系统概念在路面管理中的应用

第三章系统概念在路面管理中的应用31介绍1967年的NCHRP项目是将系统工程应用于路面设计的早期努力之一。而在另一个相似但却完全独立的尝试中，系统方法被用来模拟整个过程和几个子系统中的若干设计问题。同时，德克萨斯运输工程研究所在与德克萨斯州公路局合作的协作研究项目中开发了一种工作设计模型。这些研究，结果导致德州公路局在认识到组织和协调其路面研究计划更新其设计系统应该是一个整体系统后，组织了一项与德州大学公路研究中心和德州AM大学的运输工程研究所共同合作的计划。这些努力总的目标是改善能够适应象从AASHO试验路上得来的当地环境信息的基本结构。这将随下具体目标的实现而完成1研究道路结构材料重要基本特性的描述；2研究量测这些特性的方法，而这些特性将应用于路面设计和评价；3研究能够应用于各种情况、环境和交通荷载的基本特性的测量值来进行路面设计的方法。总之，最终目的是“把整个路面问题用概括的概念性的和理论性的术语来公式化描述”，从而使得各种长期困扰工程界的路面问题得以求解。32系统化路面管理的一般结构作为项目层次的路面系统研究的一部分，象图31所示那样的设计过程结构化、设计要素专门化尤为特出。这种详细斩形式进一步简化就成了图32所示的简单所示。对图32的要素进一步讨论如下1输入输入必须设立许多不同的变量和目标；2模型必须突出比较方案分析的需要，对象简单设计图表之类的路面响应的简单模型，不去充分探讨改进的路面材料；3状态损坏大部分路面模型都计算或预测了路面的应力或应变之类的响应。给定响应的预测值，如果达到其极限值则结果将是不允许的。路面响应的预测模型以及裂缝和其它路面破坏的预测模型都十分重要；4性能输出累积的破坏将降低路面的服务性能，而服务历史就体现为路面的性能；5安全性抗滑性和其它安全响性都很重要；6费用寿命周期经济分析是路面管理过程中极其重要的部分；7决策标准决策必须紧紧围绕经济并通过允许费用跟一特定选择可能带来效益的比较；8比较和优化在决策时选择最佳的方案或策略是重要的一步；9实施即是对选定方案或策略的施工、阶段性维护以及必要的修复。另有种现点则认为，象本书后面将要讨论的那样，实施就是完善路面管理系统自身，而不是完成其中所进行的一项决策。321系统工程应用于路面行为路面是与荷载和环境条件等多变的综合结果有关的复杂结构。材料特性、不同的路面性能及其相互关系更增加其复杂性。因此，更需要有一个协调的体制来用于路面设计的整个问题。分析这种关系所用技术的检验表明系统工程概念是非常适合于路面结构。系统工程的应用其本身并没有给路面设计问题带来新的突破性的解决手段，但它提供了一条途径将全部问题的各零散即分组织成了一个易于现解的结构。系统问题的科学方法和工程实际结合常须有一个广泛的活动范围1用外观观察或量测来描述性能；2说明为描述或近似物理现象的数学模型；3开发用数学模型来处理性能的系统；4设计的最终具体实现。从上可知，系统工程应能以数学或物理模型来使系统公式化是很重要的，如果做不到这点，就必须通过观察必要的结果以某种现实的方式来模拟系统。322系统工程应用于路面设计设计过程包含几个显著特征1划分并定量地描述适当的输入和响应变量；2必须采取合适方法来选择建筑材料和施工技术；3服务过程中希望出现的各种输入引起的系统响应须得到衡量，不管是直接由系统本身还是由其他模型方式来进行；4系统响应的程度和性能的水平必须用适当的标准来判断；5必须容许系统的修改以期得到尽可能适宜的条件。为定量地处理前术特征，必须准确地定义术语和各种响应。系统的输入包括交通、环境和养护。交通的影响通过轮载、一定的应变、应力路表弯沉来反映，而定向的分布和时间的变化即是运动的和周期性的也必须得以反映。热度和水汽则是包括于其它因素中的系统的环境输入，而这种输入也须有空间和时间上的反映。在特定的情况下还可能出现化学输入，如防止结冰时盐的使用。系统的反应则使用了变形和内部应力所反映的物理状态来表现，而这种物理状态用应力和应变是及容易描术的。323路面的状态和特性看一下图31的路面设计系统，其相互关系是十分复杂的。这种复杂性主要在于1组合结构的材料，2路面状态的表现形式，3路面性能。人们已经付出极大努力想使得与服务历史有关的路面性能的模型得到提高，这个问题当然很难解决，但很值得去做。就路面管理来说人们必须认识到好的材料评价方法和好的路面结构模型都是非常重要的。