路面维护管理系统的可行性报告

1、路面维护管理系统的可行性报告（一）立项依据1国外路面管理系统的发展状况路面管理技术的研究始于 20 世纪 70 年代初期的北美，美国在经历了大规模 的公路建设后，面临着大量的路面管理、养护上作。为了准确地评价公路网的 破损状况，把有限的养护资金分配到最需要养护的路段上，道路研究人员开发 了路面破损数据检测设备，建立了数据库，制定了评价方法、标准和优先养护 模型。这种以计算机为工具的路面管理技术就称为路面管理系统。比较有代表 性的有： 1978 年建成并付诸实施的美国加利福尼亚州路面管理系统，该系统 主要用于对该州的刚性路面和柔性路面进行路况监测，提供路面损坏信息和确 定路面养护及改建对策等。此

2、种排序方法对于网级系统来说考虑过于简单，未 能考虑项目之间的影响。总的来说，该系统功能还不够完善。加拿大阿尔伯达 省的路面信息和需求系统包括 r 省公路系统和各城市系统，是比较综合、 完善 的系统。其开发采用分阶段建立和实施的方法， 如路面信息和需求系统 （ PINS , 1983年）、改建信息和优序系统（RIPPS, 1984年）及城市路面管理系统（MPMS 1987年）。城市路面管理系统（MPMS功能更加完善，包括数据库管理、养 护计划、路网改建计划、项目级设计和分析共 4 个子系统，该系统较大的特点 是其提出效果的概念，并将其作为优化排序的主要指标，把路面使用性能的改 善当作使用者获得收

3、益进行考虑。回首我国公路管理的发展 , 路面管理系统研究追溯至 1984 年， 1985 年首先在辽 宁营口地区施行英国的沥青路面养护管理系统，标志着我国的路面养护管理系 统的研究和应用的开始。 1987 年湖南省开发了适合本地区的路面养护系统，自 此之后，广东、北京、杭州、河南、陕西、江西等地区也开发了适合本地区的 路面养护系统。 1988 年，交通部在云南引进了世界银行的 HDM-III 公路养护标 准模型，开始了我国在公路养护领域经济分析研究的先例，研究成果为CPMS（Chinese PavementManagemenSystem）提供了方法和经验。在“七五”国家 重点攻关期间， 交通部

4、建立了我国自己的路面管理系统 CPM（SVnl.O ）。“八五” 期间，国家在个省市推广使用 CPMS系统.近年来，因大量高速公路投入运营， 各级养护管理部门对养护管理系统的迫切需求，我国对高速公路养护管理系统 的研究发展很快。目前我省还没有一个集静态管理与动态管理、辅助决策于一体，适用于公路施 工管理部门，包括路况信息，养护规划2. 项目研究的目的、意义 路面维护管理系统是一个复杂的庞大的设备资源群体，因此如何管理好用好这 些设备资源，发挥其应有的性能效益，将路面维护管理变被动为主动，防患于 未然，已成为摆在我们面前的重要课题。路面管理系统则是以路面管理为目的， 运用计算机和现代管理科学等先

5、进技术来实现管理的目标。其中，道路工程学 是道路管理系统的基础。但整个系统则是道路工程学、管理科学、计算机科学 三者有机的结合。它综合考虑了技术，经济，政治，环境等多方面的因素，使 得整个管理过程系统化，科学化和现代化，为管理部门的决策人员提供了分析 的方法和工具，并为管理部门提供了可靠的依据，积累了管理经验。系统的核 心在于研究如何在有限的资源（资金，劳动力，材料，能源等）下以最低的消 耗，提供并维持路面在预定使用期内具有足够的服务水平，也即在预定的标准 和约束条件下，选用费用效果最佳的方案。我省路面管理系统 SMNP莫型的建立，是采用以分项指标为主进行路况评价和 预测。包括 6 路面破损评

