智能養(yǎng)護前瞻

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自我國大力發(fā)展基礎設施建設以來，公路建設里程快速增長，國民汽車保有量迅猛增加。公路的建設，伴隨而至的是對其的養(yǎng)護，養(yǎng)護是對病害的發(fā)現、處理及恢復基礎設施健康狀況的過程，而傳統(tǒng)的養(yǎng)護方法非常不便，費時費力，亟需與時俱進，創(chuàng)新養(yǎng)護方法。

認識智能養(yǎng)護

智能養(yǎng)護是指基于項目前期的BIM模型與大數據技術，在公路等基礎設施生命周期管理中建立信息集成數據平臺，并結合移動網絡和云計算等現代化智能技術，實現道路維護管理和服務。基礎設施的智能化維護，應從項目的規(guī)劃階段開始，重點是設計和施工的全過程，并對整個過程開展監(jiān)控和建設，收集公路建設期的數據，養(yǎng)護期的數據植入，使用智能自動化和創(chuàng)新技術，實現對道路運營期的全面掌控，并提前監(jiān)測外部影響因素，特別是超限、超載車輛等，防止造成基礎設施的過早破壞。

對于損傷部位，采取超設計期的材料、工藝或施工技術，開展主動養(yǎng)護修復，結合養(yǎng)護歷史預測基礎設施健康狀況，主動預防性養(yǎng)護，避免、減少病害逐步發(fā)展，同時也減少后期的養(yǎng)護工作量和最近投入，保障基礎設施的質量和運營服務。

多功能檢測車檢測采集路面病害數據 （攝影：張漢文）

發(fā)展智能養(yǎng)護的現實難題

目前信息化技術迅猛發(fā)展，人工智能技術、大數據技術等在各行各業(yè)開始應用測試，但公路基礎設施養(yǎng)護領域還沒有發(fā)展起來，養(yǎng)護方案、養(yǎng)護技術、養(yǎng)護系統(tǒng)，以及養(yǎng)護工作大多還是基于傳統(tǒng)的方式來完成。

在道路技術狀況檢測方面，由于傳統(tǒng)檢測車的專業(yè)性，一般只能由專門的檢測人員使用，普通養(yǎng)護站的巡查車及巡查人員均無法操作。一方面使用頻率較為有限，一般僅在國檢中使用，僅能檢測采集一條車道的數據；另一方面，由于受外界采集條件及檢測設備本身影響，檢測數據存在一定的變異性。由于檢測數據的單一性及自身變異性，導致無法分車道對道路開展有針對性的養(yǎng)護決策，進而造成養(yǎng)護方案的偏頗、養(yǎng)護經費得不到充分利用。

在養(yǎng)護系統(tǒng)方面，公路建設與養(yǎng)護技術、材料及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心自主研發(fā)了一套路面養(yǎng)護決策管理平臺，融合了先進養(yǎng)護理念（預防性養(yǎng)護、全壽命周期成本）、系統(tǒng)分析方法和信息化技術手段，構建集“數據采集—狀況評定—養(yǎng)護決策—業(yè)務管理—統(tǒng)計報表”為一體的養(yǎng)護管理系統(tǒng)，建立公路養(yǎng)護大數據平臺，為公路管養(yǎng)單位提供中長期養(yǎng)護決策支持，提升養(yǎng)護效率，保證公路良好的服務水平，發(fā)揮路網效益最大化。但是，平臺缺少設計、施工、監(jiān)檢測等方面的全過程數據監(jiān)控，也未能建立基礎設施三維模型，無法實現可視化管理。

陜西澄城公路段利用無人機對高墩大跨徑橋梁進行檢測 （攝影：習佐峰）

在基礎設施健康監(jiān)測方面，養(yǎng)護決策方案大多基于對基礎設施監(jiān)檢測數據的分析結果，目前對于基礎設施的健康監(jiān)測多數都已采用物聯網技術架構，實時監(jiān)測，個別情況下依賴定點人工檢測。但是，人工智能技術和大數據技術還未普及應用，未能與養(yǎng)護結合，無法實現信息化系統(tǒng)的大數據集成，造成了檢測與養(yǎng)護之間的斷層。

