基于信息集成理念橋梁管理系統(tǒng)研究

1、文 隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，橋2010 年底，我國(guó)公路橋梁總計(jì)62 萬(wàn)座、總2.73 萬(wàn)公里，已成為僅次于的第二橋梁大國(guó)，并且在建和擬建橋梁工程仍逐年增加。傳統(tǒng)的橋梁管理模式重建輕養(yǎng)，管理方法相對(duì)落后，與橋梁建設(shè)速度不相匹配，致使橋梁安全事故時(shí)有發(fā)生，造成生命和的嚴(yán)重?fù)p失。目前，在橋梁管理中主要以下問(wèn)題：載車(chē)輛對(duì)橋梁的破壞性，設(shè)計(jì)和施工過(guò)程存在 缺陷，建設(shè)管理和養(yǎng)護(hù)管理脫節(jié)，橋梁養(yǎng)護(hù)管理素質(zhì)有待提高，和橋梁狀況評(píng)價(jià)技術(shù)有待提高，養(yǎng)護(hù)有限，橋梁養(yǎng)護(hù)管理重視程度不夠，基礎(chǔ)信息、損傷信息和養(yǎng)護(hù)信息的缺失等。近年來(lái)，隨著的發(fā)展，智慧城市等成為城市建設(shè)的熱點(diǎn)。橋梁作為交通網(wǎng)絡(luò)中的重要樞紐，是國(guó)

2、家生命線工程的重要組成部分，將是智慧交通建設(shè)中的重要一環(huán)。如何提升我國(guó)橋梁運(yùn)行水平，改善橋梁養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀，滿足橋梁管理新要求成為亟需解決的問(wèn)題。橋梁管理系統(tǒng)Bridge Management System，簡(jiǎn)稱BMS）作為一種科學(xué)化的信息管理，在我國(guó)橋梁管理中發(fā)揮了一定的作用。本文從信息集成的角度出發(fā)，改善我國(guó)橋梁管理系統(tǒng)存在的問(wèn)題，以應(yīng)對(duì)橋梁管理的新。橋梁管理系統(tǒng)是以系統(tǒng)論思想為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)分析、經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)， 協(xié)調(diào)各項(xiàng)橋梁管理活動(dòng)，為橋梁管理部門(mén)提供科學(xué)決策依據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。于20世紀(jì)70年始在橋梁管理領(lǐng)域嶄露頭角，并在世界各國(guó)相繼應(yīng)用和發(fā)展。總體來(lái)看，BM

3、S的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個(gè)階第一代BMS，只是用簡(jiǎn)單的電子數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)代替繁雜的紙質(zhì)橋梁資料，同時(shí)有檢索，統(tǒng)計(jì)等功能；第二代BMS，包括橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)、橋梁檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)、維修信息，其中不僅包含了橋梁的一些物理信息，而且還涵蓋了各橋梁構(gòu)件的檢測(cè)細(xì)節(jié)和詳細(xì)等級(jí)劃分，以及維修歷史等；第三代BMS，主要在第二代基礎(chǔ)上添加了仿真分析和決策功能，通過(guò)數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)知識(shí)進(jìn)行優(yōu)化，制訂策略，幫助橋梁管理者做出決策。我國(guó)目前應(yīng)用較廣泛的是交通部開(kāi)發(fā)的 采用樹(shù)型結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)包括6個(gè)子系統(tǒng)，別是數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)查詢子系統(tǒng)、決策子系統(tǒng)、費(fèi)用分析子系統(tǒng)、維修計(jì)劃（4） 別是數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)查詢子系統(tǒng)、決策子系統(tǒng)、費(fèi)用分析子系統(tǒng)

4、、維修計(jì)劃（4） 數(shù)據(jù)信息的傳遞方目前，橋梁管理系統(tǒng)主要是為養(yǎng)護(hù)管理服務(wù)，從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，大部分處于信息存儲(chǔ)和檢索階段，并沒(méi)有很好地為養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)提供輔助決策作用?？偨Y(jié)起來(lái)，主要有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)不完善以及多方面原因造成的開(kāi)發(fā)和使用橋梁管理系統(tǒng)的動(dòng)力不足兩個(gè)方面的問(wèn)題?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)待完橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)主要管理系統(tǒng)內(nèi)各橋梁的基本信息，包括橋梁屬性、結(jié)構(gòu)信息、檢測(cè)信息、維修歷史、交通信息、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、維修對(duì)策及費(fèi)用等。橋梁管理系統(tǒng)中的決策分析、退化、成本分析等功能模塊都需要有大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)等作為支撐。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是BMS中必不可少的一部分，也是管理部門(mén)單位進(jìn)行橋梁管理的基礎(chǔ)。然而我國(guó)經(jīng)過(guò)去三十多年噴涌

