信息化監(jiān)控技術(shù)在公路橋梁養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

郭麗波

山西宏泰達(dá)建筑工程有限公司 山西 太原 030000

引言

隨著信息化技術(shù)的不斷升級(jí)發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都在積極開(kāi)展信息化建設(shè)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展形勢(shì)，在公路橋梁養(yǎng)護(hù)作業(yè)中合理應(yīng)用相關(guān)信息化技術(shù)，是優(yōu)化和改進(jìn)公路橋梁養(yǎng)護(hù)的重要舉措，同時(shí)也是公路橋梁養(yǎng)護(hù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，目前信息化監(jiān)控技術(shù)在社會(huì)各個(gè)方面的應(yīng)用十分廣泛，有效分析基于信息化監(jiān)控技術(shù)的公路橋梁養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，借鑒實(shí)際案例深入探索公路橋梁養(yǎng)護(hù)對(duì)信息化監(jiān)控技術(shù)的具體應(yīng)用，對(duì)于公路橋梁養(yǎng)護(hù)作業(yè)的實(shí)施和公路橋梁養(yǎng)護(hù)的發(fā)展具有重要意義。

1 公路橋梁養(yǎng)護(hù)信息技術(shù)

現(xiàn)代技術(shù)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，國(guó)際上這方面技術(shù)最先進(jìn)的是一些歐美國(guó)家，他們?cè)诼窐蝠B(yǎng)護(hù)方面研制出了高精確度的定位系統(tǒng)，把路橋工程的養(yǎng)護(hù)期限進(jìn)行了壓縮，養(yǎng)護(hù)效率的提高讓工程成本得到有效控制，全球定位系統(tǒng)在路橋工程養(yǎng)護(hù)中的運(yùn)用就是很好的例子，同時(shí)路橋工程進(jìn)行病害的提前診治以日本居于全球領(lǐng)先地位，路橋養(yǎng)護(hù)中的預(yù)警系統(tǒng)就是其代表作，對(duì)預(yù)防類似地震等災(zāi)害效果顯著，國(guó)內(nèi)目前在這方面雖然比較落后，但是也取得了一定進(jìn)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)擔(dān)綱的多級(jí)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的驗(yàn)收應(yīng)用初見(jiàn)成效，它是通過(guò)對(duì)路橋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化分級(jí)，達(dá)到理想的養(yǎng)護(hù)效果，目前正在研制中的路橋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的多種模式識(shí)別技術(shù)有望早日問(wèn)世讓路橋養(yǎng)護(hù)作業(yè)逐步向自動(dòng)化智能化方向靠攏。

中國(guó)國(guó)力的增強(qiáng)讓信息技術(shù)早已在多個(gè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用，信息技術(shù)是一個(gè)比較籠統(tǒng)的概念，它有許多分支技術(shù)，信息化存儲(chǔ)，監(jiān)控以及處理都在此列，以信息化監(jiān)控技術(shù)為例，它是基于網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，同時(shí)引入了數(shù)據(jù)庫(kù)，多媒體等結(jié)構(gòu)性內(nèi)容，把數(shù)據(jù)采集與分析整理進(jìn)行模塊集成，得到最終路橋養(yǎng)護(hù)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，管理機(jī)構(gòu)以此為據(jù)制定養(yǎng)護(hù)作業(yè)方案。

2 信息化監(jiān)控技術(shù)公路橋梁養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主體功能

路橋工程養(yǎng)護(hù)作業(yè)由多個(gè)內(nèi)容組成，其中包括監(jiān)測(cè)使用情況，制定執(zhí)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)方案以及工程驗(yàn)收等等，要利用信息化技術(shù)對(duì)路橋養(yǎng)護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，有幾個(gè)方面的功能：能提供詳細(xì)準(zhǔn)確的路橋使用數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)路橋使用過(guò)程中潛在的病害區(qū)域做出初步預(yù)防監(jiān)測(cè)，確保制定高操作性的路橋養(yǎng)護(hù)方案，高效完整地執(zhí)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)和工程驗(yàn)收流程等。

