《Journal of Environmental Management》：Digital service innovation for climate-resilient urban pavements: Decision-as-a-service linking UHI-aware ML to environmental–economic performance
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Musab Abuaddous|Odey Alshboul|Ali Shehadeh|Ali Saeed Almuflih约旦雅尔穆克大学Hijjawi工程技术学院土木工程系，邮政信箱566，伊尔比德，21163摘要城市日益需要将城市气候信号转化为具有可衡量环境和经济价值的维护决
Musab Abuaddous|Odey Alshboul|Ali Shehadeh|Ali Saeed Almuflih
约旦雅尔穆克大学Hijjawi工程技术学院土木工程系，邮政信箱566，伊尔比德，21163
摘要
城市日益需要将城市气候信号转化为具有可衡量环境和经济价值的维护决策的数字服务。本研究为2025-2060年规划期间的约旦城市气候适应性道路铺装管理开发了一个“决策即服务”（DaaS）框架。该框架的创新之处在于它将基于气候的分析从独立的预测任务转变为一种运营性的数字服务，该服务连接了数据采集、劣化预测、生命周期评估、优化和走廊级决策支持。所提出的DaaS平台整合了降尺度的城市气候预测、城市热岛（UHI）指标、物联网/遥测数据、基于地理信息系统（GIS）的走廊属性、交通负荷、铺装状况记录、采购信息以及材料替代方案。这些输入通过机器学习（ML）劣化模型、生命周期成本和隐含排放核算以及预算约束优化进行处理，以生成可用于决策的维护计划。结果显示，神经网络预测器的预测准确率约为92%，优于随机森林和支持向量机基准。到2060年，预计气温将升高2.5-4.0°C，降水量减少30%，高暴露度的城市走廊会出现加速的裂缝和车辙现象，尤其是在UHI强度和不透水性增加导致表面温度和径流相关水分压力的情况下。气候适应性策略，包括聚合物改性混合料、耐湿添加剂、有针对性的排水改进和预防性调度，可将30年的维护成本降低多达35%，高风险走廊的劣化程度减少约20%，并提高约25%的抗裂性。除了预测和优化之外，DaaS框架还通过将传感器级别的证据转化为采购指南、符合EMS/ISO 14001标准的监测指标、SLA风格的性能条款以及促进更绿色道路建设供应链的政策激励措施，支持环境管理。该研究展示了数字服务创新如何在推进环境绩效、财政效率和基础设施可持续性的同时，实现气候适应性道路铺装管理。
引言
气候变化已成为人类面临的一个关键挑战，对基础设施系统产生了深远影响（Bhatti等人，2024年；Rial，2024年）。在像约旦这样的干旱和半干旱地区，这种影响更为明显。道路基础设施在高温、天气模式和环境影响方面面临着巨大挑战。由于气候变化导致的裂缝、车辙和磨损，道路的热应力是不可避免的。这在道路的耐久性、成本效益和可持续性方面引发了重大问题（Melkonyan等人，2024年）。
在世界各地，将机器学习（ML）技术应用于道路铺装管理已经取得了积极成果（Afridi等人，2025年；Cano-Ortiz等人，2022年）。这些机器学习模型可以用于预测铺装劣化情况，改进维护技术，并基于大规模数据分析设计新材料（Tamagusko等人，2024年）。因此，由于强大的工具和技术的可用性，基础设施管理可以变得更加主动。这种方法已被证明可以提高环境和经济绩效，这与现代全球趋势一致（Alhassan等人，2024年；Sharifi等人，2024年）。
最近，关于气候适应性铺装技术的研究很多。许多研究强调了使用能够应对气候压力（如温度变化和潮湿天气条件）的气候响应性材料的变化（Duque等人，2024年；Kim和Le，2023年；Yang等人，2024年）。同样，气候模型也证明了整合当地气候信息对于预测极端气候事件造成的未来影响的价值（Efthimiou，2025年；Mengistu等人，2025年）。尽管关于气候适应性铺装技术的研究很多，但在像约旦这样的发展中国家尚未得到应用。
约旦环境的多样性，从干旱的东部地区到地中海气候的西北部地区，为铺装管理增加了另一层复杂性。每种环境都有不同的气候压力，需要在基础设施的设计和建设中加以特别考虑。因此，基于约旦的环境条件和发展目标进行研究至关重要。虽然气候变化对基础设施的影响已经得到认可，但在约旦还需要做更多的工作来发展气候适应性铺装实践。
铺装规划以提高其对气候变化的抵抗力不仅涉及维护，本质上是一项更全面的环境管理活动，涉及资源管理、排放控制和风险管理。组织在做出干预决策时必须考虑服务质量、预算、使用的资源、排放量以及气候脆弱性。现有的铺装管理系统主要关注状况和成本，但未能考虑气候变化脆弱性和环境影响措施等因素。本文从环境角度重新定义了铺装管理决策，考虑了UHI、降雨影响、材料和排放等因素。
本研究引入了一种新的模型，结合了机器学习技术和气候建模来解决约旦道路基础设施面临的独特问题。该模型使用预测分析来预测不同气候条件下的道路铺装性能，从而制定最佳维护计划。除了寻求提高道路基础设施的可持续性外，该模型还反映了约旦实现联合国可持续发展目标（SDGs）的愿望，特别是SDG 9，即涉及工业、创新和基础设施的目标。
章节摘录
文献综述
气候变化对城市和农村发展都构成了威胁，因此针对基础设施（尤其是沥青铺装）的适应措施变得非常重要（Riaz等人，2024年；Salman等人，2025年）。从2003年到2008年，铺装建设和维护方面投入了大量资金，估计约为4000亿美元。尽管有如此巨大的投资，但在规划和开发过程中，气候变化的影响在一定程度上被忽视了。
方法论
本研究采用了一种整体和跨学科的方法论，以解决气候变化对约旦道路造成的关键问题。该方法论基于在地方层面应用最新的机器学习方法以及气候建模和数据分析，以制定适应气候变化的铺装管理方法。这些方面将在研究的后续部分进一步讨论。
这一过程始于
结果与讨论
在结果与讨论部分，将提供主要发现的概述，以展示所推荐方法在克服气候变化对约旦铺装基础设施影响方面的有效性。通过使用气候条件的预测建模、机器学习和优化技术，本文深入了解了气候变化对铺装性能的影响。
研究意义和广泛影响
这项研究在气候适应性和环境基础的道路铺装管理方面具有许多理论和实践意义。理论上，该研究通过全面考虑城市气候动态、铺装劣化过程、利用机器学习方法预测铺装性能、分析铺装生命周期成本、评估温室气体排放以及优化等方面做出了贡献。
结论
本研究基于先进的机器学习方法、气候建模和本地数据分析，为约旦的气候响应性铺装管理开发了一个详细的框架。研究发现，到2060年，该国干旱地区的温度将上升2.5-4.0°C，降水量将减少30%。这些气候挑战会导致铺装劣化加剧，并造成额外损害。
CRediT作者贡献声明
Musab Abuaddous：概念化、数据整理、正式分析、调查、方法论、项目管理、资源、软件、监督、验证、可视化、初稿撰写、审阅与编辑。Odey Alshboul：概念化、数据整理、正式分析、调查、方法论、项目管理、资源、软件、监督、验证、可视化、初稿撰写、审阅与编辑。Ali Shehadeh：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。本研究是在没有任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
