方法，采集路面狀況數(shù)據(jù)，建立路面使用性能預(yù)估模型，進行路面使用性能的評價，并對路面性能滿足使用要求的程度作出判斷。根據(jù)判斷結(jié)果，可以判別路面狀

5、況是否適應(yīng)目前的交通和使用要求，了解路網(wǎng)的服務(wù)水平，確定路網(wǎng)內(nèi)那些路段需要采取養(yǎng)護和改建措施以及采取何種措施較為合適。 需要采集的路面狀況數(shù)據(jù)主要有平整度、路面損壞、結(jié)構(gòu)承載力和抗滑能力四個。其檢測方法及評價指標(biāo)見表1。這些也是道路養(yǎng)護和改建計劃編制的依據(jù)。同時，還應(yīng)該收集交通特性數(shù)據(jù)，包括交通量和交通量在道路空間上的分布及軸載信息。表1路面狀況檢測設(shè)備及檢測指標(biāo)序號采件指標(biāo)一般檢測設(shè)備檢測指標(biāo)1路面損壞(病害)直 尺、病害數(shù)據(jù)采集儀、路面攝像車2平整度斷面類平整度測定水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)尺1、平均調(diào)整坡2、縱斷面平整度指標(biāo)：功率譜分析豎向加速度均方根直尺指數(shù)3、國際平整度指數(shù)梁式斷面儀慣性斷

6、面儀反應(yīng)類平整度測定傳感器和顯示器組成的儀器主觀評估法3強度(彎沉)靜態(tài)彎沉測定貝克曼彎沉儀自動彎沉儀動態(tài)態(tài)彎沉測定穩(wěn)態(tài)彎沉儀脈沖或落錘彎沉儀4抗滑制動距離法鎖輪拖車法偏轉(zhuǎn)輪拖車法可攜式擺式儀測定法粗構(gòu)造深度測定我國在路面管理系統(tǒng)PMS的推廣過程中，強調(diào)了路面狀況數(shù)據(jù)的重要性。卻忽略了交通特性數(shù)據(jù)的重要性。國內(nèi)外預(yù)測模型的敏感性分析表明。交通數(shù)據(jù)是最敏感的輸入數(shù)據(jù)。交通特性數(shù)據(jù)微小的變化，可能對路面狀況預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生很大影響。 312 數(shù)據(jù)庫管理  路面管理系統(tǒng)是借助于計算機技術(shù)進行路面養(yǎng)護評價、預(yù)測、分析和決策的計算機輔助決策系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫是這一系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)所需

7、的各種路況數(shù)據(jù)以不同的方式采集后輸入計算機，通過數(shù)據(jù)庫加以處理和管理，為系統(tǒng)的網(wǎng)級及項目級決策提供所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫通常包含以下幾類信息：路段劃分和識別、幾何數(shù)據(jù)、路面結(jié)構(gòu)、交通、使用性能數(shù)據(jù)、設(shè)計和施工數(shù)據(jù)、養(yǎng)護和改建數(shù)據(jù)、環(huán)境(降水、溫度等)、公路歷史、單價等應(yīng)充分利用管理數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進行加工、處理，給路線、區(qū)間和路段進行編碼、分段，使不同的數(shù)據(jù)存放在不同的層次上，以便系統(tǒng)能夠快速高效地進行檢索、查詢、數(shù)理統(tǒng)計、分析。在此基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)庫。  數(shù)據(jù)庫管理有以下基本功能：a)數(shù)據(jù)的輸入、更改、輸出；b)數(shù)據(jù)的檢索查詢；c)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析；d)為網(wǎng)級系統(tǒng)提供決

8、策數(shù)據(jù)；e)為項目級系統(tǒng)提供工程分析數(shù)據(jù)。 32 路面性能評價 路面使用性能評價是依據(jù)采集的路面狀況數(shù)據(jù)，判斷目前道路狀況是否滿足交通要求，所得結(jié)果將作為是否采取養(yǎng)護和改建措施以及采取何種措施的依據(jù)。  路面使用性能單項評價主要包括四個方面：路面行駛質(zhì)量、路面損壞狀況、結(jié)構(gòu)承載能力及路面抗滑能力。路面行駛質(zhì)量、路面損壞狀況通過主觀評分，評分結(jié)果整理、數(shù)據(jù)分析分別對照標(biāo)準(zhǔn)駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面狀況指數(shù)PCI進行評價。結(jié)構(gòu)承載能力通過無破損彎沉試驗評定結(jié)合路面狀況指數(shù)PCI進行評價。路面抗滑能力以擺式儀測定SRV為指標(biāo)。這些指標(biāo)都是通過主、客觀相結(jié)合的方法建立的，即一

9、方面通過專家對路面狀況進行定性的打分，另一方面利用各種檢測儀器對路面進行客觀定量的檢測，將這兩個方面結(jié)合起來，用以建立路面性能的評價標(biāo)準(zhǔn)。這些指標(biāo)可能采取的分制不同，不同的分制對客觀路面破損的給分敏感性是不同的，其間的差別還有待于進一步的研究。在路面綜合評價指標(biāo)模型中，對多個物理指標(biāo)的評價結(jié)果，一般采用綜合評價方法，即通過對不同的單項指標(biāo)加權(quán)求和而得，如AASHO的PSI(路面現(xiàn)時服務(wù)性能指數(shù))， 日本的MCI(養(yǎng)護管理指數(shù))。我國采用PQI作為評價指標(biāo)，其值由上述四個分項指標(biāo)加權(quán)計算得出。 使用性能評價采用狀態(tài)向量的形式予以描述。采用綜合評價指標(biāo)R10進行評價路面 33 路面使用性

