路面工程病害維修還原換算的養(yǎng)護(hù)決策探討

李慎平

（山西省壽陽公路管理段,山西 晉中 045400）

0 引言

隨著運(yùn)營年限的增加，公路工程路面產(chǎn)生諸多質(zhì)量病害，使用性能顯著降低，嚴(yán)重影響車輛運(yùn)行安全，縮短道路運(yùn)營年限，急需開展路面病害修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)。現(xiàn)階段，常見的路面養(yǎng)護(hù)形式主要包括日常養(yǎng)護(hù)、小修保養(yǎng)、修復(fù)性養(yǎng)護(hù)等，各種養(yǎng)護(hù)形式所對(duì)應(yīng)的病害處理范圍各不相同。工程實(shí)踐中如何根據(jù)道路實(shí)際情況，選擇科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)方案，保證道路整體養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，已成為公路工程養(yǎng)護(hù)管理中面臨的主要難題。目前，關(guān)于模型預(yù)測方法確定道路養(yǎng)護(hù)方案的研究較多，而對(duì)于按照路面技術(shù)狀況選取養(yǎng)護(hù)方案的研究相對(duì)較少。為此，該文依托實(shí)際工程案例，系統(tǒng)探究了路面工程病害維修還原換算的養(yǎng)護(hù)決策方法，對(duì)提高養(yǎng)護(hù)決策水平、保證道路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，具有重要意義。

1 湖南省公路現(xiàn)狀調(diào)查與分析

近年來，公路交通逐步從建設(shè)階段向養(yǎng)護(hù)階段轉(zhuǎn)型，公路養(yǎng)護(hù)已成為道路運(yùn)營管理中最重要的環(huán)節(jié)。實(shí)際養(yǎng)護(hù)工作中，如何選擇科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)方案，提高養(yǎng)護(hù)效果，控制病害發(fā)展，提升道路使用性能，保證車輛安全穩(wěn)定運(yùn)營，是公路養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵所在[1]。

科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)方案不僅能防止公路病害進(jìn)一步發(fā)展，延長道路運(yùn)營年限，且能顯著提升養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)等級(jí)[2]。而工程實(shí)踐中采用小修保養(yǎng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，極易出現(xiàn)與“中等路中修、次差路大修”原則不相匹配的情況，因此，基于養(yǎng)護(hù)計(jì)劃及養(yǎng)護(hù)決策，采取公路病害全部還原的方式實(shí)施養(yǎng)護(hù)，即將已修復(fù)病害還原為未修復(fù)病害，并按照相同準(zhǔn)則選擇養(yǎng)護(hù)方案，如此不僅能有效調(diào)動(dòng)管養(yǎng)部門養(yǎng)護(hù)積極性，還能確保養(yǎng)護(hù)方案的合理性、有效性[3]。湖南省國省道公路數(shù)量龐大，交通任務(wù)極為繁重，是今后公路養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)項(xiàng)目。

2 公路養(yǎng)護(hù)決策研究

現(xiàn)階段，公路工程養(yǎng)護(hù)管理過程中，省級(jí)行業(yè)管理部門每年均會(huì)對(duì)公路路面技術(shù)狀況實(shí)施檢測，按照實(shí)際檢測數(shù)據(jù)實(shí)施養(yǎng)護(hù)評(píng)級(jí)及決策。

2.1 養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要是對(duì)公路路面技術(shù)狀況作出的限定，若路面技術(shù)狀況檢測結(jié)果高于限定值，便需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，以維持或改善道路路用性能。建立養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要為道路是否需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)提供判定依據(jù)，確保養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)性、合理性。在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)建立時(shí)，應(yīng)全面結(jié)合公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)情況及相關(guān)政策等[4]。養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的確定直接決定公路養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)，并對(duì)養(yǎng)護(hù)需求具有重要影響，具體情況如圖1 所示。

圖1 路面養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)養(yǎng)護(hù)需求的影響

依據(jù)現(xiàn)行《公路路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》及《瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》，建立滿足普通公路需要的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[5]。當(dāng)公路路面強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，需實(shí)施大修處理；當(dāng)路面強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)道路實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)路用性能實(shí)施評(píng)價(jià)，并采取中修或預(yù)防性養(yǎng)護(hù)處理，路段養(yǎng)護(hù)類型及措施的決策方案如圖2 所示。

