公路橋梁數(shù)字化養(yǎng)護(hù)的水到渠成——構(gòu)建多層級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能和云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的突破與發(fā)展，“智慧交通”應(yīng)運(yùn)而生，并成為交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要組成部分。橋梁養(yǎng)護(hù)作為“智慧交通”中的一環(huán)，如何提高與改進(jìn)其數(shù)字化、信息化水平，是所有從業(yè)人員面臨的一項(xiàng)突出問(wèn)題。 ? ? ? ? ? 問(wèn)題與不足 ? ? ? ? 我國(guó)公路交通事業(yè)在近30年時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)面臨挑戰(zhàn)，存在諸多的問(wèn)題和不足。主要體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面： ? ? ? ? 1. 截至目前，公路橋梁總數(shù)約88萬(wàn)座，數(shù)量非常龐大。同時(shí)，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(shì)，且增速較快，部分路段的重車(chē)比例始終處于較高水平，造成橋梁超負(fù)荷服役現(xiàn)象較為普遍。此外，對(duì)于國(guó)道、省道等干線公路及縣鄉(xiāng)公路橋梁，由于建設(shè)年代較早，整體服役年限較長(zhǎng)，材料劣化、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等病害多發(fā)，整體技術(shù)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(hù)工作量大和任務(wù)繁重的情況將長(zhǎng)期存在。 ? ? ? ? 2. 自本世紀(jì)初以來(lái)，橋梁養(yǎng)護(hù)工作逐漸得到各級(jí)管理部門(mén)及相關(guān)從業(yè)人員的重視，在制度建設(shè)、技術(shù)力量和資金投入等方面均有長(zhǎng)足進(jìn)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(chǔ)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(wèn)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(chǔ)的信息，其重點(diǎn)仍在于對(duì)日常養(yǎng)護(hù)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(hù)數(shù)據(jù)沉淀在數(shù)據(jù)庫(kù)中，其利用效率與可利用度相對(duì)較低。 ? ? ? ? 3. 隨著養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)信息化的發(fā)展，大多管理單位已配備了各類養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、軟件，如養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)軟件等，各系統(tǒng)、軟件間的養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，它們的融合及交互存在技術(shù)壁壘，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)使用率。 ? ? ? ? 4. 現(xiàn)有的橋梁檢測(cè)手段相對(duì)落后，主要以人工抵近檢驗(yàn)為主，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)多采用紙質(zhì)記錄，成果以報(bào)告形式體現(xiàn)，檢測(cè)報(bào)告內(nèi)容、形式繁雜，成果質(zhì)量參差不齊。近年，隨著數(shù)字化檢測(cè)軟件應(yīng)用逐年增多，橋梁檢測(cè)數(shù)字化水平有所改善，檢測(cè)成果質(zhì)量有所提高，但仍存在檢測(cè)軟件與養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)交互性差、自動(dòng)化檢測(cè)水平低等問(wèn)題。? ? ? ? ? 5. 在橋梁養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)施工及后評(píng)價(jià)方面，數(shù)字化水平幾乎為零。養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)中存在的檢測(cè)與設(shè)計(jì)脫節(jié)、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、變更量大等問(wèn)題仍然較為突出，養(yǎng)護(hù)施工中仍以人工經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏數(shù)字化管理手段，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和施工作業(yè)安全控制水平參差不齊。? ? ? ? ? ? 解決契機(jī)與途徑 ? ? ? ? 面對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)中存在的諸多問(wèn)題和不足,數(shù)字化養(yǎng)護(hù)為我們提供了一個(gè)解決問(wèn)題的契機(jī)和途徑。以多層級(jí)橋梁數(shù)字化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)為基礎(chǔ),充分考慮各管理層級(jí)的具體業(yè)務(wù)需求和各作業(yè)環(huán)節(jié)的實(shí)際工作需要,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特色進(jìn)行數(shù)據(jù)分類,建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),預(yù)留相應(yīng)的數(shù)據(jù)交互通道,確保其互融互通,為實(shí)現(xiàn)橋梁養(yǎng)護(hù)數(shù)字化管理和數(shù)字化作業(yè)提供保障。