专栏名称: 中国高速公路

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如何提升高速公路管养效率及智慧化水平？这条路的经验值得借鉴！

中国高速公路 · 公众号 · · 2024-10-14 17:10

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交通运输部公开统计数据显示，2011年至2023年，我国高速公路里程从7.4万公里增长到18.36万公里，涨幅达148%，养护资金投入涨幅超过150%，单公里养护资金投入在2019年达到了每公里45.37万元。从这组数据中可以看出，我国高速公路路网规模不断扩大，已进入存量高位运行阶段，养护需求不断攀升，养护要求持续提高。

2023年9月，交通运输部发布了《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》，强调提高公路养护智能化水平的重要性，并提出了一系列具体举措，例如推广在线巡检、设施监测、防灾应急等智慧养护应用，加强养护评价、预测、决策算法模型的研究应用。《数字交通“十四五”发展规划》更是将数字化、网络化、智能化作为主线，为“十四五”时期数字交通发展提供了科学指导和创新动力。由此可见，高速公路养护事业发展已进入高质量转型提升新阶段，智慧养护发展逐渐成为“主旋律”。

高速公路养护发展历程梳理

高速公路养护行业发展可以概括为简易化、机械化、数字化、智慧化4个阶段。

在简易化阶段，因为受制于经济和技术水平，早期高速公路养护以人工为主，依赖人工巡检、镐刨铲挖等作业方式，养护机械化水平低，管养范围受限，主要业务是路面病害简易处置，具有效率低、病害判断受主观判断影响较大等特点；在机械化阶段，养护作业开始向机械化转型，养护技术不断发展，效率和质量逐渐提高，作业体系日益成熟；在信息化阶段，随着物联网和信息技术的发展应用，视频监控、遥感测量、结构监测等技术应用与传统养护场景有机融合，特别是无人机的推广应用，更是将高速公路管养范围由地面拓展到了低空领域及桥下等隐蔽空间，养护管理日趋完善；在智慧化阶段，通过运用人工智能、数据大模型、数字孪生等技术，养护作业实现了自动巡检、病害自动识别、全生命周期数字孪生管理，提升了高速公路的管养效率及智慧化水平。

▲高速公路管养发展阶段

目前，我国高速公路养护工作正进入智慧化转型阶段，但路网老龄化、养护任务重、养护管理“三基”工作薄弱等挑战仍制约着养护工作的高质量发展。必须依靠科技创新，以及发展和应用新质生产力，才能为高速公路智慧化发展注入新动能，实现养护效益和管理效能的全面提升。

公路资产数智化管理正是对养护新质生产力的全面探索和实践，代表了一种全新的管理理念。它通过融合云计算、大数据、物联网、人工智能等数字技术，数字化处理公路及其相关资产的信息，构建了一个全面、动态、可交互的公路资产管理系统。这一过程不仅涉及公路资产的采集、存储、分析和应用等多个方面，而且在提高公路资产的管理效率和水平、确保公路资产的有效利用和长期可持续发展等方面也起到重要作用。

▲高速公路三维模型底座

新质生产力与高速公路养护

2024年政府工作报告提出要加快发展新质生产力。新质生产力是创新起主导作用，摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径，具有高科技、高效能、高质量特征，符合新发展理念的先进生产力质态。它由技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级而催生，以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的跃升为基本内涵，以全要素生产率大幅提升为核心标志，特点是创新，关键在质优，本质是先进生产力。

高速公路养护的新质劳动者，即包括由传统养护劳动者转变为具备数字素养和技能，能够与时俱进，操作、控制、维护、管理无人机、智能巡检车、数字平台等技术和设备的新时代劳动者，又包含能够驱动养护科技创新、创造新质生产力的技能型和管理型人才；高速公路养护的新质劳动对象，是由高速公路基础设施等实体拓展为包含新设施新设备、养护大数据、养护知识库等物质和数据内容的全要素资料；高速公路养护的新质劳动资料，是由传统养护机械设备和技术拓展为涉及数据大模型、人工智能、数字孪生等智慧化技术的养护新应用。

因此，通过养护数据大模型将智创产品采集的信息变为高速公路养护需要的数据要素，实现高速公路“养护技术创新、数据驱动、逐绿而行”三方面目标，是发展和应用高速公路新质生产力的有效举措。

▲公路资产数字化建设内容示意图

▲桥梁结构健康监测数据曲线

沪苏浙高速公路资产数智化管理应用实践

沪苏浙高速公路起始于苏沪省界，终止于苏浙省界，全长49.947公里，采用双向六车道标准设计，路基宽度35米，设计行车时速120公里，沿线设有多个重要交通节点，包括7个互通立交、6个收费站、1个养护工区和1对服务区。

该路段资产数字化建设内容包括高速公路数字孪生底座建设、物联应用与养护业务融合、智慧养护工区建设三部分。

▲养护工区数字化系统界面

建设高速公路数字孪生底座

应用全路段无人机三维建模、人工BIM建模构建高速公路数字底座，结合养护数据可视化、档案数字化等技术，建设高速公路管养数字孪生底座。

高速公路资产三维建模 采用无人机技术建立全路段三维模型，航摄覆盖区域以高速公路中心线为基准，向两侧各扩展约500米，确保全面捕捉周边环境，主要采集高速公路的主体结构、地形和地貌等地理环境，以及公里桩（百米桩）、交通安全和附属设施。互通匝道、服务区和收费站等关键设施重要节点，航摄范围不受500米限制，确保完整呈现这些区域及其细节。三维模型的平面精度达到0.03米以内，高程精度控制在0.1米以内，保证模型精准可靠。