圖2 路段養(yǎng)護(hù)類型及措施的決策

2.2 修補(bǔ)病害換算原則

根據(jù)現(xiàn)行《公路路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，一般國省道（低于二級(jí)）公路路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)IPQI表達(dá)式為：

式（1）中，式IPCI按下式計(jì)算：

式中，RDR——路面損壞率；α0、α1——系數(shù)；i——道路破損形式；i0——破損形式數(shù)量；ωi——第i類破損換算系數(shù)；Ai——第i類破損總面積（m2）；A——路面調(diào)查總面積（m2）。

當(dāng)瀝青路面塊狀、條狀破損面積一定時(shí)，采用上述公式求損壞率RDR，應(yīng)將系數(shù)α0、α1同時(shí)擴(kuò)大10 倍。而當(dāng)水泥路面塊狀破損面積一定時(shí)，RDR計(jì)算方式與瀝青路面相同；但對(duì)于水泥路面條狀破損修復(fù)，因其還原前后面積增大5 倍，因此，在進(jìn)行RDR計(jì)算時(shí)，需將系數(shù)擴(kuò)大50 倍，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 修補(bǔ)還原前后路面損壞換算系數(shù)

2.3 換算對(duì)評(píng)定結(jié)果的影響

按照以上病害維修換算原則，選取湖南省某國省道為研究對(duì)象，對(duì)病害修復(fù)還原換后的路面技術(shù)狀況計(jì)算結(jié)果與原始路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果實(shí)施比較，具體情況如表2 所示。

表2 病害還原后路況計(jì)算結(jié)果與原路況評(píng)定結(jié)果的比較

從表2 可知：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方式，求得路面技術(shù)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)IPQI≈90，采取還原換算處理后，IPQI、IPCI略有下降，降幅依次為3.91、6.21；道路優(yōu)良率降低12.70%，中、次等路段分別增加9.80%、2.70%。表明該公路病害修復(fù)率相對(duì)較高，養(yǎng)護(hù)需求較大。

路面病害還原換算前后道路養(yǎng)護(hù)需求計(jì)算數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 病害還原換算前后湖南省路況需求測算結(jié)果對(duì)比

從表3 可知：①采用標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法得到的中、次等路段較少，估算養(yǎng)護(hù)需求資金較少。②采用病害還原換算評(píng)價(jià)法等到的中、次等路段相對(duì)較多，原評(píng)價(jià)中大多數(shù)良等路段轉(zhuǎn)變?yōu)橹械嚷范危械嚷范无D(zhuǎn)變?yōu)榇说嚷范危浪沭B(yǎng)護(hù)需求資金顯著增大，相較于病害還原換算前，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用增幅高達(dá)166.13%。因此在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時(shí)，管養(yǎng)部門可根據(jù)病害修補(bǔ)還原換算后的測算結(jié)果科學(xué)制定養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。

3 病害修補(bǔ)還原換算對(duì)于養(yǎng)護(hù)決策的作用

3.1 有效解決養(yǎng)護(hù)考核與養(yǎng)護(hù)計(jì)劃安排的矛盾

路況評(píng)價(jià)能準(zhǔn)確有效地反應(yīng)道路質(zhì)量狀況及養(yǎng)護(hù)效果。根據(jù)年度道路質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)養(yǎng)護(hù)效果實(shí)施考評(píng)，能有效防止棄養(yǎng)待修現(xiàn)象，保證養(yǎng)護(hù)工作有序開展，顯著提升道路質(zhì)量[6]。但道路養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中，僅僅依據(jù)路況評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策存在較大局限，具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①養(yǎng)護(hù)費(fèi)用主要取決于中等、次等及差等道路里程長度，養(yǎng)護(hù)考核評(píng)級(jí)越高，道路優(yōu)良率越高，中等、次等及差等道路里程越短，所需養(yǎng)護(hù)費(fèi)用越少。由此可見，加強(qiáng)道路日常養(yǎng)護(hù)及小修保養(yǎng)，能有效降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。②采用小修保養(yǎng)處理后，路面質(zhì)量狀況顯著提升，一些達(dá)到大修標(biāo)準(zhǔn)的路段由于路況評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)級(jí)、良級(jí)，導(dǎo)致無法申請(qǐng)大中修養(yǎng)護(hù)。利用路面病害修補(bǔ)還原換算，對(duì)各路段病害實(shí)施統(tǒng)一處理，根據(jù)病害還原計(jì)算結(jié)果科學(xué)制定養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，并合理分配養(yǎng)護(hù)資金，能顯著提升養(yǎng)護(hù)決策的合理性，保證道路養(yǎng)護(hù)效果[7]。

