中外路面資產管理系統關鍵技術比較研究

黃九達

(1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211100；2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京 211100)

1 中外典型路面資產管理系統調研

目前，國內外路面資產管理系統眾多，良莠不齊。由于不同系統在開發時其目的、結構組成不同，導致各系統具有不同的功能和特點[4]。下面主要從系統的組成模塊、功能及特點對加拿大DTIMS、德國Heller-PMS系統、中公高科CPMS、南京道潤RoadKeeper PMS(RK PMS)以及蘇交科JSTI-PMS等典型系統進行調研。

1.1 國外路面資產管理系統

在對國外眾多路面資產管理系統的調研中，發現DTIMS系統和Heller-PMS系統在路面多維度分析、科學決策、可視化展示等方面具有較為突出的優點是國際先進產品，能夠較好地提高用戶體驗和決策的可靠性[5]。

(1)DTIMS系統

Deighton公司開發的DTIMS系統主要由DTIMS平臺、商業分析、運營管理、DTIMS移動以及商務智能五大模塊組成[6]。該系統在執行分析過程中對所有基礎設施資產進行清單編制、狀況評估、風險評估及生命周期分析和優化。同時，利用DTIMS商務智能模塊簡化數據分析過程，共享部門之間信息，實現對公路、橋梁、涵洞、護欄標志等各種基礎設施資產的可視化管理，從而為管理者提供可持續解決方案和服務。

(2)Heller-PMS系統

Heller-PMS系統是由德國HELLER公司開發，經過25年的發展，形成具有完善的公路檢測評估和養護管理體系的路面資產管理系統，其主要包含OnKo3集成可視化系統和PMS決策系統[7]。其中Onko3系統在養護管理過程中，利用GIS平臺整合空間數據、屬性數據、路網基礎數據等各類相關數據，實現路網數據多維度可視化管理。

1.2 國內路面資產管理系統

在國內眾多系統中選取功能全面、應用較廣的CPMS[8]，操作簡單、適用性強的RK PMS以及添加國檢評分功能的JSTI-PMS等國內具有代表性的路面資產管理系統進行介紹。

(1)CPMS系統

CPMS系統主要包含路面性能數據庫管理、路面養護輔助決策、可視化查詢與檢索、養護報表及報告制作和系統管理等五大功能。其中路面養護輔助決策是其核心功能，通過對路面技術狀況評價、養護需求分析、養護投資效益分析、預算優化分配和養護工程計劃編制等一系列過程，實現養護投資與養護方案的科學決策。

(2)RK PMS系統

RK PMS系統主要側重于數據的存儲、數據統計分析、路面使用性能評價、路面綜合分析、養護輔助決策以及根據規范要求生成養護報表等功能。系統基于各種路面基礎信息及路況檢測數據，采用國家規范中的評價模型，對項目級中的路面或路網級中的路線進行性能評價和綜合分析，然后基于專家系統進行輔助決策，制定出具有針對性的養護措施。

(3)JSTI-PMS系統

JSTI-PMS系統主要用于存儲并處理路面資產、技術狀況及相關交通數據的一種路面養護分析和養護決策工具。系統基于基礎數據庫，根據規范評價標準，將自動檢索、實時評價路面破損、車轍深度、平整度等路面各項使用性能指標。同時，系統增加了國檢技術狀況評分模塊，可以自動計算出項目級和網級評分結果。

2 路面資產管理系統關鍵技術對比分析

2.1 數據庫管理

數據存儲和管理是路面資產管理系統最基本的功能，其主要為系統養護分析與決策提供數據支撐。目前，國內CPMS、RK PMS、JSTI-PMS系統基本上均具備對路面屬性數據、養護歷史數據、交通數據、路況數據、環境數據等靜態數據和動態數據的錄入和查詢功能。而國外DTIMS、Heller-PMS更加注重對整個路面基礎設施資產的管理，在管理過程中除了具有對上述基礎數據存儲之外，額外增加了資產庫存、條件和工作歷史數據以及橋梁、涵洞、護欄標志等所有相關周邊設施資產的存儲和管理，包括自定義添加所需數據類型。

2.2 路況評估

國內CPMS、RK-PMS、JSTI-PMS系統基本上均是根據國家規范規定的路面破損、平整度、車轍深度、路面結構強度、路面抗滑等路面基本性能指標進行計算和評價。而國外Heller PMS系統根據公路實際情況自定義添加具有針對性的評價指標和閾值功能，如側向力系數、平均車轍深度、模擬積水深度、網裂面積比例、填補面積比例等實現對路況客觀、合理和科學的評價。同時，為了直觀展示養護路況水平，對整個公路網中路況相似、結構相似、交通負荷相似的路段進行同質段劃分。

2.3 路況性能預測

為了解路面性能衰變情況，系統需要考慮道路條件、交通量以及處理措施等因素的影響，選擇合理的預測模型對當前路面各項指標進行預測[9]。如表1所示對國內外典型系統在預測模型的選擇和預測方式上進行對比分析。