在公路病害與資產智能識別和檢測方面，道路的智能化檢測主要分為兩個階段，首先是路面檢測設備的自動化發(fā)展，如路面綜合檢測車、橫向摩擦力系數檢測車、彎沉儀、激光平整度儀等，通過這些檢測設備自動獲取路面數據，感知路面狀況。目前，我國大部分路面檢測設備技術已經成熟，但車載便攜式路面智能化檢測設備仍然處于研究、測試階段，尚未形成規(guī)模。

目前，互聯網技術的快速發(fā)展與廣泛普及，使得各行業(yè)的發(fā)展更加便捷。計算機技術在基礎設施的監(jiān)測、養(yǎng)護與管理中也越來越多地得到應用，傳統(tǒng)的檢測設備已遠遠無法滿足公路養(yǎng)護檢測需求，而性能優(yōu)越、功能豐富、可靠性高的便攜式智能檢測設備也日益得到廣泛關注。在公路檢測領域中，互聯網與計算機正逐漸成為新型檢測模式建立的基礎。將云平臺引入公路檢測，不僅提高了對道路病害的檢測及識別水平，也讓公路檢測技術發(fā)生了新的改變。云平臺具有計算能力超強、存儲空間巨大、安全保障可靠、資源共享便利、系統(tǒng)兼容良好的特點，這些特點都為公路檢測及病害識別技術提供保障。

在養(yǎng)護施工方面，施工機械設備已具有現代化、自動化的技術，但遠遠不能滿足養(yǎng)護的日益需求，養(yǎng)護機械未得到全面發(fā)揮，造成大量資金、人員及技術的浪費；養(yǎng)護機械的更新速度跟不上養(yǎng)護方法的更新速度，導致機械設備與養(yǎng)護技術的脫軌，這都造成了目前養(yǎng)護工作發(fā)展的遲滯。

在養(yǎng)護工作管理方面，基礎設施的養(yǎng)護是保障基礎設施健康運營的前提，我國目前的養(yǎng)護管理工作，主要還是自下而上，一線單位的信息處理、整理，以紙質版或文檔形式提交主管單位檢查審核；不同部門、單位之間沒有協同，相關數據沒能實現資源共享，各級管理部門之間掌握信息不對稱，造成養(yǎng)護方案不能快速地制定，養(yǎng)護工作不能快速落實。

智能養(yǎng)護大有可為

公路等基礎設施智能養(yǎng)護的發(fā)展，要立足于目前的養(yǎng)護現狀，融合各行業(yè)高新技術，解決傳統(tǒng)養(yǎng)護存在的問題，實現基礎設施養(yǎng)護的“智能化、精細化管理及精準化服務”。

基于信息化的全壽命周期大數據集成

建立一個以養(yǎng)護為中心的，集成設計、施工、監(jiān)檢測、管理者等項目全過程的大數據平臺，結合移動互聯網技術、云技術，實現信息資源共享，開展對基礎設施全過程、全方位的信息監(jiān)控。

基礎設施的大數據集成主要包含施工期和養(yǎng)護期的數據，施工期的數據主要包含立項資料、工程地質、設計方案和圖紙、施工圖紙和記錄、建設材料、質量監(jiān)督記錄、檢測數據、竣工的圖紙和資料、設施資產檔案、后續(xù)養(yǎng)護規(guī)劃等內容，實現基礎設施實體與數字相結合的模式，并使用三維模型軟件構建基礎設施數字模型，為后續(xù)的養(yǎng)護規(guī)劃提供數字依據支撐，實現數字化接養(yǎng)。養(yǎng)護期的數據主要基于對建設期的數據分析，對目前的公路病害、養(yǎng)護歷史、設施部位的檢測、養(yǎng)護方案及過程、安全防護，以及設施資產的自動監(jiān)測、氣候環(huán)境、地質災害等數據的決策分析，為基礎設施管理方提供后續(xù)養(yǎng)護及發(fā)展的決策支撐。

