高速公路养护管理

跳转到第一页2020/4/111第七章高速公路养护管理7.1高速公路路面性能评价7.2高速公路养护管理系统7.3高速公路机械化养护跳转到第一页2020/4/1127.1高速公路路面性能评价高速公路路面性能评价是路面养护维修决策、道路经济分析的基础。路面性能评价模块根据收集的路面数据，判断目前路面状况是否满足交通要求；所得结果将作为采取养护或改建措施以及采取何种措施的依据。高速公路养护管理系统辅助决策的好坏，很大程度上取决于养护管理系统对路面性能的评价。跳转到第一页2020/4/1131、路面损坏状况评价一般采用路面状况指数PCI来对路面损坏状况进行评价。扣分法是确定路面状况指数PCI的常用方法。对不同的损坏类型、严重程度和范围规定不同的扣分值，按路段的损坏状况累计扣分值后，以剩余的数值表征路面的完好程度，评价路面的好坏。跳转到第一页2020/4/114式中:C——初始评分数，常用百分制C=100；i,j——相应为损坏类型数(共n种)和严重程度等级数(共m种)；——i种损坏、j级程度和k范围的扣分值；ωi、ωj——各种损坏类型和严重程度的权函数；F(t,d)—多种损坏的修正函数，是累计扣分数t和扣分次数d函数。跳转到第一页2020/4/115这种用扣分法评价路面损坏状态的方法，较早在美国Washington州路面管理系统中得到应用。后来在PAVER系统中得到进一步完善，从而促进了该方法在评价路面状况中的广泛应用。我国在“七五”国家攻关期间根据北京市和广东省的路面状况，也利用这种扣分方法开发了路面状况指数PCI模型。跳转到第一页2020/4/116路面损坏状况评价指标作为评价路面质量的重要指标之一，无论在网级还是在项目级的管理系统中，它都起着重要的作用。在许多地方和城市的路面管理系统中，路面损坏状况指标通常作为唯一的路面质量评价指标。在这些地方因为设备、费用等原因而导致平整度、抗滑能力的检测比较困难。跳转到第一页2020/4/1172、路面行使质量评价路面行使质量同路面的平整度、车辆的动态响应以及乘客对舒适性的要求和对颠簸的接受能力有关。行驶质量通常采用汇总众多乘客的主观评价意见计算出评分值。将各路段的评分值与各路段实测的平整度指标通过回归分析建立主观评分同客观测量的相互关系。因此，可以根据路面平整度的客观测量结果得到对路面行驶质量的统一评价。跳转到第一页2020/4/118路面行驶质量通常以质量指数RQI描述。RQI一般按5,10和100分制来计分。我国《公路养护技术规范》(JTJ073-96)规定RQI=11.75-0.75IRI。在网级系统中，平整度并不需要很高的数据精度。通过对路网的平整度调查，可以进行整个路网的需求评估和制定养护维修资金的投资计划。而在项目级的系统中，就需要很精确的路面性能评估。在项目级的管理系统中，平整度数据通常作为养护维修质量控制、周期性路面性能预估和维修方案评估的依据。跳转到第一页2020/4/1193、路面结构性能评价路面结构性能评价的目的是评估现有路面的承载能力和确定路面的剩余寿命。所谓路面的剩余寿命实指路面在达到预定的损坏状况之前还能使用的年数和能承受标准轴载累计作用次数。依据剩余寿命的长短，可以判断路面结构的的完好程度及损坏发展的速率，可以确定是否需要采取改建措施并进行加铺层改建设计。跳转到第一页2020/4/1110结构承载能力一般通过路段代表弯沉与设计弯沉的关系变化来进行评价。对于高速公路，路段代表弯沉应采用自动弯沉检测车进行测量，各测点间的间距通常为100米。通过各测点的平均值加2倍的标准差，计算出路段的代表弯沉值。我国对现有路面的承载能力可用结构能力指数SAI作为评价指标。SAI主要与设计容许弯沉值、路段代表弯沉值和年平均日交通量(AADT)有关。跳转到第一页2020/4/11114、路面安全性能的评价对于路面安全性能的评价一般只考虑抗滑能力。