省級(jí)城市橋梁運(yùn)行監(jiān)測(cè)綜合管理平臺(tái)研發(fā)研究

文｜安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 杜賽賽 梁柱；安徽省高速公路試驗(yàn)檢測(cè)科研中心有限公司 丁緒聰 葉志文

橋梁是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全與人民生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，是充分發(fā)揮城市載體功能的重要基礎(chǔ)。近年來(lái)，由于先天缺陷、材料劣化、超載和養(yǎng)護(hù)管理不到位等因素的綜合作用，橋梁垮塌等安全性事故時(shí)有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。

為了確保橋梁、隧道等城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)行，更好的做好監(jiān)管、養(yǎng)護(hù)工作。2014年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)了《關(guān)于加快城市道路橋梁建設(shè)改造的通知》（建城[2014]90 號(hào)），通知要求：“推進(jìn)城市橋梁信息系統(tǒng)建設(shè)。各地要結(jié)合城市橋梁檔案管理、維修養(yǎng)護(hù)要求，加快建立完善城市橋梁信息管理系統(tǒng)?！卑不帐“踩a(chǎn)委員會(huì)印發(fā)《安徽省安全生產(chǎn)委員會(huì)2020年工作要點(diǎn)》（皖安[2020]1 號(hào)），在第三大點(diǎn)“深入開(kāi)展安全生產(chǎn)隱患排查，健全安全預(yù)防控制體系”中明確要求：“加強(qiáng)城市橋梁防護(hù)。加強(qiáng)橋梁等交通安全隱患點(diǎn)段的排查治理，進(jìn)一步提高橋梁安全防護(hù)水平，重點(diǎn)強(qiáng)化橋梁的超限超載治理。”隨著城市科學(xué)治理需求的不斷提升，利用橋梁在線監(jiān)測(cè)、檢測(cè)等信息，建立基于GIS+BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的城市基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)正當(dāng)其時(shí)。

1 建設(shè)目標(biāo)

按照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99-2017）管理制度要求，建立基于GIS+BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的省市縣三級(jí)城市橋梁運(yùn)行監(jiān)測(cè)綜合管理平臺(tái)，對(duì)橋梁完好率、日常巡檢完成率、定期檢測(cè)完成率、養(yǎng)護(hù)維修合格率等重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，全面掌握橋隧總體運(yùn)行情況及安全技術(shù)狀況，實(shí)現(xiàn)“一庫(kù)統(tǒng)合、一網(wǎng)統(tǒng)管、一屏通觀”，實(shí)現(xiàn)城市橋梁信息管理、日常巡查、檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修全過(guò)程信息化、智能化管理。

2 需求分析

2.1 橋梁信息化管理的需要

由于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為“獨(dú)立”項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投資較大、性?xún)r(jià)比有限，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件復(fù)用性低，研發(fā)、調(diào)試、部署周期長(zhǎng)，橋梁的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、利用難度大，影響橋梁管理者的實(shí)施積極性，特別是不利于在一些中小型橋梁上推廣和應(yīng)用。此外，系統(tǒng)建設(shè)完成并交付后，由于缺少專(zhuān)業(yè)人才，管理者在后期的系統(tǒng)維護(hù)、管理上也存在困難。因此，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集約化、平臺(tái)化成為城市中小橋梁群監(jiān)測(cè)的趨勢(shì)。

2.2 多源數(shù)據(jù)融合挖掘的需要

從信息的角度出發(fā)，橋梁結(jié)構(gòu)物養(yǎng)護(hù)工作是一個(gè)數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)應(yīng)用的過(guò)程，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該包括一切與結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括定巡檢檢測(cè)數(shù)據(jù)、橋梁在線健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的各類(lèi)參數(shù)量化數(shù)據(jù)、數(shù)值模型計(jì)算數(shù)據(jù)等。如此數(shù)量龐大、種類(lèi)多樣、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)，其價(jià)值不言而喻。但是目前現(xiàn)有的一些管理系統(tǒng)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)在這樣復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題面前，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，處理過(guò)程無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)化、智能化，導(dǎo)致付出了大量的人力、物力，但實(shí)際效果難以令人滿(mǎn)意。因此，基于多源的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析挖掘成為需要迫切解決的問(wèn)題。

