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公路养护管理科学决策的现状和问题
来源:中国公路网 | 作者:临沂市交通建设协会 | 发布时间: 2023-03-17 | 1454 次浏览 | 分享到:

从1984年引进英国的PMS系统开始,我国公路养护管理系统研究和应用历时40载,虽然多数省份或地区均建立了公

路养护管理系统,但仍存在一系列实际问题,例如:养护科学决策应用重量轻效,尚未形成科学决策的完整考核体系;养护科学决策缺乏统一的行业标准、规范,各类决策系统的适用性缺少衡量标准及效果验证;养护资金计划安排存在”头痛医头,脚痛医脚”的现象,投入有限、养护效果差强人意;养护决策主观性强,与检测数据脱节,养护科学决策体系尚未完全建立,科学决策应用覆盖面较低;上下级单位间网络信息沟通不畅,信息报送消耗大,效率不高,养护计划依据不充分;贯彻全寿命周期理念动力不足,主动性不够、能力有限;各类养护管理系统种类繁杂、功能单一、信息割裂、实际应用率低等,这些问题已经成为我国公路养护科学决策发展的主要困扰。为此,建立一套高效的公路养护管理决策体系,提高养护管理的效率和智能化、信息化水平,成为公路养护科学决策发展的重点工作。

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国道242线贵州锦屏县半坡公路文化驿站路段 曹时红 

/ 养护管理决策的发展历程及现状 /

国外道路养护管理决策

国外道路养护管理决策体系是由道路养护管理系统逐步发展而来,主要经历三个阶段。

20世纪60年代末至70年代初 1966年,美国全国公路研究计划(NCHRP)首次提出了路面养护管理系统的概念。在干线道路网基本形成之后,西方发达国家将道路发展的重点由大规模建设转为养护与管理。随着大量路面损坏的出现,面对有限的养护资金,养护管理人员遇到了道路网养护项目科学筛选、养护费用优化分配和养护项目全寿命分析设计等一系列前所未有的复杂问题。如何准确了解道路网使用性能、如何实施路面技术状况客观评价、如何科学地预测道路网的养护需求、用怎样的方法把有限的养护资金分配到最需要养护的路段上等问题,直接影响着资金使用效率及养护效果。

在关注路面损坏检测技术和检测设备的同时,西方发达国家研究了路面使用性能评价方法、评价技术和评价标准。在此基础上,通过路面长期使用性能观测,探索了路面损坏影响因素和路面损坏规律,建立了路面长期性能预测模型。根据系统工程的理论,开发了路面养护分析决策模型、养护资金优化分配模型。利用工程经济原理,研究开发了道路养护投资效益分析技术与方法。基于养护分析理论、方法与技术,北美国家在20世纪先后提出路面养护管理系统PMS(Pavement Management System)概念,并通过计算机技术实现了道路网评价、性能预测、需求分析、养护项目排序和优化决策,开发形成了最早用于网级路面养护辅助决策的系统。

20世纪70年代后期至80年代中期 美国和加拿大约有35个州(省)建成了路面养护管理系统。

截至20世纪80年代末期,不断完善的PMS系统已被公路管理部门采纳作为政府决策确定养护对策的必备程序,一旦决策结果形成后,如果需要更改,则需要拿出充足的证据证明新方案的科学有效性,在此期间产生了许多以PMS为经营主体的科技公司,协助政府或工程企业完成路面养护管理和决策工作。

20世纪90年代至今 20世纪90年代个人电脑技术的发展及普及,使计算机辅助规范化管理成为一种趋势,对路面养护全过程管理的需求越来越旺盛,一些延伸的与日常养护管理工作相关的应用系统也成为路面养护管理系统的重要组成部分。

20世纪90年代初,全美国50个州都已建成和实施了路面养护管理系统,并受“冰茶法案”影响开始推广适用于中小城镇的路面养护管理系统。 

发展至今,道路养护管理系统已在美国、加拿大澳大利亚、日本等发达国家和地区广泛应用。部分非洲、南美洲和东南亚的发展中国家也在世界银行、国际道路协会等机构的帮助下,开始建立和实施符合本国国情的道路养护管理系统。如今,国外有影响力的路面养护管理系统,包括世界银行组织开发的HDM、英国开发的UKPMS及美国开发的道路路面养护管理系统ROADCARE等。英国还通过立法将UKPMS分析结果作为国家路网监控和申请道路养护预算的基本依据。综上所述,部分发达国家的道路养护决策体系主要有三方面特点。

首先,美欧发达国家道路养护管理决策系统建设起步早、发展成熟,早已形成了“路网评价、性能预测、需求分析、养护项目排序和优化决策”的完整框架结构。

通过软件与自动化检测设备的无缝对接,以及数据图像信息采集技术、处理技术、激光录像技术、地理信息技术的应用,智能化道路分析系统能够准确定量评估道路的结构破损和功能破损程度,基本实现了自动化、高速化、精确化。

