文/中國工程院土木、水利與建筑工程學部院士 鄭健龍

　　據(jù)統(tǒng)計，我國每年約有1萬多公里高速公路、近20萬公里普通公路需進行大中修，每年養(yǎng)護大中修產(chǎn)生的廢棄料近2億噸，且大多數(shù)養(yǎng)護工程造成了嚴重的交通擁堵，降低了公路通行效率。因而，研究公路養(yǎng)護技術、掌握公路養(yǎng)護前沿發(fā)展趨勢對于推動公路養(yǎng)護事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展意義重大。

　　趨勢一：在役道路性能檢測與養(yǎng)護維修新技術開發(fā)是永恒的主題

　　在役道路性能檢測

　　挑戰(zhàn)：盡管在役道路實現(xiàn)了路面性能的不停車檢測，但檢測時行車速度慢，存在安全隱患，被正常行駛車輛撞擊的事件時有發(fā)生；根據(jù)檢測到的路表信息反演道路材料與結構性能參數(shù)時，存在不唯一性和不準確性；路基病害具有隱蔽性，非接觸式無損檢測難以穿透路面后準確感知路基的特征信息；路基使用性能對含水率與密度 的變化極為敏感，而現(xiàn)有檢測手段無法達到相應的精度要求，且難以實時感知在役道路的使用性能，不能獲得全壽命周期的完整信息。

　　技術對策：開發(fā)路面性能高速檢測技術與裝備；改善傳統(tǒng)的檢測手段與裝備，提高檢測的客觀性和準確性；研究在役道路性能實時感知技術，推廣應用到路面信息感知、傳輸、解譯等環(huán)節(jié)；改進路基病害檢測技術，研發(fā)非接觸式感知技術、方法與裝備，使檢測數(shù)據(jù)更精、更準；研發(fā)非接觸式路側(cè)信息感知技術，以達到全天候?qū)崟r感知，同時服務自動駕駛的目標。

　　道路養(yǎng)護維修

　　挑戰(zhàn)：道路養(yǎng)護施工極易造成交通擁堵，降低路網(wǎng)通行能力；我國北方冬季、南方雨季時間長，導致道路損壞無法及時修復，病害向深層次擴展；缺乏具有自主知識產(chǎn)權的養(yǎng)護材料、技術以及經(jīng)濟有效的路基病害修復手段。

　　技術對策：開發(fā)適用于特殊氣候環(huán)境的路面養(yǎng)護材料與技術；開發(fā)無污染的融冰化雪材料與技術、汽車尾氣降解涂料；開發(fā)適用于不同需要的預養(yǎng)護材料、技術與裝備；開發(fā)快速養(yǎng)護的材料、技術與裝備；開發(fā)新型路基、邊坡病害修復與加固技術、瀝青路面裝配式修補技術等。

　　趨勢二 公路長期性能觀測與研究是全世界關注的熱點

　　公路長期性能觀測與研究是全面掌握公路基礎設施性能演變科學規(guī)律，指導公路基礎設施建設、養(yǎng)護與管理的必要手段，是實現(xiàn)公路基礎設施建養(yǎng)數(shù)字化、信息化的基礎性工作和全面提升公路交通基礎設施設計、施工水平及使用壽命 的科學依據(jù)，也是全面提高路網(wǎng)運輸效能，降低物流運輸成本，提升養(yǎng)護管理智能化與養(yǎng)護決策科學化水平的重要途徑，其重要性不言而喻。

　　國外研究現(xiàn)狀

　　以美國為代表的發(fā)達國家已經(jīng)將交通基礎設施的長期性能觀測、數(shù)據(jù)分析作為一項長期實施的國家戰(zhàn)略。早在1984年，美國就在其戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）中啟動了有關路面長期性能 （LTPP）的研究。研究范圍覆蓋整個北美地區(qū)，域外一些國家特別是西方發(fā)達國家也參與了這項研究，取得了大量寶貴的觀測資料與研究成果。研究成果還支撐了美國交通基礎設施建設領域的長期安全健康運行，主導了國際相關領域標準規(guī)范的制定與發(fā)展。

　　為確保路面長期性能研究順利開展，美國建立了完備的道路長期性能觀測網(wǎng)，觀測站點達到了2581個（截至2019年12月），主要采集道路基本信息、氣象交通量、路面荷載、路況數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)庫由美國聯(lián)邦公路局下設的路面長期性能工作組統(tǒng)一管理。目前，數(shù)據(jù)庫的用戶量達到1000多家（包括科研、設計、施工單位等），數(shù)據(jù)的年均下載量約400～500太字節(jié)（TB）。

　　國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　“十二五”和“十三五”期間，我國曾兩次立項開展路面長期性能觀測研究。目前，全國共建設59個（不完全統(tǒng)計）路面長期性能野外觀測站點，分布于16個省份。此外，還在青藏高原設置了300余個高原凍土地區(qū)公路路基路面監(jiān)測斷面?？傮w來看，我國的道路長期性能觀測網(wǎng)密度低，觀測持續(xù)度不足，與開展路面長期性能研究的要求相差甚遠。