2.3 輔助決策的需要

傳統(tǒng)上，橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況評(píng)估是通過(guò)人工目視檢查或借助便攜式儀器測(cè)量得到的信息進(jìn)行的。但是人工檢查的方法在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性，其需要大量人力、物力和財(cái)力并有諸多檢查盲點(diǎn)，評(píng)估結(jié)果主要取決于檢查人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，主觀性強(qiáng)，難以量化。許多重要的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)期連續(xù)的積累，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸類(lèi)，才能正確評(píng)估橋梁工作狀態(tài)。且大型橋梁或橋梁群檢測(cè)周期長(zhǎng)，這使得在有重大事故或嚴(yán)重自然災(zāi)害的情況下，不能向養(yǎng)管部門(mén)提供即時(shí)信息。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展成熟，綜合利用橋梁在線監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、交通監(jiān)控等多種信息化手段，通過(guò)多源信息的深度分析，全面掌握橋梁結(jié)構(gòu)的安全使用情況，提升橋梁管養(yǎng)科學(xué)化水平，為管養(yǎng)決策提供依據(jù)。

3 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

平臺(tái)業(yè)務(wù)由基礎(chǔ)信息、檢測(cè)評(píng)估、養(yǎng)護(hù)維修、系統(tǒng)建設(shè)、隱患整治和信息化建設(shè)組成各個(gè)微服務(wù)，使用SpringBoot 框架，各微服務(wù)之間基于HTTP 進(jìn)行通信；技術(shù)采用前后端分離框架。用戶(hù)可通過(guò)電腦端訪問(wèn)，訪問(wèn)通過(guò)Nginx 到達(dá)API 網(wǎng)關(guān)，經(jīng)網(wǎng)關(guān)認(rèn)證授權(quán)后，有權(quán)限的用戶(hù)才能通過(guò)，并利用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、訪問(wèn)合適的服務(wù)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分，緩存采用Redis，基本數(shù)據(jù)采用的MySQL 存儲(chǔ)，消息隊(duì)列使用Kafka。平臺(tái)支持省市縣三級(jí)用戶(hù)登錄，能根據(jù)用戶(hù)級(jí)別進(jìn)行切換。

城市橋梁運(yùn)行監(jiān)測(cè)綜合管理平臺(tái)的總體框架主要包含四個(gè)層次，即數(shù)據(jù)資源管理層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層、平臺(tái)展現(xiàn)層。

數(shù)據(jù)管理層：主要由數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)組成，其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、養(yǎng)護(hù)維修記錄數(shù)據(jù)、檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)及其它信息資源庫(kù)等。非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是由一些圖片、文件型的數(shù)據(jù)構(gòu)成。

圖1 平臺(tái)總體框架圖

應(yīng)用支撐層：主要包括支撐服務(wù) （表單工具、文件服務(wù)、權(quán)限管理、BIM 服務(wù)、地圖服務(wù)）、服務(wù)通信（消息中間件、RPC服務(wù)、REST 服務(wù)）和服務(wù)管理（配置管理、系統(tǒng)監(jiān)控和注冊(cè)發(fā)現(xiàn)）。通過(guò)應(yīng)用支撐層，實(shí)現(xiàn)界面集成、應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)集成及流程集成，通過(guò)四個(gè)集成來(lái)達(dá)到平臺(tái)的集成效果。

業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)層：主要包括基礎(chǔ)信息子系統(tǒng)、檢測(cè)評(píng)估子系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)維護(hù)子系統(tǒng)、體系建設(shè)子系統(tǒng)、隱患整治子系統(tǒng)、信息化建設(shè)子系統(tǒng)、系統(tǒng)API接口和平臺(tái)維護(hù)等。