BIM技術嵌合養(yǎng)護

基礎設施的模型設計由起初的CAD、Card/I等二維軟件，慢慢轉為基于BIM技術的模型構建，基于全壽命BIM技術為基礎設施的管理和養(yǎng)護提供直觀的仿真化和智能化服務。傳統(tǒng)的養(yǎng)護決策方案更多偏向于理論分析，而且工序繁多，需要查找大量的資料尋找病害，可視性和科學性不足。基于BIM技術在模型中嵌合養(yǎng)護，通過基礎設施最初設計資料的平縱參數或樁號坐標，計算各樁號的精確三維坐標，建立基礎設施信息模型，真實、直觀立體地反映基礎設施的結構參數信息。系統(tǒng)中可導入病害數據、養(yǎng)護數據，管理員通過點擊模型相關部位，可以了解病害類型及養(yǎng)護歷史信息，便捷有效，可視化強。可實現公路技術狀況的綜合分析與評估，在模型中也能直觀地定位病害位置，擁有較高的可視化。模型系統(tǒng)中提供各部位的數據單元分析，可以完成檢測數量表，以及損傷調查表的錄入和導入功能，并且能夠根據需求統(tǒng)計更新、審查、修正詳細的數據。

貴州省公路局檢測車檢測省道308線翁洞至畢節(jié)公路路況（攝影：羅顯澄）

智能化日常養(yǎng)護管理系統(tǒng)

建立完整的基礎設施智能化養(yǎng)護管理系統(tǒng)，需根據一線管養(yǎng)單位的需求，結合具體的工作內容和流程，解決日常管養(yǎng)時可能出現的各種問題，并掌握基礎設施的動態(tài)信息，提高日常養(yǎng)護管理水平。在基礎設施管養(yǎng)單位的不同部門之間共享養(yǎng)護信息和數據資源，實現網絡化、信息化管理；通過系統(tǒng)實現跨區(qū)域的網絡化辦公，提高工作效率，降低管理成本；建立更加科學化、標準化的養(yǎng)護數據評估模型，為未來的基礎設施智能養(yǎng)護、管理提供有效支撐。目前，很多機構都在嘗試建成一套公路綜合養(yǎng)護管理平臺，融合大數據分析挖掘技術，實現各系統(tǒng)數據互聯互通。

針對基礎設施建立智能化日常養(yǎng)護管理系統(tǒng)，有利于構建統(tǒng)一的行業(yè)管理機制，提高內部管理，為數據的共享、分析處理提供便利；有利于提供完善的監(jiān)管通道，通過系統(tǒng)可隨時查看相關工作進度，使得監(jiān)管工作更加便捷有效；有利于提高宏觀的管理能力，通過平臺收集大量的養(yǎng)護維修數據，結合氣候環(huán)境和交通量等數據，綜合分析周圍環(huán)境對基礎設施健康狀況的影響，并進行預測，針對可能的病害開展預防性早期養(yǎng)護，可大大提高基礎設施的使用壽命及管養(yǎng)部門的宏觀管理水平。

建設模塊化標準

基礎設施建設的新材料、新技術、新設備發(fā)展快速，設計及施工階段的標準化、模式化程度高，因此，基于安全和環(huán)保智能的需求，養(yǎng)護材料的模塊化制造將成為一種趨勢。未來對于基礎設施組件的生產、工藝裝配、3D打印等技術的應用，如預制瀝青路面，將極大地縮短備料周期、降低養(yǎng)護成本。

在基礎設施的巡查檢測中，發(fā)展GPS技術和人工智能機器人的應用，實現公路等基礎設施全路段養(yǎng)護無人化。隨著設施材料標準化、模塊化的發(fā)展，養(yǎng)護施工的方案將更加科學化、標準化，基于人工智能的自動化設備也將更加先進、可靠，未來的施工過程將在人工智能技術下完成材料生產、工藝裝配、運輸、施工開展、質量評估等，人力將成為輔助。

我國公路等基礎設施里程建設不斷增加，其結構狀態(tài)需始終保持優(yōu)良的服務性能，但我國目前的養(yǎng)護方法并未實現智能化，不能滿足及時性的要求。

開展智能養(yǎng)護技術、設備、系統(tǒng)的研究，在未來實現路面檢測智能化、預防性養(yǎng)護的常態(tài)化、養(yǎng)護設備的一體化、養(yǎng)護材料的節(jié)能環(huán)保化、路面結構材料的新型化、智能養(yǎng)護大數據決策化、養(yǎng)護體系系統(tǒng)化，保障基礎設施養(yǎng)護工作的高效運營。智能養(yǎng)護技術的發(fā)展是基礎設施養(yǎng)護的大趨勢，需相關政府部門、行業(yè)機構及各大院校協同合作，共研共建，開展科學研究、技術及設備創(chuàng)新，制定有效的規(guī)范機制，推動智能養(yǎng)護技術的發(fā)展。

印象四渡河大橋（攝影：趙廣亮）