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南京机场高速公路道路管理系统研究(1)南京机场高速公路道路管理系统研究
道路综合养护管理系统是由道路设施管理系统，路政管理系统和清障排障管理系统三个子系统组成的道路综合管理系统。其中道路设施管理系统又分为路面养护管理系统和桥梁养护管理系统，包含了路面、路基、排水防护、绿化、交通安全设施、桥梁、通道、涵洞以及道路沿线其他设施，是整个道路管理系统的核心，也是南京机场高速公路管理处的管理人员进行决策的基本依据之一。路政管理系统和清障排障管理系统则是适应时代发展和机场管理处实际需要开发的。这两个子系统除了具有对路政事件、交通事故、法律事务、路政财产的管理、统计、处理功能外，还能在一定程度上为管理人员分析交通事故原因、肇事车种、投资等方面作辅助决策作用。
由图1可见，各个子系统之间是模块化结构，即各个子系统是相对独立的。模块化结构的好处是便于修改和更新子系统而不影响整个系统的稳定性。但各个子系统之间又有联系，能互相调用各自的资源。如路政模块的部分信息就来自于路面管理系统和桥梁管理系统。这样就减少了数据的重复性，提高了资源的利用率，节约了内存。
下面就针对本系统三个模块的功能、目的、主要组成部分以及实现后的作用和意义作一详细的介绍。
1 路面养护管理系统
路面养护系统主要包括路基、路面、排水与防护、交通设施、绿化及附属设施等项，各项均包括历史档案数据浏览、路面现有资料查看、路面采集资料输入、维修记录、日常检查等等内容。并结合南京机场高速公路道路管理系统的实际开发情况，引入了路面使用性能的评价分析；路面的使用性能预估；路面养护维修对策的各种分析方法以及各种使用性能评价指数(路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面结构承载能力数SI及路面抗滑指数SRI等)模型。
2 桥梁养护管理系统
2.1 系统的运行环境
(1) 586以上的机型，推荐使用PENTIUM133以上微机；
(2) 内存最好在16M以上，推荐使用32M或更高的内存；
(3) 操作环境要求32位的编译语言：VISUAL FOXPRO3.0以上版本(推荐使用FOXPRO5.0中英文版)、中文WINDOW95或英文WINDOW95挂中文平台。
2.2 系统的结构
系统的基础是一个存储有大量设计、施工、检测、养护、维修数据的数据库。并通过道路养护管理人员对桥梁的日常检查和定期、不定期的检测采集而来数据不断的加以积累。数据库对这些数据具有存储、修改、添加、删除、排序、查找等一系列管理功能。在此基础上，结合桥梁技术状况评价模型、桥梁使用状况预估模型、桥梁的维修对策等模型，在资源、养护政策、管理目标等条件的约束下得出养护维修项目。管理和决策人员对养护维修项目进行需求分析及优化后可制订相应的维修养护计划。最后是具体实施计划并将实施结果备案。
桥梁养护管理系统框图见图2。
2.3 系统的功能
桥梁养护管理系统的基本功能有桥梁技术状况评价、桥梁使用状况预估、桥梁维修改建投资的经济分析模型和方法、桥梁维修对策集、养护项目的优化、桥梁养护维修对策需求分析这项。它们组成了一个较完整的管理系统，能帮助管理者保存珍贵的设计、施工、检测资料；积累可靠的数据和信息；高效率地处理大量的道路管理事件和情况；了解道路运营状况；制订科学有效的养护对策；合理分配有限的养护资源以及对养护项目进行优先排序，并为以后进一步开发、完善本系统打下良好的基础。
(1) 桥梁技术状况评价模型：是利用采集到的数据，对桥梁技术状况程度进行判断，从而为制定养护维修对策提供依据；
(2) 桥梁使用状况预估模型：预先估计对桥梁采用加固、改建等各种对策后，它的使用性能随时间或行车荷载作用次数的变化规律，了解何时该采取措施以及采取什么措施合适，申请并合理分配有限的资金和资源。
(3) 经济分析方法：除了桥梁技术状况方面的原因外，经济原因是最终的决定桥梁维修计划的因素。因此，在桥梁技术状况能满足最低要求的情况下，应按经济效益的大小，对需进行养护维修的项目进行分析，判断其可行性。
(4) 桥梁维修对策集(见表1)。
(5) 优化模型：利用动态规划方法，提供根据养护和维修对策的最佳资金分配方案的分析过程和结果，以便决策者选择最经济合理的方案。
(6) 桥梁养护维修对策需求分析
根据桥梁技术状况的评价和预估结果，可以知道哪些桥梁或是其分部结构处于不利的地位或状况，需要进行维护。因此，当前任务就是制订有针对性的、切实可行的、符合管理部门要求的养护维修对策。这一环节是桥梁养护管理系统的重要内容之一，一方面它辅助管理者进行决策，提供必要的参考依据；另一方面通过较好地预算维修费用，为以后根据效益和投资可能性筛选维修项目，编制合理、科学的养护维修计划打下重要的基础。
选择合理的养护维修对策，主要考虑以下三点：