平臺(tái)展示層：主要由工作站、大屏、業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)等組成。

4 功能實(shí)現(xiàn)

4.1 基礎(chǔ)信息

具有GIS 地圖、城市橋梁數(shù)量統(tǒng)計(jì)、城市橋梁類(lèi)別統(tǒng)計(jì)、橋梁橋型分類(lèi)統(tǒng)計(jì)、城市橋梁分類(lèi)等板塊。

（1）GIS 地圖

①總數(shù)總長(zhǎng):展示橋梁總座數(shù)、橋梁總長(zhǎng)、總面積。

②城市橋梁類(lèi)別統(tǒng)計(jì)：展示車(chē)行橋梁、人行天橋、人行地下通道、隧道的數(shù)量。

③各地市橋梁統(tǒng)計(jì)：展示各地市按照橋梁數(shù)量排序。

④橋梁橋型分類(lèi)：展示梁式橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋、組合橋數(shù)量及占比。

⑤建設(shè)年代分布：展示城市橋梁數(shù)，橋梁建成年代明確的橋梁數(shù)、占比，橋齡不詳?shù)臉蛄簲?shù)、占比；橋梁建成年代明確的橋梁中，橋齡在1～10年的橋梁數(shù)、占比；橋齡在11～20年的橋梁數(shù)、占比；橋齡在21～30年的橋梁、占比；橋齡在30年以上的橋梁數(shù)、占比。

⑥一橋一檔：展示已建立“橋梁資料卡”橋梁數(shù)，占比。

⑦橋長(zhǎng)分類(lèi)：展示小橋、中橋、大橋、特大橋橋梁數(shù)。

（2）橋梁概況

①橋梁概況：文字內(nèi)容，包括城市橋梁的坐落位置（省、市、區(qū)/縣、所在路名）、建成年月、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、道路等級(jí)、設(shè)計(jì)荷載、橋梁總長(zhǎng)、橋梁總寬、斷面布置、主要設(shè)施量等信息。

②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖片內(nèi)容，包括城市橋梁的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖。

③BIM 模型：可對(duì)橋梁BIM 模型進(jìn)行操作。

④附照：圖片內(nèi)容，主要為反映橋梁整體情況的圖片。

（3）橋梁資料卡

按照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99-2017）附錄B 中的資料卡格式展示城市橋梁信息，包括基本信息[橋梁名稱(chēng)、所在路名、跨越、等級(jí)]、一般資料（如管理單位、建成年月、養(yǎng)護(hù)類(lèi)別等）、上部結(jié)構(gòu)（如主梁尺寸、主梁數(shù)量、支座型式等）、附屬工程（如集水口尺寸、泄水管尺寸、欄桿結(jié)構(gòu)等）、下部結(jié)構(gòu)（如橋墩數(shù)量、基樁尺寸、橋臺(tái)數(shù)量等）、附掛管線（如給水管、燃?xì)夤?、電力纜等）。

4.2 檢測(cè)評(píng)估

具有檢測(cè)開(kāi)展情況統(tǒng)計(jì)、橋梁完好狀態(tài)等級(jí)統(tǒng)計(jì)、未檢測(cè)橋梁情況、隱患橋梁等板塊。

（1）檢測(cè)開(kāi)展情況。展示檢測(cè)數(shù)量/橋梁數(shù)量檢測(cè)率數(shù)據(jù)，各地市按檢測(cè)率排名等。

（2）橋梁完好狀態(tài)。展示全省的城市橋梁總數(shù)?？梢詫?duì)省所轄各市/縣（區(qū)）的城市橋梁數(shù)量進(jìn)行排序，能夠展示全省完好狀態(tài)等級(jí)為A 級(jí)、B 級(jí)、C 級(jí)、D 級(jí)、E級(jí)的城市橋梁比例。

