多單位業(yè)務協(xié)同的橋梁管理系統(tǒng)需求分析和總體設計

鄧長軍， 唐 英， 陳 楊

(中鐵西南科學研究院有限公司， 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設施，其健康狀況好壞直接影響交通暢通和行車安全。因此，對橋梁進行有效管護，確保其始終處于良好狀態(tài)顯得十分必要[1-2]。目前，我國同世界上眾多國家一樣，橋梁工程正逐漸由建設向大規(guī)模運維管理過渡，橋梁管理維護工作正蓬勃開展。國內外相關經驗表明，橋梁管理維護質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)模式角度來說，我國橋梁管養(yǎng)工作由政府行政部門主導，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”的市場化管養(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題，相對而言，市場化模式擺脫了體制束縛、更利于工作監(jiān)管，充分適應了轉變政府職能、建設服務型政府的形勢，將是未來主流管養(yǎng)模式[3-4]。

從管理手段來說，包括傳統(tǒng)人工管理手段和基于信息技術的管理手段。目前，市面上也已開發(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)模式進行建設，系統(tǒng)用戶群大多限于市政橋梁管理單位體系內。然而在新興市場化管養(yǎng)模式下，應同時考慮橋梁管理單位和橋梁養(yǎng)護單位這兩個相對獨立的單位體系的用戶對系統(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觀國內橋梁養(yǎng)護管理模式發(fā)展形勢，研究探索適應于橋梁管養(yǎng)工作市場化的信息管理系統(tǒng)是未來熱點之一。據此，我們以成都市一些已采用新型市場化管養(yǎng)模式的工程項目為依托，針對性對實現(xiàn)多單位業(yè)務協(xié)同的橋梁管理系統(tǒng)架構體系進行了一些探討，本文主要介紹該系統(tǒng)的功能需求和總體設計。

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)務內容

目前，我國橋梁養(yǎng)護管理規(guī)范主要有CJJ 99-2017《城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范》、JTG H11-2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》、鐵運[2004]120號《鐵路橋梁檢定規(guī)范》等，可為橋梁養(yǎng)護管理工作開展提供指導。由相關規(guī)范可知，橋梁養(yǎng)護管理工作泛指為確保橋梁始終處于正常工作狀態(tài)而進行的經常性檢查、檢測評估、保養(yǎng)小修、大中修、加固、改擴建工程等具體作業(yè)，以及為保證橋梁安全運營而進行的技術檔案管理及安全運行管理等[5-7]，其一般流程如圖1所示。

圖1 橋梁養(yǎng)護管理一般流程

這是一套比較成熟的養(yǎng)護管理流程，有利于改變“重建輕養(yǎng)”的錯誤觀念，推進橋梁的管養(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水平，使得運營橋梁維護質量有保障，確保橋梁安全運行，符合現(xiàn)代橋梁維護管理的先進理念。

1.2 橋梁管養(yǎng)組織結構體系研究與創(chuàng)建

我們依托成都市10余個已采用新型橋梁市場化管養(yǎng)模式的工程項目，研究構建適用于該模式的多單位、多角色、多用戶的組織結構體系。根據分析，在依托項目運作中，各區(qū)縣養(yǎng)護單位管養(yǎng)項目部負責具體工作并接受養(yǎng)護企業(yè)總部及對應區(qū)縣橋梁管理部門直接監(jiān)督，各區(qū)縣管理部門則受到成都市級主管部門行業(yè)監(jiān)管：市級主管部門每季度均會對各區(qū)縣橋梁管理部門進行一次管養(yǎng)工作考核，并會不定期組織抽查?；谝陨闲枨?，在系統(tǒng)中“嵌入”建立了一個同時包含橋梁管理單位和養(yǎng)護單位體系的行政級系統(tǒng)管理層次(圖2)。

圖2 橋梁管養(yǎng)組織結構體系示意

橋梁管養(yǎng)組織結構體系的建立為系統(tǒng)引入了一個“多方參與、各負其責、協(xié)同工作、互為監(jiān)督”的新型管養(yǎng)機制，以同時滿足在市場化管養(yǎng)模式下分工明確的橋梁管理單位體系和橋梁養(yǎng)護單位體系這兩個獨立體系的用戶對系統(tǒng)的操作需求，實現(xiàn)該模式下管理單位體系與養(yǎng)護單位體系間的協(xié)作與監(jiān)督。通過權限按需分配與控制，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，管理單位通過系統(tǒng)可適時了解橋梁狀況和養(yǎng)護信息，督導養(yǎng)護單位的日常維護工作，并對緊急情況迅速作出反應；養(yǎng)護單位通過系統(tǒng)可提高日常巡檢、病害維修、檢測評估等工作的管理質量及應急能力，并留下相應管理工作痕跡。

