高速公路养护综合管理信息平台建设的思考 陈策 江苏高速公路工程养护技术中心,南京,210049 摘要:为整合江苏交通控股系统现有路面养护管理、桥梁养护管理和养护计划管理等信息系 统,充分挖掘养护数据集中化、规模仳管理带来的价值,指导江苏高速公路养护綜合管理信 息平台建设,在2017年,江苏高速公路工程养护技术中心牵头开展了养护综合管理信息平台 建设的顶层设计项目研究。在调研国内外养护信息系统发展现状的基础上,该顶层设计将确 定综合信息管理平台的基本框架、目标以及主要功能。本文将结合该项目前一阶段的调研 结果,着重对江苏交通控股系统现有主要养护信息系统的基本情况、发展需求进行讨论,同 时也将对国外养护信息系统的部分最新发展进行介绍。笔者期望本文能为国内外同行提供 些有益参考。 关健词:路面养护;桥梁养护;信息系统;江苏高速 Reflections on the development of information platform for Integrated management of Expressway maintenance Chen Ce Jiangsu Expressway Engineering Maintenance Technology Center, Nanjing, 210049 Abstract: In order to integrate the existing information systems such as pavement management system, bridge management system and maintenance management system in Jiangsu Communication Holding Ltd, as well as to tap the value of the centralized management of large scale maintenance data, in 2017, a research project was initiated by Jiangsu Expressway Engineering Maintenance Technology Center to carry out the concept design of the integrated information system for transportation asset maintenance management. In addition to the survey on the state of the practice of maintenance information system in China and abroad, this project will also determine the basic framework, objectives and main functions of the prospective integrated information system. Based on the survey results out of the earlier stage of the mentioned project this paper mainly introduces the current situation and potential requirement of the maintenance information system in Jiangsu Communication Holding Ltd, Also, some of the emerging practices and trends concerning maintenance information system out of China is reviewed. The results of this paper are expected to provide some useful references for researchers and practitioners on information system in China. Keyword: pavement maintenance; bridge maintenance; information system; Jiangsu Expressway