其次,以世界银行制定的道路设计和养护信息系统(HDM-IV)为代表,道路养护管理系统的各种模型功能齐全(主要包括信息管理、系统分析、资金分配和管理、计划安排与报告),各种预测技术(马尔可夫模型、残存曲线模型、灰色理论、人工神经网络)、决策技术(决策树、排序法、线性规划、动态规划、遗传算法、专家系统、网络优化方法)等较为成熟。

最后,美国大多数地区将道路养护管理决策系统出具的决策方案作为下一年度制定预算的最主要依据,把养护方案受人为因素影的响降到最低。英国通过立法将UKPMS分析结果作为国家路网监控和申请道路养护预算的基本依据。这些都为道路养护管理决策系统的应用及完善提供了良好的基础。

国内公路养护管理系统

国内公路养护管理系统的发展主要经历了三个阶段。起步阶段 我国公路养护管理系统的研究始于1984年。原交通部于1984年引进英国的PMS系统,并在辽宁营口进行试点,这是我国公路养护管理系统研究和应用的开始。1988年,原交通部在云南引进了世界银行的HDMIII道路养护标准模型,成为我国在公路养护领域开展经济分析研究的先例,研究成果为干线公路路面评价养护系统(Chinese Pavement Management System,简称CPMS)提供了方法和经验。

加速发展阶段 “七五”到“九五”期间,是我国公路养护管理系统的加速发展阶段。 

深入发展阶段 近年来,我国公路养护管理系统开始由传统统计分析向智能化、可视化、科学化的方向发展。

在交通运输部系统管理软件之外,许多科研机构、高校与各省份养护部门也开发了不同类型的公路养护管理系统,主要融合了现代通讯技术、自动采集技术、GIS地理信息技术、可视化展示技术的业务,部分软件还提供了决策及服务平台。

/ 国内公路养护决策体系存在的问题 /

2016年6月,交通运输部正式印发了《“十三五”公路养护管理发展纲要》,明确指出“推进养护转型,推行养护决策科学化。推动自动化快速检测技术应用,探索建立以公路病害为导向的回溯机制,分析性能衰减规律和病害成因,逐步完善行业监管制度和技术措施。推进养护决策支撑信息系统建设,推广普及科学决策技术,科学制定养护投资计划,合理选用养护技术方案”的要求,国内已有或正在开发的公路养护管理系统达20余种,多数省份或地区的公路管理部门均建立了本地区的公路养护管理系统。但是,在公路养护管理实践中真正做到科学决策的系统较少,主要存在两方面问题。

管理层面

行业主管部门推行预防性养护,倡导科学化养护决策,这些养护理念正在逐步深入人心。自2021年起,养护科学决策列入了“国家公路网技术状况监测”,是其中一项重要检查内容。但由于缺乏统一、规范、可量化的养护科学决策效果评价体系,评价更多停留在是否具有科学决策机制和相关应用上,无法科学、准确地评价养护科学决策的实际效果,一些地方更是存在入库项目与决策结果脱离的情况。

交通资产管理单位的养护科学决策成果应用动力不足,主动性不足。全寿命周期成本理念与现行机制之间未能形成有效互动,考核体系未能与基于全寿命周期成本的相关业绩结合,设计、施工、管养相互割裂,未能形成有效的联动,被动养护多,主动养护不足,养护计划主观性依然较强。

虽然管理人员建设系统的热情高,但缺乏统一的建设标准。这导致管理人员期待系统功能全面,并能满足大量需求,却不能及时充分地理解决策模型。一旦系统正式部署,在尚未建立使用效果监督考核机制的情况下,管理人员将无法跟踪调查、对比分析系统的使用效果。这就意味着系统的功能和有关理论无法得到持续的优化与完善。

此外,养护科学决策缺乏行业标准指导。虽然,2021年5月发布的《公路养护决策技术规程》(T/CECS G:M10-01-2020)针对决策过程及方法作出了相关规定,但未能给出技术状况预测模型的具体形成方法,养护科学决策的瓶颈问题未能得到解决。

技术层面

我国公路养护管理决策系统起步较晚,理论基础薄弱,且缺乏规范、完整、有效的历史数据归集。缺乏对路面状况的动态管理,使路面使用性能评价和长期性能研究与养护管理决策之间的联系不紧密,养护决策具有较强的主观性,以经验决策的现象普遍存在。