1.3 系統(tǒng)功能功能需求分析

結合橋梁養(yǎng)護管理規(guī)范體系與相關業(yè)務內容，并考慮依托項目橋梁管養(yǎng)單位兩大獨立體系用戶的具體需要，進行系統(tǒng)功能需求分析。

1.3.1 日常巡檢

(1)提供橋梁日常巡檢計劃制定、巡檢任務指派功能，通過系統(tǒng)推送任務至巡檢員移動設備，并對巡檢員任務時間內的軌跡進行實時追蹤。

(2)根據規(guī)范對橋梁日常巡檢頻率的要求，對用戶制定的巡檢計劃合理性進行判斷，以便于對巡檢頻率不合理的橋梁進行計劃調整。

(3)基于系統(tǒng)預先設定好的地理坐標，利用移動設備GPS功能實現(xiàn)定點簽到，可有效地監(jiān)督橋梁日常巡檢工作。

(4)提供移動終端條件下日常巡檢數據錄入功能，可記錄巡檢發(fā)現(xiàn)的各類病害或當日巡檢各類情況并即時傳送，巡檢員一旦提交報表便不可修改。

(5)支持移動設備及時上報橋梁巡檢病害，提供橋梁病害綜合管理功能，能及時查看病害圖片，并對橋梁病害進行量化分析。

(6)支持巡檢業(yè)務流轉和巡檢自動考勤功能。

1.3.2 檢測評估

(1)提供橋梁技術狀況分析、評估研判及狀態(tài)預測功能。

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

(3)直觀顯示橋梁整體、橋面系、上部結構、下部結構的BCI分數及橋梁完好狀態(tài)等級，以及權威檢測單位給出的檢測結果、檢測結論和養(yǎng)護建議等。

(4)提供各類歷次檢測與評估的各種標準記錄表格、檢測報告、查詢及關聯(lián)資料上下載，并提供對應的表格打印等功能。

1.3.3 養(yǎng)護維修

(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歷次維修情況綜合記錄功能。

(2)可清楚地查閱橋梁各項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，并能導出橋梁養(yǎng)護與維修情況量化分析報表。

(3)構建橋梁養(yǎng)護輔助決策模型，支持橋梁典型養(yǎng)護對策庫的動態(tài)修正、完善。

1.3.4 技術檔案建立

(1)提供各種標準表格，用于規(guī)范化、條理化的記錄管理橋梁的靜態(tài)數據，記錄范疇包括基本信息、橋面系、上部結構、下部結構、輔助信息、檔案信息等，并通過不同的形式直觀的顯現(xiàn)出來，如在電子地圖上標出橋位，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)對橋梁各類技術檔案進行任意格式的電子化、數據化存儲，包括橋梁的立項報告、可行性研究、政府批文、設計與招投標文檔、監(jiān)理報告、施工資料、試驗資料、竣工資料等，以便管理人員、維修人員等的查閱及上下載。

(3)對橋梁基礎數據、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、維護計劃匯總表、其它報表等進行綜合查詢。

(4)提供橋梁基礎數據、病害處理、檢測數據、大中修項目等各類重要信息的統(tǒng)計分析，方便管理人員快速地了解工作情況，為后期的決策、計劃等提供依據。

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、數據庫訪問技術，將橋梁及道路等關聯(lián)市政設施在地圖上直觀、生動、形象地表現(xiàn)出來，用戶可以在地圖界面上直接管理橋梁，進行查詢和分析。

(2)對橋梁的移交歷史進行管理，并提供工程項目管理、預警管理、應急事件與維護計劃管理等功能。

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

(4)提供橋梁各類檢測計劃制定功能，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”的橋梁數量、“未做橋梁狀況指數評價”的橋梁數量等。

(5)此外，預留橋梁結構健康監(jiān)測、水位監(jiān)測、超載監(jiān)測等數據接口，便于進一步擴充系統(tǒng)功能架構體系。

2 橋梁管理系統(tǒng)總體框架設計

2.1 系統(tǒng)邏輯架構設計

在綜合國內外橋梁管理系統(tǒng)先進理念、成功經驗及發(fā)展趨勢的基礎上，結合成都市橋梁市場化養(yǎng)護管理實際情況，依托國家電子政務總體框架，基于WEB-GIS、GPS、云計算、大數據等先進技術，按照系統(tǒng)的六個層次結構：采集層、系統(tǒng)層、數據層、支撐層、業(yè)務層、展示層進行設計，系統(tǒng)建立在完善的標準規(guī)范體系和信息安全體系基礎上。系統(tǒng)邏輯上的分層設計可以大大加快開發(fā)效率，提高系統(tǒng)的可靠性、安全性和可擴展性，同時也便于日后的維護和升級(圖3)。

