王松根研究员山东省交通厅公路局 2014/10/7

预防性养护政策与关键技术研究 王松根研究员山东省交通厅公路局 2014/10/7

课题背景： 国内公路养护事业发展的需求 ——公路建设的快速发展； ——公路建设高峰与公路养护高峰的重合期； ——各级各地对公路养护认识的提高； —— 对预防性养护开始重视和研究。

课题背景： 交通部2006年下达的专题研究项目任务：研究制定全面推广预防性养护的相关政策制度；研究预防性养护的资金投入机制；整合、提出适合我国国情的预防性养护设备、技术、工艺。组长单位：山东省交通厅公路局成员单位：上海公路管理处江苏省公路局浙江省公路局河北省公路局陕西省公路局华北高速股份公司辽宁省高速公路管理局广东省交通集体有限公司青海省高等级公路管理局

课题背景： 山东省2006年度交通科技计划任务：除完成交通部下达的研究任务以外，重点对预防性养护的相关概念，预防性养护的目标，预防性养护的最佳时机、最佳成本、最合理的技术措施和成本分析等进行深入研究，使预防性养护有具体的量化指标，更具可操作性。承担单位：山东省交通厅公路局东南大学交通学院

研究内容： 第一部分：预防性养护政策研究第二部分：预防性养护关键技术研究

第一部分 一、预防性养护概述二、预防性养护在国外的发展概况三、预防性养护在国内的应用四、预防性养护相关概念的研究五、预防性养护中存在的问题及对策六、预防性养护研究的结论及政策建议预防性养护政策研究

一、预防性养护概述1、公路养护的定义2、预防性养护的提出3、公路养护方式的分类 4、预防性养护的实施效果

1、公路养护的定义 公路养护是指交通主管部门或公路管理机构（经营性收费公路为该公路经营企业）为保证公路的安全畅通，并使公路处于良好的技术状态，在公路运营期间按照相关的法律法规、政府规章和技术规范、操作规程对公路、公路用地和公路沿线附属设施开展的保养、维修、水土保持、绿化和管理的各项业务工作。

2、预防性养护的提出 预防性养护是整个公路养护工作中的重要组成部分。 • 预防性养护作为一个完整的概念于20世纪80年代提出，是一种定期的强制保养、维修措施，是在路面结构强度充足，仅表面功能衰减的情况下，为恢复表面服务功能而采取的一种养护措施。 • 预防性养护的实质是在适当的时间，将适用的技术措施，应用在适宜的路面上。 • 预防性养护的核心思想是要求采用最佳成本效益的养护措施，强调养护管理的主动性、计划性、合理性。

3、养护方式的分类 （一）按养护工程分类公路养护工程按其工程性质、复杂程度、规模大小划分为： • 日常保养。是对管养范围内的公路及沿线设施经常进行保养的作业。 • 小修工程。是对管养范围内的公路及沿线设施经常进行修补其轻微损坏部分的作业。 • 中修工程。是对公路及其沿线设施的一般性损坏部分进行定期的修理加固，以恢复公路原有技术状况的工程。 • 大修工程。是对公路及其沿线设施的较大损坏进行周期性的综合修理，以全面恢复到原技术标准的工程项目。 • 改建工程。是对公路及其沿线设施因不适应现有交通量增长和载重需要而提高技术等级指标，显著提高其通行能力的较大工程项目。

3、养护方式的分类 （二）按养护性质分类 • 预防性养护。为了让状态良好的道路系统保持更长时间，延缓未来的破坏，在不增加结构承载能力的前提下改善道路系统的功能状况的一种养护方式。 • 矫正性养护。就是修补路面的局部损害或对某些特定病害进行的养护作业，适用于路面已经发生局部的结构性破损，但还没有波及全局的情况。

4、预防性养护的效果 • 美国对几十万公里不同等级道路进行跟踪调查，发现这些道路的使用性能和寿命有一个共同的变化特征：一条质量合格的道路，在使用寿命75%的时间内，性能下降40%（这一阶段称之为预防性养护阶段），如不能及时养护，在随后12%的使用寿命时间内，性能再次下降40%，从而造成养护成本大幅度的增加（如下图所示）。

4、预防性养护的效果 • 1987年，美国SHRP 计划中对养护费用效益的研究结论： • 　整个路面寿命周期内进行3-4次的预防性养护可延长使用寿命10～15年，节约养护费用45％～50％（如下图所示）。

