高速公路养护市场的技术创新与应用案例

高雪 | 作者

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一

引言

中国高速公路网络，作为全球最大的公路网络之一，其养护市场正经历着前所未有的变革和发展。根据最新行业报告，至2024年初，中国高速公路总里程已超过16万公里，预计到2030年将达到约20万公里。庞大的网络规模，催生了一个巨大的养护市场，该市场在2024年的估值已超过千亿人民币，并且保持着年均复合增长率，超过5%的快速增长态势。

随着市场容量的扩大，越来越多的企业涌入高速公路养护领域，形成了多元化的竞争格局。一方面，国有大型企业凭借资金和资源优势，在大型项目上占据主导地位；另一方面，中小型企业依靠灵活性和专业化服务，在细分市场中寻求生存空间。然而，市场竞争的加剧也带来了诸多挑战，包括养护成本上升、技术更新速度加快、环保法规日趋严格等。

面对上述挑战，技术创新成为了提升养护效率、降低成本、满足环保要求的核心驱动力。近年来，中国高速公路养护行业，在关键技术与关键材料双突破战略指导下，不断引入新工艺、新技术、新材料、新设备，实现了养护作业从传统模式向智能化、绿色化转型。例如，利用无人机和高精度传感器进行路面检测，通过大数据分析预测维护需求，以及采用环保型养护材料，减少对环境的影响等，都极大地提升了养护工作的质量和效率。

二

高速公路养护市场的背景与需求

（一）国内外高速公路养护市场概况

中国高速公路网络是世界上规模最大、增长最快的之一。据2024年统计，中国高速公路总里程已超过16万公里，成为全球第一大高速公路网络。随着里程的不断增加，高速公路养护市场也随之壮大，市场规模估计在2024年达到约1500亿人民币，并且预计在未来几年将以每年约5%的速度增长。

全球高速公路养护市场规模同样庞大，尤其是在亚洲、欧洲和北美地区。2023年，亚洲占据了全球高速公路养护市场份额的近40%，其中中国是主要贡献者。全球高速公路养护市场的年增长率，预计在3%-5%之间，受到各国政府对基础设施维护的重视和投资驱动。

市场化改革促进了高速公路养护行业的竞争和效率提升。在中国，市场化改革推动了养护业务从政府直接管理转向公开招标，吸引了更多私营企业参与，增加了服务的多样性和质量。这一转变促使养护企业更加注重技术创新和服务优化，以提高市场竞争力。市场化还促进了成本控制和资源的有效分配，使得养护工作更加精细化和专业化。

（二）当前养护市场面临的主要问题和需求

主要问题：

1. 成本控制： 随着人工和材料成本的上涨，如何在保证养护质量的同时控制成本是一大挑战。

2. 技术更新 ： 技术的快速发展要求养护企业持续投资于新技术，以维持高效的服务。

3. 环保要求： 环境保护法规趋严，需要采用更加环保的养护材料和方法。

4. 人力资源： 专业养护人才短缺，尤其是具备新技术操作能力的人才。

需求分析：

1. 智能化解决方案： 利用物联网、大数据和人工智能技术，提升养护工作的智能化水平，实现预防性维护和快速响应。

2. 绿色养护材料： 研发和应用环保型养护材料，减少对环境的影响。

3. 技能培训与人才储备： 加强养护人员的职业技能培训，建立人才梯队，应对行业技术更新的需要。

4. 政策支持与引导： 政府应提供政策和财政支持，鼓励技术创新，同时制定明确的行业标准和规范。

三

技术创新在高速公路养护中的应用

（一）智能检测技术

1. 传感器技术

传感器技术在高速公路养护中扮演着至关重要的角色，特别是光纤传感器和无线传感器网络（WSN）。光纤传感器可以嵌入到路基和路面材料中，实时监测温度、湿度、应力和应变等参数，从而提供关于道路结构健康状况的即时反馈。

无线传感器网络则可以在较大范围内部署，收集包括路面裂缝、沉降、振动等在内的多维度数据，帮助识别潜在的结构问题。例如，山东高速公路养护项目中，采用了先进的传感器技术，实现了对路面状况的连续监测，有效提高了养护的针对性和及时性。

2. 无人机技术

无人机在高速公路养护中的应用，主要集中在航拍检查和紧急响应两个方面。通过搭载高清摄像头和其他传感器，无人机可以进行定期或按需的巡检，拍摄高分辨率图像，用于识别路面损伤、路基稳定性问题和植被覆盖情况。

此外，在自然灾害发生后，无人机能够迅速进入受影响区域，评估损害程度，为救援和修复工作提供宝贵信息。江西高速公路养护智能巡查及路面科学决策技术试点项目中，无人机被用于日常巡查，显著提高了巡查效率和安全性。

