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高速公路养护管理学士学位论文
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摘要
高速公路养护管理系统由数据库、路面使用性能评价模型、路面使用性能预测模型、养护维修对策模型等内容组成。
路面管理系统（PMS）是一种科学的管理方式和辅助决策工具,能够有效改变传统的经验决策模式,发挥路面资源的最佳效益,保证路面管理决策的系统化、科学化和现代化。
作为PMS的一个子系统,路面养护管理系统（PMMS）决策的关键是有效利用养护资金,使路面处于最佳服务水平或产生最大经济效益。
随着我国高速公路建设的发展和高速公路网的逐渐形成,高速公路的养护管理问题显得越发突出和重要。
由于目前我国尚缺乏统一的高速公路养护技术标准和规范,而且各地的高速公路养护管理模式都有所不同,因此本文的研究对高速公路自身和区域社会经济的可持续发展都具有重要的理论意义,对高速公路主管部门和具体养护部门的管理决策工作有积极的现实意义。
本文针对我国高速公路路面养护管理的现状,以省级范围的高速公路网级路面养护管理决策问题为研究对象,在路面使用性能评价和预测的基础上,构建了高速公路网级路面养护管理系统决策优化研究的主要框架,建立了路面养护资金分配优化模型,讨论了模型的求解算法。
关键词：
PMS，路面管理系统，使用性能评价，使用性能，预估对策分析
Abstract
PavementManagementSystem（PMS）isakindofscientificmanagementmodeandatoolforassistantdecision.Itisdistinctfromthetraditionaldecisionmodethatdependsonhumanexperience.SoPMSisofbenefittothesystematismscientificityandmodernizationofthepavementmanagementdecision,andgoodformakingbestuseofthepavementresource.PavementMaintenanceManagementSystem（PMMS）isoneofthesubsystemsofPMS．Thepavementperformancepredictionincludingboththeexistingroadconditionandroadageispresented,thepredictionofpavementperformancewillbemorequickandaccurate.Themaintenancedecisionandeconomicanalysismethodofhighgradehighwayarediscussed.Theimprovedexcellent-inferiorcoefficientmethodispresentedwhichutilizesfullytheexpert'sknowledge,theerrorisreducedandthemaintenancedecisionobtainedismorereasonable.ThecomputeraidedmaintenancedecisionsystemofExpresswayPavementManagementisdeveloped.Thedatabasesoftheexpresswayinformationareestablished,thenthesystemevaluatesthepavementperformanceautomaticallyandrecommendsthemaintenanceschemebyexpertknowledge.TheestablishmentandtheexecutionofthemaintenancemanagementsystemimprovethemodeofapplicationmanagementandmaintenancemanagementofhighgradehighwayinJiangsuProvinceandestablishthedevelopmentbaseoffuturenetworksystemmanagementofhighgradehighway.
Keywords：
PMS,pavementmanagementsystem,performanceevaluation,performanceprediction,analysisofcountermeasure
目录
1.引言1
2．高速公路路面养护管理系统的概论1
2.1路面养护管理系统的历史和发展1
2.2高速公路管理系统在国内的开发和应用情况2
2.3应用前景及效益分析2