高速公路养护综合管理信息平台建设的思考 陈策 江苏高速公路工程养护技术中心，南京，210049 摘要：为整合江苏交通控股系统现有路面养护管理、桥梁养护管理和养护计划管理等信息系 统，充分挖掘养护数据集中化、规模化管理带来的价值，指导江苏高速公路养护综合管理信 息平台建设，在 2017 年,江苏高速公路工程养护技术中心牵头开展了养护综合管理信息平台 建设的顶层设计项目研究。在调研国内外养护信息系统发展现状的基础上，该顶层设计将确 定综合信息管理平台的基本框架、目标以及主要功能。 本文将结合该项目前一阶段的调研 结果，着重对江苏交通控股系统现有主要养护信息系统的基本情况、发展需求进行讨论，同 时也将对国外养护信息系统的部分最新发展进行介绍。笔者期望本文能为国内外同行提供一 些有益参考。 关键词：路面养护；桥梁养护；信息系统；江苏高速 Reflections on the development of information platform for Integrated Management of Expressway maintenance Chen Ce Jiangsu Expressway Engineering Maintenance Technology Center，Nanjing，210049 Abstract: In order to integrate the existing information systems such as pavement management system, bridge management system and maintenance management system in Jiangsu Communication Holding Ltd., as well as to tap the value of the centralized management of large scale maintenance data, in 2017, a research project was initiated by Jiangsu Expressway Engineering Maintenance Technology Center to carry out the concept design of the integrated information system for transportation asset maintenance management. In addition to the survey on the state of the practice of maintenance information system in China and abroad, this project will also determine the basic framework, objectives and main functions of the prospective integrated information system. Based on the survey results out of the earlier stage of the mentioned project, this paper mainly introduces the current situation and potential requirement of the maintenance information system in Jiangsu Communication Holding Ltd., Also, some of the emerging practices and trends concerning maintenance information system out of China is reviewed. The results of this paper are expected to provide some useful references for researchers and practitioners on information system in China. Keyword: pavement maintenance; bridge maintenance; information system; Jiangsu Expressway