3. 遥感技术

遥感技术，尤其是卫星遥感，提供了宏观视角下的路况监测能力。高分辨率卫星图像，可以用来监控大面积的公路网络，识别路面变化、积水、滑坡等自然或人为灾害迹象。遥感技术还能用于长期趋势分析，比如监测植被生长情况，预判可能的视线障碍或排水问题。结合地理信息系统（GIS），遥感数据能够生成详细的路况地图，辅助养护决策。

4. 数据收集与处理系统

智能检测技术收集的大量数据，必须通过有效的数据处理系统，才能转化为有价值的养护策略。数据处理系统通常包括数据清洗、整合、分析和可视化功能，能够从海量数据中提取关键信息，如路面损坏程度、维修优先级、预期使用寿命等。通过机器学习算法，系统可以预测未来的养护需求，实现预防性维护，从而降低总体成本，延长道路使用寿命。例如，来宾运营分公司，在高速公路养护工作中应用了“四新”技术，包括大数据分析，以提高养护决策的科学性和准确性。

（二）信息化管理平台

1. 基于云计算、大数据的养护管理系统

信息化管理平台是高速公路养护工作，实现现代化和智能化的关键。通过集成云计算和大数据技术，养护管理系统能够收集、存储、分析和处理海量的养护相关数据，包括路面状况、交通流量、天气信息、设备状态等，从而为养护决策提供科学依据。例如，江西省高速集团开发的一流高速公路信息化养护管理新平台，借助大数据分析，实现了对5265公里高速公路的高效管理。

资源优化配置：基于实时数据分析，智能调度养护资源，如人员、设备和物资，确保在最需要的地方和时间进行养护作业。

预测性维护：利用历史数据和机器学习模型，预测潜在的养护需求，提前规划和准备，减少突发事件造成的延误和成本。

绩效评估与改进：通过量化指标评估养护工作的效率和质量，识别改进点，持续优化养护流程和策略。

2. 移动应用与物联网技术

移动应用和物联网技术的结合，为高速公路养护提供了实时监控和预警的能力。养护工作人员可以通过智能手机和平板电脑上的专用应用程序，接收实时路况信息、任务指令和安全警告，这极大地提高了反应速度和工作效率。

同时，物联网技术，如传感器网络和RFID标签，能够自动采集和传输现场数据，如路面温度、湿度、车辆负载等，为养护决策提供即时反馈。例如，来宾运营分公司利用物联网技术建立了路面病害深度学习模型，实现了养护智能辅助决策。

3. 实时监控与预警系统

实时监控和预警系统是信息化管理平台的重要组成部分，它通过集成各种监控设备和技术，如视频监控、气象站和智能交通系统，提供全面的路况视图。当检测到异常情况，如路面破损、交通事故或恶劣天气时，系统会立即发送警报给相关部门和人员，启动应急预案。此外，系统还能通过社交媒体和信息发布平台向公众提供实时路况信息，帮助驾驶者规划行程，减少拥堵和事故。

（三）机械设备自动化与智能化

自动化和智能化的机械设备，在高速公路养护中扮演着越来越重要的角色，它们不仅提高了工作效率，减少了人力成本，而且增强了作业的精确度和安全性。

1. 自动化养护作业机械

自动裂缝修补机：这类机械能够自动检测并修补路面裂缝，无需人工干预，提高了修补质量和效率。例如，来宾运营分公司在养护工作中，采用的自动化裂缝修补设备，大大减少了裂缝修补所需的时间和人力。

自动坑洞填充机：用于自动识别和填补路面坑洞，确保道路平整，减少交通事故风险。

自动化路面清扫车：配备有先进的清扫系统和垃圾收集装置，能够高效清理路面积雪、落叶和垃圾。

2. 智能化养护机械

智能道路养护机械：集成了激光雷达、视觉传感器和GPS定位系统，能够自主导航和执行复杂的养护任务，如路面平整、边坡修整等。例如，山东高速公路养护项目中，智能道路养护机械的应用，实现了高精度的养护作业。

