多單位業(yè)務(wù)協(xié)同的橋梁管理系統(tǒng)需求分析和總體設(shè)計(jì)

鄧長(zhǎng)軍， 唐 英， 陳 楊

(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司， 四川成都 611731)

[定稿日期]2017-10-30

橋梁是城市道路、公路、鐵路交通中重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，其健康狀況好壞直接影響交通暢通和行車(chē)安全。因此，對(duì)橋梁進(jìn)行有效管護(hù)，確保其始終處于良好狀態(tài)顯得十分必要[1-2]。目前，我國(guó)同世界上眾多國(guó)家一樣，橋梁工程正逐漸由建設(shè)向大規(guī)模運(yùn)維管理過(guò)渡，橋梁管理維護(hù)工作正蓬勃開(kāi)展。國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)表明，橋梁管理維護(hù)質(zhì)量好壞受到橋梁管養(yǎng)模式與管理手段的雙重影響。

從管養(yǎng)模式角度來(lái)說(shuō)，我國(guó)橋梁管養(yǎng)工作由政府行政部門(mén)主導(dǎo)，具體包括“管養(yǎng)一體、政企不分”的傳統(tǒng)管養(yǎng)模式和“管養(yǎng)分離、政企分開(kāi)”的市場(chǎng)化管養(yǎng)模式，傳統(tǒng)模式下的管養(yǎng)工作由于體制限制、缺少監(jiān)管，存在工作效率低、管理難度大等諸多問(wèn)題，相對(duì)而言，市場(chǎng)化模式擺脫了體制束縛、更利于工作監(jiān)管，充分適應(yīng)了轉(zhuǎn)變政府職能、建設(shè)服務(wù)型政府的形勢(shì)，將是未來(lái)主流管養(yǎng)模式[3-4]。

從管理手段來(lái)說(shuō)，包括傳統(tǒng)人工管理手段和基于信息技術(shù)的管理手段。目前，市面上也已開(kāi)發(fā)有一些橋梁信息化管理系統(tǒng)，然而現(xiàn)有系統(tǒng)大多基于傳統(tǒng)管養(yǎng)模式進(jìn)行建設(shè)，系統(tǒng)用戶群大多限于市政橋梁管理單位體系內(nèi)。然而在新興市場(chǎng)化管養(yǎng)模式下，應(yīng)同時(shí)考慮橋梁管理單位和橋梁養(yǎng)護(hù)單位這兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位體系的用戶對(duì)系統(tǒng)的操作需求。不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有系統(tǒng)難以滿足這種需求?？v觀國(guó)內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)管理模式發(fā)展形勢(shì)，研究探索適應(yīng)于橋梁管養(yǎng)工作市場(chǎng)化的信息管理系統(tǒng)是未來(lái)熱點(diǎn)之一。據(jù)此，我們以成都市一些已采用新型市場(chǎng)化管養(yǎng)模式的工程項(xiàng)目為依托，針對(duì)性對(duì)實(shí)現(xiàn)多單位業(yè)務(wù)協(xié)同的橋梁管理系統(tǒng)架構(gòu)體系進(jìn)行了一些探討，本文主要介紹該系統(tǒng)的功能需求和總體設(shè)計(jì)。

1 橋梁管理系統(tǒng)功能需求分析

1.1 橋梁管養(yǎng)規(guī)范體系與業(yè)務(wù)內(nèi)容

目前，我國(guó)橋梁養(yǎng)護(hù)管理規(guī)范主要有CJJ 99-2017《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》、JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》、鐵運(yùn)[2004]120號(hào)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》等，可為橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作開(kāi)展提供指導(dǎo)。由相關(guān)規(guī)范可知，橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作泛指為確保橋梁始終處于正常工作狀態(tài)而進(jìn)行的經(jīng)常性檢查、檢測(cè)評(píng)估、保養(yǎng)小修、大中修、加固、改擴(kuò)建工程等具體作業(yè)，以及為保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)而進(jìn)行的技術(shù)檔案管理及安全運(yùn)行管理等[5-7]，其一般流程如圖1所示。