3．高速公路路面养护管理系统的基本理论知识3
3.1路面管理系统的定义3
3.2路面管理系统的组成和结构3
3.3简单介绍广东省高速公路路面养护管理系统的组成4
3.3.1数据管理系统4
3.3.2模型管理系统5
3.3.3前方图像管理系统5
3.3.4高速公路地理信息系统6
3.3.5路面养护决策系统6
3.3.6日常养护管理系统6
4．路面状况调查7
4.1平整度调查7
4.2路面损坏状况调查7
4.3结构承载力能力调查9
4.4抗滑性能调查9
4.5车辙调查10
5.数据库管理系统10
5.1数据库的作用10
5.2数据库分类11
6．高速公路路面养护决策与管理需求12
6.1路面使用状况评价12
6.2路面养护需求分析（指定养护标准）13
6.3路面养护需求分析（指定道路服务水平）14
6.4养护预算分配14
6.5投资水平与道路状况分析14
6.6道路养护计划编制（一年）14
6.7道路养护规划编制（多年）14
7．沥青路面养护管理系统14
7.1沥青路面损坏与评价14
7.2.路面使用性能预测14
7.3.维修养护对策14
7.4抗滑处理15
7.5改建对策15
7.6专项养护15
8．水泥混凝土路面管理系统15
9．总结17
参考文献18
致谢19
1.引言
随着我省高速公路建设事业的迅猛发展，高速公路养护管理日益重要。
如何利用现代科技的手段管理好、养护好高速公路，使之能发挥出更大的效益，更好的为经济建设服务，已是摆在我省高速公路管理决策者面前的重要课题。
国民经济的高速发展，道路交通量日益增大，车辆大型化且严重超载，使公路路面面临严峻考验。
许多高等级公路沥青路面建成后通车不久，便发生较为严重的早期破损现象。
路面的破损对车辆行驶速度、燃油消耗、行车舒适、交通安全、环境保护以及路面承载力等造成较大的影响，因此路面的维修养护就成为保证其服务质量和延长使用寿命的重要手段。
对路面进行预防性、经常性、及时性、周期性的养护维修，使其保持平整完好、横坡适度、排水畅通，并具有足够的强度和抗滑性能，从而达到高等级公路路面养护的质量标准，以适应交通运输快速发展的需要为实现高速公路的经常性、及时性和超前性养护，规范养护管理工作，高速公路养护管理中心需要利用先进的、科学的管理工具，做到及时、准确地掌握道路目前状况，快速查询道路原始技术档案及养护维修资料，并能及时上报、决策，快速做出反应，逐步形成一支高素质的专业化养护管理队伍，以实现高速公路养护管理规范化、标准化、科学化。
为此，建立由计算机管理的各项公路结构设施功能的评价与决策系统，采用较先进的计算机多媒体技术，定期采集数据，输入数据库，便于方便快捷的查询和统计分析，生成规范的上报报表及时上报，并能使用专家系统，提供最佳养护维修方案，编制养护计划报告书已势在必行。
2高速公路路面养护管理系统的概论
2.1路面养护管理系统的历史和发展
路面养护管理系统是近20年在公路界出现的一个新的领域。
它运用现代管理科学的理论，系统分析的方法和计算机运算手段，为管理部门提供科学的分析工具和方法，使有限的资源实现最佳配置，提供足够服务水平的路面。
经过20余年的发展，路面养护管理系统已从一个概念变为在许多国家运转的系统，成为路面养护中一个受欢迎的现代化辅助决策工具。
路面养护管理系统的研究起源于美国和加拿大，1971年首次出现了路面养护管理系统PMS的术语。
70年代后期，美国和加拿大德育多州和省相继建立和实施网级路面养护管理系统，到80年代中期，大约有35个州和省已建成或基本建成路面养护管理系统。
其中，较为有代表的有美国加利福尼亚州1978年建成的公财政规划用的网级路面养护管理系统，亚利桑那州1980年建成的军事机场和城市道路管理系统PAVER,加拿大阿尔伯达省1983年建立的路面信息和优先排序系统PIPPS，以及1987年建成的城市路面养护管理系统级英国运输和道路研究会的公路养护评价系统CHART.目前，路面养护管理系统的理论和方法已近成熟。
我国路面养护管理系统的研究始于1984年，1985年首先在辽宁营口地区移植了英国的沥青路年养护管理系统。
尔后，北京，广东，河北，山东，河南，云南和江西等省市的公路部门相继建立了省市级或地区级沥青路面养护管理系统。
经过“攻关工作，我国路面养护管理系统的理论水平已接近或达到发达国家水平。
但在使用上，尚有大量工作有待进行，这包括提高认识，改善数据采集手段，投资上予以倾斜等。
2.2高速公路管理系统在国内的开发和应用情况
在经历了大规模的高速公路建设之后，随之而来的是任务繁重的公路养护和管理。
由于高速公路在建设方式，管理体制，公路质量，车流速度，交通流量和交通组成等各方面都不同于一般公路，公路养护和管理的传统概念将适应时代的要求而的到发展，手段和内容要求更新。
因此，在大规模的公路管理和养护时代到来之际，建立“高速公路养护管理系统”（pavementmangagementsystemforexpressway）,加速公路管理现代化建设具有重要的实现意义.