（3）未檢測(cè)橋梁情況。展示全省未檢測(cè)橋梁總數(shù)、建設(shè)年代、橋齡分布信息。

（4）隱患橋梁。展示全省的城市橋梁隱患橋梁總數(shù)?？梢詫?duì)省所轄各市/縣（區(qū)）的城市橋梁數(shù)量進(jìn)行排序，能夠展示全省/市/縣完好狀態(tài)等級(jí)為D 級(jí)、E 級(jí)的城市橋梁比例。

（5）GIS 地圖。展示檢測(cè)評(píng)估專(zhuān)題圖，各市區(qū)塊可根據(jù)橋梁數(shù)據(jù)顯示不同的顏色，點(diǎn)擊或者鼠標(biāo)滑動(dòng)到地市區(qū)域，顯示該區(qū)域橋梁基礎(chǔ)信息和詳情，點(diǎn)擊詳情，進(jìn)入該地市默認(rèn)GIS 地圖界面，并能返回省級(jí)；各市區(qū)塊顏色變化可根據(jù)不同指標(biāo)進(jìn)行切換，指標(biāo)包括：檢測(cè)率地市分布、完好率分布、危橋數(shù)量分布等。

4.3 養(yǎng)護(hù)維修

具有總體信息、養(yǎng)護(hù)維修情況統(tǒng)計(jì)、護(hù)欄改造、GIS 地圖等板塊。

（1）總體情況

展示橋梁總數(shù)、維修率、歸檔率、維修質(zhì)量合格率，維修金額，各地市已維修橋梁占比排名等。

（2）養(yǎng)護(hù)信息

展示橋梁養(yǎng)護(hù)類(lèi)別Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各個(gè)類(lèi)別橋梁數(shù)及占比；展示橋梁養(yǎng)護(hù)等級(jí)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各個(gè)等級(jí)橋梁數(shù)及占比。

（3）維修情況

展示伸縮縫、泄水孔、護(hù)欄、橋墩橋臺(tái)、支座、橋面鋪裝、標(biāo)志標(biāo)牌等維修內(nèi)容的橋梁數(shù)及占比；展示小修、中修、大修、加固及改擴(kuò)建等維修類(lèi)別的數(shù)量及占比。

（4）護(hù)欄升級(jí)改造情況統(tǒng)計(jì)

展示應(yīng)設(shè)未設(shè)護(hù)欄或等級(jí)不足、護(hù)欄高度滿(mǎn)足規(guī)范要求、欄桿主體及基礎(chǔ)或連接受損、欄桿凈間距滿(mǎn)足規(guī)范要求、路緣石高度滿(mǎn)足規(guī)范要求、制定升級(jí)改造方案的城市橋梁數(shù)量及比例。

（5）GIS 地圖

①GIS 地圖：GIS 地圖中的市/縣（區(qū)）應(yīng)顯示不同的顏色，區(qū)域性橋梁數(shù)量要能夠以熱點(diǎn)形式展示在GIS 地圖中。

②自定義搜索：在GIS 地圖的頁(yè)面上方提供城市橋梁名稱(chēng)、完好狀態(tài)等級(jí)（最近一次定期檢測(cè)的完好狀態(tài)等級(jí)）、養(yǎng)護(hù)類(lèi)別、養(yǎng)護(hù)等級(jí)的搜索框，搜索結(jié)果以熱點(diǎn)（集群）或橋梁icon（單個(gè)）形式展示在GIS地圖中。

4.4 體系建設(shè)

具有管理體系建設(shè)情況、制度制定情況、養(yǎng)護(hù)規(guī)劃制定情況等板塊。

（1）管理體系建設(shè)情況

①安全應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組組建情況：展示由責(zé)任主體單位成立的安全應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組的組長(zhǎng)、職務(wù)、聯(lián)系方式。