圖3 系統(tǒng)邏輯架構

(1)展示層：該層主要響應用戶請求，為用戶提供各類業(yè)務數據展示服務，包括基礎數據、圖形報表、智能分析展示、GIS展示、三維展示等詳細信息。

(2)業(yè)務層：該層實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務功能，包括任務分配、任務執(zhí)行條件智能判斷、業(yè)務自動流轉、任務到期提醒、任務考核、位置追蹤、軌跡回放、責任溯源、輔助決策支持等。

(3)支撐層：該層提供應用服務，業(yè)務層的功能開發(fā)必須基于應用層進行開發(fā)，本系統(tǒng)采用J2EE架構，采用成熟應用平臺進行開發(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)的快速開發(fā)和應用。

(4)數據層：該層提供數據集中服務，將項目的各類屬性數據和業(yè)務數據存放在數據庫中，文件格式可以包括關系型數據、媒體文件、數據文件以及其它文件等。

(5)系統(tǒng)層：該層是軟件系統(tǒng)運行的基礎，為系統(tǒng)運行提供服務器、中間件、操作系統(tǒng)、網絡服務(Internet網絡接入，服務器具有獨立IP地址)等。

(6)采集層：該層是整個橋梁管理系統(tǒng)的基礎，是系統(tǒng)數據來源，用戶可基于RFID(射頻識別器)、智能手機、平板電腦、PC機等終端自動獲取、上傳或錄入有關數據信息，并傳回后臺控制中心進行分析處理與顯示。

2.2 系統(tǒng)功能架構設計

在系統(tǒng)功能需求分析的基礎上，按照“高內聚低耦合”的思想，將整個系統(tǒng)分成Web瀏覽端和移動終端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、基礎數據、日常巡檢、檢測評估、養(yǎng)護維修、應急事件、信息發(fā)布、報表輸出、系統(tǒng)管理等10大功能模塊；移動終端APP則整體劃分為橋梁搜索、待辦任務、歷史任務、軟件設置等4大功能模塊；此外，系統(tǒng)還預留有橋梁結構健康監(jiān)測、水位監(jiān)測、超載監(jiān)測等數據接口，便于后期根據需要將其納入系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理(圖4)。

圖4 系統(tǒng)功能架構

整個系統(tǒng)以中央數據庫為核心，系統(tǒng)各個功能模塊將與其進行數據交互。在數據輸入方面，系統(tǒng)通過Web瀏覽端進行包括地理信息、技術資料、檢測成果等所有橋梁信息數據的采集并輸入系統(tǒng)數據庫，而移動終端APP主要進行巡查記錄等橋梁信息數據的實時采集并通過網絡及時傳輸至系統(tǒng)數據庫。在數據輸出方面，Web瀏覽端和移動終端APP從系統(tǒng)數據庫調取數據，基于數理統(tǒng)計分析、數據挖掘與知識發(fā)現(xiàn)等程序算法對數據進行綜合處理，并將處理結果進行多維顯示。圖5為系統(tǒng)數據交互示意圖。

圖5 系統(tǒng)數據交互示意

2.3 系統(tǒng)靈活性、適應性實現(xiàn)機制設計

作為軟件產品，其自身已具備一定的重復使用性；為了實現(xiàn)軟件產品在不同地區(qū)、不同單位的快速部署與應用，有必要針對橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)靈活性、適應性進行研究。針對當前橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)靈活性差的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)建立了數據庫操作權限及功能模塊權限的動態(tài)分配模塊，以及用戶組織結構自定義模塊，強化了系統(tǒng)靈活性，使系統(tǒng)對“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”的市場化管理模式均具有較好的適應性，可滿足不同管養(yǎng)模式下信息化管理的實際需要。圖6為系統(tǒng)權限控制示意圖。

圖6 系統(tǒng)權限控制示意

3 結束語

信息化、智慧化是現(xiàn)代橋梁管理的必然趨勢，功能需求分析是信息管理系統(tǒng)設計的重要依據之一；而總體設計是信息系統(tǒng)開發(fā)的基礎工作，決定了系統(tǒng)開發(fā)的質量，必須予以高度重視[8]。本文依托成都多個已采用新型橋梁市場化管養(yǎng)模式的工程項目，歸納整理的實現(xiàn)多單位業(yè)務協(xié)同的橋梁管理系統(tǒng)的功能需求及總體設計方案，可為此類系統(tǒng)的研發(fā)提供參考。

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