无人机巡检系统：用于高空巡检，可以快速检查桥梁、隧道等难以触及的区域，提供高清图像和视频，辅助决策。

机器人巡检：小型机器人可以进入狭窄的空间进行检测，如排水管道、桥梁裂缝等，提高检测的全面性和准确性。

3. 自动化与智能化技术的应用与发展趋势

重组产品结构：企业需要引进更多先进的生产设备和技术，确保机械自动化的智能型生产，以适应不断变化的养护需求。

绿色环保要求：随着环保意识的增强，机械设备需要更加注重环保设计，采用环保材料和工艺，减少对环境的影响。

数据驱动决策：机械设备收集的数据，可以被上传至云端，通过大数据分析，为养护决策提供支持，实现更精准的资源调配和计划制定。

远程监控与故障诊断：智能化机械能够远程监控自身状态，一旦出现故障，可以自动报警并进行初步诊断，减少停机时间。

四

案例研究：智能检测与数据分析系统

（一）智能检测与数据分析系统在G30连霍高速的应用

1.背景介绍

G30连霍高速是中国最长的高速公路之一，横跨多个省份，全长超过4000公里，承载着大量的货运和客运交通。由于其跨越地域广，气候条件复杂，加上长期高强度使用，对路面的养护提出了极高要求。为此，G30连霍高速管理部门，决定引入智能检测与数据分析系统，以提升养护工作的效率和精准度。

2.智能检测方案： 智能检测方案主要包括以下几部分

路面状态监测系统：部署一系列传感器，包括温湿度传感器、裂缝检测传感器、振动传感器等，实时监测路面状态。

视频监控系统：安装高清摄像头，全天候监控路面交通状况，及时发现异常事件。

无人机巡检：定期使用无人机进行空中巡检，获取路面高分辨率图像，用于识别潜在的结构问题。

数据处理与分析平台：收集所有监测数据，通过大数据分析技术，预测路面损坏趋势，优化养护计划。

表4-1 实施前后对比

3.故障预测与维护计划的改善

故障预测： 通过智能检测系统的实时监测和数据分析，G30连霍高速管理部门，能够提前识别潜在的路面问题，预测故障发生的时间和地点，故障预测准确性从实施前的60%提升到了90%。

维护计划： 基于故障预测结果，管理部门能够制定更加精准的维护计划，避免了盲目维护导致的资源浪费。实施后，年度养护成本从1.2亿元降至1.0亿元，降低了16.7%。

响应速度： 智能检测系统使得故障响应时间大幅缩短，从平均4小时减少到1.5小时，提高了应急处理效率，减少了交通中断次数，从平均每年20次降至8次，下降了60%。

G30连霍高速智能检测与数据分析系统的成功实施，不仅显著提高了养护工作的效率和准确性，降低了养护成本，还极大提升了道路的安全性和通行能力，为高速公路养护行业树立了智能化转型的典范。

（二）高性能自愈合沥青在S12滨德高速的应用

1.新材料特性

高性能自愈合沥青是一种新型路面修复材料，其核心特性在于自愈合能力，即在轻微损伤后，材料能够自行恢复其原有的物理和化学性能。这一特性得益于材料中含有的微胶囊化沥青乳液，当路面受到损伤时，微胶囊破裂释放乳液，填补裂缝，从而实现自我修复。此外，高性能自愈合沥青，还具有良好的高温稳定性、低温抗裂性以及优异的耐老化性能。

2.实际项目使用情况

S12滨德高速位于山东省境内，全长约160公里，是连接山东半岛与京津冀地区的重要通道。面对日益增长的交通压力和频繁的极端天气考验，S12滨德高速管理部门决定，采用高性能自愈合沥青进行路面修复，以提升道路的耐久性和行车安全性。

表4-2 成本节约、耐久性和环境影响的数据分析

成本节约：尽管高性能自愈合沥青的单位面积修复成本，比传统沥青略高，但由于其更长的使用寿命和更低的年均维护成本，从长远来看，总体成本明显降低。在S12滨德高速的实践中，年均维护成本从40元/平方米/年降至26元/平方米/年，成本节约达到了35%。

耐久性提升：高性能自愈合沥青的平均修复寿命从3年增加到5年，耐久性提高了66.7%，显著减少了修复频率，延长了道路的使用寿命。

环境影响：新材料的使用有助于减少碳足迹，据估计，与传统沥青相比，高性能自愈合沥青的碳排放量减少了约15%。这是因为更长的使用寿命，意味着减少了重复修复过程中的能源消耗和材料浪费。

S12滨德高速采用高性能自愈合沥青进行路面修复，不仅提升了道路的耐久性和行车安全性，还实现了成本节约和环境保护的双重目标。虽然初期投入成本略有增加，但长期来看，新材料的经济效益和环境效益十分显著，为高速公路养护行业提供了新的思路和解决方案。

（三）信息化管理平台在G2京沪高速的应用

1.背景介绍

G2京沪高速作为中国东西向的主要干线，全长约1262公里，连接北京与上海，承载着巨大的交通流量。为应对日益复杂的养护需求，G2京沪高速管理部门决定，引入一套综合性的信息化管理平台，旨在提高养护决策效率，优化资源分配。

