数字赋能公路建设养护的智能化转型与经济效应分析

公路建设与养护管理向智能化方向发展，是实现“交通强国”战略的重要支撑。利用数字技术对高速公路进行优化管理，可以有效地降低养护费用，提高养护效率。《交通运输部关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》明确提出，到 2027 年，实现高速公路数字化转型，实现全生命周期数字化。到2035 年，实现高速公路数字化转型，构建安全、便捷、高效、绿色、经济的数字孪生高速公路两大系统。这说明数字化赋能高速公路建设与养护管理的智能化转型，不仅是技术进步的必然趋势，更是政策推动下的一个重要发展趋势。

一、公路建设养护的智能化转型与经济效应关联性

（一）智能化转型对建设成本的优化作用

公路建设与养护智能化改造可以显著地优化工程造价，以 BIM、 GIS 等数字化设计与建造技术为基础，可实现公路工程精细化规划与高效建设。项目的研究成果可为工程人员提供详细的三维可视化模型，有助于设计人员在设计阶段发现设计冲突与建设风险，降低设计变更与建设延误所带来的经济损失 [1]。此外，智能化施工装备及自动化施工程序的应用，还能提高施工效率、缩短工程工期、降低工程造价。这种利用技术手段对建设成本进行优化的效果，直接反映出智能化改造与经济效果的正相关关系。

（二）智能化转型对养护成本的降低作用

在高速公路养护阶段，智能化改造同样具有显著的经济效益。传统养护方式主要依靠人工巡查和经验判断，不仅效率低，且不易发现隐患，造成维修费用高。而智能养护系统通过对道路设施健康状态进行实时监测，可以对病害部位及程度进行精确识别，实现精确养护。基于数据驱动的养护决策模型，可在保证病害及时修复的前提下，避免不必要的过度养护，延长道路设施的使用寿命。在经济效果上，智慧化改造可优化维修资源配置，大幅降低维修费用，提高维修资金使用效率。

（三）智能化转型对运营效率的提升作用

公路建设与养护向智能化转变是提高运营效率的重要途径，智能交通系统（ITS）作为交通流监控、智能信号控制、交通诱导等技术手段，可有效地对高速公路交通进行实时管理与优化调度。该系统可依据交通流量实时调整信号灯时长，达到优化交通流量、缓解拥堵、提升高速公路通行能力的目的。另外，智能化维修管理系统可以快速响应维修需求，降低维修施工对交通的影响。在经济效果上，智能化改造可减少交通拥堵、提高通行效率，间接提高高速公路经济效益，创造更高的经济效益。

（四）智能化转型对环境效益的促进作用

智能化改造对公路建设和养护工作也产生了明显的环保效益。优化施工方案及维修计划，可减少不必要的资源浪费及能源消耗，最大限度地减少对环境的不利影响 [2]。如智能施工装备可以提高材料利用率，减少建筑废料的产生；智能养护系统可以实现养护材料的精确投放，避免资源的浪费。另外，通过对噪声、粉尘、污水等环境数据的实时监测，能够及时采取相应的减排措施。在经济效果上，智慧化改造可降低环境治理成本，提升社会形象，具有长远的经济效益与社会效益。

二、数字赋能公路建设养护的智能化转型的有效策略

（一）构建数字化监测与预警体系

要建立全面的数字监控预警系统，通过在高速公路上部署智能传感网络，获取路况、车流、气象等多维信息。通过大数据分析与人工智能算法深度挖掘监测数据，实现对潜在疾病及风险的预警 [4]。建立高速公路监控预警系统，不仅可以提高高速公路维修工作的响应速度，而且可以有效减少交通事故的发生，提高高速公路的安全可靠性。