二、预防性养护在国外的发展概况1、国外预防性养护发展的特点 2、形成以上特点的原因 3、国外预防性养护实例 4、国外预防性养护的启示

1、国外预防性养护发展的特点 • 在1999年，对美国、加拿大50多个州、地区进行了一次预防性养护问卷调查，获41个部门的反馈，结果表明有以下特点：

2、形成以上特点的原因 • 预防性养护实施的影响因素很多，包括：

3、国外预防性养护实例 以美国明尼苏达州为例：将养护分为四大类： • 日常养护 • 预防性养护 • 维修 • 重建在管理中划分为几个子区域

明尼苏达州预防性养护实施步骤 • 第一步：先确定预防性养护总需求。获得方式：通过 “路面管理系统”分析得到。

明尼苏达州预防性养护实施步骤 • 第二步：根据总需求，分析确定并推荐适宜的预防性养护年度支出预算。

明尼苏达州预防性养护实施步骤 • 第三步：在预算框架内，确定预防性养护技术措施。采取方法：选择每种技术的合理比例，再根据费效比选择具体路段。

4、国外预防性养护发展的启示 • （1）预防性养护是一种养护理念，其基本出发点是通过早期养护，延缓路面的病害发展过程，从而推迟了后期进行维修或重建时间，延长了路面使用寿命，最终获得更高的经济效益； • （2）各区域间预防性养护发展水平很不平衡，但其基本理念在长期的传播和发展过程中，已广为接受，是大势所趋； • （3）预防性养护发展要有统一的概念和相应的规范、指南、手册等文件来进行指导，并适时总结经验，进行修订；

4、国外预防性养护发展的启示 • （4）实施预防性养护是一项长期工作，需做好心理、资金、人员、技术等多方面长期准备与支持； • （5）预防性养护可通过现有路况总体评价，确立中长期目标，并给予长期的、规模合理的专项资金支持； • （6）要协调相应的职能部门，形成长期、稳定的资金分配、技术指导、效果评价、技术总结与经验推广的整套管理机制； • （7）扩大区域间技术交流与合作，扩充预防性养护技术体系，最大限度地发挥预防性养护针对性强的特点。

三、预防性养护在国内的应用1、对预防性养护的认识和理解2、对预防性养护的探讨与实践3、预防性养护的资金状况4、我国预防性养护应用小结

1、对预防性养护的认识和理解 • 对预防性养护的认识处于初级阶段近年来，开始对预防性养护的理念予以关注，开始研究预防性养护的施工技术，并在全国各地进行了不同程度的尝试，已取得了一定的实际效果。预防性养护观念和相关技术逐渐为广大公路工程技术人员所了解和接受，但总体上说，对预防性养护的认识仍处于初级阶段。 • 传统养护模式的惯性传统养护模式是道路不坏不修，在投资政策上是坏路优先。 • 传统养护方式与预防性养护的交叉传统养护方式与预防性养护的工程分类有区别又有交叉，容易混扰。

2、对预防性养护的探讨与实践 上海市： • 在20世纪90年代中后期，逐渐引进了“预防性养护”的理念和技术，当时使用的预防性养护措施有稀浆封层、微表处等； • 2003年，上海市公路管理处联合同济大学对预防性养护技术的一些关键问题进行研究，于2004年铺筑了4条试验路，并对其进行了跟踪观测和分析； • 2006年1月，上海市公路管理处组织编写了《上海市公路沥青路面预防性养护技术规程》，于2007年2月1日起正式实施； • 2006年7月，上海市公路管理处将预防性养护模块纳入到原有的公路路面管理系统，利用系统的决策树模型进行辅助决策。 • 目前沥青路面的预防措施有：稀浆封层、微表处、碎石封层、复合封层、薄层罩面、灌缝或封缝、雾封层和沥青再生剂等8种。

2、对预防性养护的探讨与实践 江苏省： • 2001年将《乳化沥青稀浆封层技术应用研究》项目列入江苏省交通科技计划，作为预防性养护的重点推广技术； • 组织编制了《乳化沥青稀浆封层技术应用指南》和《乳化沥青稀浆封层施工技术规程》； • 2002年以来，江苏省将稀浆封层预防性养护技术的推广工作纳入养护工作计划和考核目标，全省平均每年实施300多公里。

2、对预防性养护的探讨与实践 陕西省： • 2003年，开始铺筑薄层罩面试验段； • 2003- 2004年，铺筑碎石封层试验段； • 在试验段的基础上，总结经验，改进工艺，逐步在全省推广预防性养护技术。

2、对预防性养护的研讨与实践 华北高速： • 1993-2000年，京津塘高速公路常用的预防性养护技术一般有裂缝填缝维修、表层铣刨加铺（挖补）； • 2000年，开始引入就地热再生技术； • 2001年以来，京津塘高速公路使用最多的预防性养护技术是就地热再生技术，几年来，已累计维修路面136.9万平方米。

