预防性养护技术在现代公路养护中的应用研究

汪红艳

（甘肃省定西公路应急保障与路网监测中心，甘肃定西 743000）

0 引言

公路作为现代交通体系的重要组成部分，不仅起到连接交通网络的作用，更是经济发展和社会进步的重要支撑。随着交通流量的增加和车辆载重的提升，公路养护工作越发重要。然而，传统的养护方式通常是在问题出现后才进行修复，不仅会消耗大量资源，还可能影响交通的正常运行[1]。因此，如何在早期阶段发现并预防问题，以减少维修成本、降低对交通的影响，成为公路养护的新方向。预防性养护技术能有效解决上述问题，其强调对公路使用过程中可能出现的问题进行早期干预和处理，从而防止问题进一步恶化。

与传统的修复型养护相比，预防性养护技术更具前瞻性和经济效益，但该技术在现代公路养护中的应用仍存在一些不足，因此需要对该技术的具体应用进行进一步的研究。

1 预防性养护技术概述

预防性养护技术是一种强调在问题早期甚至在问题出现之前便进行干预的公路养护技术。预防性养护技术以系统工程理论和风险管理理论为指导，强调主动性和预见性，旨在通过科学的预测和分析提前对公路可能出现的问题进行预防性处理，以延长公路的使用寿命，降低整体维修成本。

预防性养护技术可根据实施时机和实施手段进一步细分为多个类别[2]。基于实施时机的分类，可分为定期预防性养护和条件驱动预防性养护。定期预防性养护按照预定的时间周期进行；条件驱动预防性养护则根据道路的实际状况进行。

基于实施手段的分类，预防性养护技术可分为物理手段和化学手段两种。物理手段包括冲洗、打磨、密封等，化学手段则包括应用各种化学材料对公路进行处理和保护[3]。

预防性养护技术融合多项科学原理和技术基础，形成了一个连贯的理论体系。

首先，借鉴系统工程理论，将公路视为一个互相关联、整体运作的复杂系统。通过对整个系统的监控和管理，可以及时发现并解决潜在问题，从而保证公路的持续、稳定运行。

其次，借鉴风险管理理论，对各种可能导致公路劣化的风险因素进行全面评估和管理，能在问题变得严重之前进行干预，从而实现更为高效的资源利用，降低维护成本[4]。

再次，大数据和人工智能技术的运用能够为预防性养护决策提供科学依据，通过对大量公路使用数据的分析，可以对公路的劣化趋势进行精确预测，以便及时采取养护措施。

最后，新型材料的研究和应用为预防性养护提供了更多可能性，如耐用、自愈合材料能够进一步提高公路的耐久性和抗劣化能力。

综合来看，预防性养护技术将这些科学原理和技术基础有机结合，形成了一种全新的、前瞻性的公路养护方法。

2 预防性养护技术在公路养护中的应用优势

2.1 提高公路使用寿命和减少维修成本

传统的修复型养护通常是在问题出现后进行修复，这种方法虽然能够解决现有问题，却忽视了问题的根源。一旦问题发展到严重阶段，修复难度和成本将大大增加。

相反，预防性养护主要是采用先进的检测和分析手段，在公路劣化的早期阶段进行探测检测和分析，以便在问题出现的初期阶段及时采取干预措施。这种早期干预不仅能够阻止问题进一步恶化，延长公路使用寿命，还能显著降低整体维修成本[5]。

此外，预防性养护还注重对整个公路系统的综合管理，通过定期检查和评估，确保公路系统的各个部分良好运作，不仅有助于提高公路的整体性能和可靠性，还能够避免因突发问题导致的紧急维修，实现资源的有效利用，避免资金浪费。

2.2 缩短维修时间、提高交通效率

预防性养护技术不仅有助于延长公路的使用寿命、降低维修成本，还能缩短维修时间、提高交通效率。传统养护模式一般是在公路问题明显显现后进行修复，不仅会提高工程难度，还可能导致交通长时间中断；不仅会影响交通的正常运行，还可能对周边经济活动造成不利影响。相比之下，预防性养护技术通过对公路状态的持续监测和评估，能使养护人员提前了解公路可能出现的病害问题，并早期进行干预。这种提前干预的方法有助于合理规划维修计划、在非高峰时段进行养护施工，从而最大程度地减少对交通的干扰。