圖1 橋梁養(yǎng)護(hù)管理一般流程

這是一套比較成熟的養(yǎng)護(hù)管理流程，有利于改變“重建輕養(yǎng)”的錯(cuò)誤觀念，推進(jìn)橋梁的管養(yǎng)工作走上常態(tài)化和規(guī)范化的軌道，提高橋梁管養(yǎng)工作地位和橋梁服務(wù)水平，使得運(yùn)營(yíng)橋梁維護(hù)質(zhì)量有保障，確保橋梁安全運(yùn)行，符合現(xiàn)代橋梁維護(hù)管理的先進(jìn)理念。

1.2 橋梁管養(yǎng)組織結(jié)構(gòu)體系研究與創(chuàng)建

我們依托成都市10余個(gè)已采用新型橋梁市場(chǎng)化管養(yǎng)模式的工程項(xiàng)目，研究構(gòu)建適用于該模式的多單位、多角色、多用戶的組織結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)分析，在依托項(xiàng)目運(yùn)作中，各區(qū)縣養(yǎng)護(hù)單位管養(yǎng)項(xiàng)目部負(fù)責(zé)具體工作并接受養(yǎng)護(hù)企業(yè)總部及對(duì)應(yīng)區(qū)縣橋梁管理部門(mén)直接監(jiān)督，各區(qū)縣管理部門(mén)則受到成都市級(jí)主管部門(mén)行業(yè)監(jiān)管：市級(jí)主管部門(mén)每季度均會(huì)對(duì)各區(qū)縣橋梁管理部門(mén)進(jìn)行一次管養(yǎng)工作考核，并會(huì)不定期組織抽查?；谝陨闲枨?，在系統(tǒng)中“嵌入”建立了一個(gè)同時(shí)包含橋梁管理單位和養(yǎng)護(hù)單位體系的行政級(jí)系統(tǒng)管理層次(圖2)。

圖2 橋梁管養(yǎng)組織結(jié)構(gòu)體系示意

橋梁管養(yǎng)組織結(jié)構(gòu)體系的建立為系統(tǒng)引入了一個(gè)“多方參與、各負(fù)其責(zé)、協(xié)同工作、互為監(jiān)督”的新型管養(yǎng)機(jī)制，以同時(shí)滿足在市場(chǎng)化管養(yǎng)模式下分工明確的橋梁管理單位體系和橋梁養(yǎng)護(hù)單位體系這兩個(gè)獨(dú)立體系的用戶對(duì)系統(tǒng)的操作需求，實(shí)現(xiàn)該模式下管理單位體系與養(yǎng)護(hù)單位體系間的協(xié)作與監(jiān)督。通過(guò)權(quán)限按需分配與控制，系統(tǒng)為處于不同管理層次的用戶提供不同功能模塊與界面，管理單位通過(guò)系統(tǒng)可適時(shí)了解橋梁狀況和養(yǎng)護(hù)信息，督導(dǎo)養(yǎng)護(hù)單位的日常維護(hù)工作，并對(duì)緊急情況迅速作出反應(yīng)；養(yǎng)護(hù)單位通過(guò)系統(tǒng)可提高日常巡檢、病害維修、檢測(cè)評(píng)估等工作的管理質(zhì)量及應(yīng)急能力，并留下相應(yīng)管理工作痕跡。

1.3 系統(tǒng)功能功能需求分析

結(jié)合橋梁養(yǎng)護(hù)管理規(guī)范體系與相關(guān)業(yè)務(wù)內(nèi)容，并考慮依托項(xiàng)目橋梁管養(yǎng)單位兩大獨(dú)立體系用戶的具體需要，進(jìn)行系統(tǒng)功能需求分析。

1.3.1 日常巡檢

(1)提供橋梁日常巡檢計(jì)劃制定、巡檢任務(wù)指派功能，通過(guò)系統(tǒng)推送任務(wù)至巡檢員移動(dòng)設(shè)備，并對(duì)巡檢員任務(wù)時(shí)間內(nèi)的軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。

