橋梁檢測(cè)行業(yè)信息化現(xiàn)狀與研究進(jìn)展

黎力韜 何清

摘要：傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)和數(shù)據(jù)管理利用效率低、信息利用困難、對(duì)全壽命管養(yǎng)決策的指導(dǎo)意義有限，需要通過現(xiàn)代信息化手段予以轉(zhuǎn)型提升。文章詳細(xì)分析了橋梁檢測(cè)行業(yè)中信息化技術(shù)利用和研發(fā)的現(xiàn)狀，對(duì)橋梁檢測(cè)手段和檢測(cè)數(shù)據(jù)管理利用的信息化需求進(jìn)行討論，探討信息化技術(shù)在未來橋梁工程領(lǐng)域中的應(yīng)用方式。

關(guān)鍵詞：橋梁檢測(cè);檢測(cè)手段;數(shù)據(jù)管理利用;信息化

The traditional bridge detection and data management has low efficiency，difficult information utilization，and limited guiding significance for lifelong maintenance decisionmaking，thus it needs to be transformed and improved through modern information means.This article analyzes the current situation of information technology utilization and R&D in bridge detection industry，discusses the informationization needs of bridge detection methods and detection data management utilization，and discusses the application methods of information technology in the future bridge engineering field.

Bridge detection;Detection means;Data management and utilization;Informationization.

0 引言

我國(guó)公路體系建設(shè)伴隨經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)已經(jīng)持續(xù)約30年，期間我國(guó)公路網(wǎng)絡(luò)的等級(jí)和服務(wù)質(zhì)量發(fā)生了翻天覆地的變化。截至2017年末[1]，全國(guó)公路總里程為477.35萬km，比上年增加7.82萬km。公路密度為49.72 km/百km2，增加0.81 km/百km2。公路養(yǎng)護(hù)里程為467.46萬km，占公路總里程的97.9%。我國(guó)已經(jīng)成為繼美國(guó)之后全球排名第二的公路大國(guó)。全國(guó)有公路橋梁83.25萬座、5 225.62萬m，比上年增加2.72萬座、308.66萬m，其中特大橋梁4 646座、826.72萬m，大橋91 777座、2 424.37萬m。隨著時(shí)間的推移，我國(guó)最早建設(shè)的高速公路滬嘉高速至今已超30年，大量橋梁已經(jīng)從“青年”向“老年”發(fā)展，其數(shù)量和規(guī)模將逐年遞增。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，中國(guó)橋梁工程發(fā)展將從以建設(shè)為主逐步過渡到以管養(yǎng)為主，養(yǎng)護(hù)、檢測(cè)監(jiān)測(cè)、維修將扮演更為重要的角色?？梢灶A(yù)見，橋梁檢測(cè)在中國(guó)橋梁工程未來的發(fā)展中將逐漸成為主流，甚至成為橋梁工程領(lǐng)域中最關(guān)鍵的部分之一。本文將對(duì)橋梁檢測(cè)行業(yè)現(xiàn)有的特點(diǎn)和不足進(jìn)行分析，并結(jié)合橋梁檢測(cè)信息化工作的需求和研究現(xiàn)狀，分析和討論橋梁檢測(cè)與信息技術(shù)相結(jié)合的未來發(fā)展方向。

1 橋梁檢測(cè)行業(yè)信息化現(xiàn)狀

在利用高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)軟件進(jìn)行革命性升級(jí)這一方面，我國(guó)起步較慢。國(guó)內(nèi)早期開發(fā)的橋梁檢測(cè)信息化系統(tǒng)，主要針對(duì)少數(shù)特大橋梁展開，且多以監(jiān)測(cè)功能為主。上海徐浦大橋上安裝的帶有研究性質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其目的是為了摸索大型橋梁健康監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)[2]。江陰長(zhǎng)江公路大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要是監(jiān)測(cè)加勁梁的位移、吊索索力、錨跨主纜索股索力以及主纜、加勁梁、吊索的振動(dòng)加速度等[3]。南京長(zhǎng)江大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要是進(jìn)行溫度、風(fēng)速風(fēng)向、地震及船舶撞擊、墩位沉降以及恒載幾何線形、結(jié)構(gòu)振動(dòng)、主桁桿件應(yīng)力、支座位移等監(jiān)測(cè)[4]。由于投資大，重復(fù)性不強(qiáng)，上述系統(tǒng)無法在各類橋梁中大面積推廣使用。

