智慧養護的首發探索

供稿 北京首發公路養護工程有限公司

隨著云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等新一代信息技術的發展，高速公路養護管理逐漸邁入“智慧養護”的新時代。作為專業從事高速公路日常養護、大中修工程和應急搶險等業務的服務性企業，北京首發公路養護工程有限公司（以下簡稱“首發養護公司”）在智慧養護方面開展了系列探索。

目前，北京市部分高速公路試驗路段實現了雪天自動預警除雪，雨天遇積水自動“報警”，高速公路應急管理信息正逐步通過多種方式傳遞到車主手中。

首發養護公司主要負責北京市范圍內京港澳、京藏、京承等19條、近千公里高速公路的養護工作。近年來，為順應行業發展形勢，提高養護管理水平，首發養護公司通過智能化巡視、全景化感知、自動化控制、全方位應急、科學化決策手段，構建了五位一體的“慧養護”智慧化養護體系，有效提升了高速公路養護管理水平和服務品質。

實現智能化巡視

養護質量的好壞與發現問題的及時性有很大關系，傳統的人工巡視方式被動且滯后，已無法滿足高速公路高質量發展的需求，首發養護公司通過整合現有資源，推動傳統的人工、人眼巡視向信息化、自動化智能巡視轉型。

建設地理信息平臺

高速公路基礎信息數字化是智慧養護的基礎。首發養護公司通過梳理高速公路的基礎數據并對其進行數字化處理，然后基于二三維一體化技術建設了GIS 地理信息平臺，將高速公路的材料、結構、資產、橋隧涵、附屬設施等全部信息導入其中，養護人員可利用系統的智能查詢功能，快速、準確地了解任何一處道路的基本信息，實現了“GIS一張圖”，為“智慧養護”奠定了數據基礎。

車載終端智能化巡查

開展車載智能終端研究，智能終端具備影像記錄、車務管理、道路病害智慧化巡查等功能，利用人工智能、邊緣計算、物聯網等技術，將AI算法嵌入車載智能終端內，實現了車輛行駛過程中的實時智能化巡查。智能化巡視體系的建立，替代了原有的人工巡視方式，一方面節約了人工成本，降低了燃油消耗；另一方面提高了巡視效率，確保了事件探測的實時性。

構建全景化感知

全景化感知是指在智能化巡查的基礎上，通過物聯網技術實時監控構造物內部結構的參數變化，并預測其未來發展趨勢，從而達到快速應對突發事件和合理制定養護計劃的目的。

橋梁及邊坡全景化感知

首發養護公司搭建的統一監測平臺，可對重點橋梁及邊坡進行實時監測和集中統一管理。該平臺接入實時監測數據，通過運用跨平臺3D引擎，配合先進的大數據分析算法掌握橋梁和邊坡的撓度、應變、裂縫、索力、溫度、位移等實時數據，對橋梁結構進行分析和預警，全天候監控橋梁和邊坡結構狀態。當指標超過設定界限時，平臺會發出預警信號，養護管理人員可及時判斷橋梁結構可能出現的損傷，及早發現橋梁安全隱患，保障橋梁安全運營。此外，該平臺還可以預測橋梁結構的未來變化情況，為養護管理人員提供科學化養護策略。

首發養護公司構建了五位一體的“慧養護”智慧化養護體系，有效提升了高速公路養護管理水平和服務品質。

隧道全景化感知

為提升隧道交通安全保暢能力，實現養護管理的“扁平化”目標，首發養護公司建設了集BIM、GIS、能耗分析、設備基礎信息、模擬演練及常規隧道監控等內容于一體的智慧隧道監控平臺，能夠對隧道的重點指標進行實時監測和管理，有效提高養護管理效率。

氣象信息全景化感知

當前，傳統的民用天氣預報的精度遠遠不能滿足高速公路養護管理的需求。對此，首發養護公司一方面加強與氣象部門的數據互通，另一方面在高速公路重點部位設置氣象觀測站，最后將兩部分數據有機融合，構建精準氣象服務平臺。該平臺能清晰、精確地顯示道路一公里范圍內的降水、風力、溫度等氣象情況，極大地提高了應急搶險及養護作業效率。

精準氣象服務平臺界面

積水積雪全景化感知

防汛除雪是高速公路養護單位的重要任務之一，對確保首都高速公路暢通有著非常重要且特殊的意義。首發養護公司結合日常防汛除雪工作需求，基于物聯網、激光、超聲波等先進技術，建成了積水積雪監測預警系統，該系統可以準確地感知路面積水、積雪、結冰等情況，同時將監測數據傳輸至中央處理器進行分析，將未來數小時內道路的結冰積雪情況反饋給養護管理人員。如檢測到道路有結冰、積水趨勢時，系統還會自動預警，提醒養護管理人員及時開展防汛除雪工作。