(2)根據(jù)規(guī)范對(duì)橋梁日常巡檢頻率的要求，對(duì)用戶制定的巡檢計(jì)劃合理性進(jìn)行判斷，以便于對(duì)巡檢頻率不合理的橋梁進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整。

(3)基于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的地理坐標(biāo)，利用移動(dòng)設(shè)備GPS功能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)簽到，可有效地監(jiān)督橋梁日常巡檢工作。

(4)提供移動(dòng)終端條件下日常巡檢數(shù)據(jù)錄入功能，可記錄巡檢發(fā)現(xiàn)的各類(lèi)病害或當(dāng)日巡檢各類(lèi)情況并即時(shí)傳送，巡檢員一旦提交報(bào)表便不可修改。

(5)支持移動(dòng)設(shè)備及時(shí)上報(bào)橋梁巡檢病害，提供橋梁病害綜合管理功能，能及時(shí)查看病害圖片，并對(duì)橋梁病害進(jìn)行量化分析。

(6)支持巡檢業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)和巡檢自動(dòng)考勤功能。

1.3.2 檢測(cè)評(píng)估

(1)提供橋梁技術(shù)狀況分析、評(píng)估研判及狀態(tài)預(yù)測(cè)功能。

(2)提供針對(duì)橋梁集文字、照片、附件等多種形式的各類(lèi)歷次檢測(cè)與評(píng)估綜合記錄功能，錄入內(nèi)容主要包含損壞程度和數(shù)量等信息。

(3)直觀顯示橋梁整體、橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)的BCI分?jǐn)?shù)及橋梁完好狀態(tài)等級(jí)，以及權(quán)威檢測(cè)單位給出的檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)結(jié)論和養(yǎng)護(hù)建議等。

(4)提供各類(lèi)歷次檢測(cè)與評(píng)估的各種標(biāo)準(zhǔn)記錄表格、檢測(cè)報(bào)告、查詢及關(guān)聯(lián)資料上下載，并提供對(duì)應(yīng)的表格打印等功能。

1.3.3 養(yǎng)護(hù)維修

(1)提供病害維修處理接口，提供集文字、照片、附件等多種形式于一體的橋梁各類(lèi)歷次維修情況綜合記錄功能。

(2)可清楚地查閱橋梁各項(xiàng)破損狀況的維修情形，也可新增、編輯、查詢、修改及打印橋梁的維修資料，并能導(dǎo)出橋梁養(yǎng)護(hù)與維修情況量化分析報(bào)表。

(3)構(gòu)建橋梁養(yǎng)護(hù)輔助決策模型，支持橋梁典型養(yǎng)護(hù)對(duì)策庫(kù)的動(dòng)態(tài)修正、完善。

1.3.4 技術(shù)檔案建立

(1)提供各種標(biāo)準(zhǔn)表格，用于規(guī)范化、條理化的記錄管理橋梁的靜態(tài)數(shù)據(jù)，記錄范疇包括基本信息、橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、輔助信息、檔案信息等，并通過(guò)不同的形式直觀的顯現(xiàn)出來(lái)，如在電子地圖上標(biāo)出橋位，提供橋位查詢、橋梁的文字和圖形的靜態(tài)信息的輸入、輸出、查詢、組合條件查詢等。

(2)對(duì)橋梁各類(lèi)技術(shù)檔案進(jìn)行任意格式的電子化、數(shù)據(jù)化存儲(chǔ)，包括橋梁的立項(xiàng)報(bào)告、可行性研究、政府批文、設(shè)計(jì)與招投標(biāo)文檔、監(jiān)理報(bào)告、施工資料、試驗(yàn)資料、竣工資料等，以便管理人員、維修人員等的查閱及上下載。