6、价路面行驶质量评价、路面强度评价、路面安全性能 评价、路况预测莫型、大中修投资效益预估、项目级决策管理、网级决策管理。 的路面评价数据库和应用软件具有多库、全屏、动态和自动编辑功能 , 编辑查 询十分方便 , 并设计有路况览图和各种统计图形 , 清晰直观各种莫型参数的调 整可根据各地实际情况进行交互式修改 , 无需修改软件源程序。以此运行提出 的养护处治方案可使有限资金得到充分合理利用。3. 本项目研究达到的科技水平 本项目以动态设备档案及技术状态管理为核心，以计算机信息网络与数据库为 基础，以省，市，县，各公路管理部门，信息处理与共享为目的，采用人工录 入路况及设备及基本数据与动态提取，生成

7、基本信息相结合的方法，实现对管 理活动中的道路状况，设备调配，物资，人员等信息的收集，提取加工，输出， 进行趋势预测，从而形成支持组织决策的集成化管理信息系统。（二）研究内容和目标1）沥青路面各种病害的成因比较复杂，由于环境、地点、气候条件的不同，病 害的情况不一。现将沥青路面的几种主要病害与防治方法介绍如下：1泛油 它大多是由于混合料中沥青用量偏多，沥青稠度太低等原因引起，但有时也可 能由于低温季节施工，表面嵌缝料散失过多，待气温变暖之后，在行车作用下 矿料下挤，沥青上泛，表面形成油层而引起泛油。沥青表面处治和沥青贯入式 路面最易产生此类病害。可以根据泛油的轻重程度，采取铺撒较粗粒径的矿料

8、予以处治。2波浪 它是路面上形成有规则的低洼和凸起变形。波浪的产生，主要是由于沥青洒布 不均形成油垄，沥青多处矿料厚、沥青少处矿料薄，再经过行车不断撞击而造 成高低不平。交叉口、停车站、陡坡路段行车水平力作用较大的地方，最易产 生波浪变形。波浪变形处治较为困难，轻微的波浪可在热季强行压平的方法处 治，严重的波浪则需用热拌沥青混合料填平。3拥抱 在行车水平力作用下，沥青面层材料的抗剪强度不足则易产生推挤拥包。这类 病害大多是由于所用的沥青稠度偏低，用量偏多，或因混合料中矿料级配不好， 细料偏多而产生。此外，面层较薄，以及面层与基层的粘结较差，也易产生推 挤、拥包。这种病害一般只能采取铲平的办法来

9、处治。4滑溜 沥青路面滑溜主要是由于行车作用造成，矿料磨光，沥青面层中多余的沥青在 行车荷载重复作用下泛油，也易形成表面滑溜。这类病害通常多采用铺防滑封 面来处治。5裂缝 沥青路面裂缝的形式有纵向裂缝、横向裂缝、龟裂与网裂几种。 沥青路面沿路线纵向产生开裂的原因，一种是因填土未压实，路基产生不均匀 沉陷或冻胀作用所造成；另一种是沥青混合料摊铺时间过长，或接缝处理不当， 接缝处压实未达到要求，在行车作用下形成纵向裂缝。冬季气温下降，沥青路面或基层收缩而形成的裂缝，一般为与道路中线垂直的 横缝。土基干缩或冻缩产生的裂缝，亦以横缝居多。路面整体强度不足，沥青面层老化，往往形成闭合图形的龟裂、网裂。

10、对较小的纵缝和横缝，一般用灌入热沥青材料加以封闭处理。对较大的裂缝， 则用填塞沥青石屑混合料方法处理。对于大面积的龟裂、网裂，通常采用加铺 封层或沥青表面处治。网裂、龟裂严重的路段，则应进行补强或彻底翻修。 6坑槽沥青路面产生坑槽的原因是面层的网裂、龟裂未及时养护而逐渐形成坑槽。基 层局部强度不足，在行车作用下也易产生坑槽。坑槽处治的方法是将坑槽范围 挖成矩形，槽壁应垂直，在四周涂刷热沥青后，从基层到面层用与原结构相同 的材料填补，并予夯实。7松散 松散大多发生在沥青路面的初期。松散的原因是采用的沥青稠度偏低，粘结力 差，用量偏少；或所用的矿料过湿、铺撒不匀；或所有嵌缝料不合规格而未能 被沥青