②城市橋梁專(zhuān)業(yè)管養(yǎng)人員配置情況：展示責(zé)任主體單位管理的橋梁養(yǎng)護(hù)工程師人數(shù)。

（2）制度制定情況

①一橋一檔：展示一橋一檔建檔數(shù)及各個(gè)地市橋梁建檔率排名。

②巡查機(jī)制：展示各個(gè)等級(jí)橋梁的巡查率及各個(gè)地市的巡查率排名。

③檢測(cè)機(jī)制：展示各個(gè)等級(jí)橋梁的檢測(cè)率及各個(gè)地市的檢測(cè)率排名。

4.5 隱患整治

具有GIS 地圖、重點(diǎn)隱患橋梁情況統(tǒng)計(jì)、抽檢評(píng)估情況等板塊。

（1）GIS 地圖

①GIS 地圖：GIS 地圖中的市/縣（區(qū)）應(yīng)顯示不同的顏色，城市重點(diǎn)隱患橋梁以icon 形式展示在GIS 地圖中。

②城市重點(diǎn)隱患橋梁卡片：點(diǎn)擊GIS地圖中的橋梁icon 彈出重點(diǎn)隱患橋梁簡(jiǎn)介卡片的提示框，包含橋梁名稱(chēng)、技術(shù)狀況等級(jí)、是否設(shè)置警示標(biāo)志、主要安全隱患、整改措施、計(jì)劃完成時(shí)間等內(nèi)容。

③技術(shù)狀況等級(jí)展示：不同技術(shù)狀況等級(jí)（D 級(jí)、E 級(jí)）的重點(diǎn)隱患橋梁的icon對(duì)應(yīng)不用的顏色。

（2）城市重點(diǎn)隱患橋梁統(tǒng)計(jì)

展示重點(diǎn)隱患橋梁的數(shù)量及比例、技術(shù)狀況等級(jí)比例、重點(diǎn)橋梁整改情況、病害部位、建成年代及橋齡分布等信息。

（3）抽檢評(píng)估

展示全省抽檢橋梁數(shù)，橋梁完好狀態(tài)等級(jí)評(píng)定情況。

4.6 信息化建設(shè)

具有GIS 地圖、橋梁信息管理系統(tǒng)建設(shè)情況、橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)情況等板塊。

（1）GIS 地圖

①GIS 地圖：GIS 地圖中的市/縣（區(qū)）應(yīng)顯示不同的顏色，已安裝安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的城市橋梁以icon 形式展示在GIS 地圖中。

②橋梁監(jiān)測(cè)信息簡(jiǎn)介卡片：點(diǎn)擊GIS地圖中的橋梁icon 彈出橋梁監(jiān)測(cè)信息簡(jiǎn)介卡片的提示框，橋梁監(jiān)測(cè)部分包含橋梁名稱(chēng)、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、橋梁跨度、橋梁全長(zhǎng)、橋梁全寬、通車(chē)年月、系統(tǒng)建設(shè)單位、系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間、是否有專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護(hù)、橋梁圖片等信息。提示框中應(yīng)分別提供“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”的超鏈接。

（2）橋梁信息管理系統(tǒng)建設(shè)情況

若未建立系統(tǒng)，提示未建立系統(tǒng)。省級(jí)用戶(hù)可以查看市級(jí)或縣級(jí)的系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的展示內(nèi)容也會(huì)從數(shù)量及比例統(tǒng)計(jì)變?yōu)榛厩闆r展示。

（3）橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)情況

展示安裝安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的橋梁總數(shù)、各市/縣（區(qū)）安裝安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的橋梁數(shù)量，可以基于所有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展示各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（應(yīng)變、位移、撓度、振動(dòng)、索力、地震、能見(jiàn)度、風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度、其他）的數(shù)量。

5 結(jié)語(yǔ)

平臺(tái)在充分的技術(shù)調(diào)研、橋隧管理現(xiàn)狀及需求調(diào)研的基礎(chǔ)上，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以用戶(hù)為中心，以服務(wù)安全監(jiān)管為宗旨，以提高橋隧安全運(yùn)行科技保障水平為目標(biāo)，融合運(yùn)用GIS+BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)開(kāi)展研發(fā)工作，并經(jīng)過(guò)試點(diǎn)城市驗(yàn)證后，未來(lái)可以各市縣單位進(jìn)行推廣。