然而影响路面安全性能实际包括以下几个方面:1）抗滑能力；2）车辙(因为车辙可以造成路面积水，使得汽车有发生水上漂移的危险)；3）路面的反光；4)车道分界；5)外来障碍物。跳转到第一页2020/4/11125、路面性能综合评价路面性能评价通常有两个主要目标:1）在网级系统中，进行项目和处治对策的选择;2）在项目级系统中，确定特定的养护维修需求。对于路面综合指标，并没有一套简单的工程公式可以利用。一般根据主观经验方法或者社会科学技术来开发综合指标公式。综合指标需要考虑路面的各种单项性能并以加权组合的形式组合各种单项特性指标。跳转到第一页2020/4/11138.2高速公路养护管理系统一、养护管理系统的概念二、国内外研究状况三、建立养护管理系统的意义四、高速公路养护管理系统设计跳转到第一页2020/4/1114一、养护管理系统的概念1、养护管理系统的定义路面管理系统(PMS)各国有不同的定义，在美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO)的路面管理系统指南中，把PMS定义为：用于决策者在公路评价养护中寻求投资有效分配方案的工具。澳大利亚道路研究所把PMS定义为：用于优化利用路面养护可用资源，包含信息采集、信息分析和方案决策的管理方法。实际上，路面管理系统是以现代管理科学理论为指导，以计算机为工具，采用系统分析方法使路面管理过程系统化。跳转到第一页2020/4/1115实际上，我国目前对路面管理系统的需求还主要集中在路面养护管理方面，即路面养护管理系统。路面养护管理系统是指最有效地利用现有资金，使公路网中的路面处于最佳的服务水平或产生最大的经济效益。路面养护管理系统既与路面设计和施工有区别，也与传统的公路管理不同。它是综合运用路面专业知识，用系统工程等方法，借助计算机处理与路面养护活动有关的问题。跳转到第一页2020/4/11162、养护管理系统的层次路面管理系统可划分为网级路面养护管理系统和项目级路面养护管理系统两类，分别适用于不同的管理层次，具有不同的功能和结构。跳转到第一页2020/4/1117网级系统足涉及整个路网的、用于指定路网养护政策、确定路网养护需求和养护费用优化分配的宏观分析系统；项目级系统则是根据网级系统的决策，以路段为对象，从技术和经济的角度分析养护方案的系统。网级路面管理系统的范围，包括一个地区(省、市)的公路网或一大批工程项目。它的主要任务是为管理部门进行关键性的行政决策提供对策，网级路面管理系统一般由数据库、使用性能评价模型、对策分析模型、使用性能预估模型、分析模型和优化模型等部分组成。跳转到第一页2020/4/1118项目级路面管理系统仅针对一个工程项目，它的主要任务是为管理部门对某一工程进行技术决策时提供对策，以选择费用—效益最佳的方案。它以数据库为核心，通过对与路面相关的各种数据的采集形成数据库，利用这些数据进行路面使用性能评价，得出各种相关的使用性能指数，通过这些指数确定路面所处的损坏状况，由此给出各路段的养护、改建方案，对各方案加以经济分析比较，得出适合该路段的费用—效益最佳方案。当数据积累到足够程度后，便可以建立路面使用性能预估模型，对路面的各项使用性能指标进行预估。跳转到第一页2020/4/1119二、国内外研究状况养护管理系统是随着路面管理系统发展而得到迅速发展的。首先在美国、加拿大等国得到应用。其中较具代表性的有:美国的亚利桑那州路面管理系统(1978)、华盛顿州路面管理系统(1980)、加利福利亚州路面管理系统和陆军工兵团的PAVE系统;加拿大阿尔博塔省的路面管理信息和需求系统(PINS,1983)、改良信息和优序系统(RIPPS,1984)以及市政路面管理系统(MPMS,1987)。跳转到第一页2020/4/1120同时，英国等国也陆续开发出一些系统，如:英国运输和道路研究所(TRRL)开发的道路养护评价系统(CHART,1980);世界银行通过国际合作研究开发的公路设计和养护标准模型(HDM-IH,1987)等。