11、粘牢。基层湿软，则应清除松散的沥青面层后，重新压实，待基层干燥 后再铺面层。8啃边 在行车作用和自然因素影响下，沥青路面边缘不断缺损，参差不齐，路面宽度 减小，这种现象称为啃边。产生的原因是路面过窄，行车压到路面边缘而造成 缺损，边缘强度不足，路肩太高或太低，雨水冲刷路面边缘都会造成啃边。对 啃边病害的处治方法是设置路缘石、加宽路面、加固路肩。有条件时设法加宽 路面基层到面层宽度外2030cm2）水泥混凝土路面的病害 水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的不断作用下逐渐变坏，以至出 现各种类型的损坏现象，大体分为接缝破坏和混凝土面板损坏两个方面，损坏 性质也可分为功能损坏与结构性损坏两个范

12、畴。1接缝的破坏，包括 1 ）挤碎 2）拱起 3 ）错台 4）唧泥 此外，纵缝两侧的横缝前后搓开、纵缝缝隙拉宽、填缝料丧失和脱落等也都属 于接缝的破坏。2混凝土板本身的破坏 混凝土板的破坏主要是断裂和裂缝。面板由于所受内应力超过了混凝土的强度 而出现横向或纵向以及板角的断裂和裂缝，其原因是多方面的：板太薄或轮载 太重；行车荷载的渠化作用（荷载次数超过允许值） ；板的平面尺寸太大，使温 度翘曲应力过大；地基过量塑性变形使板底脱空失去支承；养生期间收缩应力 过大；由于材料或施工质量不良，混凝土未能达到设计要求等等。断裂和裂缝 破坏了板的结构整体性，使板丧失应有的承载能力。因而，断裂和裂缝可视为 混

13、凝土面层结构破坏的临界状态。1填缝料的填补 填缝料常因高温被挤出而失落，日久老化而失去弹性，因此，一般在冬季缝隙 增宽时增补或更新填缝料，使缝隙填料保持饱满不渗水，避免屑杂物等不可压 缩的材料混入。2裂缝的修补 对较小裂缝，应及时将裂缝内的尘土清除干净，再灌填沥青砂或沥青玛蒂脂封 缝；或用环氧树脂胶结。对严重的裂缝，宜先将松动部分凿掉并清除干净后，在干燥情况下，用液体沥青涂刷缝壁，再填入沥青砂捣实、烫平，并以细砂覆 盖。裂缝的修补工作宜在秋末冬初缝隙较宽时进行。3. 麻孔、剥落、局部磨损和坑洞的修补先将尘土碎屑清除干净，再用 1 : 2水泥砂浆（水灰比0. 40.5 ）或硫磺水泥 填补。硫磺水

14、泥强度高，能与多种材料粘结快硬，不需养生，并有耐酸抗渗作 用。有时也可用掺有50%&度聚乙酸乙烯乳液的水泥砂浆进行修补。或先涂敷环 氧树脂或水泥浆，然后用掺有早强剂的混凝土填补。4. 大面积磨耗的处理当磨损、剥落面积较大时，可用坚硬石料进行双层沥青表面处治。粘层油应用 较稠的沥青，用量应稍多，以免剥落。对已磨光的路面，国外常铺上防滑沥青 砂封层，或者用割槽机将路面割成小横槽，以恢复抗滑力。5. 断裂的修理根据断裂位置把混凝土板凿成深约0.050.07m的长方形槽，刷洗干净后，用水泥砂浆涂抹槽壁和底面，然后以混凝土填补。较彻底的办法是将凹槽壁凿至 贯通整个板厚，并在凹槽边缘板厚中央打洞。

