預防性養護技術在現代公路養護中的應用研究

汪紅艷

（甘肅省定西公路應急保障與路網監測中心，甘肅定西 743000）

0 引言

公路作為現代交通體系的重要組成部分，不僅起到連接交通網絡的作用，更是經濟發展和社會進步的重要支撐。隨著交通流量的增加和車輛載重的提升，公路養護工作越發重要。然而，傳統的養護方式通常是在問題出現后才進行修復，不僅會消耗大量資源，還可能影響交通的正常運行[1]。因此，如何在早期階段發現并預防問題，以減少維修成本、降低對交通的影響，成為公路養護的新方向。預防性養護技術能有效解決上述問題，其強調對公路使用過程中可能出現的問題進行早期干預和處理，從而防止問題進一步惡化。

與傳統的修復型養護相比，預防性養護技術更具前瞻性和經濟效益，但該技術在現代公路養護中的應用仍存在一些不足，因此需要對該技術的具體應用進行進一步的研究。

1 預防性養護技術概述

預防性養護技術是一種強調在問題早期甚至在問題出現之前便進行干預的公路養護技術。預防性養護技術以系統工程理論和風險管理理論為指導，強調主動性和預見性，旨在通過科學的預測和分析提前對公路可能出現的問題進行預防性處理，以延長公路的使用壽命，降低整體維修成本。

預防性養護技術可根據實施時機和實施手段進一步細分為多個類別[2]?；趯嵤r機的分類，可分為定期預防性養護和條件驅動預防性養護。定期預防性養護按照預定的時間周期進行；條件驅動預防性養護則根據道路的實際狀況進行。

基于實施手段的分類，預防性養護技術可分為物理手段和化學手段兩種。物理手段包括沖洗、打磨、密封等，化學手段則包括應用各種化學材料對公路進行處理和保護[3]。

預防性養護技術融合多項科學原理和技術基礎，形成了一個連貫的理論體系。

首先，借鑒系統工程理論，將公路視為一個互相關聯、整體運作的復雜系統。通過對整個系統的監控和管理，可以及時發現并解決潛在問題，從而保證公路的持續、穩定運行。

其次，借鑒風險管理理論，對各種可能導致公路劣化的風險因素進行全面評估和管理，能在問題變得嚴重之前進行干預，從而實現更為高效的資源利用，降低維護成本[4]。

再次，大數據和人工智能技術的運用能夠為預防性養護決策提供科學依據，通過對大量公路使用數據的分析，可以對公路的劣化趨勢進行精確預測，以便及時采取養護措施。

最后，新型材料的研究和應用為預防性養護提供了更多可能性，如耐用、自愈合材料能夠進一步提高公路的耐久性和抗劣化能力。

綜合來看，預防性養護技術將這些科學原理和技術基礎有機結合，形成了一種全新的、前瞻性的公路養護方法。

2 預防性養護技術在公路養護中的應用優勢

2.1 提高公路使用壽命和減少維修成本

傳統的修復型養護通常是在問題出現后進行修復，這種方法雖然能夠解決現有問題，卻忽視了問題的根源。一旦問題發展到嚴重階段，修復難度和成本將大大增加。

相反，預防性養護主要是采用先進的檢測和分析手段，在公路劣化的早期階段進行探測檢測和分析，以便在問題出現的初期階段及時采取干預措施。這種早期干預不僅能夠阻止問題進一步惡化，延長公路使用壽命，還能顯著降低整體維修成本[5]。

此外，預防性養護還注重對整個公路系統的綜合管理，通過定期檢查和評估，確保公路系統的各個部分良好運作，不僅有助于提高公路的整體性能和可靠性，還能夠避免因突發問題導致的緊急維修，實現資源的有效利用，避免資金浪費。

2.2 縮短維修時間、提高交通效率

預防性養護技術不僅有助于延長公路的使用壽命、降低維修成本，還能縮短維修時間、提高交通效率。傳統養護模式一般是在公路問題明顯顯現后進行修復，不僅會提高工程難度，還可能導致交通長時間中斷；不僅會影響交通的正常運行，還可能對周邊經濟活動造成不利影響。相比之下，預防性養護技術通過對公路狀態的持續監測和評估，能使養護人員提前了解公路可能出現的病害問題，并早期進行干預。這種提前干預的方法有助于合理規劃維修計劃、在非高峰時段進行養護施工，從而最大程度地減少對交通的干擾。

