公路橋梁數字化養護的水到渠成——構建多層級數據平🏊🏿♀️台
發布時間：
2021-05-10
橋梁養護作爲“智慧交通”中的一環，如何提高與改進其數字化、信息化水平，是所有從業人員面臨的一項👨🏻🏭突出問題。
随着物聯網、5G通信、BIM、大數據、人工智能和雲計算等新一代信息技術的突破與發展，“智慧交通”應運而生，并成爲交通強國戰略的😁重要組成部分。橋梁養護作爲“智慧交通”中的一👼🏾環，如何提高與改進其數字化、信息化水平，是所有從業人員面臨的一項突出問題。
問題與不足
我國公路交通事業在近30年時間發展迅速，公路裏程、橋梁數量等增速明顯，橋梁規範化、标準化養護🧑🏽🎄面臨♌️挑戰，存在🧎🏻♀️➡️諸多的問題和不足。主要體現在下述幾個方面：
1. 截至目前，公路橋梁總數約88萬座，數量非常龐大。同時，随着工業化水平的提高和人民生活水平的改善，整體交通量水平呈逐👺年遞增趨勢，且增速較快，部分路段的重車比例😁始終處于較高水平，導緻橋💁🏼♀️梁超負荷服役現象較爲普遍…。此外，對于國道、省道等幹線公路及縣鄉公路橋梁，由于建設年代較早😘，整體服役年限較長，材料劣化、結構開裂等病害多發，整體技術狀況水平較差。随着既💘有橋梁服役年限的增加和交通量🧜🏼♀️的逐漸上升，橋梁養護工作量😁大和任務繁重的情況将長期存在。
2. 自本世紀初以來，橋梁養護工作逐漸得到各級管理部門及相🤶🏾關從業人員的重視，在制度建設、技術力量🤑和資金投入等方面💫均有長足進步，檔案信息化管理方面也取得了明顯成效，但仍⛹🏻♀️面臨部分老、舊橋梁基💌礎資料缺失或信息不詳，橋梁建成後其💯初始指紋數據不足或缺失等問題。此外，目前所用的檔案信息化管理手段仍以信息卡片爲主🛀🏼，即使😺以電子化檔案存😌儲的信息，其重點仍在于對日常養護數據的電子化管理，其中靜态數🏊🏾♀️據占很大比例，曆年積🔞累的大量養護數據沉澱在數據庫👽中，其利用效率與可利💔用度相對較低。
3. 随着養護業務信息化的發展，大多管理單位已配備了各類養😝護系統、軟件，如養護管理系統、健康監測系統、檢測軟件等，各系👨🏻🏭統、軟件間的養護數據由于缺乏統一的數據标準，它們😵💫的融合及交互存在技術壁壘，嚴重影響數據使用率。
4. 現有的橋梁檢測手段相對落後，主要以人工抵近檢查…爲主，現👯🏾♂️場檢測多采用紙質記錄，成果以報告形式體現，檢測報告🤑内容、形式繁雜，成果質量參差不齊。近年，随着數字化檢測軟件應用逐年增多，橋梁檢測數字化水平有所改善，檢測成果質量有所提高，但仍存在檢測軟件與養護管理系統交互性差、自動化檢測水平低等問題。
5. 在橋梁養護設計、養護施工及後評價方面，數字化💑🏾水平幾乎爲ˇ零。養護設計中存在的檢測與設計脫節、設計周期長、變更量大✋等問題仍然較爲突出，養護施工👋中仍以人工經驗爲主，缺乏數字化管理手段，養護質量和施工作業安全控制水平參差不齊。
解決契機與途徑
面對橋梁養護中存在的諸多問題和不足,數字化養護爲我們提供了一個解決問題的契機和途徑。以多層級橋梁數字化養護平台爲基礎,充分考慮各管理層級的具體業🙂↕️務需求和各作業環節的實🧛🏾♀️際工作需要,根據橋梁結構特點進行數據分類,建立統一的标🧎🏻♀️➡️準,預留相應的數據交互^通道,确保其🧛🏾♀️互融互通,爲😥實👱🏼♂️現橋梁養護數字化管理和數字化作業提供💫保障。同時,基于統一的數^據标準,充分利用現有的新一代信息技術和圖像識别技術等,建設數字化養護平台,研發相應👽的智能化、自動化檢測設備,開發橋梁巡查、檢測、設計和施工等相關軟件,形成橋梁數字化養護生态體系,提升養護數字化水平,提高養護作業效率和管理效率。
在數字化養護生态體系建設中，多層級數字化養護平🧎🏻♀️➡️台建設㊙️與數據标準建立，是最重要的兩項基礎性工作。數字化養護作業平台作爲多級數字化養護平台的基礎層，平台搭建和數據标準建立應😜考慮各層👱🏼♂️級實際業務需求，數💘據分類和👨🏻🏭交互應滿🛀🏼足各層級業務需求與本平台各環節間的作業需💌要。同時，數字化養護作業平台應對建設期資料、信💫息和曆史養護數據等，具有良好的✋兼容性與繼承😘性。