概述 管理信息系统( Management information system)可以定义为在一个组织内部利用计算机 或类似智能设备进行信息处理,支撑管理决策的一种工具①。伴随信息技术的高速发展,信 息系统的开发与使用成本迅速降低,越来越多的行业开始采用各式信息系统以期降低成本 提高竞争力。信息系统的大致发展趋势见图1。早期的企业信息系统主要集中在制造业、零 售业或局限于企业的具体某个职能。当前,信息系统正处于向各个专业行业扩展的阶段,即 图1中的第二阶段。 类软件系统通常综合考虑经济效益、社会效 益,横跨多个上下游行业的资源计划系统,代 表着资源该理系统的未来发展方向 跨行业资源计划系统 该类软件系统用于具体行业,设计功能满足 该行业具体业务流程特点。例如医疗管理系 统、大型基础设施管理系统,矿业管理等 行业企业资源计划系统(IERP) 该类软件系统可用于整合企业常规业务流程 如:生产资源计划、制造、财务、销售、采购、 、分销、运输理等 企业通用资源计划系统(ERP 图1信息系统的发展趋势如 随着各国交通基础设施规模的不断扩大以及主管部门和公众对现有基础设施运维效率 要求的逐步提高,传统的管理维护方式越来越不能满足现实的需求。1980年代末以来,计 算机、通信、数据采集(传感器)等领域的快速发展和成本的大幅降低为公路管理部门采用 信息系统对公路资产高效管理提供了条件。从世界范围看,从1960年代末对此类信息系统 进行的初步构想到1970年代非常有限的开发尝试,从1980-1990年代成规模的开发到随后 几十年的不断完善、深化、融合、可以说这个发展历程交织着乐观和困惑。一方面,信息 技术带来的数据存储量、传输速度,计算能力等方面的迅速变革确实大幅度提高了数据的收 集和分析能力,为依据数据科学决策创造了前所未有的条件:另一方面,系统开发团队知识 背景的不完善导致早期开发的系统存在内在缺陷(比如工程模块强经济模块弱或者反之)、 系统实施阶段实施保障和维护升级缺位以及各个层级人员的传统管理思维对新管理模式的 抵制,这些因素都一定程度上导致很多信息系统使用后节约增效不明显。面对过去很多失败 案例的现实,我们也看到目前发达国家将信息系统应用于公路资产维护以及他们在政府层面 立法推广实施的大趋势。当前,我国交通行业也正经历着从早期对信息系统的初步尝试,逐 步进入改进整合已有信息系统、让系统真正提高运维管理能力的新阶段。在此背景下,对己 有信息系统实际使用情况的有效梳理以及对相关技术的最新发展趋势的消化吸收都将对现 有信息系统的成功升级起到非常重要的作用。 二、江苏高速公路养护信息化现状及形势 (一)江苏高速公路养护信息化现状 江苏交通控股有限公司高速公路信息化建设处于行业领先地位,先后建立了路面养护管 理决策支持系统、桥梁养护管理系统、计划管理系统、长大桥梁健康监测系统等,对控股公 司运营管理起到了重要的支撑作用 1.路面會理系统 江苏交通控股系统路面养护管理决策支持系统从2007年开始研发,经过多年的不断完
一、 概述 管理信息系统（Management information system)可以定义为在一个组织内部利用计算机 或类似智能设备进行信息处理，支撑管理决策的一种工具[1]。伴随信息技术的高速发展，信 息系统的开发与使用成本迅速降低，越来越多的行业开始采用各式信息系统以期降低成本、 提高竞争力。信息系统的大致发展趋势见图 1。早期的企业信息系统主要集中在制造业、零 售业或局限于企业的具体某个职能。当前，信息系统正处于向各个专业行业扩展的阶段，即 图 1 中的第二阶段。 图 1 信息系统的发展趋势[2] 随着各国交通基础设施规模的不断扩大以及主管部门和公众对现有基础设施运维效率 要求的逐步提高，传统的管理维护方式越来越不能满足现实的需求 。1980 年代末以来，计 算机、通信、数据采集（传感器）等领域的快速发展和成本的大幅降低为公路管理部门采用 信息系统对公路资产高效管理提供了条件。从世界范围看，从 1960 年代末对此类信息系统 进行的初步构想到 1970 年代非常有限的开发尝试，从 1980－1990 年代成规模的开发到随后 几十年的不断完善、深化、融合、可以说这个发展历程交织着乐观和困惑。 一方面，信息 技术带来的数据存储量、传输速度，计算能力等方面的迅速变革确实大幅度提高了数据的收 集和分析能力，为依据数据科学决策创造了前所未有的条件；另一方面，系统开发团队知识 背景的不完善导致早期开发的系统存在内在缺陷（比如工程模块强经济模块弱或者反之）、 系统实施阶段实施保障和维护升级缺位以及各个层级人员的传统管理思维对新管理模式的 抵制，这些因素都一定程度上导致很多信息系统使用后节约增效不明显。面对过去很多失败 案例的现实，我们也看到目前发达国家将信息系统应用于公路资产维护以及他们在政府层面 立法推广实施的大趋势。当前，我国交通行业也正经历着从早期对信息系统的初步尝试，逐 步进入改进整合已有信息系统、让系统真正提高运维管理能力的新阶段。在此背景下，对已 有信息系统实际使用情况的有效梳理以及对相关技术的最新发展趋势的消化吸收都将对现 有信息系统的成功升级起到非常重要的作用。 二、 江苏高速公路养护信息化现状及形势 （一） 江苏高速公路养护信息化现状 江苏交通控股有限公司高速公路信息化建设处于行业领先地位，先后建立了路面养护管 理决策支持系统、桥梁养护管理系统、计划管理系统、长大桥梁健康监测系统等，对控股公 司运营管理起到了重要的支撑作用。 1. 路面管理系统 江苏交通控股系统路面养护管理决策支持系统从 2007 年开始研发，经过多年的不断完