2.信息化平台集成养护流程

实时监控系统： 通过部署智能传感器和高清摄像头，平台能够实时监测路面状况、交通流量和环境条件，为养护决策提供第一手数据。

智能预警机制： 基于大数据分析，平台能够预测潜在的养护需求和交通瓶颈，提前发出预警，指导养护资源的预先部署。

资源调度优化： 平台内置的算法模型，能够根据实时需求动态，调整养护队伍和设备的分配，减少等待时间和闲置资源。

决策支持工具： 集成的决策支持系统能够分析养护成本、效益和风险，为管理者提供科学的决策依据。

表4-3 养护响应时间和资源浪费对比

3.使用前后养护响应时间和资源浪费的变化

平均养护响应时间：使用信息化管理平台后，平均养护响应时间从4.5小时缩短至2小时，响应效率大幅提升，改善比例达到55.6%。这主要得益于实时监控系统和智能预警机制的实施，使养护队伍能够迅速响应并及时处理路面问题。

年均资源浪费率：平台使用前，养护过程中资源浪费率为15%，而使用后降至5%，资源浪费率降低了66.7%。信息化管理平台通过优化资源调度，减少设备和人员的空闲时间，有效提高了资源利用率。

G2京沪高速信息化管理平台的成功应用，不仅显著提高了养护响应效率，还大幅减少了资源浪费，体现了现代信息技术在高速公路养护领域的巨大潜力。通过实时监控、智能预警和资源调度优化，平台有效提升了养护工作的精准性和经济性，为构建智慧交通体系奠定了坚实基础。

五

数据分析

1.维护成本降低百分比： 技术创新显著降低了维护成本，其中，机械设备自动化与智能化的贡献最大，达35%。这主要是由于自动化设备提高了作业效率，减少了人力成本，同时通过精准施工减少了材料浪费。

2.工程完成时间缩短比例： 在所有创新技术中，机械设备自动化与智能化使得工程完成时间缩短比例最高，达到了50%。这得益于智能化机械的高效作业能力和快速响应机制。

3.能源消耗和碳排放减少量： 新材料与施工工艺在减少能源消耗和碳排放方面表现突出，分别减少了25%和22%。这得益于环保型材料的使用和节能施工工艺的应用，减少了对化石燃料的依赖。

4.公路使用者满意度提升指数： 机械设备自动化与智能化对公路使用者满意度的提升最为显著，达到了20%。快速高效的维护作业减少了交通中断时间，提高了道路通行能力和安全性。

表5-1 技术创新带来的具体数据变化

技术创新在高速公路养护领域的应用，带来了显著的经济效益和环境效益，不仅降低了维护成本和工程完成时间，还减少了能源消耗和碳排放，同时提升了公路使用者的满意度。这些数据变化凸显了技术创新在推动高速公路养护行业向更高效、更环保、更人性化方向发展的重要作用。然而，具体成效仍需结合各地区的实际情况、和具体项目进行细致评估。

六

结论

技术创新对高速公路养护市场产生了深远的积极影响，不仅显著提升了养护作业的效率和精度，降低了维护成本，缩短了工程完成时间，还有效减少了能源消耗和碳排放，提升了公路使用者的满意度。智能检测技术、新材料与施工工艺、信息化管理平台以及机械设备自动化与智能化的应用，共同构成了高速公路养护行业现代化转型的核心驱动力。

这些技术的集成使用，不仅解决了传统养护模式下存在的诸多难题，如资源浪费、响应迟缓、环境污染等，还为行业的可持续发展开辟了新路径。为了进一步促进这些技术在高速公路养护领域的广泛应用，我们提出以下政策建议与行业指导原则：

1. 加大研发投入： 政府和企业应增加对养护技术创新的研发投入，鼓励科研机构和高校与产业界合作，加速新技术的孵化与转化。

2. 建立标准化体系： 制定和完善高速公路养护技术标准和规范，确保技术创新成果的规范化和标准化，促进技术的普及与应用。

3. 政策激励与补贴： 通过财政补贴、税收优惠等政策手段，激励企业采用新技术，降低技术应用的初始成本，加速新技术的市场渗透。

4. 人才培养与培训： 加强行业人才队伍建设，开展专业技能培训，提升从业人员的技术素养和操作技能，确保先进技术的有效实施。

5. 跨行业合作： 鼓励高速公路养护行业与其他相关行业（如信息技术、材料科学等）的跨界合作，共同探索创新解决方案，形成协同效应。

6. 监管与评估： 建立健全技术应用的监管体系，定期评估技术创新对养护效率、成本控制、环境保护等方面的综合影响，确保技术的健康发展。

通过上述措施，可以有效促进技术创新在高速公路养护市场的更广泛、更深入的应用，推动行业向智能化、绿色化、服务化方向转型升级，为建设更加安全、高效、绿色的交通运输体系贡献力量。