跳转到第一页2020/4/1121我国路面养护管理系统的研究始于1984年。交通部于1984年在辽宁引进英国的BMS系统，这标志着我国的路面养护管理系统的研究和应用的开始。1987年湖南省开发了适合本地区的路面养护系统。自此之后，广东、北京、杭州、河南、陕西、江西等地区也开发了适合本地区的路面养护系统。跳转到第一页2020/4/11221988年，交通部在云南引进了世界银行的HDM-III公路养护标准模型，开始了我国在公路养护领域经济分析研究的先例，研究成果为CPMS(ChinesePavementManagementSystem)提供了方法和经验。在“七五”国家重点攻关期间，交通部建立了我国自己的路面管理系统CPMS(Vnl.O)。跳转到第一页2020/4/1123“八五”期间，国家在14个省市推广使用CPMS系统。与此同时，交通部公路利研所与同济大学、北京、广东等地区联合开发了千线公路〔省市级)路面评价养护系统(PEMS)。1998年东南大学和南京机场高速公路联合开发了以养护管理为基础的道路设施管理系统。跳转到第一页2020/4/1124近年来，因大量高速公路投入运营，各级养护管理部门对养护管理系统的迫切需求，我国对高速公路养护管理系统的研究发展很快。但是，已有的这些系统在理论和实际应用上还有很多缺陷。跳转到第一页2020/4/1125理论上:1.因缺乏规范完整的历史数据，使得我国的路面管理理论基础薄弱；2.我国理论借鉴国外多，针对国情少，体系不完整，实用性不高；3.很少对已有系统的应用情况跟踪调查，已经使用的理论得不到进一步完善。跳转到第一页2020/4/1126实际应用上:1.因开发过程经常脱离养护管理实际以及当时计算机应用水平、软件的系统平台、软件开发技术等情况的限制，开发的系统通常使用复杂，一线养护技术人员使用积极性不高；2.目前的系统基本不具备网络管理功能，不能满足高速公路养护管理部门资源共享的需求；3.系统不能适应我国高速公路管理体制的实际情况。跳转到第一页2020/4/1127三、建立养护管理系统的意义1、经济方面(1)在资源约束条件下使路网总体效益最优；(2)依据现有的路况水平和预算水平编制养护维修计划；(3)分析提高或降低路面使用性能对道路使用者费用的影响程度等。跳转到第一页2020/4/11282、技术方面高速公路养护管理系统能够在实施过程中逐渐积累经验和促进新技术的应用：(1)改进典型养护和维修对策，不断修正养护经验；(2)可以比较新旧养护技术的差异，促进养护技术的不断更新和改进；(3)完善路面使用性能预估模型，以便更准确地预测未来路面使用性能的变化，从而作出更符合实际的养护维修决策。跳转到第一页2020/4/11293、管理方面(1)促进养护管理体制的不断改进与完善；(2)提供有效的路网检测和评价手段，提高养护管理的效率；(3)可以分析不同投资水平对路网状况的影响，为管理决策部门提供充分的决策依据。跳转到第一页2020/4/1130四、高速公路养护管理系统设计1、养护管理系统框架结构设计根据高速公路养护管理部门的操作业务流程，从系统整体开发的角度提出养护管理系统的框架结构，包括:数据采集子系统；路面性能评价子系统；路面性能预测子系统；养护维修决策子系统；日常管理子系统；图表管理子系统等等。跳转到第一页2020/4/1131路面养护管理系统分为六大模块：数据采集模块；数据库模块；养护决策模块；图表管理模块；接口访问模块。如下图所示：跳转到第一页2020/4/1132图1养护管理系统模块跳转到第一页2020/4/11332、养护管理系统数据库设计数据库是养护管理系统的核心，因此数据库的设计非常关键。主要包括用户需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计。跳转到第一页2020/4/1134在需求分析阶段，综合各用户的应用需求：在概念设计阶段，形成独立于机器特点，独立于各DBM