面向不同管理需求的交通基础设施养护数据平台建设

丁 美

(上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司， 上海 200120)

截至2018年末，全国公路总里程484.65万km，公路养护里程475.78万km，占公路总里程98.2%[1]。随着公路网的逐步完善，我国公路交通行业已从大规模的建设期向持续性的养护期转型。基于养护设施量的增加以及养护的精细化、专业化需求，养护板块必须建立管养设施基础数据及检测数据的管理系统，从而建立具备兼容性的数据收集规则及精细化管养模式，对设施进行性能跟踪。同时，在养护管养设施长期数据积累的基础上，进行设施检测数据的技术分析评价、基于设施的养护运营经济分析测算，形成长效的设施管理和市场指标，为招投标及预算制作提供客观依据。

交通基础设施管理的信息化建设方面，相关学者先后从公路设施资产管理[2-3]、路面管理[4]、机电设施管理[5]、桥梁结构安全[6-7]、桥梁精细化管理[8]、隧道管理[9]以及建模技术[10-12]等多个专业进行了系统研发的工作。目前专业系统与更宏观的资金管理以及更微观的养护管理之间缺少顶层设计。

通常来说，数据产生及交互涉及生产型企业管理的3个层级[7]：第1个层级是一线数据，本文主要指实际交通基础设施养护维修计划的执行、费用的产生等；第2个层级针对一线工作计划制定、费用及人力等综合分析基础上的调整；第3个层级是在以上2个层级基础上的管理决策，如图1所示。其中，第3个层级的需求最难实现，基于财务数据和设施数据进行管理决策是管理者的根本需求，该层级需求的实现也是设施管理数据作用的最大化发挥。

图1 管理层级

世界各国从费用[13-14]、质量方面[15-16]等不同的角度在决策层面上做了一定的设施管理分析，且大多服务于第3个层级。此外，由于主体单位或管理部门的不同，不同层级的管理并非数据交互，而是通过重复工作来实现，比如数据检测的执行和多头管理。

本文将详细分析在交通基础设施管理中所涉及的不同层级需要的数据及数据来源，并设计用于不同层级或管理主体交互的数据获取及路径更新。

1 需求分层设计

数据涉及到的相关交互及目标用户主要包括设施管养部门、上级管理部门、设计施工单位、业主及行业管理单位。数据共享方式主要包括数据传输、相关文件的提交等，主要用途包括优化养护工作、专业化设施管理及业务管理3个层级，具体如下。

1.1 第1个层级目标—优化养护工作

1) 建立管养设施的基础数据档案，为养护提供更好的基础平台，为业主提供更好的个性化服务。

2) 以信息化管养系统为基础，简化作业管理及维修环节的作业记录及上报工作，进行有效的电子化数据管理及工作监督，为一线管理养护工作人员提供技术支持并积累养护作业相关业务数据。

1.2 第2个层级目标—专业化设施管理

1) 以结构检测、监测数据为基础，综合分析设施安全状况，跟踪设施损坏情况，预测设施寿命，建立设施结构安全的技术指标体系。

2) 以基础数据、交通数据、应急记录为基础，建立安全分析评价的技术指标。

3) 以设施基础数据、损坏检测、监测情况、维修记录为基础，建立养护维修方案的专家库，用于辅助未来的养护维修计划及方案的制定。

1.3 第3个层级目标—专业化决策管理

1) 以损坏专家库、维修专家库、安全评价专家库、管理业务数据为基础，建立业务评价模型，用于评价养护工作的质量。

2) 以设施数据、业务数据为基础，建立资金分析模型。

3) 基于以上数据及专家库，评价现有设施服务能力及设计维修方案，为大修或改建的设计施工提供支持。

4) 以养护设施的基础数据、性能数据、历史维修数据、经济分析数据的积累为基础，以专家库及分析模型为依据，为上级管理部门、政府、业主提供城市交通基础设施的价值估值(经济效益、社会效益、使用寿命等)、运营成本预估以及大中修决策，也可为资产价值提供技术支持。

2 基于目标层次的数据组成设计

数据建立主要以数据管理方式为基础，建立包括基础数据、检测监测数据、业务管理数据在内的交通基础设施养护管理数据库。首先，根据设施的地理位置、建造及大修所产生的历史数据，为已有设施及新建设施建立基础档案(有效期为基础设施使用寿命)；其次，根据不同专业现有研究成果及相关规范，将明确的性能指标建立成为以设施位置和时间轴为标记的结构化数据，并将代表设施性能的原始数据(包括图片、视频、文字描述等)标记保存；此外，以现有的养护流程和养护模式为基础，跟踪记录巡视、检测、养护维修等各环节所产生的人力、物料、设备费用。