此外，預防性養護技術還能通過精確診斷定位問題根源，使修復工作更加精確、高效，進一步縮短養護時間。此外，預防性養護技術還能與現代交通管理系統相結合，通過大數據分析和智能算法，實時調整交通流量，這樣不僅能使養護工作更為靈活，還能有效提高整個交通系統的運行效率。

2.3 提升公路安全性

預防性養護技術在提高公路安全性方面發揮著重要作用。通過對道路狀況的實時監測和分析，能夠及時識別和干預潛在的安全隱患，如公路表面的裂縫、凹陷等，有助于保護駕駛人員和行人的安全。與此同時，預防性養護技術還可以提前預警不穩定或危險的公路狀況，如濕滑、結冰等，從而降低事故風險，不僅能降低交通事故發生率，還有助于指導冬季除冰除雪等緊急響應。

此外，預防性養護技術還包括對交通標志、信號燈、照明系統等關鍵交通附屬設備的維護，進而更好地引導和管理交通流量，改善夜間駕駛的可見度和舒適度等，從而進一步降低交通事故發生率。

3 現代公路養護中預防性養護技術的局限性

3.1 技術難題與實施挑戰

首先，早期檢測準確性問題是一大難題。由于預防性養護依賴于對潛在問題的早期檢測和識別，對檢測的分辨率和敏感度要求極高，但當前在道路裂縫早期檢測方面，現有的檢測設備可能難以捕捉到微小的裂紋和缺陷，可能導致一些隱患被忽略，進而影響預防性養護的實施時機。

其次，預防性養護技術所需的高精度檢測設備和分析工具通常成本較高。高昂的初始投資和運行維護成本在一定程度上阻礙了該技術的廣泛應用。

最后，現代公路系統的復雜多樣性為預防性養護技術的實施帶來了挑戰。預防性養護技術與既有道路維護策略和設備集成可能會遇到一系列技術和管理難題，需要精準分析和考量不同地區道路結構、使用情況、環境因素等復雜的變量。

為了解決上述問題，不僅需要開發多功能化和智能化的檢測設備和分析工具，還需要有完善的配套政策和法規支撐，以確保該技術的可持續推廣和實施，促進預防性養護技術的廣泛應用，提高公路養護效果和效率。

3.2 環境與社會因素的制約

預防性養護技術在現代公路養護中的實施，除了面臨技術和經濟挑戰，還受到環境和社會因素的制約。

一方面，環境因素對預防性養護技術的應用有一定的影響。例如，在多雨或極寒地區，對公路早期病害檢測和處理可能面臨更大的困難。地理位置和周圍環境對養護技術的應用也有顯著影響，如在城市密集區域和偏遠地區，所采用的預防性養護技術可能截然不同，養護施工的實施難度也會有所不同。

另一方面，社會因素，包括社會經濟發展水平、地方政府財政能力，以及當地社區的支持力度等，也會對預防性養護技術的推廣和應用產生影響。在經濟發展較為滯后的地區，盡管預防性養護可以節省后期的維修成本，但高昂的初始投資和技術支持成本可能會限制該技術的應用。此外，如果當地社區缺乏對預防性養護重要性的認識和支持，也會對該技術的推廣造成阻礙。

3.3 法規、政策與標準的制約

第一，既有交通法規和標準未結合預防性養護技術的特點進行完善、更新，可能阻礙預防性養護技術的廣泛實施。例如，某些現行法規要求在道路出現明顯缺陷后進行維修，而未提供早期干預和預防維護的合法依據。

第二，政府在推動預防性養護技術方面可能缺乏明確的政策支持和方向指導。缺少明確的激勵機制、資金支持和推廣計劃，可能導致該技術在公路養護中的應用受限。例如，缺乏針對性的稅收優惠、補貼或資金支持，可能會限制該技術的應用。

第三，在預防性養護技術實施過程中，可能面臨缺乏統一標準和認證體系的問題。例如，現有的國際或國內標準可能未涵蓋對預防性養護技術的具體要求和評估準則。此外，缺乏針對預防性養護技術人員的專業培訓和認證機制，也可能影響技術應用效果。