3.2 更加科學(xué)地指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)決策

路面病害修補(bǔ)還原換算后，管養(yǎng)部門在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時(shí)，能夠充分結(jié)合道路實(shí)際質(zhì)量狀況，采取科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)方案，提高路面養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，降低養(yǎng)護(hù)成本。后期若需進(jìn)行精細(xì)化養(yǎng)護(hù)管理，應(yīng)根據(jù)病害修復(fù)還原換算后技術(shù)狀況評(píng)價(jià)為中等（IPQI≤83）的路段實(shí)施強(qiáng)度檢測，從而結(jié)合路面強(qiáng)度檢測結(jié)果采取更加完善的養(yǎng)護(hù)措施。病害修補(bǔ)還原換算路面技術(shù)狀況測算結(jié)果更加符合道路實(shí)際情況，能夠更加有效地指導(dǎo)道路養(yǎng)護(hù)決策[8]。

3.3 更加合理地測算養(yǎng)護(hù)需求

按照現(xiàn)有路況評(píng)價(jià)方法，采用科學(xué)的病害修復(fù)手段可顯著提高道路技術(shù)狀況，若及時(shí)進(jìn)行小修保養(yǎng)，能使部分路況接近臨界狀態(tài)的路段質(zhì)量狀況提高一級(jí)，比如部分中等路況路段采取灌縫處理后，質(zhì)量狀況達(dá)到良級(jí)水平，部分良級(jí)路段采取小修保養(yǎng)處理后，直接進(jìn)入優(yōu)級(jí)水平[9]。若在小修保養(yǎng)后進(jìn)行路況評(píng)定，其評(píng)價(jià)結(jié)果將優(yōu)于實(shí)際路況，中等、次等及差等道路里程相對(duì)較小，此時(shí)根據(jù)中等、次等及差等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的養(yǎng)護(hù)資金需求相對(duì)較少。一般情況下，道路養(yǎng)護(hù)計(jì)劃制定完成至具體實(shí)施，中間持續(xù)時(shí)間較長，在此期間，局部小修保養(yǎng)路段路況會(huì)產(chǎn)生下降。所以，病害修復(fù)還原換算養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)結(jié)果更加切合道路實(shí)際養(yǎng)護(hù)需求[10]。

3.4 更有利于推行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法

病害修補(bǔ)還原換算更有利于掌控構(gòu)件各項(xiàng)性能，從而在結(jié)構(gòu)性能完整的條件下，及時(shí)采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。

（1）合理確定養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)：合理確定養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)，適時(shí)進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，能有效提升道路使用性能，降低養(yǎng)護(hù)成本。確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)需堅(jiān)持如下原則：①預(yù)防性養(yǎng)護(hù)必須在道路結(jié)構(gòu)完整的狀況下進(jìn)行。該養(yǎng)護(hù)措施是對(duì)道路表面進(jìn)行的修復(fù)處理，無法提升道路承載性能，因此必須在結(jié)構(gòu)破壞前進(jìn)行。②預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)確定應(yīng)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性原則。合理確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)能顯著降低養(yǎng)護(hù)成本，提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量[11]。

（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇方法：由于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是在路面結(jié)構(gòu)相對(duì)完整條件下進(jìn)行的，明顯增大養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇難度。目前，對(duì)于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇的方法相對(duì)較少，最為常用的方式為路面修復(fù)養(yǎng)護(hù)。而生命周期評(píng)價(jià)法是根據(jù)具體計(jì)算確定最佳養(yǎng)護(hù)方案，并最大限度保證養(yǎng)護(hù)效果，既有效體現(xiàn)了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的可行性，又實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)護(hù)效益的最大化。生命周期評(píng)價(jià)法能充分彰顯預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，養(yǎng)護(hù)成本可根據(jù)路面實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)算，該方法是當(dāng)前養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)選擇的最佳方式。基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論，建立科學(xué)有效的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法，具體如圖3 所示。