善和提升,逐渐在江苏交通控股系统所辖高速公路中得到了应用。目前已经形成了项目级和 路网级路面养护管理决策支持系统,其中项目级路面管理系统主要服务于各髙速公路经营管 理单位,为其提供路面养护决策支持,路网级路面管理系统主要服务于控股公司工程部和养 护技术中心,为其提供路网状况、养护决策数据支撑。 宁宿徐高速 江苏控股高速公暗 汤青路面养护管理决支持系 网级岛面养护管理决支持系统 PMS PMS (a)项目级(b)路网级 图2路面养护管理决策支持系统 2.桥梁管理系统 江苏交通控股系统桥梁养护管理系统从2008年开始硏发,旨在为管理者提供便捷的管 理平台、规范控股系统桥梁检测及养护作业、并提供可靠杈威的评估报告与数据分析结果。 目前,桥梁管理系统已经实现了养护数据采集、技术状况评定、养护方案制定和费用分析等 养护工作的综合化管理。桥梁管理系统主要包括四大组成:网络地理信息系统( Webgis)、 综合管理、桥梁养护和计划管理。综合管理主要是全省髙速公路桥梁总体状况、病害分布 计划实施等内容的总体展示,便于管理者更加直观、全局地掌握桥梁状态。桥梁养护功能中 主要包括桥梁数据中心、养护决策、养护工程和报表资料等子功能。其中,数据中心对桥梁 的静态和动态检测数据进行采集并审核,养护决策对病害的详细信息进行统计分析,并根据 病害的严重程度进行修复方式和任务的决策,养护工程是对桥梁养护工程从招投标、合同及 施工进行的全过程管理,报表资料提供养护所有的相关报表,实现养护工作的全面跟踪。计 划管理提供路桥养护计划的编制、审核、分解、下达,实现对计划的总控及对计划目标的执 行跟踪,实时跟踪计划的执行情况,发现偏差即采取相对应的计划调整;同时系统记录了养 护计划的历史数据,计划管理部门可以对历年来的养护计划进行对比和分析,为科学的制定 计划提供理论依据和数据参考。 品[ ev 本增大香 图3桥梁养护管理系统 3.计划管理系统 计划管理提供路桥养护计划的编制、审核、分解、下达,实现对计划的总控及对计划目
善和提升，逐渐在江苏交通控股系统所辖高速公路中得到了应用。目前已经形成了项目级和 路网级路面养护管理决策支持系统，其中项目级路面管理系统主要服务于各高速公路经营管 理单位，为其提供路面养护决策支持，路网级路面管理系统主要服务于控股公司工程部和养 护技术中心，为其提供路网状况、养护决策数据支撑。 （a）项目级（b）路网级 图 2 路面养护管理决策支持系统 2. 桥梁管理系统 江苏交通控股系统桥梁养护管理系统从 2008 年开始研发，旨在为管理者提供便捷的管 理平台、规范控股系统桥梁检测及养护作业、并提供可靠权威的评估报告与数据分析结果。 目前，桥梁管理系统已经实现了养护数据采集、技术状况评定、养护方案制定和费用分析等 养护工作的综合化管理。桥梁管理系统主要包括四大组成：网络地理信息系统（WebGis）、 综合管理、桥梁养护和计划管理。综合管理主要是全省高速公路桥梁总体状况、病害分布、 计划实施等内容的总体展示，便于管理者更加直观、全局地掌握桥梁状态。桥梁养护功能中 主要包括桥梁数据中心、养护决策、养护工程和报表资料等子功能。其中，数据中心对桥梁 的静态和动态检测数据进行采集并审核，养护决策对病害的详细信息进行统计分析，并根据 病害的严重程度进行修复方式和任务的决策，养护工程是对桥梁养护工程从招投标、合同及 施工进行的全过程管理，报表资料提供养护所有的相关报表，实现养护工作的全面跟踪。计 划管理提供路桥养护计划的编制、审核、分解、下达，实现对计划的总控及对计划目标的执 行跟踪，实时跟踪计划的执行情况，发现偏差即采取相对应的计划调整；同时系统记录了养 护计划的历史数据，计划管理部门可以对历年来的养护计划进行对比和分析，为科学的制定 计划提供理论依据和数据参考。 图 3 桥梁养护管理系统 3. 计划管理系统 计划管理提供路桥养护计划的编制、审核、分解、下达，实现对计划的总控及对计划目