采用人工BIM建模作精细化补充，对14座大桥、19座互通立交和匝道、3座分离式立交、24个ETC门架、全线共565个标志标牌及144个其他设备采用人工精准建模，对太浦河特大桥的主桥墩做钢筋级别的BIM建模试验，确保基础设施设计参数、结构细节和材料属性在数字空间中精准呈现，为后续全生命周期养护管理和决策提供支撑。

养护数据可视化 根据相关规范要求，将高速公路的年度路面技术状况定检数据、病害数据与高速公路的三维数字模型精确融合。以1公里作为评定单元，确保评估的精确性和一致性。通过实时数据抽取，实现路面技术状况数据的三维分层展示，并可详细查询路线方向、车道、公里桩和百米桩等不同的参数，从而获得针对性分析结果，使得公路管理者能够在一个动态的环境中对比和分析养护数据。

档案数字化 桥梁档案数字化包括桥梁设计图纸、施工记录、检测报告、维护历史，以及结构健康监测数据的扫描和转换，以电子格式存储和检索，提高信息管理的效率和便捷性；软基路段档案数字化包括地质勘察报告、地基处理方案、施工日志、监测数据和养护记录等关键文档的电子化，对于评估路段的稳定性、规划预防性养护措施及应对可能的地质灾害具有重要意义。

物联应用与养护业务融合

创新巡检方式 除了传统的人工巡检以外，沪苏浙高速公路还应用了车载巡检、无人机巡检、虚拟巡检三种创新的巡检方式。

车载巡检利用巡查车辆上的高精度定位系统，以及摄像头、传感器等采集路况数据。

无人机巡检基于无人机上搭载的高清摄像头，在路面低空巡查，基于已建成的病害库和人工智能技术，自动识别新的病害类型和病害等级，目前路面裂缝病害识别率已达到90%，裂缝病害识别精度大于0.5厘米，最终能生成巡检报告并标注已识别的病害，实现病害定位与可视化展示。

虚拟巡检则基于道路的BIM模型，以第一人称视角虚拟漫游，在漫游过程中掌握病害的分布情况。

物联网与三维可视化技术结合的四大试点应用 独柱墩桥梁防倾覆位移感知预警，即利用物联网与三维可视化技术相结合，针对芦墟互通D匝道的独柱墩立柱实现防倾覆监测，在桥梁箱体位置设置应力及位移传感器，桥梁在偏向荷载作用下，纵、横向位移量一旦超过阈值，系统就会自动报警并通知平台，实现桥梁预警功能。

基于人工智能识别的桥下空间事件安全主动监测，即通过视频监控融合人工智能感知技术与三维可视化技术，主动监测管理芦墟互通主线桥的桥下空间事件，通过设置火焰检测暖光变焦摄像机、声光警戒红外摄像机等不同类型的摄像头，实时监管并自动预警起火、易燃物堆积、非法施工等桥下突发事件。

桥梁下穿通道超高主动预警，即通过物联网技术在莘塔高架桥下实现超高车辆主动预警功能，在桥梁底部两端各设置红外线对射仪，当超高车辆通过桥梁时，自动向平台报警并启动现场摄像功能录像取证，实现实时在线巡检、桥梁结构智能化监测和下穿通道超高车辆监测与预警，解决传统管理中存在的多项难题。

水中桥梁防撞，即针对桥下净空高度会随着河道（航道）水位涨落而变动，船舶驾驶人员很难准确掌握当下桥梁净空高度的难题，设计研发船舶防碰撞预警系统，采用了激光对射、激光交叉、激光扫射、激光点阵雷达等高精度传感器，以及雷达航道偏离探测和船舶身份识别系统，实现对船舶超高、偏航等关键行为的全方位全天候实时监控。

桥梁结构健康监测 以平望枢纽C匝道桥为试点桥梁，安装倾角计、水平位移计、支座位移计等传感器设备，监测7号墩1立柱的位移倾斜数据，观察发展态势，为桥梁修复提供决策依据。传感器监测到的数据会传输到平台和移动端，并设置了健康评价算法，在一定的波动区域内属于正常，超过区域就会有报警提示。

智慧养护工区建设

智慧仓储（无人值守仓库） 应用人脸识别、物联网、射频识别（Radio Frequency Identification，英文简称“RFID”）等前沿技术，对仓库资产、物资、耗材、车辆及设备等关键管控要素实施智能化改造，搭建一套智慧仓储系统。该系统通过自动化技术实现了库存管理的无人化操作，显著降低了对人工操作的需求。通过引入人脸识别技术，强化了对人员进出的精确控制，在确保仓库安全的同时，也提高了对人力资源的利用效率。物联网技术的应用使得物资实时监控成为可能，无论是库存水平、耗材使用情况，还是车辆及设备的运行状态，都能够通过智能传感器实时反馈至系统平台，从而实现对整个仓储环境的全面管理。

智慧工区综合管理平台 该平台内置的预警系统能够智能识别和预测潜在的运营风险，通过实时数据分析，提示异常指标并预警，使得工区管理能够迅速响应并采取措施。同时，智慧工区综合管理平台还支持多维度的数据报告和自定义查询功能，使得管理者能够根据具体需求，快速获取所需信息，提高决策的针对性和有效性。通过该平台，养护工区的管理工作变得更加科学、高效，确保了管养路段和工区运营的顺畅与安全。

未来，沪苏浙高速公路智慧管养将进一步发力，探索基于通用人工智能（Artificial General Intelligence，英文简称“AGI”）的多模态全要素感知、主动管控提升科学决策诱导、基于高精一张图实现数实共振等技术路径，全面打造绿色低碳高速和智慧高速，为养护管理提供更科学的决策支撑，为公众出行带来更强大的连接性、更智能的流动性、更舒适的交通体验。

本文选自

《中国公路》杂志2024年第19期

原标题《沪苏浙高速资产数智化管理模式实践》

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