公路橋梁檢測管理系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計

楊泰維，晉民杰，韓智強(qiáng)

(太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，太原 030024)

公路橋梁的技術(shù)狀況是否滿足行車要求對道路的暢通和車輛行駛的安全有著直接的影響,同時也影響著公路橋梁的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。我國現(xiàn)有橋梁八十多萬座,建設(shè)運(yùn)行于不同的時間點(diǎn)，在橋梁運(yùn)行使用的過程中,隨著環(huán)境因素與行車荷載的不斷影響,橋梁技術(shù)狀況呈現(xiàn)不斷下滑的趨勢。隨著我國經(jīng)濟(jì)和公路建設(shè)的快速發(fā)展,車輛保有量和公路運(yùn)輸量也都有了大幅度的增加,車輛大型化趨勢不斷加大,車輛數(shù)量不斷增加，與此同時，超限、超載車輛也不斷增多[1]。特別是近三十年來,交通運(yùn)輸流量的不斷增加,導(dǎo)致了公路橋梁的負(fù)荷日趨加重,使很多橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害,并不斷加劇,嚴(yán)重影響到了現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命周期和結(jié)構(gòu)安全。

近年來，橋梁管理系統(tǒng)的研究得到了工程師的普遍重視，得以快速發(fā)展，同時對橋梁的評估也提出來很多建議和改進(jìn)方案。文獻(xiàn)[2-6]對國內(nèi)外的橋梁管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，采用了多種方式進(jìn)行了橋梁管理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，為橋梁管理系統(tǒng)的構(gòu)建提供了有益的借鑒，提供了設(shè)計建設(shè)橋梁管理系統(tǒng)的新的思維方式。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的要求，及時了解運(yùn)營橋梁的技術(shù)狀況，本文對國內(nèi)已有的評估系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計，基于Javaweb的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和Mysql數(shù)據(jù)庫進(jìn)行橋梁評估系統(tǒng)的二次開發(fā)，其開發(fā)系統(tǒng)可以較好的滿足橋梁的檢測與評估。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

開發(fā)公路橋梁檢測系統(tǒng)，其目的是為了適應(yīng)橋梁檢測當(dāng)中越來越繁瑣的工作量，提高橋梁檢測的效率和準(zhǔn)確性，為橋梁養(yǎng)護(hù)和維修工作提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)，縮短橋梁檢測周期[7-9]。根據(jù)對目前的橋梁檢測機(jī)構(gòu)和目前橋梁檢測工作的現(xiàn)狀的調(diào)查和分析，總結(jié)了目前橋梁檢測過程中遇到的瓶頸和困難，提出了本系統(tǒng)要完成的目標(biāo)如下：

(1)系統(tǒng)記錄橋梁的各方面信息，橋梁的信息較為龐雜，通過詳細(xì)的記錄橋梁各方面的信息來對橋梁進(jìn)行歸納。方便對橋梁信息進(jìn)行統(tǒng)計、查詢和修改。

(2)系統(tǒng)可以輸入橋梁的各種病害，對不同病害進(jìn)行分類存儲，實現(xiàn)操作從繁化簡、快捷查詢和修改的目的。

(3)系統(tǒng)對橋梁和用戶的信息安全進(jìn)行加密保護(hù)，采用嚴(yán)格的加密技術(shù)保證系統(tǒng)在使用當(dāng)中安全可靠[10]。

(4)系統(tǒng)采用人工智能對橋梁輸入的信息進(jìn)行分析計算，得出橋梁評定的相關(guān)數(shù)據(jù)，幫助檢測人員評定橋梁的等級和提出保養(yǎng)、維修的建議。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

公路橋梁檢測系統(tǒng)是針對已經(jīng)投入使用并且經(jīng)過了一定時間的運(yùn)行，到了規(guī)范規(guī)定的橋梁檢測周期的橋梁。需要對橋梁的基本信息、病害信息、技術(shù)狀況評定等級等一些信息進(jìn)行錄入、存儲、整理、分析計算等操作。因此，在以完成目標(biāo)功能為目的的前提下，對整個系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了如下設(shè)計：

