4路网养护规划与决策技术报告人李豪

1路网养护规划与决策技术研究李豪道路养护中心（JP2）江苏省交通科学研究院股份有限公司新型道路材料国家工程实验室先进道路养护材料协同创新平台2015.01南京2014年中国公路养护与管理学术年会内容提纲第一部分概述第三部分路网养护规划与决策难点第二部分路网养护规划与决策思路第四部分路面管理与辅助决策系统WHY?HOW?PROCESS?TOOL?2013年年末，全国公路总里程达435.62万公里高速公路通车里程达10.44万公里一、概述一、概述国家公路网总体更趋完善，公路养护压力日益增加，科学、有序、合理的对路网进行养护养护(工程)规划的目的养护资金的争取与统筹安排，进一步提高养护决策的科学性与透明度提高养护资金的使用效率，尤其是养护资金相对不充裕的现实情况一、概述养护（工程）规划的内容路段（项目）时序方案（措施）资金效果/目标/投资效益养护规划是一个系统性的工作复杂性、多专业（覆盖道路所有资产）技术、经济、社会、环境融合前瞻性专家决策和数据辅助决策的融合本次重点交流路面养护规划一、概述依托项目“江苏省高管中心所辖路网十年期（2014~2023年）路面养护实施方案”8条道路，约780km内容提纲第一部分概述第三部分路网养护规划与决策难点第二部分路网养护规划与决策思路第四部分路面管理与辅助决策系统WHY?HOW?PROCESS?TOOL?二、路网养护规划与决策思路现状目标需求（资金）新目标规划方案二、路网养护规划与决策思路路网养护规划与决策需要综合考虑并依据路况水平及变化趋势、社会与服务要求、养护历史、病害原因、投资效益等核心因素，制定养护对策、测算资金总体需求，根据资金来源将可用养护资金再进行科学分配，并据此明确养护时间、养护路段、养护措施、养护资金及预期达到的养护效果，形成总体养护规划。历史及现状历史及现状趋势及预测趋势及预测养护及规划养护及规划基础信息路网信息路龄交通量气候特点路面结构型式项目级养护规划路段筛选具体养护方案工程预算规划五年养护方案养护对策分析养护目标（网级、项目级）养护阀值确定（日常养护、预防性养护、专项养护）养护历史养护时间养护路段养护措施养护效果养护资金现状分析典型病害分布使用性能评价（PCI、RQI、RDI、SRI、PQI）病害原因分析补充调查典型路段筛选路面雷达路面取芯芯样室内试验沥青老化分析性能趋势未养护路段性能衰变规律（PCI、RQI、RDI）养护措施性能衰变规律（PCI、RQI、RDI）性能预测预测模型优选（负指数、修正S型、双参数等）影响因素分析预测模型建立（未养护和养护路段）网级养护规划网级优先排序养护需求分析剩余寿命计算全寿命经济分析二、路网养护规划与决策思路养护规划方法二、路网养护规划与决策思路STEP1、路网现状调查和分析掌握理清基础信息路龄交通量、气候特点路网位置等掌握理清养护历史历年养护路段、措施和效果养护资金投入多年养护后现有路面结构掌握路网使用现状使用性能评价（PCI、RQI、RDI、SRI、PQI）主要病害特征和病害类型在规范和路网制定的养护目标的基础上制定适合路网的评价标准深入评价路面性能现状。二、路网养护规划与决策思路STEP2、建立路网中各条道路的养护优先顺序各条道路使用现状各条道路养护需求道路在路网中的重要性路龄、交通量等多影响因素综合评价方法STEP3、路面性能预测未经专项路段（新建）性能预测模型不同养护措施路段的性能预测模型按每公里进行参数自动调整和多年预测二、路网养护规划与决策思路STEP4、建立适合路网的养护决策体系（养护目标、决策方法）道路实际状况养护要求既往研究成果STEP5、确定适合路网的养护措施建议及适用范围评价分析既往不同养护措施的效果费用效益比STEP7、路网养护规划统筹考虑资金分配、国检要求、养护实施对交通影响等因素多种养护方案的全寿命周期分析提出未来规划期限内具体养护规划实施方案（包括养护路段、养护措施、养护时间和养护资金安排、养护效果）二、路网养护规划与决策思路STEP6、分析不同道路的适用的养护对策（项目级）不同道路现状和病害特点，分析路面病害原因、影响因素、发展趋势路面结构强度状况养护历史内容提纲第一部分概述第三部分路网养护规划与决策难点第二部分路网养护规划与决策思路第四部分路面管理与辅助决策系统WHY?HOW?PROCESS?TOOL?