标的执行跟踪,实时跟踪计划的执行情况,发现偏差即采取相对应的计划调整;同时系统记 录了养护计划的历史数据,计划管理部门可以对历年来的养护计划进行对比和分析,为科学 的制定计划提供理论依据和数据参考 4.长大桥梁健康监测系统 江苏省长大桥梁健康监测数据中心在2010年依托江苏交通控股有限公司和苏交科集团 共同发起成立,以苏通大桥、润扬大桥、江阴大桥、崇启大桥等为主要监测对象,为长大桥 梁提供检测监测、数据处理、养护决策支持数据。桥梁健康监测系统具有提髙桥梁突发性损 伤的发现速度,实行发现桥梁隐蔽部位的实时观察,及时报警大的损伤和异常事件,验证 指导今后桥梁建设等特点。长大桥梁健康监测系统主要包括硬件和软件两大重要组成部分, 硬件用于桥梁状态数据的采集、数据的传输和存储,软件则是对监测数据的处理。长大桥梁 健康监测的主要指标包括气候、交通、振动、应力(索力)、应变等,通过对监测指标的实 时扫描、分析,获取桥梁各关键部件的状态,并据此判断结构是否安全。长大桥梁健康监测 系统带来的不仅是结构监测,还为桥梁工程中的某些未知问题和超大跨度桥梁硏宄提供新的 契机,同时在桥梁监测过程中形成的大量数据挖掘应用也是需要重点关注的课题。 (二)江苏高速公路养护信息化发展需求 目前,信息技术创新日新月异、移动互联网应用层出不穷、互联网思维的内涵越来越丰 富,新的情况对养护信息系统的业务模块融合,数据融合,创新模块开发等方面都提出了新 的要求,主要表现在以下几个方面: 1.进一步统一信息化建设体系 构建统一的信息化体系。一方面通过权限设置保证不同岗位员工均可方便全面管理职责 内的各类业务,另一方面通过加强数据汇聚促进不同层级、不同部门、不同岗位间共同可利 用数据互通和业务协同,发挥大数据价值 2.全面打通信息化“条数据 目前很多系统中的数据和信息难交换、难融合,流程和功能不协同、不统一,数据大部 分以“条数据”形式按需存在于串联的信息系统中,部分通用数据未进行统一的聚合管理 互相没有联系,也无法统一更新与维护,导致不同系统同一数据更新状态不统一。信息系统 应增强系统内容全面性的同时推进资源整合,增强协调联动、数据共建共享。 3.协调信息化建设步调 各条高速公路建成时间不同,所建的系统、平台、设备技术性能相差很大,需建设统 平台进行全面管理,弥补时间建设差距造成的不协调现象。 4.“业务视角”驱动信息化建设 目前很多信息化建设以硬件视角推动,缺乏以业务视角结合信息化特点进行业务流程改 造并研发应用系统,造成信息化成果落地不够,需要改变创新建设思路。 5.扩大信息系统应用范围 目前主要的信息系统涉及路面资产数据管理、桥梁数据管理和长大桥检测数据管理,缺 少路网管理应用、项目实施管理、交通量关联管理、技术状况管理、科硏项目管理、养护工 程管理、养护决策管理等,应健全扩充 6.信息化功能设置需要完善提升 进一步完善资产类型、业务类型的管理功能设置,为养护决策提供数据支撑、为业务监 管提供平台、为持续改进提供方案等方面能力不足,实现养护检测一一规划—一计划—一监 督——评估的全过程全要素提供可视、可测、可控、可调试、可追溯、可共享
标的执行跟踪，实时跟踪计划的执行情况，发现偏差即采取相对应的计划调整；同时系统记 录了养护计划的历史数据，计划管理部门可以对历年来的养护计划进行对比和分析，为科学 的制定计划提供理论依据和数据参考。 4. 长大桥梁健康监测系统 江苏省长大桥梁健康监测数据中心在 2010 年依托江苏交通控股有限公司和苏交科集团 共同发起成立，以苏通大桥、润扬大桥、江阴大桥、崇启大桥等为主要监测对象，为长大桥 梁提供检测监测、数据处理、养护决策支持数据。桥梁健康监测系统具有提高桥梁突发性损 伤的发现速度，实行发现桥梁隐蔽部位的实时观察，及时报警大的损伤和异常事件，验证、 指导今后桥梁建设等特点。长大桥梁健康监测系统主要包括硬件和软件两大重要组成部分， 硬件用于桥梁状态数据的采集、数据的传输和存储，软件则是对监测数据的处理。长大桥梁 健康监测的主要指标包括气候、交通、振动、应力（索力）、应变等，通过对监测指标的实 时扫描、分析，获取桥梁各关键部件的状态，并据此判断结构是否安全。长大桥梁健康监测 系统带来的不仅是结构监测，还为桥梁工程中的某些未知问题和超大跨度桥梁研究提供新的 契机，同时在桥梁监测过程中形成的大量数据挖掘应用也是需要重点关注的课题。 （二） 江苏高速公路养护信息化发展需求 目前，信息技术创新日新月异、移动互联网应用层出不穷、互联网思维的内涵越来越丰 富，新的情况对养护信息系统的业务模块融合，数据融合，创新模块开发等方面都提出了新 的要求，主要表现在以下几个方面： 1. 进一步统一信息化建设体系 构建统一的信息化体系。一方面通过权限设置保证不同岗位员工均可方便全面管理职责 内的各类业务，另一方面通过加强数据汇聚促进不同层级、不同部门、不同岗位间共同可利 用数据互通和业务协同，发挥大数据价值。 2. 全面打通信息化“条数据” 目前很多系统中的数据和信息难交换、难融合，流程和功能不协同、不统一，数据大部 分以“条数据”形式按需存在于串联的信息系统中，部分通用数据未进行统一的聚合管理， 互相没有联系，也无法统一更新与维护，导致不同系统同一数据更新状态不统一。