預(yù)防性養(yǎng)護(hù)視角下的精細(xì)化數(shù)據(jù)服務(wù)

文/圖|北京崇理科技有限公司 題晶 姚艷茹

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是指在不增加路面結(jié)構(gòu)承載力的前提下，對結(jié)構(gòu)完好的路面或附屬設(shè)施有計(jì)劃地采取霧封層、碎石封層、微表處等具有費(fèi)用效益的措施，以達(dá)到保養(yǎng)路面系統(tǒng)、延緩路面損壞、保持或改進(jìn)路面功能狀況的目的。與其他養(yǎng)護(hù)方式相比，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)雖然需要更早地投入人力、物力、財(cái)力，卻不失為一種成本效益比最優(yōu)的養(yǎng)護(hù)措施。

正所謂“上醫(yī)治未病”，如果能夠依據(jù)精細(xì)化的數(shù)據(jù)及時(shí)預(yù)見、精準(zhǔn)診斷路面的潛在病害，從而制定準(zhǔn)確的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，對提升路面性能、延長路面使用壽命意義重大?？梢哉f，未來的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)一定是以精細(xì)化數(shù)據(jù)為支撐，以科學(xué)養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)為依托，綜合運(yùn)用先進(jìn)的自動化檢測技術(shù)和智能化輔助手段的精細(xì)化預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

傳統(tǒng)道路檢測方法的弊端

根據(jù)現(xiàn)行的《公路技術(shù)狀況指標(biāo)評定標(biāo)準(zhǔn)》，為了準(zhǔn)確掌握路面使用性能的變化情況，有針對性地采取各種養(yǎng)護(hù)和改建措施，延緩路面性能衰變或恢復(fù)路面使用性能，必須定期開展路面使用性能評價(jià)。而評價(jià)依據(jù)則是與路面功能、結(jié)構(gòu)和安全相關(guān)的各類檢測數(shù)據(jù)，如路面破損狀況指標(biāo)、路面車轍深度指標(biāo)、路面抗滑系數(shù)、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。

當(dāng)前，各項(xiàng)路面狀況指標(biāo)均由單獨(dú)的檢測裝置采集，為了提高檢測效率，公路養(yǎng)護(hù)管理單位通常將多種檢測裝置集成在同一輛檢測車上，以實(shí)現(xiàn)一次性采集多項(xiàng)路面狀況指標(biāo)的目標(biāo)。由于每套檢測裝置都分離設(shè)置，因此采集到的路面數(shù)據(jù)也各自分離，生成的數(shù)據(jù)表大多是二維的線狀分布圖。

這種傳統(tǒng)檢測方法采集的數(shù)據(jù)過于粗放，且呈現(xiàn)形式較為單一（二維數(shù)據(jù)圖），無法更好地為養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)人員提供詳盡的路面信息，也無法為養(yǎng)護(hù)施工人員提供更全面的病害數(shù)據(jù)，以致從事公路養(yǎng)護(hù)施工、管理的相關(guān)單位不得不委派專人開展現(xiàn)場考察和實(shí)地測量，以獲取更精細(xì)化的數(shù)據(jù)。

圖1為一段5.8公里道路的百米平整度（IRI）指標(biāo)分布情況，其中橫坐標(biāo)為行駛里程樁號，縱坐標(biāo)為平整度指標(biāo)（百米平整度代表值），以二維數(shù)據(jù)圖形式呈現(xiàn)。該圖清楚地反映了整條路段的行駛舒適度變化情況，但若想進(jìn)一步了解某處的平整度數(shù)值為何會增大，則很難從二維數(shù)據(jù)圖中判斷出來，因而需要借助更為精細(xì)化的數(shù)據(jù)展開分析。

圖1 百米平整度指標(biāo)分布圖（單位：m/km）

精細(xì)化預(yù)養(yǎng)護(hù)的實(shí)現(xiàn)路徑

什么是精細(xì)化的數(shù)據(jù)？從數(shù)據(jù)維度的角度來看，道路是一個復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)體系，二維數(shù)據(jù)無法完整地呈現(xiàn)其發(fā)展變化狀態(tài)，只有盡可能地采集并呈現(xiàn)道路的三維數(shù)據(jù)，才能更精準(zhǔn)地掌握并分析路面的真實(shí)狀況，為公路養(yǎng)護(hù)決策提供支撐。

基于此，目前行業(yè)內(nèi)已有相關(guān)公司研發(fā)了基于數(shù)字全息技術(shù)的三維預(yù)防性養(yǎng)護(hù)輔助設(shè)計(jì)平臺，該平臺能夠一體式采集并解析路面的三維數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合地理信息生成路面三維病害地圖數(shù)據(jù)。養(yǎng)護(hù)人員可通過該平臺開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)輔助設(shè)計(jì)，并制定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，還能精準(zhǔn)確定養(yǎng)護(hù)資金預(yù)算，在線模擬養(yǎng)護(hù)完成后的預(yù)期效果。

圖2為該平臺生成的某高速公路（近20米）路面三維數(shù)據(jù)分布圖，其中X軸為路寬，Y軸為路長，Z軸為路面深度分布信息，圖表中呈現(xiàn)的深度數(shù)據(jù)精度為毫米級，不僅可以為養(yǎng)護(hù)人員提供空間視角的數(shù)據(jù)信息，還能直觀反映道路路面的細(xì)節(jié)問題。在三維數(shù)據(jù)的支撐下，養(yǎng)護(hù)人員能精準(zhǔn)找到影響行駛舒適度指標(biāo)的癥結(jié)，如圖2所示，深藍(lán)色的區(qū)域存在路面坑槽病害，直接影響路面行駛舒適度、行車安全及路面壽命，需要及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