此外，预防性养护技术还能通过精确诊断定位问题根源，使修复工作更加精确、高效，进一步缩短养护时间。此外，预防性养护技术还能与现代交通管理系统相结合，通过大数据分析和智能算法，实时调整交通流量，这样不仅能使养护工作更为灵活，还能有效提高整个交通系统的运行效率。

2.3 提升公路安全性

预防性养护技术在提高公路安全性方面发挥着重要作用。通过对道路状况的实时监测和分析，能够及时识别和干预潜在的安全隐患，如公路表面的裂缝、凹陷等，有助于保护驾驶人员和行人的安全。与此同时，预防性养护技术还可以提前预警不稳定或危险的公路状况，如湿滑、结冰等，从而降低事故风险，不仅能降低交通事故发生率，还有助于指导冬季除冰除雪等紧急响应。

此外，预防性养护技术还包括对交通标志、信号灯、照明系统等关键交通附属设备的维护，进而更好地引导和管理交通流量，改善夜间驾驶的可见度和舒适度等，从而进一步降低交通事故发生率。

3 现代公路养护中预防性养护技术的局限性

3.1 技术难题与实施挑战

首先，早期检测准确性问题是一大难题。由于预防性养护依赖于对潜在问题的早期检测和识别，对检测的分辨率和敏感度要求极高，但当前在道路裂缝早期检测方面，现有的检测设备可能难以捕捉到微小的裂纹和缺陷，可能导致一些隐患被忽略，进而影响预防性养护的实施时机。

其次，预防性养护技术所需的高精度检测设备和分析工具通常成本较高。高昂的初始投资和运行维护成本在一定程度上阻碍了该技术的广泛应用。

最后，现代公路系统的复杂多样性为预防性养护技术的实施带来了挑战。预防性养护技术与既有道路维护策略和设备集成可能会遇到一系列技术和管理难题，需要精准分析和考量不同地区道路结构、使用情况、环境因素等复杂的变量。

为了解决上述问题，不仅需要开发多功能化和智能化的检测设备和分析工具，还需要有完善的配套政策和法规支撑，以确保该技术的可持续推广和实施，促进预防性养护技术的广泛应用，提高公路养护效果和效率。

3.2 环境与社会因素的制约

预防性养护技术在现代公路养护中的实施，除了面临技术和经济挑战，还受到环境和社会因素的制约。

一方面，环境因素对预防性养护技术的应用有一定的影响。例如，在多雨或极寒地区，对公路早期病害检测和处理可能面临更大的困难。地理位置和周围环境对养护技术的应用也有显著影响，如在城市密集区域和偏远地区，所采用的预防性养护技术可能截然不同，养护施工的实施难度也会有所不同。

另一方面，社会因素，包括社会经济发展水平、地方政府财政能力，以及当地社区的支持力度等，也会对预防性养护技术的推广和应用产生影响。在经济发展较为滞后的地区，尽管预防性养护可以节省后期的维修成本，但高昂的初始投资和技术支持成本可能会限制该技术的应用。此外，如果当地社区缺乏对预防性养护重要性的认识和支持，也会对该技术的推广造成阻碍。

3.3 法规、政策与标准的制约

第一，既有交通法规和标准未结合预防性养护技术的特点进行完善、更新，可能阻碍预防性养护技术的广泛实施。例如，某些现行法规要求在道路出现明显缺陷后进行维修，而未提供早期干预和预防维护的合法依据。

第二，政府在推动预防性养护技术方面可能缺乏明确的政策支持和方向指导。缺少明确的激励机制、资金支持和推广计划，可能导致该技术在公路养护中的应用受限。例如，缺乏针对性的税收优惠、补贴或资金支持，可能会限制该技术的应用。

第三，在预防性养护技术实施过程中，可能面临缺乏统一标准和认证体系的问题。例如，现有的国际或国内标准可能未涵盖对预防性养护技术的具体要求和评估准则。此外，缺乏针对预防性养护技术人员的专业培训和认证机制，也可能影响技术应用效果。