10、能預(yù)估 為了提出經(jīng)濟可行的路面設(shè)計方案，對各設(shè)計方案進行壽命周期費用分析以及選擇最佳養(yǎng)護和改建對策。需要預(yù)先估計路面在采用新建、設(shè)加鋪層或其他各種養(yǎng)護和改建對策后，其使用性能隨時間或軸載作用次數(shù)的變化規(guī)律，為進行這種預(yù)估而建立的關(guān)系式稱為使用性能預(yù)估模型。各種使用性能預(yù)估模型，可劃分為兩種基本類型：確定型和概率型。其模型類型及建模方法見下表2。表2 路面使用性能預(yù)估模型的類型及建模方法序號使用性能預(yù)估模型模型類型建模方法備注1確定型基本反應(yīng)、結(jié)構(gòu)性能、功能性能和使用壽命模型力學(xué)法力學(xué)-經(jīng)驗法經(jīng)驗回歸法2概率型殘存曲線，馬爾科夫模型，半馬爾科夫模型經(jīng)驗判斷統(tǒng)計分析回歸分析無論采用哪種方

11、法建立使用性能預(yù)估模型，都應(yīng)按照一定的程序進行（1）明確模型的類型和預(yù)估目標(biāo)（2）使用性能變量及其影響變量的選擇（3）數(shù)據(jù)的收集和預(yù)處理。這些數(shù)據(jù)包括：設(shè)計和施工數(shù)據(jù)，養(yǎng)護和改建數(shù)據(jù)、使用性能監(jiān)測數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)環(huán)境因素等。（4）選擇模型形式和結(jié)構(gòu)（5）建立模型及檢驗（6）模型的標(biāo)定無論采用那種模型都有其特定的局限性，這主要是因為：a)建模的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)總是有限的，需要進一步的積累：b)對模型所要反映的使用性能變化的物理性質(zhì)的認(rèn)識和經(jīng)驗積累又總是處于一定的歷史時期，需要不斷深化。 34 路面養(yǎng)護決策 路面養(yǎng)護決策以路面性能評價和預(yù)測為依據(jù)，在路面性能達到某一標(biāo)準(zhǔn)時?？紤]采用相應(yīng)的

12、養(yǎng)護維修措施。一旦采取相應(yīng)的養(yǎng)護維修措施后。路面性能的變化又將影響下一次的養(yǎng)護維修決策。 路面養(yǎng)護決策的確定是一個較為復(fù)雜的過程，它涉及到路面現(xiàn)有的狀況、傳統(tǒng)的對策模式、決策者的經(jīng)驗知識和價值觀念。以及可能的政策干預(yù)等諸多因素。決策模型在路面管理中的應(yīng)用可追溯到20世紀(jì)60年代的AASHTO試驗路，20世紀(jì)70年代采用的決策模型是項目級工具，后來一些機構(gòu)開始采用壽命周期分析方法(LLC)來分析大中修措施。目前路面管理系統(tǒng)從最簡單的排序方法到復(fù)雜的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法都有涉及。主要包括決策樹、排序、近似優(yōu)化和純數(shù)學(xué)規(guī)劃。數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的出現(xiàn)一度解決了規(guī)劃期內(nèi)最佳養(yǎng)護和改建策略問題。但實際應(yīng)用中純

13、數(shù)學(xué)的工具不一定可行。隨著計算量和數(shù)據(jù)采集的要求，在項目級上進行整個網(wǎng)絡(luò)的多年完全決策是十分困難的， 因此出現(xiàn)了各種近似的優(yōu)化方法。目前國際上采用的近似優(yōu)化決策方法主要集中在兩個方面， 即集成(Aggregation)和啟發(fā)(Heuristic)。 3.5經(jīng)濟分析評價在對路面系統(tǒng)進行上述一系列性能的評價之后還要進行經(jīng)濟評價。應(yīng)全面考慮壽命周期內(nèi)的全部費用包括：修建、養(yǎng)護、改建、用戶費用等，采用壽命周期費用分析，運用經(jīng)濟上現(xiàn)值法、年費用法、收益率法、收益-費用比法、費用-效果法等進行經(jīng)濟可行性分析。3.6優(yōu)化路面管理系統(tǒng)的目標(biāo)就是用最小的費用實現(xiàn)預(yù)定的性能。因此進行項目排序和方案優(yōu)化是路面管理系統(tǒng)的核心部分。排序可以按照使用性能參數(shù)排序和按進價分析參數(shù)排序。路面管理系統(tǒng)的優(yōu)化分為靜態(tài)優(yōu)化和動態(tài)優(yōu)化。靜態(tài)優(yōu)化法有線性規(guī)劃法，動態(tài)優(yōu)化法有動態(tài)規(guī)劃法4 結(jié)語 隨著高速公路里程的快速增長，我國已經(jīng)進入高速公路養(yǎng)護和管理的全新時期，路面管理系統(tǒng)正是為了適