4 預防性養護技術在現代公路養護中的應用策略

4.1 實施定期和條件驅動的維護計劃

定期維護計劃應基于公路資產的使用壽命和性能退化模型來制訂，這要求公路管理人員深入分析公路資產的歷史性能數據，以確定最佳的維護周期。例如，對于高速公路的瀝青路面，可能需要每隔3～5 年進行一次重覆蓋或大修；對于城市道路，則需要更頻繁的表面處理和裂縫修補。

條件驅動的維護計劃更加靈活，依賴于實時或近實時的路況監測數據來觸發維護活動。為此，需要部署高精度的監測設備，如振動傳感器、聲波探測器和光學掃描儀，以及采用先進的數據分析技術，如機器學習和模式識別算法。通過這些技術實時監控路面狀況，如車轍、沉降和裂縫的發展，從而在問題初期進行干預，避免小問題演變成大問題，減少維護成本、延長公路使用壽命。此外，定期維護和條件驅動維護計劃還應包括對環境和交通負載因素的考量。例如，在冬季和雨季，由于路面條件更易惡化，需要提高維護頻率，且更注重時效性。在交通負載較重的地區，維護計劃則需要考慮交通流量和車輛類型的影響，以及如何在不影響交通的情況下進行有效維護。

4.2 優化養護材料

材料選擇不僅關乎路面的即時修復效果，更影響到道路的整體耐久性和未來的養護成本。因此，在選擇養護材料時，工程師必須綜合考慮路面的使用條件、預期壽命及環境影響等因素。

對于承受重載交通的公路，建議使用高性能的改性瀝青混合料，這類材料通過添加聚合物改性劑或采用特殊的瀝青配方，可顯著提高混合料的抗剪切變形能力、耐疲性和抗溫度敏感性。特別是在溫度波動大的地區，改性瀝青的應用能夠有效抵抗極端氣候對路面的損害，從而減少因溫度引起的裂縫和車轍。

針對易受水損害的區域，采用高滲透性和自修復功能混凝土材料，可以有效降低侵蝕和凍融循環對路基的影響。這些混凝土材料中通常含有特殊的添加劑，如晶體生長型自修復劑，它們遇水后能在裂縫表面形成結晶體，阻止水分進一步侵入。這種自修復混凝土不僅能提高路面的防水性能，還能在一定程度上自我修復微小裂縫，延長路面使用壽命。此外，從綠色養護的角度來說，建議使用由回收材料制成的瀝青混合料，不僅能夠減少對新鮮原材料的需求，還能降低建筑廢棄物的處理量。

4.3 完善相關法規與政策，促進預防性養護技術的應用

在當前的公路養護體系中，很多法規和政策仍以傳統的修復性養護為主，并未充分考慮和支持預防性養護技術的應用。因此，需要針對預防性養護的特點和需求，對法規和政策進行相應的完善。

第一，建立明確的政策導向。政府部門應明確支持預防性養護技術的發展和應用，將其納入公路養護發展的總體規劃和戰略。政策導向要明確鼓勵和支持創新研發，推動預防性養護技術的不斷進步。

第二，建立科學評估體系。制訂科學的評估指標和方法，對預防性養護效果進行評估，從而為決策提供可靠依據。評估體系應包括技術效果、經濟性、社會效益等方面，全面衡量預防性養護技術的綜合效益。

第三，加強專業培訓和技術支持。為公路管理部門和從業人員提供針對性的培訓，提高其對預防性養護技術的認知和應用能力。同時，加強與科研機構的合作，提供技術支持與指導，推動預防性養護技術的創新與推廣。

第四，強化監督與管理。加強對預防性養護技術應用過程的監督與管理，確保其安全性和可靠性。同時，建立獎懲機制，對單位和個人在預防性養護技術應用中取得的突出成績進行獎勵，推動技術的持續改進和優化。

5 結語

總體而言，預防性養護技術在現代公路養護中展現出了顯著優勢，特別是在提高公路使用壽命和降低維護成本方面。盡管存在一些實施難題，但通過持續的技術創新、政策支持和管理改進，預防性養護技術在未來的公路養護實踐中會發揮更重要的作用。未來的研究應集中在提高技術的經濟性和適用性上，同時，大數據和人工智能技術的應用可為預防性養護技術的發展和應用提供新的動力和方向。