4 预防性养护技术在现代公路养护中的应用策略

4.1 实施定期和条件驱动的维护计划

定期维护计划应基于公路资产的使用寿命和性能退化模型来制订，这要求公路管理人员深入分析公路资产的历史性能数据，以确定最佳的维护周期。例如，对于高速公路的沥青路面，可能需要每隔3～5 年进行一次重覆盖或大修；对于城市道路，则需要更频繁的表面处理和裂缝修补。

条件驱动的维护计划更加灵活，依赖于实时或近实时的路况监测数据来触发维护活动。为此，需要部署高精度的监测设备，如振动传感器、声波探测器和光学扫描仪，以及采用先进的数据分析技术，如机器学习和模式识别算法。通过这些技术实时监控路面状况，如车辙、沉降和裂缝的发展，从而在问题初期进行干预，避免小问题演变成大问题，减少维护成本、延长公路使用寿命。此外，定期维护和条件驱动维护计划还应包括对环境和交通负载因素的考量。例如，在冬季和雨季，由于路面条件更易恶化，需要提高维护频率，且更注重时效性。在交通负载较重的地区，维护计划则需要考虑交通流量和车辆类型的影响，以及如何在不影响交通的情况下进行有效维护。

4.2 优化养护材料

材料选择不仅关乎路面的即时修复效果，更影响到道路的整体耐久性和未来的养护成本。因此，在选择养护材料时，工程师必须综合考虑路面的使用条件、预期寿命及环境影响等因素。

对于承受重载交通的公路，建议使用高性能的改性沥青混合料，这类材料通过添加聚合物改性剂或采用特殊的沥青配方，可显著提高混合料的抗剪切变形能力、耐疲性和抗温度敏感性。特别是在温度波动大的地区，改性沥青的应用能够有效抵抗极端气候对路面的损害，从而减少因温度引起的裂缝和车辙。

针对易受水损害的区域，采用高渗透性和自修复功能混凝土材料，可以有效降低侵蚀和冻融循环对路基的影响。这些混凝土材料中通常含有特殊的添加剂，如晶体生长型自修复剂，它们遇水后能在裂缝表面形成结晶体，阻止水分进一步侵入。这种自修复混凝土不仅能提高路面的防水性能，还能在一定程度上自我修复微小裂缝，延长路面使用寿命。此外，从绿色养护的角度来说，建议使用由回收材料制成的沥青混合料，不仅能够减少对新鲜原材料的需求，还能降低建筑废弃物的处理量。

4.3 完善相关法规与政策，促进预防性养护技术的应用

在当前的公路养护体系中，很多法规和政策仍以传统的修复性养护为主，并未充分考虑和支持预防性养护技术的应用。因此，需要针对预防性养护的特点和需求，对法规和政策进行相应的完善。

第一，建立明确的政策导向。政府部门应明确支持预防性养护技术的发展和应用，将其纳入公路养护发展的总体规划和战略。政策导向要明确鼓励和支持创新研发，推动预防性养护技术的不断进步。

第二，建立科学评估体系。制订科学的评估指标和方法，对预防性养护效果进行评估，从而为决策提供可靠依据。评估体系应包括技术效果、经济性、社会效益等方面，全面衡量预防性养护技术的综合效益。

第三，加强专业培训和技术支持。为公路管理部门和从业人员提供针对性的培训，提高其对预防性养护技术的认知和应用能力。同时，加强与科研机构的合作，提供技术支持与指导，推动预防性养护技术的创新与推广。

第四，强化监督与管理。加强对预防性养护技术应用过程的监督与管理，确保其安全性和可靠性。同时，建立奖惩机制，对单位和个人在预防性养护技术应用中取得的突出成绩进行奖励，推动技术的持续改进和优化。

5 结语

总体而言，预防性养护技术在现代公路养护中展现出了显著优势，特别是在提高公路使用寿命和降低维护成本方面。尽管存在一些实施难题，但通过持续的技术创新、政策支持和管理改进，预防性养护技术在未来的公路养护实践中会发挥更重要的作用。未来的研究应集中在提高技术的经济性和适用性上，同时，大数据和人工智能技术的应用可为预防性养护技术的发展和应用提供新的动力和方向。