另一類橋梁信息化管理系統(tǒng)，主要是用于滿足日常巡檢和養(yǎng)護(hù)信息管理的平臺(tái)，這類平臺(tái)功能相對(duì)簡(jiǎn)單，通常只對(duì)橋梁的主要信息進(jìn)行規(guī)整，對(duì)復(fù)雜的檢測(cè)信息只進(jìn)行原始的保存，無法提供分析和展示功能。許多珍貴的信息都以紙質(zhì)形式存儲(chǔ)在檔案管理場(chǎng)所，既不便于保管，也不便于再次翻閱查看，導(dǎo)致這些資料雖然價(jià)值連城，卻無法很好利用。橋梁管養(yǎng)單位無法從這些資料中有效地挖掘數(shù)據(jù)，找尋規(guī)律，導(dǎo)致在作出管養(yǎng)決策時(shí)，信息了解不全面，決策依據(jù)有限，從而影響決策的質(zhì)量和效率。同時(shí)，因?yàn)樽匀粸?zāi)害、鼠蟲破壞而造成紙質(zhì)檔案資料損毀的案例不計(jì)其數(shù)，每當(dāng)需要進(jìn)行舊橋評(píng)估、加固項(xiàng)目時(shí)，常常找不到可用作依據(jù)的原始數(shù)據(jù)。而且紙質(zhì)資料的保管需要大量的人力物力，投入大，效果卻不好。

在橋梁檢測(cè)手段上，對(duì)于普通橋梁而言，更多的是采用傳統(tǒng)的人工主導(dǎo)的方法進(jìn)行檢測(cè)。在傳統(tǒng)檢測(cè)工作中，視覺觀察這一方法占據(jù)較大比重，大量時(shí)間和精力耗費(fèi)在檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性的記錄上，無信息化手段，人力和時(shí)間成本很高。因?yàn)闊o法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速計(jì)算，人工記錄會(huì)導(dǎo)致一些檢測(cè)項(xiàng)目無法在第一時(shí)間得到計(jì)算分析結(jié)果，延誤檢測(cè)的最佳時(shí)機(jī)。

如今，信息化已成為各行各業(yè)提升工作效率和工作質(zhì)量的主要手段之一，運(yùn)用信息技術(shù)改革橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作，改善橋梁檢測(cè)信息收集、分析、存儲(chǔ)的模式，將是近期不可改變的趨勢(shì)。

2 橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)行業(yè)信息化研究進(jìn)展

橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)信息化技術(shù)的發(fā)展，主要圍繞傳統(tǒng)工作模式中最尖銳的矛盾問題展開：（1）傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)工作中人工記錄信息主觀性強(qiáng)、效率低、無法進(jìn)行即時(shí)分析與處理;（2）傳統(tǒng)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用性欠缺、常規(guī)橋梁適用性低、系統(tǒng)臃腫等;（3）檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)二次利用困難，其價(jià)值未得到有效和及時(shí)挖掘;（4）檢測(cè)、監(jiān)測(cè)信息得不到有效保存。針對(duì)上述問題，目前行業(yè)運(yùn)用信息技術(shù)，開發(fā)出各類橋梁檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，并提出了多種針對(duì)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析利用的模型和方法，并運(yùn)用云技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與管理。

2.1 橋梁檢測(cè)軟件需求研究與開發(fā)

城市橋梁和公路橋梁的檢測(cè)分別依據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》和《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》兩本規(guī)范。這些規(guī)范對(duì)檢測(cè)方法、術(shù)語、構(gòu)件分類、病害描述與評(píng)定、技術(shù)狀況或等級(jí)評(píng)定進(jìn)行了詳細(xì)描述。檢測(cè)工作同時(shí)也要滿足質(zhì)量管理體系中關(guān)于信息記錄、運(yùn)用、存儲(chǔ)管理的細(xì)項(xiàng)要求。因此，所開發(fā)的橋梁智能檢測(cè)軟件需在滿足規(guī)范與管理體系要求的前提下，實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）保證信息輸入的規(guī)范性和全面性：信息錄入需滿足城市橋梁與公路橋梁的規(guī)范規(guī)定。據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》和《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)橋型分類、構(gòu)件分類、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)均有不同的描述與要求。所開發(fā)的橋梁檢測(cè)軟件應(yīng)根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的不同，引導(dǎo)使用者使用正確的文字和語句記錄檢測(cè)信息;同時(shí)軟件應(yīng)能識(shí)別檢測(cè)信息是否記錄完整，并及時(shí)作出提示。

