公路橋梁數(shù)字化養(yǎng)護的水到渠成——構建多層級數(shù)據(jù)平臺

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能和云計算等新一代信息技術的突破與發(fā)展，“智慧交通”應運而生，并成為交通強國戰(zhàn)略的重要組成部分。橋梁養(yǎng)護作為“智慧交通”中的一環(huán)，如何提高與改進其數(shù)字化、信息化水平，是所有從業(yè)人員面臨的一項突出問題。 ? ? ? ? ? 問題與不足 ? ? ? ? 我國公路交通事業(yè)在近30年時間發(fā)展迅速，公路里程、橋梁數(shù)量等增速明顯，橋梁規(guī)范化、標準化養(yǎng)護面臨挑戰(zhàn)，存在諸多的問題和不足。主要體現(xiàn)在下述幾個方面： ? ? ? ? 1. 截至目前，公路橋梁總數(shù)約88萬座，數(shù)量非常龐大。同時，隨著工業(yè)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，造成橋梁超負荷服役現(xiàn)象較為普遍。此外，對于國道、省道等干線公路及縣鄉(xiāng)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(fā)，整體技術狀況水平較差。隨著既有橋梁服役年限的增加和交通量的逐漸上升，橋梁養(yǎng)護工作量大和任務繁重的情況將長期存在。 ? ? ? ? 2. 自本世紀初以來，橋梁養(yǎng)護工作逐漸得到各級管理部門及相關從業(yè)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，橋梁建成后其初始指紋數(shù)據(jù)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為主，即使以電子化檔案存儲的信息，其重點仍在于對日常養(yǎng)護數(shù)據(jù)的電子化管理，其中靜態(tài)數(shù)據(jù)占很大比例，歷年積累的大量養(yǎng)護數(shù)據(jù)沉淀在數(shù)據(jù)庫中，其利用效率與可利用度相對較低。 ? ? ? ? 3. 隨著養(yǎng)護業(yè)務信息化的發(fā)展，大多管理單位已配備了各類養(yǎng)護系統(tǒng)、軟件，如養(yǎng)護管理系統(tǒng)、健康監(jiān)測系統(tǒng)、檢測軟件等，各系統(tǒng)、軟件間的養(yǎng)護數(shù)據(jù)由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，它們的融合及交互存在技術壁壘，嚴重影響數(shù)據(jù)使用率。 ? ? ? ? 4. 現(xiàn)有的橋梁檢測手段相對落后，主要以人工抵近檢驗為主，現(xiàn)場檢測多采用紙質記錄，成果以報告形式體現(xiàn)，檢測報告內(nèi)容、形式繁雜，成果質量參差不齊。近年，隨著數(shù)字化檢測軟件應用逐年增多，橋梁檢測數(shù)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(yǎng)護管理系統(tǒng)交互性差、自動化檢測水平低等問題。? ? ? ? ? 5. 在橋梁養(yǎng)護設計、養(yǎng)護施工及后評價方面，數(shù)字化水平幾乎為零。養(yǎng)護設計中存在的檢測與設計脫節(jié)、設計周期長、變更量大等問題仍然較為突出，養(yǎng)護施工中仍以人工經(jīng)驗為主，缺乏數(shù)字化管理手段，養(yǎng)護質量和施工作業(yè)安全控制水平參差不齊。? ? ? ? ? ? 解決契機與途徑 ? ? ? ? 面對橋梁養(yǎng)護中存在的諸多問題和不足,數(shù)字化養(yǎng)護為我們提供了一個解決問題的契機和途徑。以多層級橋梁數(shù)字化養(yǎng)護平臺為基礎,充分考慮各管理層級的具體業(yè)務需求和各作業(yè)環(huán)節(jié)的實際工作需要,根據(jù)橋梁結構特色進行數(shù)據(jù)分類,建立統(tǒng)一的標準,預留相應的數(shù)據(jù)交互通道,確保其互融互通,為實現(xiàn)橋梁養(yǎng)護數(shù)字化管理和數(shù)字化作業(yè)提供保障。同時,基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準,充分利用現(xiàn)有的新一代信息技術和圖像識別技術等,建設數(shù)字化養(yǎng)護平臺,研發(fā)相應的智能化、自動化檢測設備,開發(fā)橋梁巡查、檢測、設計和施工等相關軟件,形成橋梁數(shù)字化養(yǎng)護生態(tài)體系,提升養(yǎng)護數(shù)字化水平,提高養(yǎng)護作業(yè)效率和管理效率。 ? ? ? ? 在數(shù)字化養(yǎng)護生態(tài)體系建設中，多層級數(shù)字化養(yǎng)護平臺建設與數(shù)據(jù)標準建立，是最重要的兩項基礎性工作。數(shù)字化養(yǎng)護作業(yè)平臺作為多級數(shù)字化養(yǎng)護平臺的基礎層，平臺搭建和數(shù)據(jù)標準建立應考慮各層級實際業(yè)務需求，數(shù)據(jù)分類和交互應滿足各層級業(yè)務需求與本平臺各環(huán)節(jié)間的作業(yè)需要。同時，數(shù)字化養(yǎng)護作業(yè)平臺應對建設期資料、信息和歷史養(yǎng)護數(shù)據(jù)等，具有良好的兼容性與繼承性。 ? ? ? ? 建立數(shù)據(jù)標準體系，分析養(yǎng)護階段所涉及各類基礎數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，保證新建系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性，實現(xiàn)對既有數(shù)據(jù)進行一致性融合處理，打通現(xiàn)有各作業(yè)平臺、軟件與已有養(yǎng)護系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)與既有養(yǎng)護系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和整合，保證數(shù)據(jù)間關系的準確性、可理解性并避免數(shù)據(jù)冗余，確保數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性，以及共享數(shù)據(jù)的互操作性和互用性。 ? ? ? ? ? 數(shù)字化養(yǎng)護實踐 ? ? ? ? 為適應市場需要，提高在數(shù)字化養(yǎng)護領域的技術水平，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準體系，初步設想的數(shù)字化養(yǎng)護平臺主要包含基礎數(shù)據(jù)、橋涵檢驗、健康監(jiān)測、智能評估、養(yǎng)護規(guī)劃、養(yǎng)護設計、養(yǎng)護施工和后評估共8個基礎模塊，各模塊間數(shù)據(jù)具有不錯的一致性，確保各模塊間的數(shù)據(jù)交互，平臺構成思路見圖1。截至目前，在基礎數(shù)據(jù)、橋涵檢驗、健康監(jiān)測與養(yǎng)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(shù)字化養(yǎng)護作業(yè)平臺 ? ? ? ? ? 基礎數(shù)據(jù)與檢測評估 ? ? ? ? 綜合考慮養(yǎng)護管理、檢測評估、養(yǎng)護設計施工等多方面需求，根據(jù)橋梁類型對養(yǎng)護數(shù)據(jù)進行識別、分類，以參數(shù)化形式快速建立基于GIS的數(shù)字化信息檔案，包含地理位置、行政區(qū)劃、橋梁功能、結構信息和養(yǎng)護歷史等，為各作業(yè)環(huán)節(jié)提供相應的基礎數(shù)據(jù)。 ? ? ? ? 檢測評估軟件開發(fā)的基本思路是設置web端和APP端兩個操作終端，共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。web端主要用于前期行政信息、結構信息、歷史養(yǎng)護信息等基礎數(shù)據(jù)的錄入，構件目錄樹建立及后期報告的編制調(diào)整等。APP端主要用于現(xiàn)場檢測信息錄入，可用于橋涵的日常檢驗、經(jīng)常性檢驗、定期檢驗與特殊檢驗，定期檢驗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(fā)過程當中，針對web端與APP端，綜合考慮了多方面需求，主要實現(xiàn)了下述特色功能。 ? ? ? ? 1. Web端特色功能： ? ? ? ? (1)建立橋梁檔案、資料數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)動態(tài)管理。 ? ? ? ? (2)依據(jù)規(guī)范有效、準確地評定橋梁的技術狀況等級。 ? ? ? ? (3)一鍵生成各類標準檢驗報告，支持版面人為調(diào)整。 ? ? ? ? (4)根據(jù)病害類型及數(shù)量定制養(yǎng)護維修方案。 ? ? ? ? (5)對數(shù)據(jù)進行各種統(tǒng)計分析,為養(yǎng)護大數(shù)據(jù)奠定基礎。 ? ? ? ? (6)實現(xiàn)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(tǒng)數(shù)據(jù)交互。 ? ? ? ? (2)內(nèi)置病害數(shù)據(jù)庫，快速病害點選（或語音）記錄。 ? ? ? ? (3)一鍵拍照、現(xiàn)場快速繪制病害示意圖。 ? ? ? ? (4)病害數(shù)據(jù)離線錄入，適應性強。 ? ? ? ? (5)支持一座橋梁多組同時檢測。 ? ? ? ? (6)可現(xiàn)場出具橋梁定期檢測技術狀況評定結果。 ? ? ? ? ? 健康監(jiān)測及養(yǎng)護設計 ? ? ? ? 健康監(jiān)測軟件開發(fā)以現(xiàn)行交通運輸部頒行業(yè)標準為評估基礎依據(jù)，綜合多種分析評估方法，以靜力參數(shù)監(jiān)測為主、動力參數(shù)監(jiān)測為輔，分web端與APP端兩個操作終端，共享統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫而建立的監(jiān)測系統(tǒng)。web端主要用于前期行政信息、結構信息、傳感器等基礎數(shù)據(jù)的錄入，閾值建立及監(jiān)測報表、報告的生成等。APP端則用于監(jiān)測數(shù)據(jù)、預報警信息和查閱報表。 ? 圖3 健康監(jiān)測系統(tǒng)操作界面 ? ? ? ? 養(yǎng)護設計軟件開發(fā)的基本思路是以現(xiàn)行國家標準和部頒行業(yè)標準為基礎，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(xiàn)養(yǎng)護設計的半自動化。截至目前，基于現(xiàn)行橋涵設計規(guī)范和加固設計規(guī)范開發(fā)的結構驗算部分，已可以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(shù)字化養(yǎng)護既包含管理也包含技術，涉及橋梁全壽命周期內(nèi)的各相關從業(yè)單位與人員，是新一代信息技術與傳統(tǒng)土木技術的交叉融合。數(shù)字化養(yǎng)護技術的發(fā)展需要各方共同努力，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，建設多層級的數(shù)字化養(yǎng)護平臺，開發(fā)配套的管理軟件及養(yǎng)護作業(yè)軟件，進而形成健康的、可持續(xù)發(fā)展的數(shù)字化養(yǎng)護生態(tài)體系。 ? 　　柳州博奧機械制造有限公司位于全國重工業(yè)城市柳州，是一家生產(chǎn)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臺、重型鋼結構組合件、混凝士破拆機械等產(chǎn)品的老牌資質廠家。公司始建于2004年，于2009年正式成立柳州博奧機械制造有限公司，面向全球市場市場開展橋隧設備的定制式服務，不斷為中國的橋隧養(yǎng)護單位提供技術和產(chǎn)品服務，并與中鐵，中交,中建等大型公司在建筑、橋隧工程上長達十多年的誠信友好合作。 　　(版權歸原作者所有，圖片來自網(wǎng)絡；如有侵權，請與我們聯(lián)系，我們將在第一時間進行處理。)