5、式的橋梁建設(shè)期，橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)存在以下問(wèn)題：造成支撐系統(tǒng)的實(shí)際工程數(shù)據(jù)較缺乏，橋梁設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并沒(méi)有得到很好的保存和收集，數(shù)據(jù)完整性和實(shí)用性低；數(shù)據(jù)形式單一且，信息以二維為主，表達(dá)不直觀、可視化差，具體構(gòu)件的詳細(xì)信息繁瑣，不利于信息管理；尚沒(méi)有一個(gè)性的共享數(shù)據(jù)庫(kù)，因此橋梁管理系統(tǒng)相對(duì)化，造成很多資源浪費(fèi)和信息低效能。除CBMS在公路橋梁管理領(lǐng)域應(yīng)用較普遍外，城市橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用率較低。主要有以下兩個(gè)原因：我國(guó)各地區(qū)的橋梁管理方法、經(jīng)濟(jì)條件、管理水平都不相同， 對(duì)系統(tǒng)的要求也不盡相同， 加之我國(guó)橋梁養(yǎng)護(hù)管理認(rèn)識(shí)程度有所差異，因此，尚沒(méi)有的模板，這對(duì)應(yīng)用推廣產(chǎn)

6、生了一定的限制。相對(duì)比Pnis系統(tǒng)的應(yīng)用廣度，我國(guó)橋梁管理系統(tǒng)的發(fā)展仍有很大的提升空間。橋梁管理系統(tǒng)受我國(guó)橋梁管理管理系統(tǒng)目前主要為養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)，且功能模塊使用有限，造成投入與效益嚴(yán)重不符，致使很多部門(mén)對(duì)管理系統(tǒng)的需求不強(qiáng)烈。綜上可以看出，目前的橋梁管理系統(tǒng)存在很多局限，尚不能滿足我國(guó)橋梁管理的挑戰(zhàn)， 其中主要問(wèn)題是信息集成化水平低、共享性差，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)容量有限，功能拓展性和系統(tǒng)受眾面小，其應(yīng)用價(jià)值受到限制。可見(jiàn)，橋梁管理的關(guān)鍵是信息管理。信息管理問(wèn)題產(chǎn)生的原因主要有項(xiàng)目縱向溝通方式、項(xiàng)目過(guò)程過(guò)程割裂、缺乏先進(jìn)信息集成技術(shù)、缺少工作平臺(tái)等四個(gè)方面。為解決其應(yīng)用瓶頸性應(yīng)用，使得建設(shè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)

7、階段開(kāi)始的幾何模型，以及材料、功能、造價(jià)、進(jìn)度通過(guò)橋梁全生命周期信息的有效傳遞和集成，建立基于網(wǎng)絡(luò)的共享數(shù)據(jù)庫(kù)，使得橋梁管理系統(tǒng)在功能模塊上和用戶受眾面上實(shí)現(xiàn)可拓展性，以此提高我國(guó)橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值和橋梁養(yǎng)護(hù)管理水平。1.1 橋梁全周期信息集橋梁作為復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，在后期運(yùn)營(yíng)過(guò) ，不僅需要持續(xù)有效的橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)和養(yǎng)護(hù)信息， 較完整的設(shè)計(jì)和施工信息對(duì)橋梁維護(hù)、保養(yǎng)和改造等工作同樣十分重要。因此，完善的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)當(dāng)具備集成橋梁全周期信息的功能，形成信息的有機(jī)整體，避免出現(xiàn)信息孤島，能夠有效的創(chuàng)建信息、有效地管理信息和有效的共享信息。從橋梁建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)到施工，再到運(yùn)營(yíng)和階段，數(shù)據(jù)不斷完善和補(bǔ)充，

8、形成全周期信息集成的橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)（如圖所示），為橋梁全生命周期服務(wù)。應(yīng)商、承包商等工程信息具備了良好的可擴(kuò)展能力，使得建設(shè)項(xiàng)目可以持續(xù)地完善和共享信息，由設(shè)計(jì)階段、施工階段不斷的拓展，能夠?yàn)檫h(yuǎn)期的建造及運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)輸出必要的工程數(shù)據(jù)信息。即：可提供和已建空間及系統(tǒng)相關(guān)的準(zhǔn)確資料，信息可以細(xì)化并連接到建筑模型的構(gòu)件，并提供橋梁管理和運(yùn)營(yíng)的起點(diǎn)。這也為橋梁建設(shè)過(guò)程的信息傳遞和橋梁管理系統(tǒng)的信息集成提供了基礎(chǔ)，最大化為最終使用用戶服務(wù)，利于自動(dòng)化、智能化的工作流程，提高橋梁運(yùn)營(yíng)管理效率，降低養(yǎng)護(hù)管理成本。1.2 網(wǎng)級(jí)共享的數(shù)據(jù)目前，我國(guó)橋梁管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，主要是各自建立數(shù)據(jù)庫(kù)，相互之間沒(méi)有互通。通