2、对预防性养护的研讨与实践 山东省： • 2000年，开始引进智能化、高性能沥青洒布和碎石撒铺设备，并研究、推广沥青碎石封层预防性养护技术； • 2002年，大量配备使用高性能的灌缝设备和高质量的灌缝材料，每年全省沥青路面灌缝量平均在200万延米左右，起到了明显的预防性养护作用。以德州为例，2004年至2006年路面灌缝数量年均增加7.9万延米，而路面挖补数量年均下降3.6万平方米，总体上路面养护投资年均节省109.6万元； • 2005年，开始提出全方位多层次预防性养护新理念，并用于指导公路养护工作； • 目前，用于预防性养护的主要技术有：灌缝贴封、沥青碎石封层、就地热修补、稀浆封层、微表处、薄层罩面、复合罩面等。

3、预防性养护资金状况 • 上海市（市管公路）由上表可以看出，上海市投入预防性养护的资金有逐年递增的趋势。

3、预防性养护资金状况 • 江苏省江苏省采用的预防性养护技术主要为稀浆封层技术，每年投入资金相对稳定。

3、预防性养护资金状况 • 山东省由上图可以看出，山东省投入预防性养护的资金亦有稳步提高的趋势。

3、预防性养护资金状况 • 华北高速由上表可以看出，华北高速投入预防性养护的资金有递增的趋势。

资金状况小结 • 增长性。我国代表性地区、高速公路的预防性养护投资总体上呈增长趋势； • 波动性。预防性养护投资占全部养护投资总额的比例逐年变化幅度很大，比如2005年受全国公路大检查的影响比例就很高； • 差异性。由于各地对预防性养护的概念认识不一，对预防性养护投资的界定差异很大，造成统计口径不一致。

4、我国预防性养护应用小结 • 当前，我们对预防性养护的概念、关键技术和相关政策还缺乏全面、系统的认识，还未形成系统的、科学的预防性养护决策体系； • 预防性养护技术措施的应用种类要少于国外，且各地区间应用效果差异明显； • 各地区预防性养护资金占养护投资总额的比例虽有起伏，但投资绝对值在总体上是逐年增加的； • 多数情况下，预防性养护资金仍混于养护资金总额中，很少有专门的预防性养护资金计划，更缺少长期预防性养护投入的规划。

四、预防性养护相关概念的研究1、预防性养护的几个新概念2、预防性养护的定义 3、预防性养护的目标

1、预防性养护的几个新概念 • 路面全寿命周期； • 全寿命周期路面成本； • 全寿命周期内路面年平均成本； • 平均车公里路面成本； • 平均车公里全成本； • 全方位多层次的预防性养护。

1、预防性养护的几个新概念 路面全寿命周期： • 路面寿命周期可分为设计寿命和实际使用寿命。 • 路面全寿命周期是指路面的实际使用寿命。 • 路面的实际使用寿命是指路面从建成投入使用到下一次路面整体结构性补强大修或重建之间的时间段。 • 路面全寿命周期用“T” （单位：年）表示。

1、预防性养护的几个新概念 全寿命周期路面成本： • 全寿命周期路面成本是指在路面全寿命周期内的路面建设费用和养护费用的总和，用“A”表示（万元/公里）。 • 建设费用是指路面的实际建设投资，用“J” （万元/公里）表示。 • 养护费用是指路面在“T”（年）内的日常保养、小修工程、中修工程费用的总和，用“Y”表示。 • 则：A=J+Y Y=T*R+T*X+n*Z Y=T（R+X）+nZ（万元/公里） • A=J+T（R+X）+nZ（万元/公里）式中：J—— 路面实际建设投资（万元/公里） T—— 路面全寿命周期（年） R—— 年平均日常保养费用（万元/年公里) X—— 年平均小修工程费用（万元/年公里） n—— 在全寿命周期内路面中修工程次数 Z—— 一次路面中修工程的平均费用（万元/公里）

1、预防性养护的几个新概念 全寿命周期内路面年平均成本： • 全寿命周期内路面年平均成本用“B”表示（万元/年公里）可由下式表示： • B=A/T • B=[J+T(R+X)+nZ]/T • B=R+X+（J+nZ）/T（万元/年公里）式中：R—— 年平均日常保养费用（万元/年公里) X—— 年平均小修工程费用（万元/年公里） J——路面的实际建设投资（万元/公里） n——在全寿命周期内路面中修工程次数 Z——一次路面中修工程的平均费用（万元/公里） T——路面全寿命周期（年）

1、预防性养护的几个新概念 平均车公里路面成本： • 平均车公里路面成本是指全寿命周期内路面年平均成本B（万元/年公里）除以该路段的年平均交通量（H,换算为小客车,单位为：年万辆）得到的每辆车行驶每公里的路面成本，用“b”表示。 • b=B/H(元/辆公里) 式中：B——全寿命周期内路面年平均成本（万元/年公里） H——路段年平均交通量（年万辆）均换算为小客车