(1) 桥梁的现状：即各项使用性能满足使用要求的程度，要依据不同的方面和程度选择不同对策；
(2) 今后发展的趋势：显然，公路等级越高、交通量越大的桥梁，应该给予较高的重视；
(3) 经济效益：在比较分析期内各可能对策的经济效益，据此选择效益最佳的方案。
针对以上三方面的内容，目前有二类方法可用于桥梁养护维修对策分析：
(1)系统化方法。通过总结和提炼桥梁工程师的经验，并以过程化的形式为具有不同技术状况的桥梁选择合理可行的对策，它包括决策树法和专家系统法。
① 决策树法。在分析影响选择对策的主要因素的基础上，结合工程师的实际经验，用树状图表达主要影响因素与对策间关系。
桥梁维修对策集 表1
对策大类
分类
维修对象
对策内容
正
常
保
养
正常保养
桥梁各部件
保持标志完好，桥面系清洁，排水管槽道通畅；日常巡查，伸缩缝无杂物嵌入，桥面无积水；保持支座各部分完整、清洁，定期涂抹润滑油或保护油漆，对固定支座检查拧紧螺栓；墩台保持清洁，清除青苔、杂草和污秽。桥梁局部轻微缺损的修补，细小裂缝的封闭
小
修
维
护
小修维护1
桥面系
修补桥面铺装、浅坑槽、纵横裂缝、波浪、剥落
修理收缩缝
局部修复栏杆、扶手、人行道
疏通泄水管，更换损坏的照明设施、标志
小修维护2
上部结构
主要位置裂缝的封闭处理，砌缝灰浆
局部剥落、露筋的修补处理
横向联系的局部维修
小修维护3
下部结构
墩台、基础局部剥落、露筋，砖石砌体风化的修补，砌体灰浆填补
主要位置裂缝的封闭处理
支座的维修，偏移校正
轻微冲刷的处理，支座轻微腐蚀的处理，加润滑油
中
修
中修1
桥面系
桥面铺装翻修，更换防水层、泄水槽
更换伸缩缝
栏杆及扶手重修
重修人行道，维修、更换照明线路，补全标志
中修2
上部结构
对裂缝宽超限值的裂缝进行处理
较大面积剥落、风化、露筋、锈蚀的修补及桥面板裂缝的修补
个别梁体的加固(如边梁、边拱肋等)，对钢结构，则更换个别有扭曲变形、损伤裂纹等
横向联系的加固修复
中修3
下部结构
支座更换
对裂缝宽超限值的裂缝进行处理
较大面积剥落、风化、露筋、锈蚀，砌体灰浆脱落，局部变形
局部冲刷处理，桩基顶端被磨损部的修补
大
修
大修1
上部结构
梁体加固或更换部分主梁、主拱圈
大修2
下部结构
墩台大面积修补、加固，严重位移(对上部结构造成过大变形)的处理
基础加固及严重冲刷(指基础冲刷＞设计值)处理，桩基顶端被侵蚀、露筋、颈缩的处理，桥台岸滑移
大修3
总体
桥梁拓宽和提高荷载等级的改造工程
重建
重建
总体
利用原桥部分结构进行彻底改造、加固或重建
②专家系统法。其本质同决策树法，但由于其在表述处理专家经验的方法时，推理机制的建立以及系统结构上的优越性，使得专家系统可以考虑更多的因素，处理更复杂的逻辑关系，甚至于不确性和模糊问题。
(2)经济分析方法。对可能的备选方案(可由系统化方法获得，可能有多种方案)进行寿命周期费用分析，从中选择经济合理的对策。
2.4 具体决策过程
2.4.1 影响因素的确定
桥梁是个复杂的构造，其对策确定也是一个复杂的过程，影响其对策的因素很多。最主要的有以下几点：
①桥梁的桥况指数BCI；
②桥梁的承载能力(分足够、临界、不足、严重不足四类)与BCI有关；
③桥梁的功能性BSI：指桥面宽度，桥下净空，桥头线型等；
④桥梁的类型及跨径；
⑤环境因素：由气候、地质、水文、交通量等组成；
⑥经济方面的的因素。
由于本系统是针对南京机场高速公路的，该路全长仅28km，沿途地区地质、水文等情况十分相似。沿线29座桥梁基本上均在干线上，其交通量、桥宽、桥下净空、桥头线型等差别也不大，桥梁种类不多，其中大桥7座、中桥20座、小桥2座。大桥中仅牛首山河大桥(5×5三联+10m+20m+25m+10m+5×25二联)跨径达到717.104m，其余的类型和跨径均差距不大。此外，桥梁承载能力可用BCI来衡量，而且它的范围是包含于BCI的范围的。综上所述，本系统只考虑桥况指数BCI一个因素，给分析问题和决策带来方便。
2.4.2 维修方法的确定
根据《公路养护技术规范》(JTJO73-96)，并结合南京机场高速公路的实际情况，将对策划分为以下几点：
①日常养护和维修(小修)：正常养护、巡查，修补缺损的非主体受力构件。
②中修：修补缺损构件，规模较大。
③大修：加固主体结构，以保证通行安全；为提高通行能力和等级而扩宽或加固桥梁工程，旧桥改造。
④重建：彻底加固或重建此桥。
2.5 桥梁养护管理系统的特点
(1)系统的开发需循序渐近。一般一个系统从开发、完善至成功需要较长的时间，这是由于：①系统与管理体制、管理方法、管理人员及技术条件之间需要磨合；②只有历史数据的积累，才能逐步建立和完善系统中的模型、参数、标准；③新的因素、新的技术、新的标准和规范不断地加入。
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