如何让公路养护装备更智慧

文｜长安大学高速公路筑养装备与技术教育部工程研究中心 马登成

何为道路智慧养护装备？即在道路养护领域充分运用物联网、云计算、互联网、人工智能、自动控制等技术，对现有养护装备进行升级改造或基于上述技术开发新型养护装备，使其具备自我感知、互联、分析、预测、控制等能力。

借助道路智慧养护装备，并通过高新技术汇集养护施工信息，对道路养护设备管理、人员管理、设备参数采集等道路养护业务进行全方位、全过程管控，能够充分保障道路安全、发挥道路基础设施效能、提升交通系统运行效率和管理水平，为公众畅快出行和经济可持续发展服务。

养护升级 大势所趋

随着全世界逐渐进入老龄化社会，适龄工作人口将急剧减少，尤其是艰苦险重工程建设人员大幅减少，必然导致用工成本增加，为降低人工成本、提升施工效率和质量，智慧交通工程装备、无人工地、智慧养护装备的出现已成必然趋势。

目前，道路施工与养护装备正朝智能化、智慧化、无人化方向发展，欧美、日本等国家在该领域的研究已取得了较大进展。我国在智能建造、智慧无人工地建设、智慧管养技术与装备研发等方面与国际水平还存在一定差距，体现在智能化、智慧化、智能建造等方面的自主研发能力有限，满足不了道路施工装备智慧化、工地无人化、道路养护智慧化的发展需要。总体来看，我国的道路施工装备、智慧无人工地以及智慧养护装备的发展水平仍处于探索和起步的初级阶段。

从国民经济发展形势看

我国经济增速已由高速增长转为中高速增长阶段，人均GDP持续上升。面对经济发展对交通运输和公路运营管理与服务质量提出的更高要求，以及交通量持续增长为公路基础设施养护带来的严峻挑战，应用道路智慧养护装备及时发现、快速修复病害已成为新时期公路养护管理的题中之义。

从社会发展趋势看

我国人口老龄化加速，预计到2040年人口老龄化进程达到顶峰，老龄化人口达4.1亿，占总人口的29%，整个社会从业人员呈现老龄化趋势。目前，公路建养工地已很难看到30岁甚至35岁以下工作人员。由此可见，研发道路智慧养护装备迫在眉睫。

从公路建养增长趋势看

许懿 摄

我国自20世纪80年代开始修建高速公路，已建成的大部分高速公路设计寿命为15～20年，但由于超载、使用保养不当等原因，有些路段实际使用10～15年甚至更短的时间就出现开裂、泛油、剥落、严重车辙等问题。在高速公路网络大规模建设的同时，高等级公路和其他等级公路的保养维护，尤其是路面保养维护将是一个不可忽视的市场。交通运输部统计数据显示，2019年，我国公路养护里程495.31万公里，占公路总里程的98.8%。面对大量的道路养护任务，依赖传统的养护装备已很难满足实际需求。

从科技发展形势看

随着5G、物联网、数据挖掘、人工智能、大数据、区块链、计算机视觉及云计算等先进科学技术的出现，科技革命和新兴技术产业发展将推动公路养护装备深刻变革。

从国家政策导向看

交通运输部在《交通运输科技创新中长期发展纲要（2021-2035年）》（征求意见稿）中明确提出，实施智慧无人工地建养装备创新工程。可见发展道路智慧养护装备符合国家《交通强国建设纲要》对“交通装备先进适用、完备可控”“科技创新富有活力、智慧引领”的明确要求，特别是围绕交通装备部分部署“加强特种装备研发”“推进装备技术升级”等具体任务。符合国家经济社会发展的重大需求，符合国家中长期科技发展规划纲要、中国制造2025、“十四五”国家科技创新规划等国家重大科技战略部署。

智慧养护 触手可及

随着智慧交通“云、大、物、移、智”等新一代信息技术的突破和发展，我国公路养护逐渐迈入“智慧养护”时代，道路智慧养护已不再是空中楼阁。

建立智慧养护中心系统

一是建立公路智慧养护管理系统，形成多级用户网络共享的统一分布式数据库，为养护部门的管理、养护决策提供支持。例如，形成省、市、县、养护站四级养护管理系统。基层养护站负责录入公路运行监测数据，对日常养护中病害数据使用客户端进行采集上报，对巡查的病害进行信息上报及修复。县级公路养护部门肩负承上启下的功能，对基层上报信息进行严格审核、把关，并传达市级公路养护部门的指令。市级公路养护部门行使监查审批功能，对上报信息进行审查处置，并下达巡查计划，同时运用系统平台进行大数据分析，为领导决策提供辅助依据，使整个系统实现数据共享。省级公路养护部门审查下级公路养护部门上报的信息，对未来养护任务及经费进行决策，并根据上报信息指导下级公路养护部门开展养护作业。二是建立地理信息系统，统一公路数据库，实现部门协同、信息共享，打造公路智慧养护一体化平台。三是实现养护设备升级换代，开发公路养护管理移动端，实现道路检测数据与网络数据库数据同步更新。