同時(shí),基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),充分利用現(xiàn)有的新一代信息技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)等,建設(shè)數(shù)字化養(yǎng)護(hù)平臺(tái),研發(fā)相應(yīng)的智能化、自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備,開(kāi)發(fā)橋梁巡查、檢測(cè)、設(shè)計(jì)和施工等相關(guān)軟件,形成橋梁數(shù)字化養(yǎng)護(hù)生態(tài)體系,提升養(yǎng)護(hù)數(shù)字化水平,提高養(yǎng)護(hù)作業(yè)效率和管理效率。 ? ? ? ? 在數(shù)字化養(yǎng)護(hù)生態(tài)體系建設(shè)中，多層級(jí)數(shù)字化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)建設(shè)與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立，是最重要的兩項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。數(shù)字化養(yǎng)護(hù)作業(yè)平臺(tái)作為多級(jí)數(shù)字化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)的基礎(chǔ)層，平臺(tái)搭建和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立應(yīng)考慮各層級(jí)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)分類和交互應(yīng)滿足各層級(jí)業(yè)務(wù)需求與本平臺(tái)各環(huán)節(jié)間的作業(yè)需要。同時(shí)，數(shù)字化養(yǎng)護(hù)作業(yè)平臺(tái)應(yīng)對(duì)建設(shè)期資料、信息和歷史養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)等，具有良好的兼容性與繼承性。 ? ? ? ? 建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，分析養(yǎng)護(hù)階段所涉及各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，保證新建系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性，實(shí)現(xiàn)對(duì)既有數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性融合處理，打通現(xiàn)有各作業(yè)平臺(tái)、軟件與已有養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)與既有養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和整合，保證數(shù)據(jù)間關(guān)系的準(zhǔn)確性、可理解性并避免數(shù)據(jù)冗余，確保數(shù)據(jù)傳輸過(guò)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(hù)實(shí)踐 ? ? ? ? 為適應(yīng)市場(chǎng)需要，提高在數(shù)字化養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的技術(shù)水平，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，初步設(shè)想的數(shù)字化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)主要包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、橋涵檢驗(yàn)、健康監(jiān)測(cè)、智能評(píng)估、養(yǎng)護(hù)規(guī)劃、養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)施工和后評(píng)估共8個(gè)基礎(chǔ)模塊，各模塊間數(shù)據(jù)具有不錯(cuò)的一致性，確保各模塊間的數(shù)據(jù)交互，平臺(tái)構(gòu)成思路見(jiàn)圖1。截至目前，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、橋涵檢驗(yàn)、健康監(jiān)測(cè)與養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方面均開(kāi)展了部分工作，并取得了一定的應(yīng)用效果。 ? 圖1 數(shù)字化養(yǎng)護(hù)作業(yè)平臺(tái) ? ? ? ? ? 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與檢測(cè)評(píng)估 ? ? ? ? 綜合考慮養(yǎng)護(hù)管理、檢測(cè)評(píng)估、養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)施工等多方面需求，根據(jù)橋梁類型對(duì)養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)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(jié)構(gòu)信息和養(yǎng)護(hù)歷史等，為各作業(yè)環(huán)節(jié)提供相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 ? ? ? ? 檢測(cè)評(píng)估軟件開(kāi)發(fā)的基本思路是設(shè)置web端和APP端兩個(gè)操作終端，共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。web端主要用于前期行政信息、結(jié)構(gòu)信息、歷史養(yǎng)護(hù)信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入，構(gòu)件目錄樹(shù)建立及后期報(bào)告的編制調(diào)整等。APP端主要用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信息錄入，可用于橋涵的日常檢驗(yàn)、經(jīng)常性檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)與特殊檢驗(yàn)，定期檢驗(yàn)時(shí)軟件的操作流程如圖2所示。 ? 圖2 軟件操作流程 ? ? ? ? 