中外路面资产管理系统关键技术比较研究

黄九达

(1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211100；2.新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京 211100)

1 中外典型路面资产管理系统调研

目前，国内外路面资产管理系统众多，良莠不齐。由于不同系统在开发时其目的、结构组成不同，导致各系统具有不同的功能和特点[4]。下面主要从系统的组成模块、功能及特点对加拿大DTIMS、德国Heller-PMS系统、中公高科CPMS、南京道润RoadKeeper PMS(RK PMS)以及苏交科JSTI-PMS等典型系统进行调研。

1.1 国外路面资产管理系统

在对国外众多路面资产管理系统的调研中，发现DTIMS系统和Heller-PMS系统在路面多维度分析、科学决策、可视化展示等方面具有较为突出的优点是国际先进产品，能够较好地提高用户体验和决策的可靠性[5]。

(1)DTIMS系统

Deighton公司开发的DTIMS系统主要由DTIMS平台、商业分析、运营管理、DTIMS移动以及商务智能五大模块组成[6]。该系统在执行分析过程中对所有基础设施资产进行清单编制、状况评估、风险评估及生命周期分析和优化。同时，利用DTIMS商务智能模块简化数据分析过程，共享部门之间信息，实现对公路、桥梁、涵洞、护栏标志等各种基础设施资产的可视化管理，从而为管理者提供可持续解决方案和服务。

(2)Heller-PMS系统

Heller-PMS系统是由德国HELLER公司开发，经过25年的发展，形成具有完善的公路检测评估和养护管理体系的路面资产管理系统，其主要包含OnKo3集成可视化系统和PMS决策系统[7]。其中Onko3系统在养护管理过程中，利用GIS平台整合空间数据、属性数据、路网基础数据等各类相关数据，实现路网数据多维度可视化管理。

1.2 国内路面资产管理系统

在国内众多系统中选取功能全面、应用较广的CPMS[8]，操作简单、适用性强的RK PMS以及添加国检评分功能的JSTI-PMS等国内具有代表性的路面资产管理系统进行介绍。

(1)CPMS系统

CPMS系统主要包含路面性能数据库管理、路面养护辅助决策、可视化查询与检索、养护报表及报告制作和系统管理等五大功能。其中路面养护辅助决策是其核心功能，通过对路面技术状况评价、养护需求分析、养护投资效益分析、预算优化分配和养护工程计划编制等一系列过程，实现养护投资与养护方案的科学决策。

(2)RK PMS系统

RK PMS系统主要侧重于数据的存储、数据统计分析、路面使用性能评价、路面综合分析、养护辅助决策以及根据规范要求生成养护报表等功能。系统基于各种路面基础信息及路况检测数据，采用国家规范中的评价模型，对项目级中的路面或路网级中的路线进行性能评价和综合分析，然后基于专家系统进行辅助决策，制定出具有针对性的养护措施。

(3)JSTI-PMS系统

JSTI-PMS系统主要用于存储并处理路面资产、技术状况及相关交通数据的一种路面养护分析和养护决策工具。系统基于基础数据库，根据规范评价标准，将自动检索、实时评价路面破损、车辙深度、平整度等路面各项使用性能指标。同时，系统增加了国检技术状况评分模块，可以自动计算出项目级和网级评分结果。

2 路面资产管理系统关键技术对比分析

2.1 数据库管理

数据存储和管理是路面资产管理系统最基本的功能，其主要为系统养护分析与决策提供数据支撑。目前，国内CPMS、RK PMS、JSTI-PMS系统基本上均具备对路面属性数据、养护历史数据、交通数据、路况数据、环境数据等静态数据和动态数据的录入和查询功能。而国外DTIMS、Heller-PMS更加注重对整个路面基础设施资产的管理，在管理过程中除了具有对上述基础数据存储之外，额外增加了资产库存、条件和工作历史数据以及桥梁、涵洞、护栏标志等所有相关周边设施资产的存储和管理，包括自定义添加所需数据类型。

2.2 路况评估

国内CPMS、RK-PMS、JSTI-PMS系统基本上均是根据国家规范规定的路面破损、平整度、车辙深度、路面结构强度、路面抗滑等路面基本性能指标进行计算和评价。而国外Heller PMS系统根据公路实际情况自定义添加具有针对性的评价指标和阈值功能，如侧向力系数、平均车辙深度、模拟积水深度、网裂面积比例、填补面积比例等实现对路况客观、合理和科学的评价。同时，为了直观展示养护路况水平，对整个公路网中路况相似、结构相似、交通负荷相似的路段进行同质段划分。

2.3 路况性能预测

为了解路面性能衰变情况，系统需要考虑道路条件、交通量以及处理措施等因素的影响，选择合理的预测模型对当前路面各项指标进行预测[9]。如表1所示对国内外典型系统在预测模型的选择和预测方式上进行对比分析。