15、洞深0.1m，直径3040cm,水平间距0.30.4m。每个洞应先将其周围润湿，插入一根直径1820cm,长约0.2m 的钢筋，然后用最大粒径为 510mm的细石混凝土填塞捣实。洞口留下 0.01 0.02m不浇足，钢筋应一半伸出洞外。待细石混凝土硬结后，再将凹槽边壁润湿， 涂刷水泥浆一道，然后将与原来相同的混凝土浇入槽中夯捣密实（见图）图混凝土路面断裂的修理方法1-细粒混凝土； 2-钢筋尺寸单位：cm6. 整仓修复当裂缝分布遍及全板时，可将该板块击破翻除，必要时还应重做基层，再另浇 筑新混凝土板。对于击破旧混凝土路面，我国有关单位研制一种移动式电动落 锤式破路器，效果甚好。7. 罩面混凝土路

16、面损坏后，可在其上以新混凝土罩面。为加强新旧混凝土的结合，加 铺前除清除旧面层表面并凿毛外，有时还可在旧路面上先涂敷环氧树脂，然后 铺筑新混凝土层，以使新旧层之间达到完全结合。若在旧面层清扫后直接铺筑 新混凝土罩面时，则属于部分结合的情况。如在铺筑新混凝土罩面之前，先加 上一层油毛毡或其他材料作隔离层，这属于分离式的情况。当用沥青混合料进行罩面时，应有一定的罩面厚度，常用的厚度为0.090.15m， 否则容易剥落，而且旧混凝土路面接缝和裂缝易反射到沥青层上。绿化3）绿化主要包括中央分隔带、边坡的树木和植被的日常养护。包括修剪和 治虫等工作。还要根据实际情况和气候变化，对不适合的树种和植被进行更

17、换 系统主要模块：路面管理系统（PMS）的组成路面管理系统一般由数据管理系统、路面性能评价、路面性能预测和路面养护 决策四部分组成，如图1所示。图1晡血管理系统1数据管理系统数据管理是路面管理系统中的首要问题。由于路面管理系统必须建立在大量信 息的基础上，并以数据作为支持，因而需要对数据进行管理。数据管理系统又 分为数据采集和数据库管理。1.1数据采集数据采集是运用客观科学的数据采集方法，采集路面状况数据，建立路面使用 性能预估模型，进行路面使用性能的评价，并对路面性能满足使用要求的程度 作出判断。根据判断结果，可以判别路面状况是否适应目前的交通和使用要求， 了解路网的服务水平，确定路网内那些

18、路段需要采取养护和改建措施以及采取 何种措施较为合适。需要采集的路面状况数据主要有平整度、路面损坏、结构承载力和抗滑能力四 个。其检测方法及评价指标见表1。这些也是道路养护和改建计划编制的依据 同时，还应该收集交通特性数据，包括交通量和交通量在道路空间上的分布及 轴载信息。表1路面状况检测设备及检测指标 懂序号米件指标般检测设备检测指标1路面损坏 （病害）直尺、病害数据采集仪、路面摄像车2平整度断面类平整度测疋水准仪水准尺1、平均调整坡2、纵断面平整度指标： 功率谱分析竖向加速度均方根直尺指数3、国际平整度指数梁式断面仪惯性断面仪反应类平整度测疋传感器和显示器组成 的仪器主观评估法3强度（弯沉

19、）静态弯沉测定贝克曼弯沉仪自动弯沉仪动态态弯沉测定稳态弯沉仪 脉冲或落锤弯沉仪4抗滑制动距离法 锁轮拖车法 偏转轮拖车法 可携式摆式仪测定法 粗构造深度测定我国在路面管理系统 PMS的推广过程中，强调了路面状况数据的重要性。却忽略了交通特性数据的重要性。国内外预测模型的敏感性分析表明。交通数据是 最敏感的输入数据。交通特性数据微小的变化，可能对路面状况预测结果产生 很大影响。1. 2数据库管理路面管理系统是借助于计算机技术进行路面养护评价、预测、分析和决策的 计算机辅助决策系统，数据库是这一系统的基础。系统所需的各种路况数据以 不同的方式采集后输入计算机，通过数据库加以处理和管理，为系统的网级