(1)登錄功能：包含用戶的登錄和注冊，該功能加入了驗證碼和安全秘鑰功能，保障了用戶在使用系統(tǒng)時的數(shù)據(jù)安全。

(2)基本操作模塊：包含了管理員信息管理功能和管理員信息添加功能，管理員信息管理即用戶信息管理[11-12]。

(3)橋梁基本信息管理模塊：包含橋梁基本信息管理、橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)數(shù)據(jù)管理、橋梁上下部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理、橋梁檔案資料信息管理、橋梁最近技術(shù)狀況評定管理、橋梁修建工程記錄管理和橋梁照信息管理等功能。通過這些功能對橋梁的基本信息進(jìn)行統(tǒng)計、存儲、修改和查詢。

(4)橋梁檢測結(jié)果功能模塊：該功能將橋梁各個結(jié)構(gòu)分為17個部分，這也是在進(jìn)行橋梁檢測時規(guī)范規(guī)定的檢測分類方式。該功能通過對這17個部分分別錄入病害的方式，實現(xiàn)了對橋梁病害的有效管理和分析。

(5)橋梁無損檢測結(jié)果功能模塊：該模塊包含混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果、混凝土碳化狀況檢測結(jié)果、混凝土保護(hù)層厚度檢測結(jié)果等功能[13-14]。該模塊對橋梁混凝土的各項指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計和分析計算。

(6)橋梁線形檢測模塊：該模塊分別對橋面左右兩側(cè)的線形實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計和分析。

(7)橋梁技術(shù)狀況評定模塊：該模塊包含部件權(quán)重重分配、橋梁上部技術(shù)狀況評分、橋梁下部技術(shù)狀況評分、橋面系技術(shù)狀況評分、全橋技術(shù)狀況評分及等級分析等功能。該模塊對橋梁的各部分技術(shù)狀況進(jìn)行了分析計算，并且對整個橋梁的技術(shù)狀況也進(jìn)行了規(guī)范的評定。

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，本系統(tǒng)應(yīng)用了J2EE、MySql數(shù)據(jù)庫、JavaWeb等相關(guān)軟件和技術(shù)，其功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 公路橋梁檢測系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Functional structural diagram of highway bridge detection system

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)開發(fā)選用了MySql數(shù)據(jù)庫來完成數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用，MySql是一個開放的、快速的、多線程的、多用戶的SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。工作模式是基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)針對橋梁檢測的功能要求，設(shè)計了一系列數(shù)據(jù)庫表，通過這些數(shù)據(jù)庫表來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，同時，也為系統(tǒng)中的計算和分析提供數(shù)據(jù)支持。各數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計如下：

表1到表5為橋梁基本信息管理模塊數(shù)據(jù)庫表，該模塊涉及到的數(shù)據(jù)類型、字段、信息存儲數(shù)據(jù)如下表所示。

表1 橋梁基本信息數(shù)據(jù)庫表

續(xù)表1

序號字段名類型描述7functiontychar功能類型8passagenamechar下穿通道名9pilenumberchar下穿通道樁號10designloadchar設(shè)計荷載11trafficloadchar通行載重12bendslopechar彎斜坡度13bridgedeckpavchar橋面鋪裝14manageunitchar管養(yǎng)單位15completiontimechar建成年限

表2 橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)數(shù)據(jù)庫表

表3 橋梁檔案資料數(shù)據(jù)庫表

表4 橋梁最近技術(shù)狀況評定數(shù)據(jù)庫表

表5 橋梁修建工程記錄數(shù)據(jù)庫表

表6為橋梁病害錄入數(shù)據(jù)庫表，雖然本系統(tǒng)將橋梁病害分為了17個部分，但由于病害信息錄入時所要求錄入的信息內(nèi)容并無差別，因此，用表6就可以代表17個部分的病害錄入信息，其數(shù)據(jù)類型、字段、信息存儲數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 橋梁病害錄入數(shù)據(jù)庫表

表7到表9為無損檢測結(jié)果模塊數(shù)據(jù)庫表，該模塊中的混凝土回彈強(qiáng)度、碳化深度、保護(hù)層厚度各參數(shù)及系數(shù)值如下表所示，同時各字段名和數(shù)據(jù)類型也在下表中給出。