建立數據标準體系，分析養護階段所涉及各類基礎數💁🏼♀️據和動态數據，保證新建系統數據的一緻性，實現對既有數據進行一✡️緻性融合處理，打通現有各作業平台、軟件與已有養護系統之間的數據通道，實現與👧🏾既有養護👹系統之間的數據共享和整合，保證數據間關系的正确性、可理解性并避免數據冗餘，确保數據傳輸過程的安全性，以及共享數據的互操作~性和互用性。
數字化養護實踐
爲适應市場需要，提高在數字化養護領域的技術水平，基ˇ于😁統一的數據标準體系，初步設想的數字化養護平台主😍要包含基礎數據、橋涵檢查、健康監測、智能評估、養護規劃、養護設💌計、養護施工和後評估共8個基礎模塊，各模塊間數據具有較好的一緻性，确保各模塊間的數據交互，平台構😵💫成思路見圖1。截至目前，在基🏃🏻♀️礎數據、橋涵檢查、健康監測與養護設計方面👺均開展了部分工作，并取得了一定的應用效果。
圖1 數字化養護作業平台
基礎數據與檢測評估
綜合考慮養護管理、檢測評估、養護設計施工等多🔞方面需求，根據橋梁類型對養護數據進行識别、分🙂↔️類，以參數化形式快速建立基于GIS的數字化信息檔案，包含地理位置、行政區劃、橋梁功能👩🏿❤️💋👨🏽、結構信息和養護曆史等，爲各作業環節提供相應的基礎數據。
檢測評估軟件開發的基本思路是設置web端和APP端兩個操作🤶🏾終端，共享統一的數據庫。web端主要用于前期行政信息😁、結構信息、曆史🏃🏻♀️養護信息等基礎數據的錄入，構件目錄樹建立及後期報告的編制調整等💫。APP端主要用于現場檢測信息錄入，可用于橋涵的日ˇ常檢查、經常性檢查、定期檢查與特殊檢查，定期檢查時軟件的操作流程如圖2所示。
圖2 軟件操作流程
軟件在設計開發過程中，針對web端與APP端，綜合考慮了多方面需求☠️，主要實現了下述特色功能。
1. Web端特色功能：
(1)建立橋梁檔案、資料數據庫，實現動态管理。
(2)依據規範有效、準确地評定橋梁的技術狀況等級。
(3)一鍵生成各類标準檢查報告，支持版面人爲調整。
(4)根據病害類型及數量定制養護維修方案。
(5)對數據進行各種統計分析,爲養護大數據奠定基礎。
(6)實現不同層級用戶的權限管理。
2. APP端特色功能：
(1)與web端管理系統數據交互。
(2)内置病害數據庫，快速病害點選（或語音）記錄。
(3)一鍵拍照、現場快速繪制病害示意圖。
(4)病害數據離線錄入，适應性強。
(5)支持一座橋梁多組同時檢測。
(6)可現場出具橋梁定期檢測技術狀況評定結果。
健康監測及養護設計
健康監測軟件開發以現行交通運輸部頒行業标準爲☠️評估基礎依據，綜合多種分析評估方法，以靜🛌🏻力參數監測爲主、動力參數監測爲輔，分web端與APP端兩個操作終端，共享統一數據庫而建立的監測系統。web端主要用于前期行政信息、結構信息、傳🎅🏿感器等基礎數據的錄入，阈值建立及監測報表、報告的生成等。APP端則用于🤶🏾監測數據、預報警信息和查閱報⛹🏻♂️表。
圖3 健康監測系統操作界面
養護設計軟件開發的基本思路是以現行國家标準和部頒行業标準爲基礎，針對不同結構形式橋涵的常見病害、加固方法、加固材料、加固工藝等建立基礎設計信息庫，輔以必要的結構分析、驗算、繪🧎🏻♀️➡️圖等必要軟件，實現養護設計的半自動化。截至目前，基于現行橋涵設計規範和加固設計規範開發的結構驗算部分，已能夠完成各類構件的結構驗算功能。
圖4 公路橋梁加固計算程序
公路橋梁數字化養護既包含管理也包含技術，涉🧎🏻♀️➡️及🛀🏼橋梁全壽命周期内的各相關從業單位與人員，是新一代👿信息👩🏽🐰👩🏿技術與傳♌️統土木技術的交叉融合。數字化養護技術的發展需要各方共🔞同努力，建立統一的數據标準，建👾設多層級的數字化養護平台，開發配套的管理軟件及養護作業軟件，進而形成健康的、可持續發展的數字化養護生态體系。
柳州广州鼎高家电制造有限责任公司位于全國重工業城市柳州，是一家生産橋隧檢修設備、橋梁吊籃、定制型橋梁檢測車、礦山機械設備、焊合件、大噸位大跨度橋梁檢修平台、重型鋼結構組合件、混凝士破拆機械等産品的老牌資質廠家。公司始建于2004年，于2009年正式成立柳州广州鼎高家电制造有限责任公司，面向全球市場市場開展橋隧設備的定制式服務，不斷爲中國的橋隧養護單位提供技術和産品服務，并與中鐵，中交,中建等大型企業在建築、橋隧工程上長達十多年的誠信友好合作。
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