浅谈路面管理系统

1、浅谈路面管理系统 路面管理系统读书笔记前言：随着国民经济和公路事业的不断发展，交通量也迅猛增加。目前，路网建设已初具规模，部分公路已进入养护周期，公路管理部门面临的主要任务将从建设公路网转向养护、改建、维护和改善现有公路网。实践证明，路面管理系统(Pavement Management System，PMS)是进行公路养护管理的有力工具。 在系统的看完姚祖康老师编写的路面管理系统一书及查看了相关资料之后，对路面管理系统有了一定的认识和了解。1 路面管理系统(PMS)的定义 路面管理系统(PMS)在不同的国家有着不同的定义。 美国AASHTO路面系统指南中将PMS定

2、义为：用于决策者在公路评价养护中寻求投资有效分配方案的工具； 澳大利亚定义路面管理系统为：用于优化利用路面养护可用资源，包括信息采集、信息分析和方案决策的一种管理方法； 在我国将其定义为：路面管理过程中协调和控制同路面有关的各项活动，其目的是使管理部门能够有效地使用资源(资金、劳动力、工具设备、材料、能源等)，以最低的资源消耗提供并维持预定使用期内具有足够服务水平的路面。简单讲，路面管理系统就是综合运用计算机技术、道路工程理 论、工程经济分析、系统工程技术等对现有公路路面进行养护管理的综合性管理技术。 2 路面管理系统(PMS)的分类2.1网级路面管理系统网级路面

3、管理系统的范围，包括一个地区(省、市)的公路网或一大批工程项目。它的主要任务是为管理部门在进行关键性的行政决策时提供对策。2.2项目级路面管理系统项目级路面管理系统是针对一个工程项目，依据网级系统所给定的约束条件。如：采取哪一类养护、改建或新建措施、可分配到的最高投资额及在预定期限内应具有的使用性能指标，以及对某计划项目有关的设计、施工、养护和改建活动组织协调在一起进行周详的设计方案优化分析。利用所采集到的路面使用性能参数及材料、交通和环境等数据，通过路面结构损坏分析和路面使用性能分析，对其在分析期进行费用分析，同时，对各方案的分析结果做出经济评价。它的主要任务是为管理部门对某一工程进行技术决

4、策时提供对策，以选择费用一效果最佳的方案。3 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。 31 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。 311 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

5、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序号采件指标一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定水准仪水准尺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

6、面仪反应类平整度测定传感器和显示器组成的仪器主观评估法3强度(弯沉)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。 312 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

7、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

8、策数据；e)为项目级系统提供工程分析数据。 32 路面性能评价 路面使用性能评价是依据采集的路面状况数据，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

9、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，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 33 路面使用性

10、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

11、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。 34 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

12、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AASHTO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

13、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。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)。 3.5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。3.6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，动态优化法有动态规划法4 结语 随着高速公路里程的快速增长，我国已经进入高速公路养护和管理的全新时期，路面管理系统正是为了适