推進自動化控制

自動化控制是實現養護智慧化轉型的重要環節，通過工業自動化改造替代人工操作，一方面可以降低人工成本，另一方面能大大提高養護作業效率和安全水平。

雨水泵站自動化控制

泵站的高效運轉對高速公路的雨季防汛工作而言至關重要，是高速公路安全暢通的根本保障。首發養護公司利用信息采集、自動化測控、網絡通訊、視頻監控、軟件開發、光纖通訊等技術建立了一套泵站監控管理系統，能夠對泵站實行智能化、自動化、信息化的立體監控和管理；通過實時獲取數據，監測路面積水、降雨量等情況，實現對設備的管理、自動控制、報警信息管理和數據統計分析，從而確保泵房安全、穩定運行，養護管理人員科學、準確開展排水調度工作。

燈桿粉刷機器人

采用傳統方式粉刷燈桿需要使用高空作業車，且作業效率較低，養護人員的人身安全無法保證。針對這一情況，首發養護公司研發了燈桿粉刷機器人，不僅能自動開展噴漆作業，且作業高度可達20米，實現對燈桿的無死角噴涂。據測算，燈桿粉刷機器人的作業效率是傳統作業方式的6倍，單次作業的材料成本與機械成本可降低50%，作業安全性也大幅提升。

錐桶自動化碼放車

交通導改是指在施工前對作業區開展道路渠化工作，這對維護高速公路大交通流量下的道路行車安全具有重要作用。以往采取人工碼放錐桶的方式疏導交通，不僅作業效率低、施工風險高，還無法有效控制錐桶的碼放位置。為此，首發養護公司在傳統小貨車的基礎上研發了錐桶自動化碼放車，實現了錐桶自動碼放和回收，還可以通過控制車速準確把握錐桶碼放間距。

落實全方位應急

機械統一管理

研發機械管理系統，主要通過信息化手段，動態管理清掃車、除雪車、清障車等機械設備，同時結合電子地圖、車輛北斗/車載通信終端定位系統等技術，實時采集機械設備的行駛數據和作業狀態數據，并即時上傳至系統，方便養護管理人員快速、科學地開展監管工作，大大提高了高速公路機械設備的運營效率，增強了對突發事件的快速反應能力。

物資統一管理

研發物資管理系統，主要通過統一物資分類、物資管理，實現對庫區、庫房物資的實時跟蹤，并根據產生的動態數據形成攤銷、盤點等報表。值得一提的是，該系統內還嵌入了GIS地理信息，可直觀展示某一庫房、某一物資的位置信息及儲備情況，極大地方便了物資的就近調度和使用，物資儲備不足時還會發布預警信息。

應急指揮系統

PDCA閉環管理

搭建應急指揮系統，輔以應急指揮車、集群對講機、無人機、單兵設備、多功能視頻平臺等先進設備，通過指揮層、執行層兩層結構，實現預案管理、執行環節、集中指揮調度、后評價的PDCA閉環管理，其中，指揮層負責預案管理、監測預警、事件處理、災情評估、后期處置、信息管理六方面內容，執行層負責任務管理、資源準備、應急工單、質量檢查四方面工作。

該系統的建立使原有的“多頭指揮、各自為戰”轉變為“集中指揮、統一調度”，應急搶險層級由五層（最多）壓縮至兩層，指揮中心可全面掌握應急儲備和現場情況，直接調度人員、物資、機械第一時間到達現場，應急處置效率提升30%以上。

探索科學化決策

傳統的養護決策模式更多依賴于人的經驗，由于缺乏合理的決策模型和大量的數據支撐，做出的決策往往不是最優的。首發養護公司通過對養護數據、養護流程進行標準化和固化處理，搭建了養護數據倉庫和決策平臺，該平臺能綜合應用人工智能和養護科學經驗，全面分析養護基礎數據，從而建立科學、合理的決策模型，實現高速公路養護全壽命周期閉環管理和科學決策。

總體而言，隨著“慧養護”智慧化養護體系的逐步完善，首發養護公司已初步實現了養護智慧化轉型。“十四五”期間，首發養護公司將繼續深耕智慧養護，以智能化建設為抓手，開展智慧養護技術、設備、系統的深入研究，爭取在未來實現路面檢測智能化、預防性養護常態化、養護設備一體化、養護材料節能環保化、路面結構材料新型化和智能養護大數據決策體系化、系統化,努力建成一流水平的高速養護“智慧大腦”，保障基礎養護工作高效運營。