例如，邢衡高速公路部分路段位于太行山东麓，地形起伏较大，地质情况复杂，不仅冬季容易受到大雾、冰雪等恶劣天气的侵袭，而且夏季强降雨诱发的滑坡、泥石流等地质灾害也时有发生，因此，邢台市西部山区的邢衡高速公路存在着严重的安全隐患。为有效地应对这些风险，应构建一套先进的数字监控预警系统。在基础设施建设方面，可在邢衡高速全线铺设分布式光纤传感网络，这些传感器就像是“神经末梢”一样，可以精确地感知到路面的温度和湿度，以及裂纹的萌生和扩展。通过在桥梁关键部位安装高精度应力传感器，实时监测不同载荷状态下桥梁结构的受力情况，及时发现损伤征兆。同时，沿路布设气象观测站，收集气象资料，如风速、风向、雨量、能见度等。同时，利用卫星定位技术及地面位移传感器，实时监测边坡土体微位移。这些分布在不同位置的传感器采集到的数据将通过专用的通讯网络实时传输到大数据分析平台上。该平台利用深度学习算法，实现对海量数据的深度挖掘和分析。当系统监测到山区道路湿度持续升高且降雨达到预警阈值时，系统将自动获取该地区地质构造资料、历史灾情资料等资料，并建立风险评价模型，实现对可能发生的滑坡风险的精确预测。当高风险状况被预测时，系统会及时将危险程度不同的预警信息发送给高速公路管理部门和过往车辆驾驶人。预警信息包括风险类型、影响范围和建议采取的措施等内容，高速公路管理部门可以根据情况提前启动应急预案，对相关路段采取交通管制、设置警示标志等措施。而过往车辆的司机，亦可通过预警信息，及时调整行车路线，避开危险地带，这样高速在极端天气、地质灾害频发时期，可大幅降低道路交通事故发生率，缩短养护部门对突发情况的响应速度，有效地保障高速公路的安全畅通。

（二）推动养护决策的科学化与智能化

提高维修决策科学化、精准化是智能化转型的核心。应构建高速公路数字化平台，实现高速公路建设、运营和养护等全生命周期数据资源的整合 [4]。通过数据分析与机器学习等方法，实现高速公路设施健康状态评估，并制定个性化养护计划。该模型可实现资源优化配置，降低非必要维修投入，提高维修管理的针对性与有效性。

例如，邢台市境内的 G107 国道作为南北交通干线，日车流量巨大，长期经受重载车辆的碾压，路面设施老化现象日趋严重。为使高速公路养护管理工作更加科学化、智能化，需对G107 国道进行全面的养护和管理。可建立高速公路G107 公路管理系统的数字化管理平台，并对其进行分析，平台将该路段的设计图、施工记录、历年养护养护数据、交通流量、路面检测等多种数据进行整合。其中，路面检测数据包括路面破损率、车辙深度、平整度和抗滑性能等指标，定期由先进的路面检测设备进行采集和上传。在此基础上，结合机器学习算法，建立路面性能预测模型。在此基础上，结合当前路面状态、交通流等因素，建立基于历史数据的道路病害预测模型。建立个性化维修方案，对预测到的快速发展路段，优先安排养护工作，根据病害类型及程度，精确调配人力、物力资源，采取有针对性的维修工艺，对路面状况较好的路段，应适当延长养护期，避免因过度养护而造成资源浪费。同时，该平台还具有维修费用仿真分析的功能，在编制养护计划时，通过输入不同的施工工艺、材料选择、人员配置等参数，对所需要的人力、物力、财力进行模拟计算，并对各方案进行成本- 收益比较，确定最佳养护方案。

（三）实现养护作业的自动化与高效化

数字化技术的应用使高速公路养护工作的自动化程度大大提高，为减少人工干预，减少人工干预，提高养护工作的效率与质量。如智能机器人能够探测并修复路面破损，无人机能够巡视高边坡、桥梁等 [5]。另外，优化维修作业流程及作业计划，可进一步缩短维修周期，降低交通影响。

例如，邢峰高速公路，位于邢台城区和峰峰矿区之间，因重载车辆频繁行驶，路面承载力远远超过设计标准，造成路面损伤现象十分突出，传统人工养护方法已很难满足其养护要求。为提高养护效率与质量，我市积极引进智能化养护设备与技术，促进养护工作向自动化和高效率方向发展。针对路面病害的检测，可采用智能化的道路检测机器人。该机器人装备有激光扫描和图像识别等先进传感器，可在高速公路上自主行驶，实现对路面裂缝、坑槽、车辙等病害的快速精确检测与定位。在检测过程中，机器人将采集到的数据实时传送到维修管理平台上，并利用数据分析软件对数据进行处理，形成详细的路面病害分布图及评定报告。

在检测出的微小裂纹中，智能修复机器人起着至关重要的作用。该机器人携带填料，在内置导航系统及定位设备的帮助下，能自动行驶至病害地点。采用机械臂及精密控制的喷涂设备，按预先设定的程序填充、封缝，不需人工干预，修补质量稳定可靠。对于大面积的坑槽，采用自动铣刨和摊铺设备进行处理，该设备先对破损路面进行铣刨、清理，除去松散、破损的路面材料，再用压实机械对新沥青混合料进行准确的摊铺。设备内装有传感器及控制系统，能实时监控摊铺厚度、平整度等各项参数，保证施工质量达到规范要求。另外，无人机巡检对邢峰高速公路的维修起到很大的推动作用，搭载高清摄像机、红外热像仪的无人机，定期巡视高速公路沿线的高边坡、桥梁等。利用图像识别与数据分析技术，快速获取边坡植被、土体稳定、桥梁结构形貌及温度场等信息，及时发现边坡松脱、桥梁开裂等隐患。邢峰公路采用机械化养护设备后，大大提高养护工作的效率，大幅度降低人工成本，显著提高公路的通行品质，为保障区域经济发展和交通安全提供了强有力的支持。