路橋工程養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)有兩方面的主體功能，一是路橋工程精準(zhǔn)的使用過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，二是高效的養(yǎng)護(hù)過(guò)程，這兩種主體功能在整個(gè)系統(tǒng)中各自達(dá)到30%的比重，次要的二級(jí)比重也有兩個(gè)，一是路橋工程可操作性的養(yǎng)護(hù)方案，二是完整的驗(yàn)收環(huán)節(jié)，各自在整個(gè)系統(tǒng)中達(dá)到大約15%的比重，剩下的10%左右比重則屬于一般性預(yù)測(cè)路橋工程病害，它在整個(gè)系統(tǒng)中屬于三級(jí)養(yǎng)護(hù)，這項(xiàng)預(yù)測(cè)功能的主要作用是分析病害出現(xiàn)概率，其數(shù)據(jù)的誤差率較大，常當(dāng)作輔助功能使用[1]。

2.2 系統(tǒng)模型搭建

采用信息化監(jiān)控技術(shù)，在系統(tǒng)原有功能以及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行路橋工程養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)模型的構(gòu)建，這個(gè)系統(tǒng)的基本架構(gòu)基礎(chǔ)是系統(tǒng)的交換機(jī)和底層網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)引入數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算機(jī)和服務(wù)器等軟件，把傳感器和視頻監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)整合分析再向數(shù)據(jù)獲取單元傳輸并在此處理，得出具體的判定指標(biāo)，包括一般性，高效性，可操作性，完整性以及精準(zhǔn)性，養(yǎng)護(hù)方案的最終形成由系統(tǒng)傳輸單元完成。

3 工程實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程概況

以位于廣西桂林的陽(yáng)江公路大橋?yàn)槔慕ǔ赏ㄜ嚂r(shí)間是2014年，起點(diǎn)位于中隱路，終點(diǎn)位于侯山道，東西走向，長(zhǎng)485m，本公路橋每年都有年度養(yǎng)護(hù)工作規(guī)劃，2017到2018年度的養(yǎng)護(hù)規(guī)劃明確提出了關(guān)于時(shí)效性與精準(zhǔn)性指標(biāo)，其技術(shù)應(yīng)用方案初步確定為信息化監(jiān)控技術(shù)，以達(dá)到成本控制的目的。

3.2 管理系統(tǒng)

健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能做到遠(yuǎn)程，實(shí)時(shí)智能化的橋梁監(jiān)測(cè)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)大橋使用情況和結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，管理機(jī)構(gòu)由此制定定期養(yǎng)護(hù)作業(yè)方案的制定，達(dá)到維護(hù)大橋使用安全的目的，同時(shí)利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可驗(yàn)證大橋設(shè)計(jì)方案中的技術(shù)參數(shù)和當(dāng)初的假定是否準(zhǔn)確可靠，用于后續(xù)的科研工作。對(duì)路橋工程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，最基本的要素就是數(shù)據(jù)，人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集更新不能保證較高效率，拖累整個(gè)系統(tǒng)也效率不高，而信息化監(jiān)控技術(shù)條件下養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，能快速獲取路橋健康數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確及時(shí)地測(cè)評(píng)橋梁狀態(tài)，同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)橋體安全數(shù)據(jù)，反過(guò)來(lái)為橋梁健康監(jiān)測(cè)提供參考依據(jù)，由此可見(jiàn)，針對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)建立的健康監(jiān)測(cè)與養(yǎng)護(hù)管理兩個(gè)系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)信息共享。

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，須構(gòu)建系統(tǒng)項(xiàng)目庫(kù)，病害庫(kù)，決策庫(kù)以及計(jì)劃庫(kù)，對(duì)所有涉及文件和病害信息進(jìn)行儲(chǔ)存和解析，方便隨時(shí)檢索，通過(guò)信息共享互相利用，路橋養(yǎng)護(hù)管理在此基礎(chǔ)上建成完整性極高的工作流程，數(shù)據(jù)在所有系統(tǒng)功能庫(kù)中的流動(dòng)都是雙向進(jìn)行的，管理過(guò)程始終處于動(dòng)態(tài)當(dāng)中，先進(jìn)的系統(tǒng)和技術(shù)讓數(shù)據(jù)記錄更系統(tǒng)清晰[2]。