軟件在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中，針對(duì)web端與APP端，綜合考慮了多方面需求，主要實(shí)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(kù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。 ? ? ? ? (2)依據(jù)規(guī)范有效、準(zhǔn)確地評(píng)定橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)。 ? ? ? ? (3)一鍵生成各類標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)報(bào)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(hù)維修方案。 ? ? ? ? (5)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析,為養(yǎng)護(hù)大數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。 ? ? ? ? (6)實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)用戶的權(quán)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(kù)，快速病害點(diǎn)選（或語(yǔ)音）記錄。 ? ? ? ? (3)一鍵拍照、現(xiàn)場(chǎng)快速繪制病害示意圖。 ? ? ? ? (4)病害數(shù)據(jù)離線錄入，適應(yīng)性強(qiáng)。 ? ? ? ? (5)支持一座橋梁多組同時(shí)檢測(cè)。 ? ? ? ? (6)可現(xiàn)場(chǎng)出具橋梁定期檢測(cè)技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果。 ? ? ? ? ? 健康監(jiān)測(cè)及養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì) ? ? ? ? 健康監(jiān)測(cè)軟件開(kāi)發(fā)以現(xiàn)行交通運(yùn)輸部頒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)估基礎(chǔ)依據(jù)，綜合多種分析評(píng)估方法，以靜力參數(shù)監(jiān)測(cè)為主、動(dòng)力參數(shù)監(jiān)測(cè)為輔，分web端與APP端兩個(gè)操作終端，共享統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)而建立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。web端主要用于前期行政信息、結(jié)構(gòu)信息、傳感器等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入，閾值建立及監(jiān)測(cè)報(bào)表、報(bào)告的生成等。APP端則用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)警信息和查閱報(bào)表。 ? 圖3 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作界面 ? ? ? ? 養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)的基本思路是以現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式橋涵的常見(jiàn)病害、加固方法、加固材料、加固工藝等建立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)信息庫(kù)，輔以必要的結(jié)構(gòu)分析、驗(yàn)算、繪圖等必要軟件，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)的半自動(dòng)化。截至目前，基于現(xiàn)行橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范和加固設(shè)計(jì)規(guī)范開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算部分，已可以完成各類構(gòu)件的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算功能。 ? 圖4 公路橋梁加固計(jì)算程序 ? ? ? ? 公路橋梁數(shù)字化養(yǎng)護(hù)既包含管理也包含技術(shù)，涉及橋梁全壽命周期內(nèi)的各相關(guān)從業(yè)單位與人員，是新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)土木技術(shù)的交叉融合。數(shù)字化養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展需要各方共同努力，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)多層級(jí)的數(shù)字化養(yǎng)護(hù)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)配套的管理軟件及養(yǎng)護(hù)作業(yè)軟件，進(jìn)而形成健康的、可持續(xù)發(fā)展的數(shù)字化養(yǎng)護(hù)生態(tài)體系。 ? 　　柳州博奧機(jī)械制造有限公司位于全國(guó)重工業(yè)城市柳州，是一家生產(chǎn)橋隧檢修設(shè)備、橋梁吊籃、定制型橋梁檢測(cè)車(chē)、礦山機(jī)械設(shè)備、焊合件、大噸位大跨度橋梁檢修平臺(tái)、重型鋼結(jié)構(gòu)組合件、混凝士破拆機(jī)械等產(chǎn)品的老牌資質(zhì)廠家。公司始建于2004年，于2009年正式成立柳州博奧機(jī)械制造有限公司，面向全球市場(chǎng)市場(chǎng)開(kāi)展橋隧設(shè)備的定制式服務(wù)，不斷為中國(guó)的橋隧養(yǎng)護(hù)單位提供技術(shù)和產(chǎn)品服務(wù)，并與中鐵，中交,中建等大型公司在建筑、橋隧工程上長(zhǎng)達(dá)十多年的誠(chéng)信友好合作。 　　(版權(quán)歸原作者所有，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)；如有侵權(quán)，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間進(jìn)行處理。)