预防性养护视角下的精细化数据服务

文/图|北京崇理科技有限公司 题晶 姚艳茹

预防性养护是指在不增加路面结构承载力的前提下，对结构完好的路面或附属设施有计划地采取雾封层、碎石封层、微表处等具有费用效益的措施，以达到保养路面系统、延缓路面损坏、保持或改进路面功能状况的目的。与其他养护方式相比，预防性养护虽然需要更早地投入人力、物力、财力，却不失为一种成本效益比最优的养护措施。

正所谓“上医治未病”，如果能够依据精细化的数据及时预见、精准诊断路面的潜在病害，从而制定准确的预防性养护方案，对提升路面性能、延长路面使用寿命意义重大。可以说，未来的预防性养护一定是以精细化数据为支撑，以科学养护管理系统为依托，综合运用先进的自动化检测技术和智能化辅助手段的精细化预防性养护。

传统道路检测方法的弊端

根据现行的《公路技术状况指标评定标准》，为了准确掌握路面使用性能的变化情况，有针对性地采取各种养护和改建措施，延缓路面性能衰变或恢复路面使用性能，必须定期开展路面使用性能评价。而评价依据则是与路面功能、结构和安全相关的各类检测数据，如路面破损状况指标、路面车辙深度指标、路面抗滑系数、路面结构强度等。

当前，各项路面状况指标均由单独的检测装置采集，为了提高检测效率，公路养护管理单位通常将多种检测装置集成在同一辆检测车上，以实现一次性采集多项路面状况指标的目标。由于每套检测装置都分离设置，因此采集到的路面数据也各自分离，生成的数据表大多是二维的线状分布图。

这种传统检测方法采集的数据过于粗放，且呈现形式较为单一（二维数据图），无法更好地为养护设计人员提供详尽的路面信息，也无法为养护施工人员提供更全面的病害数据，以致从事公路养护施工、管理的相关单位不得不委派专人开展现场考察和实地测量，以获取更精细化的数据。

图1为一段5.8公里道路的百米平整度（IRI）指标分布情况，其中横坐标为行驶里程桩号，纵坐标为平整度指标（百米平整度代表值），以二维数据图形式呈现。该图清楚地反映了整条路段的行驶舒适度变化情况，但若想进一步了解某处的平整度数值为何会增大，则很难从二维数据图中判断出来，因而需要借助更为精细化的数据展开分析。

图1 百米平整度指标分布图（单位：m/km）

精细化预养护的实现路径

什么是精细化的数据？从数据维度的角度来看，道路是一个复杂的三维结构体系，二维数据无法完整地呈现其发展变化状态，只有尽可能地采集并呈现道路的三维数据，才能更精准地掌握并分析路面的真实状况，为公路养护决策提供支撑。

基于此，目前行业内已有相关公司研发了基于数字全息技术的三维预防性养护辅助设计平台，该平台能够一体式采集并解析路面的三维数据信息，并结合地理信息生成路面三维病害地图数据。养护人员可通过该平台开展预防性养护辅助设计，并制定预防性养护方案，还能精准确定养护资金预算，在线模拟养护完成后的预期效果。

图2为该平台生成的某高速公路（近20米）路面三维数据分布图，其中X轴为路宽，Y轴为路长，Z轴为路面深度分布信息，图表中呈现的深度数据精度为毫米级，不仅可以为养护人员提供空间视角的数据信息，还能直观反映道路路面的细节问题。在三维数据的支撑下，养护人员能精准找到影响行驶舒适度指标的症结，如图2所示，深蓝色的区域存在路面坑槽病害，直接影响路面行驶舒适度、行车安全及路面寿命，需要及时养护。

图2 道路路面三维数据分布图（单位：mm）

由此可见，与传统的二维数据图相比，这段基于数字全息技术的三维病害地图数据，能够呈现出更丰富的路面信息，更有利于养护人员精准识别、及时发现潜在路面病害。

精细化数据的应用优势

路面三维数据图具有显著的视觉优势，能够为公路养护工程提供可视化支撑及更精细的路面数据。在此，笔者通过几组三维数据分布图，具体分析精细化数据的应用优势。

以沥青路面为例，路面的抗滑性能指标通常用路面的磨耗程度来衡量，而路面的磨耗程度可以通过路面沥青颗粒的构造深度（一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度）反映。路面三维数据分布图能够呈现沥青颗粒的分布细节，养护人员可以结合精细化的路面纹理数据精确诊断路面病害，进而制定更为准确、高效的养护方案。

图3为无明显病害的沥青路面三维数据分布图，从深度分布数据可以看出，该段路面沥青颗粒清晰，颗粒间起伏平缓，路面构造深度数据呈均匀分布。图4为有表面脱落状况的沥青路面三维数据分布图，从图中可以看出，该段路面沥青颗粒起伏差异明显，表面脱落导致路面吸沙量变大，磨耗指数增高，养护人员可据此精准诊断路面病害成因，制定针对性的养护方案。

图3 无明显病害的沥青路面数据三维分布图

图4 表面有脱落状况的沥青路面三维数据分布图（上图为正视图，中图为三维数据分布图，下图为计算路面构造深度而模拟电动轮铺沙法的示意图）

路面车辙病害是高速公路普遍存在的病害之一，对于比较浅的车辙，大多采用微表处或薄层罩面的方式处理，这两种方法均为沥青路面预防性养护中较为常见的施工技术。由于车辙横断面一般为下凹型曲线，在采用上述方法修复车辙时，其填补厚度为变量，会影响养护工程量的计算，而精细化的病害数据有助于精确计算施工所需摊铺量。图5为一段宽3.75米、长10米的高速公路路面车辙三维数据图，图中“W”状的车辙病害清晰可见，并伴有深浅不等的坑槽病害。通过这些数据，能够精确地计算出采用微表处填补车辙或者薄层罩面法修复车辙所需要的材料用量和施工成本。

图5 路面车辙三维数据图（X轴为路宽，Y轴为路长，Z轴为路面深度信息）

由图5可知，路面的各种病害不是独立存在的，常常是相伴相生、相互关联、相互影响的，粗放的检测手段和数据，无法准确反映出病害之间的相互关系。精细化数据更有利于养护人员开展病害成因分析，进而及时发现、精准预见和防治早期路面病害，避免造成严重的安全隐患，增加后期养护成本。此外，精细化数据还有助于精细化养护的发展，为预防性养护提供及时的诊断和方案支撑，从全生命周期道路养护的角度来看，精细化数据不仅节省了养护成本，还能为道路全生命周期养护提供动态监测数据，为道路病害成因及发育趋势预测提供数据支撑。

众所周知，路面检测数据是养护人员开展养护决策的基础和依据，检测数据的精准与否直接决定了养护决策的资金预算、养护设计的精细化程度、养护工程成本预算、养护施工的监管等全产业链的协调效率。对于公路行业而言，更好地落实“预防为主，防治结合”的养护方针，提高预防性养护的效率，都离不开精细化数据的支撑。

由于信息孤岛现象严重、数据精细化程度不足等原因，公路养护行业一直面临严重的信息失衡和成本浪费。彭柏龙 摄