①病害庫(kù)：整個(gè)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的最基礎(chǔ)模塊就是病害庫(kù)，病害數(shù)據(jù)的數(shù)量是很驚人的，它們統(tǒng)一經(jīng)由病害庫(kù)向系統(tǒng)輸送，后續(xù)所有功能庫(kù)都從病害庫(kù)獲取數(shù)據(jù)；②項(xiàng)目庫(kù)：項(xiàng)目庫(kù)數(shù)據(jù)來(lái)源是管理人員對(duì)病害庫(kù)里的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記并嚴(yán)格篩選后添加進(jìn)來(lái)的，它是數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作用是對(duì)篩選來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整儲(chǔ)存，管理人員如需進(jìn)行維修計(jì)劃的制定，可直接由此提取數(shù)據(jù)，不用再去病害庫(kù)檢索，養(yǎng)護(hù)管理的年度計(jì)劃制定的數(shù)據(jù)來(lái)源都是項(xiàng)目庫(kù)，所以它的功能也是計(jì)劃庫(kù)數(shù)據(jù)備選功能庫(kù)。數(shù)據(jù)組合篩分的原則是輕重緩急，所見(jiàn)所得，科學(xué)高效和認(rèn)識(shí)清晰，具體流程是結(jié)構(gòu)性拆分病害庫(kù)數(shù)據(jù)，再結(jié)合多維組合與模糊查詢，再進(jìn)行組合排序和提取標(biāo)記項(xiàng)完成整個(gè)流程，從而實(shí)現(xiàn)以全局視角預(yù)覽橋體構(gòu)件病害情況，對(duì)病害的分布和程度的認(rèn)識(shí)更直觀可視，真實(shí)準(zhǔn)確，確定采取打包處理還是零散處理，實(shí)現(xiàn)病害庫(kù)數(shù)據(jù)可快速向項(xiàng)目庫(kù)提?。虎塾?jì)劃庫(kù)：它的功能比項(xiàng)目庫(kù)更重要，它負(fù)責(zé)向年度報(bào)批計(jì)劃提供數(shù)據(jù)，相關(guān)計(jì)劃庫(kù)結(jié)合病害庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行病害評(píng)估，評(píng)估依據(jù)是維修的緊迫度和病害有多嚴(yán)重，從中提取維修最緊要的病害數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)劃庫(kù)，形成年度維修計(jì)劃，其他次要數(shù)據(jù)繼續(xù)在項(xiàng)目庫(kù)中滾動(dòng)，但是管理人員要提高關(guān)注度，作為后續(xù)備選年度計(jì)劃。年度計(jì)劃一旦確定，進(jìn)入預(yù)先設(shè)定的決策庫(kù)自動(dòng)生成維修方法；④決策庫(kù)：它的特點(diǎn)是可以迭代形成，它負(fù)責(zé)記錄典型橋梁病害的案例分析，包括成因，維修方法等，所有數(shù)據(jù)信息都會(huì)分類歸檔，決策庫(kù)內(nèi)存有的匹配信息，與錄入數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，二者自動(dòng)生成維修方法，還能在系統(tǒng)內(nèi)部根據(jù)病害程度和范圍以及相關(guān)價(jià)格，對(duì)維修作業(yè)概算自動(dòng)生成；⑤管理工具：一是篩選，篩選過(guò)程可自由組合，形式也可多種多樣，在海量的數(shù)據(jù)庫(kù)里對(duì)病害信息迅速定位，然后排序，查詢，拆分，在根據(jù)標(biāo)記提取，然后整合規(guī)范和存儲(chǔ)，把篩選條件層層加碼遞進(jìn)導(dǎo)入，對(duì)病害數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行縮減，最終確定的病害一定是最符合條件的，這種隨心所欲的查詢和提取病害數(shù)據(jù)，有助于管理人員對(duì)病害發(fā)展趨勢(shì)和分布范圍做到整體性把控，最終形成全局性認(rèn)知；二是統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)化病害庫(kù)，項(xiàng)目庫(kù)以及計(jì)劃庫(kù)的所有數(shù)據(jù)形式，做到可以清晰可視地統(tǒng)計(jì)整理，舉例來(lái)說(shuō)，以某功能庫(kù)為例，在最短時(shí)間內(nèi)做到對(duì)庫(kù)存數(shù)據(jù)進(jìn)行工程分類，鑒定病害程度，動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)和維修狀況以及自定義字段的統(tǒng)計(jì)研究，得到不同視角下的統(tǒng)計(jì)研究圖，這種強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)功能可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)字段的自主定義設(shè)置，管理人員可定義裂縫，滲水等多種類型的病害關(guān)注字段；三是標(biāo)記，它與書簽功能相似，管理人員可用它對(duì)檢索結(jié)論進(jìn)行多種形式的存儲(chǔ)，幫助管理人員對(duì)病害庫(kù)海量數(shù)據(jù)隨意瀏覽，關(guān)鍵是能對(duì)所有檢索到的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行形式多樣又各不相同的標(biāo)簽，自動(dòng)等級(jí)不同的優(yōu)先備選數(shù)據(jù)，各種不同標(biāo)簽數(shù)據(jù)可同時(shí)呈現(xiàn)，確保所有瀏覽次數(shù)的有效性，這種功能能為制定計(jì)劃庫(kù)和項(xiàng)目庫(kù)實(shí)施前期準(zhǔn)備工作，養(yǎng)護(hù)管理由此工作效率大幅提高。