目前，已经或正准备应用系统的省市（区）有广东，湖南，河北，黑龙江，辽宁，新疆，福建和山东等。
由于不同的省市对高速公路路面管理系统有不同的要求，因此系统组成差别很大。
例如湖南开发的是网络系统，广东增加了日常养护专家系统。
2.3应用前景及效益分析
高速公路的特点及高速公路建设的规范化程度，决定了未来高速公路在管理和养护中，对管理数据化，检测标准化，养护规范化和决策科学化的要求。
高速公路管理系统的应用将在很大程度上促进高速公路管理的科学进步，加快公路管理现代化建设的步伐。
系统的应用体现在社会和经济方面的好处（效益），主要包括：
1、由于决策科学，提高了公路管理部门的资金使用率。
2、充分利用有限的养护资金，提高路网的使用质量，降低车辆损耗和油耗，提高车辆行驶速度和行驶舒适性（即所谓的社会效益）。
国内外研究证明，这部分费用的节省，将远远高于公路养护投资的直接效益。
3、提高了公路部门职工的科学管理水平，促进了公路行业的现代化建设。
3高速公路路面养护管理系统的基本理论知识
3.1路面管理系统的定义
路面管理系统是指最有效的利用现有的各种资金，使得公路网中的路面处于最佳的服务水平或产生的经济效益最大。
路面养护管理系统既于路面设计和施工有区别，也与传统的公路管理不同。
他是终合运用路面专业知识，用系统工程科学广利地方法，借助计算机手段来处理与路面养护活动有关的问题。
3.2路面管理系统的组成和结构
按不同的管理层次，路面养护管理系统可以分为网级路面养护管理系统和项目级路面养护管理系统。
网级路面养护管理系统，包括一个区域的公路网或一大批工程项目，是高速公路网的宏观分析系统。
其作用是制定养护方针，确定分配方案，分析费用需求，确定项目优先顺序，为管理部门在进行关键性行政决策时提供依据。
网级路面管理系统的服务对象为省级高速公路管理部门，系统的组成要素见图3-1.
项目及路面养护管理系统是通过对一个或一组项目进行路面评价，优先顺序，悬着处治方法和分析费用寿命期，制定具体的路面养护计划，为管理部门对某一个工程项目进行及时决策时提供对策，宜选用费用效果最佳的方案。
项目及路面管理系统的服务对象为省级高速公路管理部门及其下辖的高速公路管理单位。
网级路面管理系统的目标是要对一大批工程项目或整个公路网作出决策，主要内容有安排路面养护计划资金的分配，路面养护的规划等;项目级路面管理系统是跟据网级路面管理系统的决策为个别工程项目提出的费用和使用性能目标以及养护计划和改建计划，对该项目作出比较专门的技术管理决策，主要内容又在限制条件下，应先用那些方法可使效益最佳或费用最低。
就一般情况而言，科学的路面养护管理系统，可以为管理决策者解决如下的问题：
1、路网中现有路面的使用性能及服务水平如何；
2、在一定养护资金限制下，优先安排哪些路段进行养护可产生较大的经济效益；
3、不同的投资水平下路网的状况如何；
4、在现有的路面状况下，本年度和中长期养护计划的安排。
这些问题的解决可以为公路养护部门提供最优决策的参考依据。
路面养护管理系统的结构特点是利用路面调查数据，对路面进行定量评价、预测、效益分析、优先排序、优化决策、输出对策。
每一步都以前一步分析结果为基础，增加新的分析而组成，各步相互独立，层层相加，因此，可以采用模块结构分段建立和实施。
每一个模块相当于一个可区分的发展阶段，有独立的分析结构输出，可独立的交付使用。
一次建立和应用各个模块，可是系统不断扩大其功能，达到不同的发展阶段，知道形成一个完整的路面管理系统。
路面养护管理系统的结构如表3-4所示
路面养护管理系统模块结构表3-4
模块
主要内容
典型输出结果
数据库管理
路段划分，几何尺寸、路面结构、交通量、路面使用性能、路面历史
路面现状报告（报表、图等形式），路面历史状况报告
养护和改建需要的分析
使用性能最低可接受水平，决策标准，使用性能预估模型
目前需要养护和改建路段，静候需要养护和改建路段，路面使用性能曲线
养护计划
典型养护措施和单价，养护政策（养护对策的决策的标准），养护水平对路况的影响分析
各路段的养护措施，养护计划，不同养护预算水平的分析报告
改建计划
典型改建措施和单价，改建政策（改建对策的决策标准），优序原则或优化分析（费用最小或效益最大）