　　針對上述問題，交通運輸部和科技部目前正在規(guī)劃組建公路長期性能野外科學觀測研究站， 觀測站擬以交通運輸部公路科學研究院的足尺試驗場為主體，擬在現(xiàn)有野外觀測站點的基礎上，再建8個野外觀測站點，屆時野外觀測站點將覆蓋我國各個主要地質(zhì)、氣候區(qū)劃，可以實時或周期性地收集氣候環(huán)境、交通荷載、路面材料與結構的力學響應及服役狀態(tài)等信息，為從業(yè)人員研究公路全壽命周期服役性能演化規(guī)律及衰變機理，長壽命路面設計新理論、新方法、新模型，路面結構與材料長期性能試驗的新方法與新設備，打造多維度、多源數(shù)據(jù)資料的共享平臺提供重要支撐。

　　趨勢三 綠色養(yǎng)護技術是當今世界的發(fā)展方向

　　綠色養(yǎng)護的必要性

　　實現(xiàn)“雙碳”目標的要求 2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表 重要講話，提出了我國2030年前達到二氧化碳排 放峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標。當前，我國交通運輸體系的碳排放量占全社會碳排放量的9%，而且還在以每年5%的速度增長。綜合考慮交通基礎設施建設、養(yǎng)護期間的能源消耗量以及原材料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳量，目前我國交通行業(yè)的碳排放量約在20%以上。由此可見，在“雙碳”背景下，公路養(yǎng)護技術的發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)。

　　降低能源消耗的要求 我國公路基礎設施建設、養(yǎng)護工程消耗的不可再生資源巨大，給生態(tài)環(huán)境造成了一時難以恢復的破壞，且養(yǎng)護過程中會產(chǎn)生大量廢棄物，還有可能誘發(fā)地質(zhì)災害。而綠色養(yǎng)護技術的核心是減少資源消耗，并實現(xiàn)廢棄料的資源化再生利用。提高材料利用率的要求當前，我國道路材料再生利用面臨諸多問題：瀝青路面銑刨料級配破壞嚴重，銑刨前的加熱造成了瀝青的二次老化；再生利用技術十分粗放，新料與舊料直接摻拌使用，導致再生混合料的品質(zhì)不高；養(yǎng)護施工中，通常將廢棄料降級使用，再生混合料的使用效率低?？梢?，綠色養(yǎng)護技術研究已成為大勢所趨。

　　發(fā)展綠色養(yǎng)護的技術對策

　　開發(fā)新型瀝青路面銑刨設備 以廢棄料中礦料的資源化為目標，轉(zhuǎn)變銑刨設備的設計思路；改善加熱技術，確保擬銑刨層的瀝青混合料充分軟化又不至于老化；優(yōu)化銑刨工藝，改銑刨為鏟扒，提高廢棄料級配的完整性，特別是粗集料的完整性；發(fā)展廠拌再生技術，最大限度提高路面維修。

　　開發(fā)瀝青路面銑刨油石分離技術 當前，砂石資源越來越寶貴，可通過開發(fā)新型油石分離技術降低成本，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。利用油石分離技術能夠使銑刨料中的集料實現(xiàn)資源化，還能確保新制備瀝青混合料的品質(zhì)。此外，分離出來的廢瀝青不再作為瀝青結合料，可用于開發(fā)新的資源化 用途，建議施工單位分地區(qū)建立廢棄料資源化工廠，統(tǒng)一回收、 統(tǒng)一加工，最大限度發(fā)揮其潛在價值。

　　趨勢四 道路養(yǎng)護維修的智慧管理是數(shù)字經(jīng)濟 的時代特色

　　現(xiàn)階段，我國道路養(yǎng)護維修智慧管理主要面臨以下問題：一是養(yǎng)護部門開展路況定期檢測的目的性不強，對檢測數(shù)據(jù)的挖掘與利用不充分，且建設期、養(yǎng)護維修與大中修期、運營期的路況數(shù)據(jù)互設信息壁壘，定期檢測與道路巡檢數(shù)據(jù)由政府監(jiān)管部門、業(yè)主單位、檢測單位等分別存儲，難以對路況數(shù)據(jù)進行深入挖掘和二次開發(fā)。二是養(yǎng)護維修決策與管理的智能化水平不高，具體表 現(xiàn)為養(yǎng)護維修決策部門掌握的路況信息不全，導致養(yǎng)護維修處治不及時；由于路況信息碎片化現(xiàn)象嚴重，且存在信息孤島效應，養(yǎng)護部門無法構 建科學、合理的道路性能預測模型與養(yǎng)護維修決策模型等。對此，可采取以下技術對策：

　　開發(fā)公路建設、運營與養(yǎng)護管理一體化的區(qū)塊鏈技術

　　旨在實現(xiàn)公路全壽命周期建設、運營與養(yǎng)護管理信息融合的一體化。要求業(yè)主單位分別建立下轄各路段的歷史數(shù)據(jù)庫，借助共識機制、加密算法和智能合約，在政府監(jiān)管部門、業(yè)主和各承包商之間構建聯(lián)盟鏈，以保證數(shù)據(jù)的公開透明和 不可篡改，避免數(shù)據(jù)造假，同時支持業(yè)主通過數(shù)據(jù)上鏈，對原材料生產(chǎn)、現(xiàn)場施工、驗收檢測等進行有效監(jiān)管。

　　開發(fā)搭載于“區(qū)塊鏈+養(yǎng)護管理平臺”的公路養(yǎng)護管理系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)應具備分布式存儲全壽命周期的路況數(shù)據(jù)、實時進行指定路段的路況評價、根據(jù)路況演變歷史預測道路性能和結構性能、進行網(wǎng)級和項目級養(yǎng)護決策和養(yǎng)護投資預算、實現(xiàn)養(yǎng)護施工采購與實施過程監(jiān)督（含招投標和施工過程監(jiān)督）等功能。