3.3 監(jiān)控模型系統(tǒng)

3.3.1 可視化橋梁周邊地理信息展示和GIS測(cè)量。對(duì)地理信息系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行合理利用，能迅速對(duì)橋梁所處環(huán)境地理信息做到深入了解，同時(shí)實(shí)施基礎(chǔ)的三維測(cè)量，測(cè)量?jī)?nèi)容包括距離，高度體積面積等，可實(shí)現(xiàn)平時(shí)提前制定巡視方案，可視化規(guī)劃?rùn)z測(cè)提前標(biāo)注的重點(diǎn)區(qū)域，養(yǎng)護(hù)管理工作效率得以提升。

3.3.2 應(yīng)用BIM模型開(kāi)發(fā)橋梁巡檢系統(tǒng)。把建筑信息模型和地理信息系統(tǒng)進(jìn)行綜合利用，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建人工巡查系統(tǒng)，結(jié)合移動(dòng)終端對(duì)橋梁構(gòu)造和建筑信息模型實(shí)現(xiàn)可視化呈現(xiàn)，在系統(tǒng)內(nèi)部隨意檢索最初相關(guān)部位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以及巡查記錄和養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)，向三維界面導(dǎo)入病害數(shù)據(jù)時(shí)同步勾選相關(guān)構(gòu)件，對(duì)病害位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，巡查工作可提高效率[3]。

3.3.3 GIS+BIM+IOT橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用。文字配以地理信息系統(tǒng)平面圖示是傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)描述傳感器位置的標(biāo)配，如果橋梁設(shè)置了非常密集的傳感器，這種描述方式不能對(duì)其位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，通過(guò)對(duì)建筑信息模型技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的引進(jìn)，把觀測(cè)構(gòu)件與傳感器進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，就是關(guān)聯(lián)了檢測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及橋梁構(gòu)件曾經(jīng)經(jīng)過(guò)的養(yǎng)護(hù)等歷史數(shù)據(jù)，閾值預(yù)警并不是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的唯一功能，利用上述技術(shù)對(duì)系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行擴(kuò)大，在橋梁整個(gè)生命周期都能在數(shù)據(jù)信息方面為養(yǎng)護(hù)管理提供支持。