基础数据的建立及更新需要有专业的掌握数据库基础知识及结构设施知识的人员进行维护和更新，该类数据的有效期为设施的全寿命周期。

设施检测的原始数据往往属于非结构化数据或半结构化数据，将这些非结构化数据标记保存，一方面可用于人机交互的决策辅助，另一方面可用于将来提取新指标或进行相关研究使用。按照工作内容，此类数据又可划分为日常巡视数据、定期检测数据、健康监测数据。性能指标数据即根据检测、监测数据计算所得的相关评价指标，该类指标数据是根据固定的规范及相关评价模型计算所得，需要共享给行业管理者及业主，主要用于宏观性能评价、寿命预测以及网络级的规划。

业务数据主要包括业务流程环节产生的各类数据，主要分为费用(资金、材料、人力、设备)和措施记录2部分(流程、养护方案等)，该类数据主要用于辅助业务决策，结合设施数据进行管理上的综合分析。

各类数据的关系及层级目标如图2所示。

图2 数据层级关系

设施基础数据是其他数据能够有效使用的基础，是最根本的数据；原始检测数据是性能指标数据产生的前提，其精度及手段决定了性能数据中指标的获得，二者是设施客观评价的基础，是最重要的数据；业务数据是最难获取、分析以及量化的，是本数据平台的核心价值，关键在于如何利用设施数据评价业务，如何利用业务数据辅助决策设施养护维修的策略。

3 数据获取路径设计

3.1 基础数据的获取

根据基础数据的获取途径，可以将其分为既有设施数据及新增设施数据。既有数据的获取力求完整有效，新增设施基础数据的建立原则是简单方便，该功能也保证了数据平台的拓展性。其中，道路基础数据其生产及更新途径如图3所示，中小桥梁基础数据的建立及更新方式如图4所示。特大型桥梁则由于每座大桥都具备其特殊性的原则建立其桥梁档案数据及数值模型数据，具体方法如图5所示。

3.2 检测评价数据的获取

道路及中小桥检测数据根据获取途径可以分为自动化检测数据、人工巡查数据、对外委托、检测监测数据及评价分析数据，分别根据其具体情况进行数据获取说明，具体方式及数据获取路径如图6所示。

图3 道路基础数据获取途径说明

图4 中小桥梁基础数据获取途径说明

大型桥梁检测评价数据根据其来源分为巡查及定期检查数据、特殊检测数据、监测数据及模型分析评价数据，其详细获取方式说明如图7所示。

隧道检测评价数据主要分为运营、机电设备及结构3个部分，其数据的获取路径可分为人工巡查数据、对外委托检测监测数据及评价分析数据，具体数据的获取途径需要根据其实际监控系统配备情况决定，数据获取途径说明如图8所示。

此外，历史检测监测数据需根据数据平台的设计要求及实际数据情况进行定期备份及清洗(数据结构化、指标化，无效数据剔除)。

图5 特大桥梁基础数据获取途径说明

图6 道路及中小桥检测数据获取途径说明

图7 大型桥梁检测监测数据获取途径说明

图8 隧道检测监测数据获取途径说明

3.3 养护维修数据的获取

养护等实际工作中产生的业务数据则需要具体的班组相关人员进行实际情况的填写。此部分数据的获取可在养护业务系统中进行充分设计，道路、隧道、中小桥梁以及机电等附属设施部分需要建立或利用现有养护作业OA系统直接进行数据对接，建立并关联基础数据编码，形成历史数据；大桥养护作业系统须在大桥构件编码的基础上进行开发。

4 应用案例

基于以上设计思路，建立了服务于交通基础设施运维管理的数据平台，并通过对上海市400 km车道高速公路、160 km车道普通公路、80座中小桥梁以及1座大桥、2座隧道的管理验证了数据平台的服务能力。下文以高速公路的管理为例进行说明。

以申嘉湖高速为例，选择路面状况指数PCI作为性能(效益)指标代表进行说明，各层级目标的实现如下：1) 专业化设施管理：通过导入检测损坏数据计算所得的各项指标、性能预测结果如图9所示；2) 优化养护工作：通过业务数据关联分析，养护投入与效果关系如图10所示；3) 专业化决策管理：通过业务数据、设施数据的年度分析，标定性能效益分析模型，确定预算指标，计算获得的全寿命周期规划决策结果如图11所示。

图9 申嘉湖高速评价及预测结果

图10 申嘉湖高速公路养护投入与效果分析

图11 申嘉湖高速公路养护规划结果

5 结束语

基于基础设施规模扩大及养护精细化、专业化需求，本文通过建立满足不同管理需求的交通基础设施养护数据平台，使交通基础设施数据可以同时为管理决策、设计建造以及养护维修等不同职能部门服务。以申嘉湖高速公路为例说明了如何利用该平台的数据组合服务于养护工作优化、设施管理及决策管理3个层级的目标管理，本系统可推广应用于国内交通基础设施管理。