表7 橋梁混凝土回彈強(qiáng)度評定數(shù)據(jù)庫表

表8 橋梁混凝土碳化深度評定數(shù)據(jù)庫表

表9 橋梁混凝土保護(hù)層厚度評定數(shù)據(jù)庫表

表10到表14為橋梁技術(shù)狀況評定模塊中的相關(guān)數(shù)據(jù)庫表，其中，權(quán)重重新分配、上下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分、橋面系技術(shù)狀況評分和全橋技術(shù)狀況評分中需要用到橋梁信息、各相關(guān)數(shù)據(jù)都一一列出，并且對這些數(shù)據(jù)的字段名和數(shù)據(jù)類型都進(jìn)行了定義和設(shè)置。

表10 橋梁部件權(quán)重重分配數(shù)據(jù)庫表

表11 橋梁上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分?jǐn)?shù)據(jù)庫表

表12 橋梁下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分?jǐn)?shù)據(jù)庫表

表13 橋梁橋面系技術(shù)狀況評分?jǐn)?shù)據(jù)庫表

4 系統(tǒng)運(yùn)行與分析

構(gòu)建好系統(tǒng)之后，要對系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，以判斷設(shè)計的系統(tǒng)是否能夠完成目標(biāo)任務(wù)。系統(tǒng)為網(wǎng)頁版，基于Javaweb開發(fā)，系統(tǒng)連接好數(shù)據(jù)庫后，在網(wǎng)頁搜索框中輸入http://localhost:8080/bridgemm/即可打開橋梁檢測系統(tǒng)登錄界面。如圖2所示，在登錄界面輸入賬號、密碼和驗證碼即可進(jìn)入橋梁管理系統(tǒng)界面，如圖3所示，在管理界面可以看到各功能模塊的設(shè)計和區(qū)域分布。

圖2 橋梁檢測系統(tǒng)登錄界面圖Fig.2 Login interface diagram of bridge detection system

圖3 橋梁管理系統(tǒng)功能布局圖Fig.3 Functional layout of bridge management system

圖4所示為橋梁管理員信息模塊，在這里可以添加系統(tǒng)的用戶和管理者。

圖4 橋梁管理系統(tǒng)管理員信息圖Fig.4 Bridge management system manager information diagram

圖5所示為橋梁病害錄入系統(tǒng)，如圖5所示，系統(tǒng)可以對橋梁的病害位置進(jìn)行描述，統(tǒng)計具有病害的構(gòu)件編號、構(gòu)件路徑、病害標(biāo)度。并且可以給出構(gòu)件的評分。

圖5 橋梁管理系統(tǒng)病害錄入圖Fig.5 Disease input map of bridge management system

圖6 橋梁管理系統(tǒng)檢測結(jié)果圖Fig.6 Bridge management system test results diagram

圖6所示為系統(tǒng)對橋梁的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計計算，對橋梁的測值進(jìn)行計算，得出了病害對橋梁的危害影響程度和構(gòu)件的病害評判數(shù)據(jù)，通過對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以判斷橋梁的使用狀況和病害對橋梁的侵害程度。

通過對系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果和實際橋梁檢測情況進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)統(tǒng)計分析與實際情況進(jìn)本相符，但通過系統(tǒng)進(jìn)行的檢測速度得到了顯著的提升。同時，準(zhǔn)確率也得到了較好的保障。

5 結(jié)論

本文介紹了公路橋梁檢測管理系統(tǒng)的設(shè)計與研究，通過分析橋梁檢測的現(xiàn)狀對橋梁檢測系統(tǒng)進(jìn)行了功能設(shè)計。并通過J2EE、MySql數(shù)據(jù)庫、JavaWeb等技術(shù)對系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了設(shè)計和研究。系統(tǒng)將橋梁信息進(jìn)行了完善的統(tǒng)計，對橋梁病害進(jìn)行了詳細(xì)的區(qū)分錄入，對橋梁各部分技術(shù)狀況評定進(jìn)行了分析和計算。該系統(tǒng)提高了公路橋梁養(yǎng)護(hù)機(jī)構(gòu)和測試維護(hù)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析效率、病害錄入分析效率、提高了橋梁技術(shù)狀況評價的準(zhǔn)確率。為橋梁相關(guān)系統(tǒng)如何設(shè)置功能模塊、如何設(shè)置橋梁信息數(shù)據(jù)、病害數(shù)據(jù)、測試值數(shù)據(jù)和評定數(shù)據(jù)提供了參考依據(jù)。