国内研究人员对决策模型及资金分析优化问题的基本研究工作不充分,研究课题急于求成。养护科学决策最核心的是要搞清楚不同条件下设施的技术状况衰变规律,而这需要长期的跟踪研究和数据积累。国外此类研究项目的周期较长,有的甚至长达20年之久,而国内的各类课题研究周期一般为3年至5年,研究的样本数量也难以覆盖不同的自然条件和工程差异,现有路面使用性能预测模型大多是基于少量局部区域路面数据统计形成的代数模型,这其中虽然也有应用模糊理论、灰色理论的预测模型,但应用较少。鉴于以上原因,按照现有性能预测方法难以准确把握不同地域、不同条件路面技术状况衰变的长期规律。

目前,已开发的公路养护管理系统种类繁杂,各套系统相互独立,缺乏统一的数据标准,不同系统相互割裂,交互共享困难,造成大量的人力、物力浪费,不能满足公路养护管理部门资源共享的需求。同时,数据获取、更新机制和技术等方面的许多问题还没有解决,必要的数据标准规范尚未建立。

现阶段,我国公路养护管理系统的开发单位主要有3类,公路行业高校及科研院所、软件公司、公路管理部门。然而从国外的成熟经验来看,由大型咨询公司开发的软件在行业中应用最为广泛,其主要原因是大型咨询公司在技术力量、市场定位等方面均占有绝对优势。我国自然地理环境复杂多变,路用材料地区特点明显,由于未能组织覆盖全域和不同条件的广泛研究,使得现有成果碎片化问题突出,难以形成全国性试用的行业标准。与此同时,基于不同需求开发的各类管理系统由于出发点和视角的差异,也很难覆盖管理层和使用者的不同需求,这也成为推广应用的主要不利因素。

此外,我国公路养护决策分析对社会总成本关注不够,研究道路使用性能时对使用者的成本影响研究不足,社会总成本在养护决策系统中的实际应用情况更少。在绿色发展理念成为主要关注点的当下,节能、环保、绿色、高效正逐步成为高质量发展的主旋律,这方面的实用性成果应引起足够重视。

/ 解决当前问题的建议 /

针对国内公路养护科学决策的现状和存在的问题,需要广泛思考解决途径。

管理层面的建议

坚持以列入“国家公路网技术状况监测”的养护科学决策为导向,建立统一、可量化的评价体系,加强对养护科学决策实施效果的检查,逐步建立起在保证公路基础设施技术状况满足规范及行业管理要求的前提下,全寿命周期成本最优、社会效益最佳的年度考核机制,广泛制定科学有效的公路中长期养护规划及养护资金管理方案。通过逐年落实,分步修正,做到科学决策效果在实际应用中可验证。以养护规划的科学合理性、养护计划的实际符合性、模型修正的时效性为检查要点,加以量化,从而让行业监管在养护科学决策中起到价值导向作用。

制定全行业统一的系统建设及数据标准,打通养护底层数据的壁垒,强化产业数字化的同时,通过底层数据无害化处理,实现行业数据共享,发挥数据的最大价值,并通过其实现不同地域、不同条件、不同结构组成、不同材料条件下的预测与决策模型建设,广泛应用于不同场景,最大限度地实现数据价值,完成从产业数字化到数字产业化的转变。

具备上述条件后,行业主管部门应主导、组织编写具有广泛参与度和广泛适用性的公路养护决策相关技术标准及行业规章,使养护科学决策有据可循,有法可依。

技术层面的建议

设立全国广泛参与的研究项目,在大数据积累和共享的基础上开展公路路面、桥梁、隧道等技术状况和使用性能衰变规律的长期研究,建立基于统一数据源且适用于不同条件的预测、决策模型族群,为相关规范的编制积累素材和基础。

建立基于统一数据标准和系统架构,且既适应行业管理又满足基层养管需要的养护管理综合服务数据平台及应用系统;构建基于《规范》的系统建设机制,采用集中开发的大数据分析模型,在数据积累、汇聚的同时,努力实现养护智慧化;采用分层建设、数据共享、横向可交流、竖向能贯通的统一原则,开发全网通用的数字化公路养护管理平台。

利用行业大数据的优势,开展基于不同公路使用性能下的社会成本综合分析。在分析过程中,可综合道路技术状况、服务指数、时间成本、燃油消耗、车辆磨损等数据,找出其相互作用的规律,建立交通因素影响下的社会成本模型,在设施维护成本与社会成本之间找出最佳结合点,形成绿色、节能、环保、高效的公路养护经济模型,从而反向指导养护技术规范中公路技术状况指标的修订,使其更加经济合理,最大限度节约社会资源。

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在绿色发展理念成为主要关注点的当下,节能、环保、绿色、高效正逐步成为高质量发展的主旋律。 李文圣 

综上所述,目前国内养护科学化决策依然处在起步阶段,其推广应用需要良好的政策环境、科学的考核机制、扎实的理论基础、实用的技术研究成果、深入人心的理念和落实科学决策的决心。建立完整可行、经济合理的公路养护决策体系并非一夕之功,需要通过长期不懈的努力逐步实现。


    
  
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