搭建养护装备远程管理系统网络

升级传统养护设备，搭建远程管理系统网络，通过对养护设备加装GPS定位及数据采集系统，实现对养护施工现场信息的采集，通过基站将采集的数据信息传输到管理系统，实现远程管理与监控。

建立智慧养护管理系统

采用设备与人的协同管理思路，搭建智慧养护管理系统，实现“数据平台+绩效考核+持续管理改进”的良性循环，促进养护设备能效成本降低和使用效率提升。智慧养护管理系统框架如图1所示。

图1.智慧养护管理系统框架

升级基于物联网技术架构的道路养护设备

主动智慧养护（自我感知）针对正在建设的道路，借助先进的传感技术与大数据监测网络，研发结构物健康智能诊断装备，设置状态监测设备，开展全链式大数据挖掘与预警，实时传递道路状态数据，制定养护策略，实现路面、桥梁、隧道的主动智慧养护。例如，通过在桥梁上加装风速风向仪、加速度传感器（多方向）、应变传感器、温度/湿度传感器、位移传感器、磁通量传感器等设备，对桥梁进行在线状态监测。同理，也可采用上述方式实现针对隧道与路面的在线状态监测。

被动智慧检测（主动巡检）针对已建成的道路，利用无人巡检（无人机、5G、遥测），自动、智能检测装备以及智能化养护设备进行定期状态检测，将检测数据与养护中心数据库相连，最终通过大数据分析得出最佳的养护对策与时机。例如，利用斜拉索检测机器人、无人机搭载实时监控设备，将采集的数据传输至操作终端，可在终端看到拉索保护层表面状况和拉索内部是否存在断丝、锈蚀以及桥梁结构、山体护坡等病害情况。除此之外，还可利用桥梁检测机器人技术、隧道雷达监测技术、路面结构无损检测技术等开展病害检测。

未来之路 智慧无限

从主动智慧养护、被动智慧检测的思路出发，对现有设备进行升级改造，实现养护装备智慧化发展。

“互联网（物联网）+”解决方案

利用互联网、云平台、设备、管理者四维一体互联，进行管理优化，提升设备使用率，降低设备能耗。智慧养护的“互联网（物联网）+”解决方案如图2所示。

图2.智慧养护的“互联网+”解决方案

养护装备实时在线监测与控制

对养护装备进行数据、视频采集提取，通过信息传输将检测到的数据存储到数据服务器，监测中心对采集的数据进行分析、判断与决策，指导施工现场；同时，可将数据传输至设备制造企业，实现产品全链条智能监测与调整。以道路再生拌和站为例，其实时在线监测与控制方案如图3所示。

图3.道路再生拌和站实时在线监测与控制方案

自动无人操作技术与道路养护装备的结合

利用自动无人驾驶技术、智能检测技术及机器视觉技术，将“人工、机械、材料、工法、环境”等有机智慧结合，实现道路养护装备的智能化、机器人化、无人化，多机智慧协调控制与工程质量智慧管控，进而提高工程质量和交通工程装备技术水平。

无人智慧养护工地的实施

无人智慧养护工地集成建造系统方面，将物联网、移动互联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息通信技术与先进设计、养护施工技术深度融合，研究面向道路养护智慧工地全生命周期作业过程，贯穿于设计、施工、运维等工程活动各环节，构建起具有自感知、自学习、自决策、自适应等功能的新一代智慧工地集成建造系统平台。

毋庸置疑，提升道路智慧建设与维养水平，发展道路智慧养护装备，能有效推动道路基础设施维养装备的科技进步，形成智慧、无人、安全、绿色的现代智慧养护装备与维养工地，助力道路养护实现更高质量发展。可以预见，在加快建设交通强国的背景下和“十四五”发展新阶段，道路智慧养护必将成为养护的重要发展方向，道路智慧养护设备也有望借此契机实现新一轮升级。