各段路的改建方案，优先计划（按年份，道路等段、地区等），预算水平分析，财务计划（按特定使用性能水平要求）
养护和改建综合计划
按总预算水平养护和改建计划
各路段的养护和改建措施，养护和改建综合计划
项目级分析
路面弯沉和材料性能测定，改建路面结构设计，寿命周期费用分析
结构分析报告，改建方案分析报告
3.3简单介绍广东省高速公路路面养护管理系统的组成
根据广东省高速公路路况的实际情况，路面管理系统如下部分构成:
1、数据管理系统；
2、模型管理系统；
3、前方图像管理系统；
4、地理信息管理系统；
5、养护决策管理系统；
6、日常养护管理系统。
3.3.1数据管理系统
高速公路数据管理系统主要对如下数据内容进行管理：
1、道路建设概况；
2、高速公路去见基本信息，如桩号、长度、宽度；
3、平面曲线组成，如弯道起点、半径大小、曲线长度等；
4、竖曲线组成；
5、路面破损；
6、道路平整度；
7、路面结构强度（沥青路面）；
8、交通量及组成；
9、道路环境数据；
10、路面结构和强度；
11、路面养护方案，如材料、厚度、价格等。
3.3.2模型管理系统
在路面管理系统中，有大量的模型及参数需要经常性的被修改或标定，以便适应不同条件和状况。
模型和参数的个性变更通过模型参数管理系统完成。
参数数据库包括如下主要数据：
1、车辆特征；
2、交通量换算系数；
3、路面性能评价模型
（1）路面破碎率换算系数；
（2）PCI评价模型；
（3）PSSI评价模型；
（4）PQI评价模型；
（5）RDI评价模型。
4、路面使用性能预测模型
（1）PCI预测模型；
（2）PSSI预测模型；
（3）PQI预测模型；
（4）RDI预测模型。
5、评价标准；
6、材料单价；
7、标定方程；
8、决策模型。
3.3.3前方图像管理系统
用于管理高速公路的前方图像。
这些图像包括不可数字化的沿线植树、建筑及路面总体状况等。
3.3.4高速公路地理信息系统
建立地理信息系统与高速公路数据库的关系，将数据和决策结果通过数字地图（如1：
250000）的友好界面进行分析、统计、汇总、显示。
这些数据可包括从动态到静态的所有数据，例如交通量分布、路面破损分析、养护计划、路面结构等。
3.3.5路面养护决策系统
为了保持高速公路良好的服务性能，充分发挥高速公路快速和舒适的特点，公路部门要经常地投入养护资金，同时充分的利用给定的养护资金，从技术和经济上对公路养护的各个可行方案进行多方位的比较分析，寻求最佳的养护方案。
如前所述，高速公路养护决策和管理的主要形式为：
1、路面使用状况评价；
2、路网养护需求分析（限制条件：
养护标准）；
3、路网养护需求分析（限制条件：
养护水平）；
4、养护预算优化分配；
5、投资水平与道路状况分析；
6、道路养护计划编制（一年）；
7、道路养护规划编制（多年）。
养护决策系统的功能就是通过对上述养护形式的分析，为养护管理部门提供决策的数据和依据。
3.3.6日常养护管理系统
日常养护管理系统是养护公司日常路面养护维修工作的辅助管理和决策工具。
它包括有以下几个子系统：
1、养护人员管理系统，包括有人员的自然状况，合同，劳动保险，各阶段的养护成果考核记录等;
2、按里程统计的路产和交通设施的数量、缺损和维修更换的记录；
3、排水及防护设施的位置，数量，损坏和维修的记录；
4、按月、季、年的养护用工、材料和设备使用的消耗记录和成本预测模型；
5、正常作业记录和恶劣天气（除雪）的养护工作记录。
4路面状况调查
路面调查是养护工作中一项常规内容，也是路面管理系统中数据采集的重要组成部分。
通过路况调查进行动态数据采集，输入路面管理系统中，自动生成路面评价指标及各种表格。
路况调查分为：
平整度调查、路面破损状况调查、结构承载力调查（沥青路面）、康华能力和车辙调查（沥青路面）。
具体操作请参照《公路养护技术规范》（JTJ073-03），这里制作简单描述。
4.1平整度调查
路面平整度可定义为路面表面诱使行车车辆出现振动的高程变化。
由于路面不平整而因其车辆振动，将对形势舒适性、路面损坏率、交通安全性、车辆磨损、燃油消耗等产生直接影响。
特别是在高速公路上，平整度是度量路面使用性能的一项重要指标，这在世界各国已成为共识。
造成路面不平整的原因是多种多样的，但主要有两种：