信息系统 应增强系统内容全面性的同时推进资源整合，增强协调联动、数据共建共享。 3. 协调信息化建设步调 各条高速公路建成时间不同，所建的系统、平台、设备技术性能相差很大，需建设统一 平台进行全面管理，弥补时间建设差距造成的不协调现象。 4. “业务视角”驱动信息化建设 目前很多信息化建设以硬件视角推动，缺乏以业务视角结合信息化特点进行业务流程改 造并研发应用系统，造成信息化成果落地不够，需要改变创新建设思路。 5. 扩大信息系统应用范围 目前主要的信息系统涉及路面资产数据管理、桥梁数据管理和长大桥检测数据管理，缺 少路网管理应用、项目实施管理、交通量关联管理、技术状况管理、科研项目管理、养护工 程管理、养护决策管理等，应健全扩充。 6. 信息化功能设置需要完善提升 进一步完善资产类型、业务类型的管理功能设置，为养护决策提供数据支撑、为业务监 管提供平台、为持续改进提供方案等方面能力不足，实现养护检测——规划——计划——监 督——评估的全过程全要素提供可视、可测、可控、可调试、可追溯、可共享
国外养护管理信息系统发展与趋势 (一)路面管理系统 1990年代中期至今,路面管理系统发展进入了巩固、完善的新阶段,交通资产管理的 理念在这一阶段逐步获得重视,以北美为例,1999年美国联邦公路局正式设立资产管理办 公室。路面管理系统也由孤立的管理系统逐步发展为一个面向交通各资产管理综合系统的 一部分这个阶段,由于使用功能的日益复杂及早期自主开发系统的商业化,路面管理系统也 由以往自主开发为主的模式逐步过渡到定制商业软件为主要形式。根据2011年一项对美国 49州交通厅路面管理系统使用情况的调查发现,6种商业软件的市场占有率接近80%(见图 4)吲。这一时期路面管理系统发展的其他特点还包括数据采集自动化、数据质量的重视程 度的提高、新兴优化算法的采用以及新兴测试技术带来的数据采集规模的扩大等。 Booz Allen 2.0 2.04% 自主开 发,20.41% nates. 2.0 Deighton, 32 Stantec, 14.2 Agile Assets, 22.45% Axiom 2.04 URS,2.04% 图4;美国49州交通厅商业及自主开发路面管理系统使用情况(2011年数据) 根据2017年美国工程院下属的美国交通研究委员会(TRB)公布美国及加拿大各州(或 省)交通厅路面管理系统的使用报告。该报告基于2016年发起的对美国52州(包括哥伦比 亚特区个波多黎各)、加拿大10省路面管理系统使用情况调查结果【,其中所调查的各州中 路面管理系统具备某种功能的比例情况见如图5。北美各地路面管理系统的功能趋同,除常 规功能之外,利用路面管理系统验证路面性能衰退模型、制定施工质保规范等功能也逐步获 得路面管理系统应用部门的重视(图6)。 制定施工质保规范 验证性能衰退模型 46% 目标使用性能与当前使用性能的差异 为路网中特定路段设置性能目标 以地区为单位的养护资金需求分配 不同养护项日资金分配 不同养护对策经济性比较 为资产管理系统开发作准备 目标使用性能下的预算预测 固定预算下养护项目规划 不同养护预算下的路面技术状况 图5:北美路面管理系统的功能情况
三、 国外养护管理信息系统发展与趋势 （一） 路面管理系统 1990 年代中期至今，路面管理系统发展进入了巩固、完善的新阶段，交通资产管理的 理念在这一阶段逐步获得重视，以北美为例，1999 年美国联邦公路局正式设立资产管理办 公室。 路面管理系统也由孤立的管理系统逐步发展为一个面向交通各资产管理综合系统的 一部分这个阶段，由于使用功能的日益复杂及早期自主开发系统的商业化，路面管理系统也 由以往自主开发为主的模式逐步过渡到定制商业软件为主要形式。根据 2011 年一项对美国 49 州交通厅路面管理系统使用情况的调查发现，6 种商业软件的市场占有率接近 80%（见图 4）[3] 。这一时期路面管理系统发展的其他特点还包括数据采集自动化、数据质量的重视程 度的提高、新兴优化算法的采用以及新兴测试技术带来的数据采集规模的扩大等。 图 4：美国 49 州交通厅商业及自主开发路面管理系统使用情况（2011 年数据） 根据 2017 年美国工程院下属的美国交通研究委员会（TRB)公布美国及加拿大各州（或 省）交通厅路面管理系统的使用报告。该报告基于 2016 年发起的对美国 52 州（包括哥伦比 亚特区个波多黎各）、加拿大 10 省路面管理系统使用情况调查结果[ 4] ，其中所调查的各州中 路面管理系统具备某种功能的比例情况见如图 5。北美各地路面管理系统的功能趋同，除常 规功能之外，利用路面管理系统验证路面性能衰退模型、制定施工质保规范等功能也逐步获 得路面管理系统应用部门的重视（图 6）。 图 5：北美路面管理系统的功能情况