(3)對(duì)橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、巡檢記錄、橋梁資料卡、橋梁普查表、病害記錄處治表、巡檢情況表、維護(hù)計(jì)劃匯總表、其它報(bào)表等進(jìn)行綜合查詢。

(4)提供橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、病害處理、檢測(cè)數(shù)據(jù)、大中修項(xiàng)目等各類(lèi)重要信息的統(tǒng)計(jì)分析，方便管理人員快速地了解工作情況，為后期的決策、計(jì)劃等提供依據(jù)。

1.3.5 其他功能需求

(1)提供基于Web-GIS的電子地圖，其兼具信息交叉分析和展示作用，采用GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，將橋梁及道路等關(guān)聯(lián)市政設(shè)施在地圖上直觀、生動(dòng)、形象地表現(xiàn)出來(lái)，用戶可以在地圖界面上直接管理橋梁，進(jìn)行查詢和分析。

(2)對(duì)橋梁的移交歷史進(jìn)行管理，并提供工程項(xiàng)目管理、預(yù)警管理、應(yīng)急事件與維護(hù)計(jì)劃管理等功能。

(3)提供常用報(bào)表的查看和導(dǎo)出，如：巡檢記錄報(bào)表、資料卡、巡檢員考核匯總表、定期檢測(cè)情況統(tǒng)計(jì)表、特殊檢測(cè)情況統(tǒng)計(jì)表、檢查維修記錄卡、橋梁狀況年度統(tǒng)計(jì)分析表、橋梁基本情況明細(xì)表、維修情況統(tǒng)計(jì)表等，也可根據(jù)需求通過(guò)信息系統(tǒng)定制各種電子報(bào)表。

(4)提供橋梁各類(lèi)檢測(cè)計(jì)劃制定功能，并能了解各單位未完成的工作情況，包括“未做常規(guī)定期檢查”的橋梁數(shù)量、“未做橋梁狀況指數(shù)評(píng)價(jià)”的橋梁數(shù)量等。

(5)此外，預(yù)留橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、超載監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)接口，便于進(jìn)一步擴(kuò)充系統(tǒng)功能架構(gòu)體系。

2 橋梁管理系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

在綜合國(guó)內(nèi)外橋梁管理系統(tǒng)先進(jìn)理念、成功經(jīng)驗(yàn)及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合成都市橋梁市場(chǎng)化養(yǎng)護(hù)管理實(shí)際情況，依托國(guó)家電子政務(wù)總體框架，基于WEB-GIS、GPS、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，按照系統(tǒng)的六個(gè)層次結(jié)構(gòu)：采集層、系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、業(yè)務(wù)層、展示層進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)建立在完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和信息安全體系基礎(chǔ)上。系統(tǒng)邏輯上的分層設(shè)計(jì)可以大大加快開(kāi)發(fā)效率，提高系統(tǒng)的可靠性、安全性和可擴(kuò)展性，同時(shí)也便于日后的維護(hù)和升級(jí)(圖3)。

圖3 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

(1)展示層：該層主要響應(yīng)用戶請(qǐng)求，為用戶提供各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)展示服務(wù)，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖形報(bào)表、智能分析展示、GIS展示、三維展示等詳細(xì)信息。

(2)業(yè)務(wù)層：該層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能，包括任務(wù)分配、任務(wù)執(zhí)行條件智能判斷、業(yè)務(wù)自動(dòng)流轉(zhuǎn)、任務(wù)到期提醒、任務(wù)考核、位置追蹤、軌跡回放、責(zé)任溯源、輔助決策支持等。

(3)支撐層：該層提供應(yīng)用服務(wù)，業(yè)務(wù)層的功能開(kāi)發(fā)必須基于應(yīng)用層進(jìn)行開(kāi)發(fā)，本系統(tǒng)采用J2EE架構(gòu)，采用成熟應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)將共享消息控制、流程控制、安全管理等功能，保證系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

(4)數(shù)據(jù)層：該層提供數(shù)據(jù)集中服務(wù)，將項(xiàng)目的各類(lèi)屬性數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，文件格式可以包括關(guān)系型數(shù)據(jù)、媒體文件、數(shù)據(jù)文件以及其它文件等。