（四）促进跨部门协同与数据共享

公路养护管理信息化转型要求打破部门间数据壁垒，实现跨部门协作和数据共享。应建立统一的数据平台，建立统一的标准规范，实现交通、气象、公安等部门间的数据互联 [6]。建立跨部门协同机制，可以有效地提高突发事件的响应效率，提高高速公路管理的整体效率。同时，实现数据共享，为高速公路养护管理提供更加全面的决策支持，促进高速公路养护管理向精细化方向发展。

例如邢台市位于华北平原和太行山之间的过渡地带，夏季多雨，山区高速公路容易发生洪涝、塌陷等灾害，给高速公路的养护管理工作带来了极大的挑战。为提高应急处置能力，邢台市可构建交通、气象、公安、应急等多部门信息共享平台及协作机制，以提高应急处置能力。在平台建设上，建立统一的数据标准与接口规范，保证各部门之间数据的顺畅访问与共享；气象部门负责实时的气象监测资料，中远期天气预报，暴雨预警信息，降水趋势预报。同时，交通部门也会实时更新公路沿线的地形地貌、桥梁涵洞、路基边坡等基础信息，以及路面状态、车流量等实时监测数据。交通管制信息，交通事故处理信息上载等；应急管理部门将应急装备、物资储备、队伍分布等信息输入平台。当气象部门发布暴雨预警时，信息共享平台将及时向有关部门推送。交通部门将道路监测数据与地形地貌信息相结合，构建灾害仿真分析模型，对可能受灾路段进行风险评估，识别易发生塌方、积水的关键地段，并将分析结果反馈给平台。公安部门根据交通管制需要，依据平台提供的信息，制定详细的车辆分流方案，提前疏导相关路段。应急管理部门根据平台上显示的灾害风险分布情况，快速向重要地区调配救援设备、物资，并组织救援队伍赶赴现场，提前做好防护和救援准备。如在某一次暴雨灾害应急过程中，各部门紧密协作，建立信息共享平台，建立跨部门协作机制。交通部门及时发现和处置多个道路安全隐患，公安部门对车辆进行有效引导，防止交通堵塞和二次事故，应急管理部门迅速开展救援工作。最终，邢台市道路交通中断时间大大缩短，无重大交通事故发生，可充分体现跨部门协作和数据共享对高速公路养护管理的重要性。

结束语

综上所述，数字化赋能高速公路建设、养护管理向智能化转型，具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。智能技术的应用，不仅可以提高高速公路建设的效率与质量，降低运营成本，而且可以为社会大众提供更方便安全的出行服务，促进道路交通和经济的深度融合。未来，随着数字化技术的不断创新，应用场景的拓展，进一步提高高速公路建设与养护管理的智能化水平，为建设现代化的高速公路基础设施体系，加快交通强国的建设提供强有力的支撑。

参考文献

[1] 罗梦琪 , 王斌 , 胡健坤 , 黄哲骁 , 陶毅荣 . 高速公路智慧巡查养护模式研究 [J]. 运输经理世界 ,2024,(36):135-137.

[2] 许浩鹏 . 高速公路养护智能辅助决策系统的构建 [J]. 智能建筑与智慧城市 ,2024,(12):170-172.

[3] 张浩宁 . 数字化驱动的新一代公路综合智慧养护管理体系构建 [J]. 智能建筑与智慧城市 ,2024,(12):25-27.

[4] 顾庆喜 . 基于智能信息化的公路养护安全管理系统应用探讨 [J]. 智能建筑与智慧城市 ,2024,(12):179-181.

[5] 赵哲 . 普通国省道公路巡检养一体化管理模式构建 [J]. 大众标准化 ,2024,(22):47-49.

[6] 卓建坤 . 国省干线公路绿化养护中智能喷灌技术的应用研究 [J]. 价值工程 ,2024,43(32):107-109.

邢台市社会科学发展研究课题，课题名称《邢台数字赋能经济发展研究》，课题号：XTSKFZ2024132