9、過(guò)建立城市級(jí)、省級(jí)、范圍內(nèi)的共享數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)與GIS地理信息系統(tǒng)、地圖、同級(jí)的橋梁管理系統(tǒng)、橋梁管理系統(tǒng)、交通 系統(tǒng)、智慧城市服務(wù)器等進(jìn)行有效交互，可使得橋梁養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)得到有效利用?？梢?jiàn)，網(wǎng)級(jí)共享數(shù)據(jù)庫(kù)具備了共享性、動(dòng)態(tài)性、協(xié)同性和透明化的特點(diǎn)，再在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于web的BS結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，將橋梁管理系統(tǒng)往網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺(tái)方向轉(zhuǎn)變，提高信息重復(fù)利用率高，花更少的時(shí)間、人力和費(fèi)用來(lái)重復(fù)輸入和搜集信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作、多參與方信息共享、人機(jī)互動(dòng)等功能。為實(shí)現(xiàn)橋梁管理系統(tǒng)的信息集成，需要從的基礎(chǔ)層面上完成以下（1） 對(duì)橋梁信息數(shù)據(jù)進(jìn)行合理、學(xué)的定義、學(xué)的定義、分類(lèi)、表達(dá)（2） 建的橋梁

10、編碼體系、數(shù)據(jù)的規(guī)范化與科學(xué)化，減少橋梁生命周期費(fèi)并檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，推動(dòng)和發(fā)展舊橋建立的信息交換標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)，使得由橋梁建設(shè)過(guò)程到運(yùn)營(yíng)階段的信息進(jìn)行科學(xué)有效的傳遞和利用；實(shí)現(xiàn)與CAD、設(shè)計(jì)、造價(jià)管理、項(xiàng)目管理、三維數(shù)字化技能模塊的目前， 橋梁管理系統(tǒng)是關(guān)于橋梁基本數(shù)據(jù)、橋梁檢測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、結(jié)構(gòu)、維護(hù)對(duì)策和計(jì)劃以及經(jīng)濟(jì)分析的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。通過(guò)建立橋梁全周期信息集成和網(wǎng)級(jí)共享的數(shù)據(jù)庫(kù)，使得數(shù)據(jù)信息更加豐富、可靠和實(shí)用，可在功能模塊上實(shí)現(xiàn)拓展，主要體現(xiàn)在以下方面：（1） 成本和工期優(yōu)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)施工類(lèi)，使得運(yùn)營(yíng)期間的信息能夠與橋梁基本信息良好呼應(yīng)，甚至包括橋梁三維模型和建造期的成本信息、進(jìn)度信

11、息，使運(yùn)營(yíng)方更有效地借鑒原始經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)籌管理橋梁項(xiàng)目，并能夠快速置入設(shè)施管理信息庫(kù)，D（5D）資產(chǎn)財(cái)務(wù)管理等信息，快速評(píng)估改建或維修項(xiàng)目造成的影響，對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的成本分析、評(píng)估、輔助決策等功能有很大的提升作用。（2） 反饋于設(shè)計(jì)施通過(guò)橋梁全周期的信息傳遞，改善行業(yè)割裂結(jié)構(gòu)和各參與方之間的信息互通水平。通過(guò)檢估后的信息共享，為養(yǎng)護(hù)、設(shè)計(jì)與施工等部門(mén)提供反饋信息，可以推動(dòng)養(yǎng)護(hù)工以及新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論（3） 服務(wù)于智慧城交通行業(yè)正向智能化、精細(xì)化方向發(fā)展，利用信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)的橋梁信息共享，并且系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)與GIS平臺(tái)、交通部門(mén)、城市信息服務(wù)器的信息進(jìn)行互通，信息公開(kāi)透明，為交通運(yùn)行管

12、理和智慧城市的管理服務(wù)也是BMS發(fā)展趨勢(shì)之一。戶層的拓系統(tǒng)目前的服務(wù)對(duì)象主要是市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)，這與我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施管理體制和機(jī)制有關(guān)?；谛畔⒓衫砟畹牡臉蛄汗芾硐到y(tǒng)，期望在未來(lái)能夠往設(shè)施管理平臺(tái)方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)由橋梁建設(shè)項(xiàng)目的前期開(kāi)始投入使用，在設(shè)計(jì)和施工階段用于建設(shè)項(xiàng)目管理和參與方溝通，在交付后再進(jìn)行橋梁運(yùn)營(yíng)等功能。即：使受眾面由運(yùn)營(yíng)階段往橋梁建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工階段前移，用戶層由養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)向建設(shè)方、橋梁項(xiàng)目建設(shè)參與方、市民甚至是城市管理者拓展?；谛畔⒓衫砟畹臉蛄汗芾硐到y(tǒng)是一個(gè) 平臺(tái)化的方向，隨著全周期管理理念、建 筑業(yè)信息化的推進(jìn)，以及人工智能、地理信息 系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、建筑信息模型BIM等 技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，這是符合行業(yè)要求和趨勢(shì)的。在下一步的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，需要制度、技 術(shù)、和等方面的支持和保障。制度。即對(duì)目前橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)管理體制進(jìn)行，構(gòu)建信息集成的有效管理組織和機(jī)制，明確橋梁養(yǎng)護(hù)管理各參與方的職責(zé)，包括信息提供者的責(zé)任，制定合理的養(yǎng)護(hù)組織與市流程。目的是保包括信息提供者的責(zé)任，制定合理的養(yǎng)護(hù)組織與市流程。目的是保障橋梁的技術(shù)。即具備實(shí)現(xiàn)信息集成管理的技術(shù)，以及既有橋梁的各類(lèi)技術(shù)，如檢查檢 估、信息管理、快速維修