表1 中外系統路況性能預測比較

2.4 養護決策

在對路網的性能進行評價和預測后，系統需要綜合考慮環境因素、預算條件、路況現狀、性能衰減曲線、路面性能目標值等各種因素影響，確定合理的決策樹模型，以生成當年度路面的最佳養護方案[10]。如表2所示從決策方式、模型選取等方面對國內外主流系統養護決策模塊進行對比分析。

表2 中外系統養護決策比較分析

2.5 養護規劃

系統養護規劃主要是為輔助決策者制定科學合理的路面養護計劃，目前國內外絕大數路面資產管理系統基本上都具有路網多年養護規劃功能，但系統在養護決策方法、影響因素以及系統決策全面性和深度等方面還存在較大差異。如表3所示對上述典型系統養護規劃模塊功能進行對比分析。

表3 中外系統養護規劃比較

為了實現快速獲取最佳養護規劃方案，Heller-PMS基于預算的啟發式優化算法，如下式所示

(1)

(2)

式中：Benefit為養護效益；t為計劃年，Year；T為規劃期時長，Year；n為路段數，個；Cost養護路段需要成本，￥；b為規劃年度預算，￥；d為計劃年度預算的最大允許偏差。

2.6 可視化管理

隨著GIS技術的日益成熟，路面資產管理系統也在朝著更加實用和人性化的方向發展。目前路面可視化管理主要包括信息查詢可視化和界面展示可視化，下面對國內外典型的系統在可視化展示方面進行比較如表4所示。

表4 中外系統可視化管理對比分析

2.7 資產評估與風險管控

從中外路面資產管理系統常見的管理模塊中可以看出，國內主流的CPMS、RK-PMS以及JSTI-PMS主要把公路資產當作具體實物，對其路面基礎數據、養護數據、性能數據、交通軸載數據進行綜合統一分析并提供相應分析結果，還未將風險管理納入到養護決策考慮范疇。而國外典型的DTIMS、Heller-PMS系統已將資產評估與風險管控作為高速公路資產管理的重要組成部分[11]。例如DTIMS系統是把公路作為一項資產進行管理，以貨幣的形式基于歷史成本/重置成本的方法對公路資產進行估值，并通過資產建模和風險因素分析定量地反映維修、預期壽命和資產性能狀況，為公路的養護決策提供依據。Heller-PMS在風險管控方面具有完善的風險管理模塊，包含項目背景、風險評估、風險處治、監督和審查以及溝通與協商等一系列風險管控流程。在執行風險管理時，通過對技術、環境以及其他外部風險因素的識別和風險評估，把資產風險按可能會發生的概率和造成的結果評定為低分險、一般風險、顯著風險及嚴重風險4個等級，并對相應的等級采取相應的處治方法。

圖1 系統風險管控流程

3 中外路面資產管理系統對比總結

目前國內外路面資產管理系統主體功能模塊組成基本一致，主要存在的區別是各個模塊在展示方式、研究的全面性及深度方面還存在較大差異。

國外路面資產管理系統的作用已不僅僅是路面數據庫管理和查詢系統，更重要的是已把公路當作整個資產進行價值評估和風險管控的全壽命周期管理，以及基于GIS地圖的強大的自定義可視化展示技術的應用，使其已真正成為了公路管理部門進行決策的輔助工具。國內的路面資產管理系統的主要作用還是數據庫查詢系統，雖然多數系統也具有預測、輔助決策或者專家系統的功能，但在使用過程中由于缺乏針對性的評價指標及未將風險管理納入到決策考慮范疇，使得各系統預測、決策模型的適用性尚未得到驗證，應用程度不高。同時，基于GIS的數據處理的可視化功能應用較為單一，分析結果仍然主要以柱狀圖、折線圖、餅狀圖以及表格等形式簡單展示，用戶體驗較差。目前傳統的經驗決策和主觀判斷仍在我國養護管理過程中占據主要地位，路面資產管理系統的主要功能并沒有得到發揮和利用。

4 結 論

(1)在對路況進行預測時，系統除了采用基于歷史數據線性擬合出預測模型外，可添加根據實際情況自定義手動輸入合理預測模型，并建立處治措施與衰變等級之間關系，以實現對路況性能的準確預測，從而為養護決策提供重要數據支撐。

(2)在公路養護和決策方面，系統需綜合考慮相關風險因素對公路資產管理的影響，增加風險管控模塊，建立路面成本-效益優化模型，并引入內置啟發式最優算法自動快速生成最優解養護規劃方案，從而實現高速公路全壽命周期效益最大化。

(3)在基于GIS地圖的可視化展示方面，可以吸收德國Heller-PMS系統可視化管理經驗，根據用戶的需求和習慣，添加基于GIS的自定義展示模塊，對其內容和界面進行專業化定制，實現實時展示客戶需求信息，進一步提升可視化水平，增加系統用戶體驗。