圖2 道路路面三維數(shù)據(jù)分布圖（單位：mm）

由此可見，與傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)圖相比，這段基于數(shù)字全息技術(shù)的三維病害地圖數(shù)據(jù)，能夠呈現(xiàn)出更豐富的路面信息，更有利于養(yǎng)護(hù)人員精準(zhǔn)識別、及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在路面病害。

精細(xì)化數(shù)據(jù)的應(yīng)用優(yōu)勢

路面三維數(shù)據(jù)圖具有顯著的視覺優(yōu)勢，能夠?yàn)楣佛B(yǎng)護(hù)工程提供可視化支撐及更精細(xì)的路面數(shù)據(jù)。在此，筆者通過幾組三維數(shù)據(jù)分布圖，具體分析精細(xì)化數(shù)據(jù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

以瀝青路面為例，路面的抗滑性能指標(biāo)通常用路面的磨耗程度來衡量，而路面的磨耗程度可以通過路面瀝青顆粒的構(gòu)造深度（一定面積的路表面凹凸不平的開口孔隙的平均深度）反映。路面三維數(shù)據(jù)分布圖能夠呈現(xiàn)瀝青顆粒的分布細(xì)節(jié)，養(yǎng)護(hù)人員可以結(jié)合精細(xì)化的路面紋理數(shù)據(jù)精確診斷路面病害，進(jìn)而制定更為準(zhǔn)確、高效的養(yǎng)護(hù)方案。

圖3為無明顯病害的瀝青路面三維數(shù)據(jù)分布圖，從深度分布數(shù)據(jù)可以看出，該段路面瀝青顆粒清晰，顆粒間起伏平緩，路面構(gòu)造深度數(shù)據(jù)呈均勻分布。圖4為有表面脫落狀況的瀝青路面三維數(shù)據(jù)分布圖，從圖中可以看出，該段路面瀝青顆粒起伏差異明顯，表面脫落導(dǎo)致路面吸沙量變大，磨耗指數(shù)增高，養(yǎng)護(hù)人員可據(jù)此精準(zhǔn)診斷路面病害成因，制定針對性的養(yǎng)護(hù)方案。

圖3 無明顯病害的瀝青路面數(shù)據(jù)三維分布圖

圖4 表面有脫落狀況的瀝青路面三維數(shù)據(jù)分布圖（上圖為正視圖，中圖為三維數(shù)據(jù)分布圖，下圖為計(jì)算路面構(gòu)造深度而模擬電動輪鋪沙法的示意圖）

路面車轍病害是高速公路普遍存在的病害之一，對于比較淺的車轍，大多采用微表處或薄層罩面的方式處理，這兩種方法均為瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中較為常見的施工技術(shù)。由于車轍橫斷面一般為下凹型曲線，在采用上述方法修復(fù)車轍時(shí)，其填補(bǔ)厚度為變量，會影響?zhàn)B護(hù)工程量的計(jì)算，而精細(xì)化的病害數(shù)據(jù)有助于精確計(jì)算施工所需攤鋪量。圖5為一段寬3.75米、長10米的高速公路路面車轍三維數(shù)據(jù)圖，圖中“W”狀的車轍病害清晰可見，并伴有深淺不等的坑槽病害。通過這些數(shù)據(jù)，能夠精確地計(jì)算出采用微表處填補(bǔ)車轍或者薄層罩面法修復(fù)車轍所需要的材料用量和施工成本。

圖5 路面車轍三維數(shù)據(jù)圖（X軸為路寬，Y軸為路長，Z軸為路面深度信息）

由圖5可知，路面的各種病害不是獨(dú)立存在的，常常是相伴相生、相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，粗放的檢測手段和數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確反映出病害之間的相互關(guān)系。精細(xì)化數(shù)據(jù)更有利于養(yǎng)護(hù)人員開展病害成因分析，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)預(yù)見和防治早期路面病害，避免造成嚴(yán)重的安全隱患，增加后期養(yǎng)護(hù)成本。此外，精細(xì)化數(shù)據(jù)還有助于精細(xì)化養(yǎng)護(hù)的發(fā)展，為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供及時(shí)的診斷和方案支撐，從全生命周期道路養(yǎng)護(hù)的角度來看，精細(xì)化數(shù)據(jù)不僅節(jié)省了養(yǎng)護(hù)成本，還能為道路全生命周期養(yǎng)護(hù)提供動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為道路病害成因及發(fā)育趨勢預(yù)測提供數(shù)據(jù)支撐。

眾所周知，路面檢測數(shù)據(jù)是養(yǎng)護(hù)人員開展養(yǎng)護(hù)決策的基礎(chǔ)和依據(jù)，檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)與否直接決定了養(yǎng)護(hù)決策的資金預(yù)算、養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度、養(yǎng)護(hù)工程成本預(yù)算、養(yǎng)護(hù)施工的監(jiān)管等全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)效率。對于公路行業(yè)而言，更好地落實(shí)“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的養(yǎng)護(hù)方針，提高預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的效率，都離不開精細(xì)化數(shù)據(jù)的支撐。

由于信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重、數(shù)據(jù)精細(xì)化程度不足等原因，公路養(yǎng)護(hù)行業(yè)一直面臨嚴(yán)重的信息失衡和成本浪費(fèi)。彭柏龍 攝