33路面管理的过程层次、决策和问题路面管理理是协调的、系统的方法实现路面结构的活动过程。它可以从两种基本的工作层次来看网络层次和项目层次。在下章将会发现各层次所发生的主要行为是不同的。网络层次管理的初步目标是在有限的预算情况下优先考虑进行修复、维护或新路面建造的规划；项目层次的工作则是根据规划在适当的时候考虑进行项目建设。331网络和项目层次与组织用户关系的问题尽管路面管理以网络层次和项目层次两种主要的尽次进行，路面问题却都可以从以下三个基本组织层次或使用层次来看法规层次、管理层次和技术层次。在项目层次特别需要涉及到技术方面的考虑和决策时，管理者当然也需要进行技术类型的输入，而这正是网络层次管理者也要做的事。法规层次当然也要从路面的管理寻求答案，但这需从通常的网络预算压缩到科学立项的计划整个过程中探寻。网络层次的路面管理中，修复和维护工作因预算资金有限而得到优先分析处理，其流程为“自上而下”式，换言之，单个项目困扰先计划而投入生产是始于网络层次的。然而，项目层次的活动在整个过程中也同样重要，而且其“自下而上”的数据形式对网络层次的评价的现代化是极其重要的。网络层次还是以十分粗略的数据和技术进行分析运行的，因而单个的详细的项目的测试、设计和施工完成后，可能还需要进行“微调”。总之，路面管理的结构使项目层次和网络层次合而为一，而这两者都为一个组织过程的法规、管理和技术层次的用户提供了结果。需要这些结果的主要问题则留待下段单独介绍。34PSM本身并不进行决策许多用户却这样做了对工程项目，我们不可能完全依靠数量标准和决策规则。质量的判断主要靠人的努力来进行，因而，系统或系统中使用的计算机并不作出决策，相反，它只提供信息为决策者使用。因此，是使用PMS的人在决策中起作用的。为了做出决策，PMS的法规、管理和技术层次的用户都要面对特定的问题。这些问题可能各自在重点和范围上随所处机构的不同而不同如联邦、州省、城市、县，并且还涉及到相应的管理层次。下面的段落将这三个层次分别提供示例。341法规层次用户规划或选择的法规层次的问题的范围十分广泛，但管理和技术层次则必须对其透彻掌握。这些范围包括1预算需求的公正性法规层次管理者必须面对各种同为紧迫的需求，这些需求中那些表述问题的方式看来清晰适度的就很可能得以优先考虑。2缺少投资和或维护费用的影响法规层次管理者可能特别要知道费用的不足会对短期和长期有多大影响，甚至是不需投资的预算，也要了解服务水平的衰减、特别维护费用、最后的重修费用对用户的影响等。3迟建设或降低标准的影响减少费用涉及到推迟维护与修复，和或降低等级标准等问题。4预算需求对将来网络状态的影响如果基金水平跟预算需求相一致的话，那么就将来网络状态考虑将有一个关键问题网络的平均服务水平或状况是降低了还是提高了，或保持原状或者是要保持网络的现状需要多少基金5增加荷载限制的影响这是遵循规范条款方面问题的例子。显然，好的PMS应当能够给出技术和经济方面的答案。342管理层次用户负责管理拨款和维护计划的管理和规划人员也就是州省公路管理者，规划维护和城市工程的基层领导除了须就自己所处层次解决问题，还要能够清楚地认识和掌握法规层次的问题，并从技术层次寻求合理答案，换句话说，这个层次要同时兼顾上下两个层次。具体包括以下例举的问题1预算需求公正合理的基本优先方案；2用数据库信息基础上的图形和表格形式对当前网络状况的粗略评估；3低预算水平的影响程度和使用网络保持特定状态所需预算水平的量方面的确定方法；4推迟维护或修复的影响的定量方面的论证手段；5期望的资金投入下网络将来状态用平均服务水平、路况、安全性等表示的估计；6PMS带来的好处及其重要特征或“可交付使用的”等；7路面管理的实行费用，其中包括数据库开发，劳动力需求，系统开发及安装、培训和操作费用等；8其它人员完成的劳动及其文献管理；9路面管理和其它管理系统包括养护的关系；10PMS跟运输管理的总体界面交互。343技术层次用户从技术角度看，路面管理涉及大量问题。另外，如果需要技术活动有意义的话，管理层次和法规层次要面对的问题也必须考虑。下面是网络层次和项目层次都涉及到的一些关键问题的例子1数据库的设计和操作，以及方法、步骤和获得数据的设备；2保证数据库恰当充分；3预测交通、路面性能、损坏、表面摩阻力等的模型及其可靠性、连贯性、合理性、缺陷等；4最低服务水平、最小路面摩阻力、最大局部破坏程度、最低结构能力的标准标准的合理性及变化的影响等