交通量调查车型划分及车辆折算系数 1、预防性养护的几个新概念

1、预防性养护的几个新概念 平均车公里全成本： • 路面使用全成本应为道路管理者的建设、养护成本与道路使用者的车辆、时间等费用成本之和，平均车公里全成本用“q”（元/辆公里)表示。 • q=b+c（元/辆公里) 式中：b—— 道路管理者的平均车公里路面成本（元/辆公里)。 c—— 道路使用者的平均车公里费用成本（元/辆公里)。影响道路使用者费用成本的因素： ——路面状况指数PCI的高低对车辆油耗、另部件磨损、行车速度等的影响； ——路面维修时对车辆油耗、行车速度、交通事故的影响； ——道路封闭施工对车辆绕行的影响。

1、预防性养护的几个新概念 全方位多层次的预防性养护: • 以道路全寿命周期成本理论为指导，不断拓展预防性养护的外延，丰富其内涵，构建涵盖路基路面、桥涵隧道以及防护工程在内的全方位和事前、事中、事后多层次控制的预防性养护体系。 • 在道路全寿命使用周期内，支出的全成本费用最少，取得的综合效益（包括道路管理者和使用者）最大是最理想的结果。

2、预防性养护的定义 狭义预防性养护：就路面讲路面，强调以预防为主。定义狭义预防性养护就是在路面没有发生结构性破坏以前，为了更好的保持路面的良好运营状态，延缓未来的路面破坏，获取路面生命周期内的最大效益，在不增加结构承载能力的前提下，在适当的时间，采取相应的技术措施用以改善路面系统的功能状况，延长其使用寿命，提升路面服务水平。

2、预防性养护的定义 广义预防性养护：除路面以外，还考虑与路面使用质量和使用寿命相关的其他部分如路基、桥涵等，并强调防治结合。广义预防性养护就是在道路没有发生结构性破坏以前，为了更好的保持道路的良好运营状态，延缓道路未来的破坏，获取道路生命周期内的最大效益，在不增加结构承载能力的前提下，针对道路出现或可能出现的病害，在适当的时机，积极采取路基维护、路面维修、桥涵维修加固、附属设施维护等相应的综合技术措施，防止各类道路病害的发生或扩大，用以改善道路系统的总体功能状况，延长其使用寿命提升道路服务水平。定义

3、预防性养护的目标 预防性养护的目标根据不同的层次和需求大体可分为期望目标、成本目标和保障目标三类。

3、预防性养护的目标 （1）期望目标预防性养护的期望目标也就是最理想的目标：在道路全寿命周期内道路管理者与道路使用者的全成本费用最低。我们可用道路管理者与道路使用者平均车公里全成本“q”（元/辆公里)最低来实现。 q=b+c（元/辆公里) 式中：b—— 道路管理者的平均车公里路面成本（元/辆公里)。 c—— 道路使用者的平均车公里费用成本（元/辆公里)。对于道路使用者费用成本的研究，已有许多研究成果，本课题不再展开叙述，但在进行平均车公里路面成本分析时，必须对降低道路使用者费用成本作出保障。如：PCI值在良级以上；中修以下养护作业不封闭交通；养护作业区做好交通安全管理等。从而保障道路使用者费用成本处于较低的水平，否则，单纯强调道路管理者的建设、养护成本最低是没有意义的。

3、预防性养护的目标 （2）成本目标在保证道路使用者费用成本最低的前提下，再来研究我们关心的全寿命周期的道路成本目标，成本目标可分三个层次： • 全寿命周期路面成本“A”最低； A=J+T（R+X）+nZ（万元/公里） • 全寿命周期内路面年平均成本“B”最低； B=R+X+（J+nZ）/T（万元/年公里） • 平均车公里路面成本“b”(元/辆公里)最低； b=B/H(元/辆公里)

3、预防性养护的目标 平均车公里路面成本举例： • 例：某条干线二级公路，基础资料为：路面宽度12米，路面造价为120元/平方米，则: 每公里路面造价 J=12*1000*120=144 （万元/公里）；年平均日常保养费用 R=1.0 （万元/年公里)；年平均小修工程费用 X=1.5 （万元/年公里）；一次路面中修工程的平均费用 Z=24（万元/公里）；在全寿命周期内路面中修工程次数 n分别设定为n1=0、n2=1、n3=2；路面全寿命周期 T分别为T1=8、T2=12、T3=15（年）；路段年平均交通量均换算为小客车 H设定第一年6000辆/平均日交通量、年增长率r=10%，则H1=311.2、H2=387.5、H3=460.4（年万辆）。

王松根研究员山东省交通厅公路局 2014/10/7