三、路网养护规划与决策难点1、基础资料的翔实、准确与信息化基础资料翔实路网信息（地理位置、路网重要性等）路网内各条道路建设历史（路面结构、构造物、原材料、施工数据等）环境数据（气候数据、交通量、轴载谱等）养护历史（养护时间、养护路段、养护措施、养护资金、施工数据等）历年路况检测数据（破损、车辙、平整度、抗滑性能、强度等）其他数据（取芯、雷达、室内试验、材料性能衰变状况等）三、路网养护规划与决策难点1、基础资料的翔实、准确与信息化基础资料准确与信息化数据一致性不同时期，不同单位，不同检测人员采集的数据要一致采集要求，判别标准，采集设备一致建议保持数据采集队伍的稳定性数据校验数据的完整性、合理性及逻辑性等方面进行分析数据异常自动纠正部分路段需要复测建立标准数据库数据信息化管理、查询和显示三、路网养护规划与决策难点2、路网内道路养护时序确定方法优先度得分影响权重（%）100908070交通量大小15重交通中轻交通————公路等级15高速公路一级公路————路龄1013年9年6~7年——路面破损指数15≤9494~9797~99≥99路面平整度15≤9090~9395~93≥95路面车辙15≤7070~8080~90≥90路网重要性15高速公路一级公路及拟大修高速公路————三、路网养护规划与决策难点3、道路性能及病害发展趋势预测基于多年准确数据积累选择合适的预测模型（根据不同道路、不同性能指标的总体发展趋势）整条道路采用单一的模型参数或分段对模型参数进行调整常用预测模型负指数模型修正S模型双参数模型线性模型时间序列模型S型模型等负指数模型修正S模型路面使用性能Y随时间的变化40608010003691215时间/t路面使用性能Y（a）(b)（c）双参数模型预测模型实例分析性能衰变规律时间性能(a)时间性能(b)时间性能(c)凹型（先快后慢）凸型（先慢后快）反S形曲线凹形曲线（先快后慢）预测模型比选负指数模型、修正S型模型、双参数模型来都能拟合成凹形曲线（先快后慢），故本项目采用三种模型进行精度比选负指数模型表现出更为优良的适用性、可靠性、精准度。曲线拟合效果预测结果残差相对误差率预测精度RDI预测结果RQI预测结果预测结果RDI预测结果RQI预测结果三、路网养护规划与决策难点4、不同养护措施的使用效果、性能变化趋势及投资效益分析需要根据路网养护实践、新技术的应用情况，分析不同措施的使用效果，性能变化趋势，制定适合路网的养护措施库进行技术经济比较，计算其费用效益比，明确不同措施的投资效益和适用范围明确不同路况适宜采用的养护措施和单位费用费用效益比分析养护措施效果评价微表处：对车辙改善明显，平整度改善不明显-45.76%6.70%宁连一级公路养护措施效果评价2.5cmMAC-10铣刨重铺：平整度改善不明显，车辙改善明显宁连一级公路养护措施效果评价3cmSMA-10薄层罩面：对平整度、车辙、抗滑改善较明显淮连高速公路养护措施效果评价4cmSMA-13罩面：对平整度、车辙、抗滑改善较明显通启高速公路养护措施效果评价4cmSMA-13罩面：对平整度、车辙、抗滑改善较明显淮连高速公路养护措施效果评价4cmAR-AC13罩面：对平整度、车辙、抗滑改善较明显淮连高速公路养护措施效果评价4cmSMA-13+6cmSup20罩面：平整度一直保持良好状态，车辙平稳发展较为缓慢淮连高速公路费用效益比分析养护措施效果评价改造方案路面破损