一是施工过程中造成的不平整；另一个是路面使用过程中由于材料感温性及结构承载能力不住造成的过度变形所引起的。
必须重视施工过程的平整度控制，否则只靠优质材料或加强结构是徒劳的。
路面平整度调查采用连续式多轮平整度仪进行调查，一般情况下，每年两次，第一次宜在春天，即在路面维修开始之前，调查路面的平整度现状，以便决定维修的安排。
第二次宜在入冬前检测，数据作为养护结果记录在案。
4.2路面损坏状况调查
路面在使用过程中常发生各种各样的损害，损害不但影响路面的结构使用性能和结构承载力，也会影响路面使用性能。
因此，根据损害发生的原因及程度，有针对性的采取维修改建措施，使路面养护管理系统的重要内容。
路面损坏的原因和表现形式是多种多样的，不同的调查者可能会对同一处同种损坏判别为不同的损坏类型，或富于不同的名称，这给路面养护管理系统中相应数据文件的生成及养护对策的确定造成极大困难。
因此，必须根据损坏的形态、特征和原因，对各种损坏进行统一分类。
目前对于沥青混凝土路面的损坏分类分别示表4-1和表4-2。
路面损坏状况调查，目前仍采用人工调查的方式，由于调查的工作量大，一般一年进行一次，常安排在春季进行。
调查的方法采用人工素描的发方式，将裂缝、破损、缺陷的形状描于一定比例的图上，并注明数量，再以每公里为单位进行统计和评价。
沥青混凝土路面损坏类型表4-1
损害名称
分级
外观描述
分级指标
计量
单位
裂缝类
龟裂
轻
中
重
初期龟裂，缝隙，无散落，裂区无变形；
裂快明显，缝较宽，无或轻散落或轻度变形
裂块破碎，缝宽，散落重，变形明显，急待修理
块度：
20-50cm
块度：
<20cm
块度:
>20cm
M2
不规则裂缝
轻
重
缝细，不散落或轻微散落，块度大
缝宽，散落，裂块小
块度：
>100cm
块度：
50-100cm
M2
纵缝
轻
重
缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝
缝壁散落重，支缝少
缝宽：
≤5mm
缝宽：
>5mm
长度×0.2m
橫缝
轻
重
缝壁无散落或轻微散落，无或少支缝
缝壁散落重，支缝多
缝宽：
≤5mm
缝宽：
>5mm
长度×0.2m
松散类
坑槽
轻
重
坑浅，面积小（<1）
坑深，面积较大（>1）
坑深：
≤25mm
坑深：
>25mm
M2
麻面
路面因细小嵌缝料散失而出现的粗麻表面
M2
脱皮
路面面层层状脱落
M2
啃边
路面边缘破碎脱落，宽度10cm以上
M2
松散
轻
重
细集料散失，路面磨损，路表粗麻
粗集料散失，多量微坑，表面剥落
M2
变形类
沉陷
轻
重
深度浅，行车无明显不适感
深度浅，行车明显颠簸不适
深度：
≤25mm
深度：
>25mm
M2
车辙
轻
重
变形较浅
变形较重
深度：
≤25mm
深度：
>25mm
M2
长度×0.4m
搓板
路面产生纵向连续起伏，似搓板状，
峰高差大于1.5cm
波浪
拥包
轻
重
波峰波谷高差小
波峰波谷高差大
高差：
≤25mm
高差：
>25mm
其它类
泛油
路表呈现沥青膜，发亮，镜面，有轮有轮印
M2
磨光
路面原有粗构造衰退或丧失，路表光滑
M2
冻胀
路基下部的水分向上聚集并结冻成冰引起路面结构膨胀，造成路表拱起和开裂
M2
翻浆
因路基湿软，路面出现弹簧、破裂、冒浆的现象
M2
修补
损坏
因破损或病坏而采取修复措施进行处治，路表外观上已修补的部分与未修补的部分明显不同
M2
水泥混凝土路面损坏类型表4-2
损害名称
主要损坏特征
主导损坏原因
纵向、横向斜向裂缝
面板断裂成2-3快
荷载疲劳，胀缩应力，翘曲应力，地基脱空等
板角断裂
从角隅到裂缝两端的距离小于边长的一半，否则，属斜向裂缝
重度疲劳，温湿翘曲应力，地基脱空，唧泥及接缝传荷能力差
交叉裂缝和破碎板
面板纵横交叉分割成4块以上
由于超载和地基软弱，前述所有裂缝的进一步发展
沉陷
面板局部范围的下陷
地基土的沉陷或固结，局部压实不足
隆起
面板局部范围的上升
冻胀或路基土膨胀
唧泥
泥浆从接缝或裂缝处唧出
填缝料失效水下渗，局部脱空，基层材料耐冲刷能力差，综合引起
错台
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