表1 中外系统路况性能预测比较

2.4 养护决策

在对路网的性能进行评价和预测后，系统需要综合考虑环境因素、预算条件、路况现状、性能衰减曲线、路面性能目标值等各种因素影响，确定合理的决策树模型，以生成当年度路面的最佳养护方案[10]。如表2所示从决策方式、模型选取等方面对国内外主流系统养护决策模块进行对比分析。

表2 中外系统养护决策比较分析

2.5 养护规划

系统养护规划主要是为辅助决策者制定科学合理的路面养护计划，目前国内外绝大数路面资产管理系统基本上都具有路网多年养护规划功能，但系统在养护决策方法、影响因素以及系统决策全面性和深度等方面还存在较大差异。如表3所示对上述典型系统养护规划模块功能进行对比分析。

表3 中外系统养护规划比较

为了实现快速获取最佳养护规划方案，Heller-PMS基于预算的启发式优化算法，如下式所示

(1)

(2)

式中：Benefit为养护效益；t为计划年，Year；T为规划期时长，Year；n为路段数，个；Cost养护路段需要成本，￥；b为规划年度预算，￥；d为计划年度预算的最大允许偏差。

2.6 可视化管理

随着GIS技术的日益成熟，路面资产管理系统也在朝着更加实用和人性化的方向发展。目前路面可视化管理主要包括信息查询可视化和界面展示可视化，下面对国内外典型的系统在可视化展示方面进行比较如表4所示。

表4 中外系统可视化管理对比分析

2.7 资产评估与风险管控

从中外路面资产管理系统常见的管理模块中可以看出，国内主流的CPMS、RK-PMS以及JSTI-PMS主要把公路资产当作具体实物，对其路面基础数据、养护数据、性能数据、交通轴载数据进行综合统一分析并提供相应分析结果，还未将风险管理纳入到养护决策考虑范畴。而国外典型的DTIMS、Heller-PMS系统已将资产评估与风险管控作为高速公路资产管理的重要组成部分[11]。例如DTIMS系统是把公路作为一项资产进行管理，以货币的形式基于历史成本/重置成本的方法对公路资产进行估值，并通过资产建模和风险因素分析定量地反映维修、预期寿命和资产性能状况，为公路的养护决策提供依据。Heller-PMS在风险管控方面具有完善的风险管理模块，包含项目背景、风险评估、风险处治、监督和审查以及沟通与协商等一系列风险管控流程。在执行风险管理时，通过对技术、环境以及其他外部风险因素的识别和风险评估，把资产风险按可能会发生的概率和造成的结果评定为低分险、一般风险、显著风险及严重风险4个等级，并对相应的等级采取相应的处治方法。

图1 系统风险管控流程

3 中外路面资产管理系统对比总结

目前国内外路面资产管理系统主体功能模块组成基本一致，主要存在的区别是各个模块在展示方式、研究的全面性及深度方面还存在较大差异。

国外路面资产管理系统的作用已不仅仅是路面数据库管理和查询系统，更重要的是已把公路当作整个资产进行价值评估和风险管控的全寿命周期管理，以及基于GIS地图的强大的自定义可视化展示技术的应用，使其已真正成为了公路管理部门进行决策的辅助工具。国内的路面资产管理系统的主要作用还是数据库查询系统，虽然多数系统也具有预测、辅助决策或者专家系统的功能，但在使用过程中由于缺乏针对性的评价指标及未将风险管理纳入到决策考虑范畴，使得各系统预测、决策模型的适用性尚未得到验证，应用程度不高。同时，基于GIS的数据处理的可视化功能应用较为单一，分析结果仍然主要以柱状图、折线图、饼状图以及表格等形式简单展示，用户体验较差。目前传统的经验决策和主观判断仍在我国养护管理过程中占据主要地位，路面资产管理系统的主要功能并没有得到发挥和利用。

4 结 论

(1)在对路况进行预测时，系统除了采用基于历史数据线性拟合出预测模型外，可添加根据实际情况自定义手动输入合理预测模型，并建立处治措施与衰变等级之间关系，以实现对路况性能的准确预测，从而为养护决策提供重要数据支撑。

(2)在公路养护和决策方面，系统需综合考虑相关风险因素对公路资产管理的影响，增加风险管控模块，建立路面成本-效益优化模型，并引入内置启发式最优算法自动快速生成最优解养护规划方案，从而实现高速公路全寿命周期效益最大化。

(3)在基于GIS地图的可视化展示方面，可以吸收德国Heller-PMS系统可视化管理经验，根据用户的需求和习惯，添加基于GIS的自定义展示模块，对其内容和界面进行专业化定制，实现实时展示客户需求信息，进一步提升可视化水平，增加系统用户体验。