20、及 项目级决策提供所需要的数据。数据库通常包含以下几类信息：路段划分和识 别、几何数据、路面结构、交通、使用性能数据、设计和施工数据、养护和改 建数据、环境（降水、温度等）、公路历史、单价等 应充分利用管理数据，并根据需要依据现行标准对数据进行加工、处理，给路 线、区间和路段进行编码、分段，使不同的数据存放在不同的层次上，以便系 统能够快速高效地进行检索、查询、数理统计、分析。在此基础上建立数据库。数据库管理有以下基本功能：a）数据的输入、更改、输出；b）数据的检索查询； c）数据的统计分析；d）为网级系统提供决策数据；e）为项目级系统提供工程分 析数据。2路面性能评价路面使用性能评价是依据采

21、集的路面状况数据，判断目前道路状况是否满足交 通要求，所得结果将作为是否采取养护和改建措施以及采取何种措施的依据。路面使用性能单项评价主要包括四个方面：路面行驶质量、路面损坏状况、结 构承载能力及路面抗滑能力。路面行驶质量、路面损坏状况通过主观评分，评 分结果整理、数据分析分别对照标准驶质量指数 RQI、路面状况指数PCI进行评 价。结构承载能力通过无破损弯沉试验评定结合路面状况指数PCI进行评价。路面抗滑能力以摆式仪测定SRV为指标。这些指标都是通过主、客观相结合的方法建立的，即一方面通过专家对路面状 况进行定性的打分，另一方面利用各种检测仪器对路面进行客观定量的检测， 将这两个方面结合起来

22、，用以建立路面性能的评价标准。这些指标可能采取的 分制不同，不同的分制对客观路面破损的给分敏感性是不同的，其间的差别还 有待于进一步的研究。在路面综合评价指标模型中，对多个物理指标的评价结 果，一般采用综合评价方法，即通过对不同的单项指标加权求和而得，如AASHO的PSI（路面现时服务性能指数），日本的MCI（养护管理指数）。我国采用PQI 作为评价指标，其值由上述四个分项指标加权计算得出。使用性能评价采用状态向量的形式予以描述。采用综合评价指标 R10进行评价路面3路面使用性能预估为了提出经济可行的路面设计方案，对各设计方案进行寿命周期费用分析以及选择最佳养护和改建对策。需要预先估计路面在采

23、用新建、设加铺层或其他各 种养护和改建对策后，其使用性能随时间或轴载作用次数的变化规律，为进行 这种预估而建立的关系式称为使用性能预估模型。各种使用性能预估模型，可 划分为两种基本类型：确定型和概率型。其模型类型及建模方法见下表 2 表2路面使用性能预估模型的类型及建模方法序 号使用性能预估模型模型类型建模方法备注1确定型基本反应、结构性能、功能性能和使用寿 命模型力学法 力学-经验 法经验回归法2概率型残存曲线，马尔科夫模型，半马尔科夫模 型经验判断 统计分析 回归分析无论采用哪种方法建立使用性能预估模型，都应按照一定的程序进行（1）明确模型的类型和预估目标（2）使用性能变量及其影响变量的选

24、择（3）数据的收集和预处理。这些数据包括：设计和施工数据，养护和改建数据、 使用性能监测数据、交通数据环境因素等。（4）选择模型形式和结构（5）建立模型及检验（6）模型的标定无论采用那种模型都有其特定的局限性，这主要是因为：a）建模的数据基础总是有限的，需要进一步的积累：b）对模型所要反映的使用性能变化的物理性质 的认识和经验积累又总是处于一定的历史时期，需要不断深化。4路面养护决策路面养护决策以路面性能评价和预测为依据，在路面性能达到某一标准时。考 虑采用相应的养护维修措施。一旦采取相应的养护维修措施后。路面性能的变 化又将影响下一次的养护维修决策。路面养护决策的确定是一个较为复杂的过程，它