3.3.4 橋梁病害快速查詢和統(tǒng)計(jì)分析。查詢橋梁構(gòu)件可借助目錄樹(shù)，也可在三維界面勾選右鍵顯示框，構(gòu)件病害以及評(píng)分和位置等關(guān)鍵數(shù)據(jù)就可一覽無(wú)余，同步顯示的還有檢測(cè)作業(yè)人員，時(shí)間以及病害圖片等，橋梁有很多隱蔽區(qū)域，而建筑信息模型技術(shù)提供的可視化病害顯示，病害部位可做到無(wú)死角呈現(xiàn)，病害缺損的顯示方式以顏色加以區(qū)分，系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)病害分類，各種病害分布特點(diǎn)也很清晰，其關(guān)聯(lián)效果能提供檢測(cè)數(shù)據(jù)，養(yǎng)護(hù)歷史以及現(xiàn)場(chǎng)圖片，以4D為基礎(chǔ)提供病害趨勢(shì)的時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示[4]。

3.3.5 橋梁養(yǎng)護(hù)可視化輔助決策。地理信息系統(tǒng)和建筑信息模型技術(shù)的完美融合，協(xié)助開(kāi)發(fā)出了對(duì)橋梁實(shí)施養(yǎng)護(hù)的輔助系統(tǒng)，讓管理做到可視化決策，單橋以建筑信息模型技術(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)圖像對(duì)病害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行照片記錄，養(yǎng)護(hù)管理決策人員可據(jù)此初步判定病害產(chǎn)生的原因，其功能還可幫助管理人員關(guān)聯(lián)其他各檢測(cè)時(shí)間段的病害圖像，對(duì)病害的前世今生做到無(wú)死角分析，如果面對(duì)的是群橋，則以3D地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行顯示和分析，成為橋梁路網(wǎng)級(jí)別的更寬大養(yǎng)護(hù)分析和決策平臺(tái)。

3.3.6 橋梁養(yǎng)護(hù)效果后評(píng)價(jià)。道路系統(tǒng)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的重要助力，高質(zhì)量的道路工程，不僅能夠?yàn)槊癖姵鲂刑峁┓奖銞l件，也有利于進(jìn)一步助推交通運(yùn)輸行業(yè)的繁榮發(fā)展，但是要想構(gòu)建高質(zhì)量道路工程，還需要多個(gè)方面的共同促進(jìn)[5]。為了提升養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)的科學(xué)性，要把地理信息系統(tǒng)和建筑信息模型技術(shù)相結(jié)合，以此為基礎(chǔ)形成可視化橋梁檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)病害種類和維修方法的引導(dǎo)，進(jìn)行橋梁構(gòu)件單橋級(jí)別的養(yǎng)護(hù)效果后評(píng)價(jià)制度的構(gòu)建，把追溯構(gòu)件病害養(yǎng)護(hù)以后進(jìn)行可視化，供以后再制定養(yǎng)護(hù)措施用作優(yōu)化參考，就是從維修結(jié)束開(kāi)始，對(duì)種類一致的橋梁構(gòu)件進(jìn)行維修后技術(shù)數(shù)據(jù)評(píng)分，統(tǒng)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不同時(shí)間段的變化情況生成趨勢(shì)圖，輸入建筑信息模型把分析顯示實(shí)現(xiàn)可視化。

4 結(jié)束語(yǔ)

事實(shí)證明，切實(shí)做好公路橋梁養(yǎng)護(hù)作業(yè)，不僅有助于公路橋梁工程質(zhì)量的優(yōu)化，和在某種程度上延長(zhǎng)公路橋梁工程運(yùn)行壽命，同時(shí)在交通安全和交通效率等方面也發(fā)揮著一定的積極作用，在公路橋梁養(yǎng)護(hù)信息化發(fā)展過(guò)程中，將信息化監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于公路橋梁養(yǎng)護(hù)是非常關(guān)鍵的，所以應(yīng)深入探索基于信息化監(jiān)控技術(shù)的公路橋梁養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。