智慧化 养护的未来

文｜中交基础设施养护集团有限公司 陈双全

基础设施智慧养护是工程维护和新一代信息技术的交叉学科。智慧养护是在基础设施数字化基础上，充分借助大数据、物联网、云计算、5G、人工智能等新一代信息技术、先进传感器技术、材料技术、智能制造技术、自动控制技术、智能决策技术，集成人员、技术、装备、数据、管理等要素，将基础设施升级为可感知、可识别、可评估、可预测，近期部分可控，远期自动调控、自我管理、自我维修、自适应的智慧化生态系统，实现对基础设施养护全过程、全要素的数字化、智慧化、网络化、精准化、主动式、预防性管理，是基础设施养护发展史上一次颠覆性革命和重大发展。

养护行业高质量发展的主要标志是从要素驱动向创新驱动转变，从传统人工作业、被动养护、粗放式发展向智慧化、快速化、绿色化、预防化转变，而智慧化又是快速化、绿色化、预防化发展的重要基础和前提，因此，智慧化养护的重要性不言而喻。

智慧养护的背景

交通基础设施建设的快速发展和巨大存量倒逼养护行业高质量发展。

经过30多年的高速发展，我国的交通基础设施建设取得了巨大成就，至“十三五”期收官，公路通车里程约510万公里，其中高速公路15.5万公里，高速公路通车里程居世界第一位。交通基础设施建设的快速发展和巨大存量，既给养护行业带来了严峻挑战，同时也为养护行业的转型升级和高质量发展提供了重大机遇。

新一代科技赋能交通基础设施养护行业数字化转型、智慧化升级。

5G、大数据、物联网、人工智能、云技术、区块链等新一代信息技术以及材料技术、智能制造技术的快速发展，引发了新一轮科技革命和产业革命，也为交通基础设施养护的数字化转型、智慧化升级提供了强大的驱动力量。

国家出台的系列政策为养护行业快速发展提供了重大利好。

2019年发布的《交通强国建设纲要》提出要瞄准新一代信息技术、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿技术，推进交通一体化融合发展，由依靠传统要素驱动向更加注重创新驱动转变。2020年颁布的《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》提出了推动交通基础设施数字转型、智能升级，采用先进信息技术深度赋能交通基础设施，全面提升精准感知、精确分析、精细管理和精心服务能力。2021年颁布的《国家综合立体交通网规划纲要》明确提出到2035年，基本建成智能先进的国家综合立体交通网，交通基础设施智能化水平居世界前列。到21世纪中叶，交通领域新技术广泛应用，实现数字化、网络化、智能化、绿色化。

智慧养护的前提和现状

交通基础设施智慧养护实质是以养护大数据的共享、融合、分析、挖掘为主线，实现交通基础设施的智能感知、智能识别、智能评估、智能预测、智能调控、自我适应。

发展智慧养护的前提

实现基础设施数字化 《国家综合立体交通网规划纲要》中提出，到2035年，交通基础设施的数字化率要达到90%。基础设施的数字化率将为基础设施领域，特别是养护、运营、管理领域提供可感、可知、可控，直至实现车路协同、自动驾驶等未来交通场景的基础性支撑。

新一代信息技术深度融合 养护科技需要与大数据、物联网、云计算、5G、人工智能等新一代信息技术深度融合。实现交通基础设施全时空监控以及数字化交通网、通讯控制网、新型能源网三网融合。

相关产业协同发展 智能材料、新型耐久传感器、水下机器人、检测无人机、可穿戴设备等智能检测、监测装备产业要协同发展，为智慧养护提供支撑。

就现阶段而言，以上三个前提条件还有很大发展空间，对智慧养护的支撑力度还不够强。目前，各省份都在积极探索和实践智慧养护，一些大型企业、高等院校和科研单位也在加速研发。例如，江苏省出台了《江苏省普通国省道智慧公路建设技术指南》《江苏省智慧高速公路建设技术指南》《江苏省交通新基建行动方案》《行业治理数字化转型三年行动计划（2021-2023年）》《5G、北斗等新技术推广应用（2021-2023年）》和《智慧交通产业发展（2021-2023年）》等一系列文件。浙江省出台了《浙江省交通数字化改革行动方案》和《浙江省智慧高速公路建设指南（暂行）》等。但以上文件更多聚焦于交通行业监管、智慧出行、自动驾驶、车路协同等方面，关于智慧养护方面的内容相对较少。

发展智慧养护的短板

总体而言，交通基础设施的智慧养护还处于探索和小范围应用阶段，存在很多短板，具体表现为以下几方面：

交通基础设施的数字化率较低 智慧养护受限于发展阶段和建设时期的科技水平，目前我国绝大部分的交通基础设施尚未实现数字化。

技术体系尚未建立 目前，行业内尚未完全形成开放、可扩展、兼容、成熟的智慧养护技术体系。基础设施的长期性能、劣化机理、损伤评估、综合防灾、寿命预测、延寿方法等尚未系统建立；智慧养护的理论系统性不足、完整性不够、指导性不强。