25、涉及到路面现有的状况、传统 的对策模式、决策者的经验知识和价值观念。以及可能的政策干预等诸多因素。 决策模型在路面管理中的应用可追溯到20世纪60年代的AASHT试验路，20世纪70年代采用的决策模型是项目级工具，后来一些机构开始采用寿命周期分析 方法（LLC）来分析大中修措施。目前路面管理系统从最简单的排序方法到复杂的 数学规划方法都有涉及。主要包括决策树、排序、近似优化和纯数学规划。数 学规划方法的出现一度解决了规划期内最佳养护和改建策略问题。但实际应用 中纯数学的工具不一定可行。随着计算量和数据采集的要求，在项目级上进行 整个网络的多年完全决策是十分困难的，因此出现了各种近似的优化方法。

26、目前国际上采用的近似优化决策方法主要集中在两个方面，即集成（Aggregation）和启发（Heuristic）。5经济分析评价在对路面系统进行上述一系列性能的评价之后还要进行经济评价。应全面考虑 寿命周期内的全部费用包括：修建、养护、改建、用户费用等，采用寿命周期费用分析，运用经济上现值法、年费用法、收益率法、收益-费用比法、费用-效果法等进行经济可行性分析。6优化路面管理系统的目标就是用最小的费用实现预定的性能。因此进行项目排序和 方案优化是路面管理系统的核心部分。排序可以按照使用性能参数排序和按进价分析参数排序。路面管理系统的优化 分为静态优化和动态优化。静态优化法有线性规划法，动态优化

27、法有动态规划 法养护决策系统应用功能模块设计养护管理系统其它日常管理弁护工程管理TW图信息管理Tt形信息管理决策分析窈态数据管理态数据管理T数据维护T基础地理数据库公路地理数据库公路使用性能数 据库公路基本资料数据库历史资料数据库公轉 机构情况数据库桥涵属性数据库检测资料数据库 日常管理数据库克它数据库 n根据江西省高速公路当前和未来的公路养护管理的需求及现有技术水平和管理水平,高速公路养护管理系统设计为9大功能模块。系统功能、模块功能内容简 单介绍如下：1）数据维护。完成道路基本数据、道路检测数据、路况图片与图像数据及养护 模型数据及机构信息数据等多种格式数据的输入与编辑2）静态数据模块。在

28、 GIS系统中,可通过属性窗口的内容选择或电子地图上对 线、点的选择完成对道路基本资料的管理。3）动态数据模块。主要完成随时间变化较大类型数据的管理，如养护检测数据和巡查数据的增加、修改、删除等管理。4）图形信息模块。通过GIS的可视化界面可完成对各类数据的有条件的属性数 据查询、地理数据查询及统计功能。5）视图信息模块。GIS系统通过动态分段技术，对于图形数据与属性数据的一 体化管理，尤其还成功地解决了图形、属性、影像、文本、声音高度集成的一体 化地理数据库的管理能力，界面更友好。6）决策分析模块。是路面养护管理系统的核心部分 ，运用系统分析的方法，结合 优化原理和养护管理知识,借助GIS计算机技术手段,建立基于GIS的可视化公路养护管理决策支持系统，为交通主管职能部门、公路养护部门的建养计划及工 程实施等管理需要提供及时、准确、全面的信息和决策依据。如何根据优化理 论结合软件所服务道路的具体情况确定合适的模型及其参数，是系统开发的关键所在。公路养护决策系统以现有路面质量为基础 ，综合考虑养护历史记录、资 金预算分配等客观条件，对路面性能进行评价、预测和提出最佳养护对策。7）养护工程管理。借助 GIS技术,建立可视化的养护工作流形式的养护工程管理系统,完成养护部门日常维修保养与小修、大中修工程的管理，可