圖3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法

4 基于病害修補(bǔ)還原換算數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

病害修補(bǔ)還原換算更有利于掌握各服役路面的質(zhì)量性能，基于建筑物基本信息、公路路面信息、沿線交通安全設(shè)施信息，而及時(shí)采取維修養(yǎng)護(hù)方案。“智行”與“智感”是當(dāng)前試點(diǎn)階段，智慧高速公路建設(shè)的重要特點(diǎn)，通過在不同層次、不同部位、不同結(jié)構(gòu)體埋置傳感器，采集路面狀況信息，并對(duì)其進(jìn)行智能檢測與反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通的安全保障。對(duì)結(jié)冰的道路、隧道、涵洞，對(duì)橋梁、易發(fā)生團(tuán)霧和大填方開挖的特殊路段，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便對(duì)車輛種類、速度和流量進(jìn)行精確掌握；輪胎壓力等數(shù)據(jù)通過智能檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取和共享，并共同參與到高速公路的養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)中。智慧公路是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將建筑物基本信息、公路路面信息、沿線交通安全設(shè)施信息和地面摩擦力信息相結(jié)合，并通過對(duì)曲線半徑等信息的融合，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)決策，從而達(dá)到智能控制、智能化決策的目的[12]。

已有省市試圖利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在高速公路養(yǎng)護(hù)過程中構(gòu)建道路模型，并將其與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比較，從而對(duì)道路狀況進(jìn)行精確地評(píng)價(jià)；通過對(duì)可能發(fā)生的病害進(jìn)行科學(xué)預(yù)報(bào)，從而精確地實(shí)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。同時(shí)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行道路模型的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了路基路面、隧道、涵洞的精細(xì)化管理，通過對(duì)橋梁及其他各種情況下的行車狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得精確的技術(shù)參數(shù)，并通過可視化技術(shù)獲得運(yùn)營狀況參數(shù)。人工智能技術(shù)的運(yùn)用，提升了裝備的智能化程度，新的可辨識(shí)模組運(yùn)用，提升了模式的自動(dòng)化程度，使得高速公路的全方位監(jiān)控變成了可能，該文也對(duì)智能高速公路的預(yù)防性維護(hù)方案的優(yōu)選，具有一定的借鑒意義。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、AI 和5G 技術(shù)的快速發(fā)展，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)將朝著產(chǎn)業(yè)內(nèi)部大數(shù)據(jù)集合和數(shù)據(jù)共享的方向發(fā)展，并伴隨著數(shù)據(jù)處理方式的革新，最終達(dá)到智能物聯(lián)的目的。人對(duì)新事物的好奇心，推動(dòng)了智慧物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。比如，手機(jī)操控電燈、辦公室智能化空調(diào)、戶外預(yù)定自動(dòng)蒸飯等，都屬于智慧物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用。但是，以上這些場景還沒有達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)的最高水平。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到高速公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)管理中，以智慧高速公路體系為基礎(chǔ)，展開互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化檢測、采集、跟蹤，以減少操作費(fèi)用，提高工作效率。

5 結(jié)論

綜上所述，隨著公路運(yùn)營年限的增加，公路養(yǎng)護(hù)壓力不斷增大，養(yǎng)護(hù)資金投入越來越大，實(shí)際養(yǎng)護(hù)工作中逐漸暴露出養(yǎng)護(hù)投資效益低下等問題，影響公路養(yǎng)護(hù)的綜合效益，因此積極優(yōu)化養(yǎng)護(hù)決策方法尤為重要。為此，該文結(jié)合湖南省某國省道實(shí)際情況，采取路面病害修補(bǔ)還原換算方式對(duì)路面技術(shù)狀況實(shí)施計(jì)算，從而確定道路最佳養(yǎng)護(hù)計(jì)劃及資金需求，有效解決養(yǎng)護(hù)考核與養(yǎng)護(hù)計(jì)劃安排的矛盾，顯著提升養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)性、合理性，降低養(yǎng)護(hù)成本，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，使路面達(dá)到最佳使用效果，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)護(hù)效益的最大化，充分驗(yàn)證了病害修補(bǔ)還原換算養(yǎng)護(hù)決策方法的可行性。