状况路面行驶质量路面车辙状况路面抗滑性能耐久性微表处有效PCI≥99一般，与改造前相当一般RD≤有效SFC≥54一般使用寿命2-3年2.5cmMAC-10铣刨重铺有效PCI≥99一般IRI≤1.8有效RD≤有效SFC≥54一般，预计使用寿命3-5年薄层罩面有效PCI≥99一般IRI≤1.8一般RD≤有效SFC≥54一般使用寿命3-5年罩面有效PCI≥99良好IRI≤1.5良好RD≤有效SFC≥54良好使用寿命4-6年罩面（4+6）有效PCI≥99有效IRI≤1.2有效RD≤有效SFC≥54有效使用寿命6-8年改造方案路面破损状况路面行驶质量路面车辙状况路面抗滑性能耐久性评分微表处31133112.5cm铣刨重铺3133515薄层罩面3113513罩面3223616罩面3333820费用效益比分析养护措施效果评价改造方案单价（元/m²）使用寿命（年）费用效益比（元/m²/年）微表处252~38.3~12.52.5cm铣刨重铺563~511.2~18.73cm薄层罩面583~511.6~19.34cm罩面724~612.0~18.010cm罩面（4+6）1656~820.63~27.5车辙处治罩面方案三、路网养护规划与决策难点5、养护对策的制定因■病害原因■影响因素■发展趋势本养护对策三、路网养护规划与决策难点6、养护决策体系的制定决策目标：确定养护目标（决策阀值）、养护路段、养护时间、养护措施以及养护资金测算常用的决策方法：经验决策法或专家决策法优点：决策简单缺点：缺乏科学根据、主观性强、系统性弱科学的路面决策：路况数据分析与工程（专家）经验判断相结合决策树排序法部分数学规划方法国内目前多采用决策树法和排序法或两者结合的方法三、路网养护规划与决策难点7、养护资金的自动分配与效果预测养护资金限制，需对有限的养护资金进行科学二次分配，使得效益最大化非最优决策方法专家判断法、漏斗分析法、排序法等通常通过路段需求养护优先排序确定，虽然存在很多不完善之处，但由于工程实际的需要，在世界范围类得到了广泛的应用路网最优化决策方法全寿命周期分析，计算不同资金投入方式导致的路网性能和效益差异得出路网长期的最优化决策：对于养护资金的应用、养护时序的确定进行详尽的效益分析三、路网养护规划与决策难点8、路网规划与项目级养护规划的融合与衔接项目级养护规划是路网养护规划的基础路网规划用于指导项目级养护规划，同时将综合各种因素后将有限的养护资金分配到具体的项目路上。实际应用，视具体情况具体要求予以适当深化，使路网规划与项目级养护规划能得到有效融合和衔接项目级规划路网规划基础指导融合衔接三、路网养护规划与决策难点9、大数据的分析、挖掘与实现大量基础数据的分析路面结构的动态更新不同结构不同环境下路面性能发展趋势养护措施的变化趋势与实施效果及适用情况养护决策体系的实现养护需求计算和养护资金的分配和效果测算深入挖掘和分析，通过计算机辅助系统予以实现内容提纲第一部分概述第三部分路网养护规划与决策难点第二部分路网养护规划与决策思路第四部分路面管理与辅助决策系统WHY?HOW?PROCESS?TOOL?以专题图的形式在地图中显示路网中路面各类基础信息，包括通车时间、路面等级、路面类型等，更加直观的展示路网中各类基础信息及其分布情况。以通车时间为例，通过专题图以不同的颜色展示不同路线的通车时间范围，可以快速了解整个路网已使用年限情况。通过点击某条路线，跳出对话框，显示该条路线具体的通车时间。四、路面管理与辅助决策系统以专题图的形式在地图中显示路网中路面各项性能信息，用户可以快速、直观的查看整个路网中路况比较差的路段，以便及时的采取养护措施。以路面车辙状况为例，地图上显示整个路网的车辙状况，红色表示车辙状况较差的路段，绿色表示车辙状况较好的路段，用户点击某个路段，可以显示该路段的详细信息，包括具体的桩号位置和车辙指标。四、路面管理与辅助