(5)系統(tǒng)層：該層是軟件系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供服務(wù)器、中間件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Internet網(wǎng)絡(luò)接入，服務(wù)器具有獨(dú)立IP地址)等。

(6)采集層：該層是整個(gè)橋梁管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源，用戶可基于RFID(射頻識(shí)別器)、智能手機(jī)、平板電腦、PC機(jī)等終端自動(dòng)獲取、上傳或錄入有關(guān)數(shù)據(jù)信息，并傳回后臺(tái)控制中心進(jìn)行分析處理與顯示。

2.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)功能需求分析的基礎(chǔ)上，按照“高內(nèi)聚低耦合”的思想，將整個(gè)系統(tǒng)分成Web瀏覽端和移動(dòng)終端APP兩部分，并劃分為若干功能模塊：其中系統(tǒng)Web瀏覽端整體劃分為快捷菜單、橋梁總覽、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、日常巡檢、檢測(cè)評(píng)估、養(yǎng)護(hù)維修、應(yīng)急事件、信息發(fā)布、報(bào)表輸出、系統(tǒng)管理等10大功能模塊；移動(dòng)終端APP則整體劃分為橋梁搜索、待辦任務(wù)、歷史任務(wù)、軟件設(shè)置等4大功能模塊；此外，系統(tǒng)還預(yù)留有橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、超載監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)接口，便于后期根據(jù)需要將其納入系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理(圖4)。

圖4 系統(tǒng)功能架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)以中央數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，系統(tǒng)各個(gè)功能模塊將與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在數(shù)據(jù)輸入方面，系統(tǒng)通過(guò)Web瀏覽端進(jìn)行包括地理信息、技術(shù)資料、檢測(cè)成果等所有橋梁信息數(shù)據(jù)的采集并輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，而移動(dòng)終端APP主要進(jìn)行巡查記錄等橋梁信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)輸出方面，Web瀏覽端和移動(dòng)終端APP從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取數(shù)據(jù)，基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)等程序算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，并將處理結(jié)果進(jìn)行多維顯示。圖5為系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互示意圖。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互示意

2.3 系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)機(jī)制設(shè)計(jì)

作為軟件產(chǎn)品，其自身已具備一定的重復(fù)使用性；為了實(shí)現(xiàn)軟件產(chǎn)品在不同地區(qū)、不同單位的快速部署與應(yīng)用，有必要針對(duì)橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性進(jìn)行研究。針對(duì)當(dāng)前橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)靈活性差的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)庫(kù)操作權(quán)限及功能模塊權(quán)限的動(dòng)態(tài)分配模塊，以及用戶組織結(jié)構(gòu)自定義模塊，強(qiáng)化了系統(tǒng)靈活性，使系統(tǒng)對(duì)“管養(yǎng)一體、政企不分”的傳統(tǒng)管理模式和“管養(yǎng)分離、政企分開(kāi)”的市場(chǎng)化管理模式均具有較好的適應(yīng)性，可滿足不同管養(yǎng)模式下信息化管理的實(shí)際需要。圖6為系統(tǒng)權(quán)限控制示意圖。

圖6 系統(tǒng)權(quán)限控制示意

3 結(jié)束語(yǔ)

信息化、智慧化是現(xiàn)代橋梁管理的必然趨勢(shì)，功能需求分析是信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一；而總體設(shè)計(jì)是信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)工作，決定了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的質(zhì)量，必須予以高度重視[8]。本文依托成都多個(gè)已采用新型橋梁市場(chǎng)化管養(yǎng)模式的工程項(xiàng)目，歸納整理的實(shí)現(xiàn)多單位業(yè)務(wù)協(xié)同的橋梁管理系統(tǒng)的功能需求及總體設(shè)計(jì)方案，可為此類(lèi)系統(tǒng)的研發(fā)提供參考。

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