评价体系尚不成熟 智慧养护评价理论和方法尚不成熟，需要不断完善、丰富、发展。

标准体系基本空白 智慧养护标准目前基本空白；现有评估标准、管理标准与智能检测、监测技术兼容性不高。

技术融合远远不够 养护产业与新一代信息技术相互融合的深度和广度远远不够，表现为技术融合性较差，应用场景不够清晰明确，缺少量化技术指标，以及缺乏精通养护科技和新一代信息技术的复合型人才。

相关产业支撑不强 智能材料、新型耐久传感器、水下机器人、检测无人机、可穿戴设备等智能检测、监测装备支撑力不强，具备智慧化、可视化、集成化、高精度、高可靠等特点的装备较少。

智慧养护的实践及成果

江苏省全面布局

江苏省聚焦基础设施数字化、运输服务全链化、行业治理精准化、智慧产业集聚化，通过“跨界融合、共建共享、综合应用”，加快交通运输向数字化、网络化、智能化发展，并围绕交通基础设施要素数字化、智慧交通基础设施建设、5G及区块链应用、车路协同自动驾驶、大数据应用、智能便捷出行、智慧物流等内容，确定了8个专项行动方案和31项智能交通项目，着力推进智慧交通实施。同时，依托沪蓉高速江苏段、五峰山过江通道、常泰长江大桥、太湖隧道等开展智慧公路建设，布局了京杭运河智慧航运，南京港、太仓港智慧港口等一批智慧交通基础设施。总体来看，初步实现了智慧交通建设的良好开局，为今后全行业深入开展智慧交通和智慧养护工作打下了坚实的基础。

浙江省勇于探索

浙江省在智慧公路方面，重点建设杭绍甬、杭州绕城西复线、沪杭甬、杭州湾大桥及接线工程等智慧公路试点，积极探索杭州萧山机场高速公路等数字化、智能化改造，力争2022年底前形成智慧公路建设的浙江标准。在《浙江省智慧高速公路建设指南（暂行）》中，提出了道路基础设施全寿命周期服役性能预估模型精度应不低于75%、结构维修周期延长应不低于20%、基础设施在线监测覆盖率应不低于90%、状态异常预警准确率不低于80%等具体指标，对交通基础设施智慧养护具有很好的指导作用和参考价值。

中交养护集团理论实践双发力

中交基础设施养护集团有限公司（以下简称“中交养护集团”）一直致力于基础设施的全生命周期智慧养护、绿色养护、快速养护和预防性养护，在智慧养护的理论体系、实践应用等方面进行了全方位的思考和实践。

在理论体系方面，中交养护集团不但提出了智慧养护的定义、基本要素、基本特征，还创造性地构建了基础设施智慧养护的技术体系框架，指出了智慧养护面临的主要问题，明确了智慧养护的主要任务和应用场景，以理论创新指导智慧养护实践。

在实践应用方面，中交养护集团注重科技赋能，加速推动科技创新与养护产业的深度融合与协同发展。依托于南京长江大桥、广州黄埔大桥、安徽安庆大桥等特大型桥隧的养护项目，研发了基于5G、人工智能、大数据、云技术等新一代信息技术的基础设施智慧养护关键技术，攻克了一系列技术难题，实现了BIM和倾斜摄影技术建模、无人机辅助检查、机器人检测拉索、基于InSAR的复杂地质区域桥隧群监测、高墩高塔自动涂装，同时编制了多项国家标准和行业养护标准。

北京首发探索“互联网+”管养新模式

近年来，北京首发公路养护工程有限公司（以下简称“北京首发养护公司”）瞄准大数据时代公路养护工作的需求，在推进“互联网+”智慧高速公路养护管理技术方面进行探索，并取得了预期成果。

在顶层设计方面，北京首发养护公司研究建立了一套完整的高速公路养护信息化建设数据标准，进而匹配高速公路养护标准、规程和技术指南。

同时，北京首发养护公司组建信息化开发小组，建成了涵盖日常养护管理、应急管理、工程决策管理、设备物资管理等各业务功能的信息化系统，并匹配相应功能的手机端App和PC客户端，集合成为“慧养护”智能一体化平台。

智慧养护的未来展望

目前，我国基础设施智慧养护还处于初级阶段，未来要全面发展到智慧养护阶段，还需在以下8个方面实现突破：

智慧感知 全要素、全时空智慧化感知人、交通工具、基础设施和环境信息；

智慧识别 根据获取的信息和深度学习经验，识别基础设施潜在的病害和风险；

智慧预测 基于不确定性理论，预测人、交通工具、基础设施、环境系统的发展趋势；

智慧决策 根据既定目标和约束条件，按照性能投入比最优理论决定养护方案；

智慧作业 采用5G、人工智能、物联网、云计算等技术，实现智慧化无人养护和基础设施自我修复；

智慧应变 突发灾害时，按照风险最小化原则给出应急救援方案；

智慧学习 基于大数据和人工智能技术，实现养护系统自我进化、智能升级；

智慧融合 基于人、基础设施、交通工具和环境深度融合，建立开放生态系统，实现万物互联。