（2）保障信息錄入的高效性：目前的橋梁檢測(cè)軟件基本依托各類平板電腦或智能手機(jī)進(jìn)行開發(fā)，其搭載的觸摸屏是一種高效的手持式設(shè)備信息交互窗口，可在同一區(qū)域完成信息的交互，已被人們廣泛接受。但是手持式設(shè)備為滿足輕便的要求，屏幕大小有限，因此需要軟件針對(duì)操作流程進(jìn)行深度優(yōu)化，有選擇地呈現(xiàn)關(guān)鍵的交互信息，在提升使用人員專注度的同時(shí)，引導(dǎo)其完成正確的操作流程。

（3）實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息的即時(shí)分析與良好展示：信息化錄入最大的優(yōu)勢(shì)之一是可以完成即時(shí)分析與結(jié)果展示，這主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：①數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析;②檢測(cè)數(shù)據(jù)的可視化展示;③檢測(cè)報(bào)告的自動(dòng)編寫。統(tǒng)計(jì)與分析方便使用者在現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間把握橋梁整體技術(shù)狀況;橋梁病害信息的可視化能幫助使用者更直觀地把握橋梁病害整體分布情況與位置，提高后期設(shè)計(jì)、養(yǎng)護(hù)、維修人員的工作效率;報(bào)告的自動(dòng)編寫則會(huì)大幅提升檢測(cè)這項(xiàng)勞動(dòng)密集型工作的效率，將技術(shù)人員從重復(fù)工作中解放出來。

（4）滿足管理體系中對(duì)原始數(shù)據(jù)的各項(xiàng)要求：檢測(cè)軟件需能對(duì)檢測(cè)人、記錄人、儀器設(shè)備、檢測(cè)時(shí)間、環(huán)境情況信息進(jìn)行如實(shí)記錄，實(shí)現(xiàn)原始記錄的溯源性。為防止數(shù)據(jù)被篡改、偽造，需設(shè)置相應(yīng)的防范措施，這是橋梁檢測(cè)軟件區(qū)別于其他商業(yè)軟件的重要功能。

（5）軟件載體應(yīng)具備良好兼容性：軟件依托的硬件平臺(tái)和系統(tǒng)需經(jīng)過仔細(xì)選擇，應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)開展需要，盡可能兼容更多常用工程軟件，在保證數(shù)據(jù)交互的同時(shí)降低總體投入成本。

2.2 橋梁檢測(cè)軟件案例分析

廣西交通科學(xué)研究院有限公司基于上述要求，開發(fā)了初代橋梁智能檢測(cè)APP（以下簡(jiǎn)稱APP）。APP的主要界面如圖1所示。

APP基于Windows系統(tǒng)觸摸框架開發(fā)，提供了更好的界面交互性，也使運(yùn)行硬件能兼容傳統(tǒng)的各類工程軟件。在檢測(cè)開始前，需選取項(xiàng)目適用的規(guī)范、橋型，定義結(jié)構(gòu)主要參數(shù)。軟件B根據(jù)錄入?yún)?shù)的不同（病害位置、參數(shù)、照片等），變換下方輸入鍵盤的內(nèi)容，提高輸入效率和規(guī)范性。通過鎖定功能，快捷記錄檢測(cè)人、時(shí)間、設(shè)備等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，結(jié)合與云服務(wù)器自動(dòng)同步功能，防止原始記錄的隨意篡改?；诒砀竦臄?shù)據(jù)輸入方法效率高、內(nèi)容全面，適用于工作量較大、項(xiàng)目周期短的項(xiàng)目應(yīng)用。通過自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，可即時(shí)輸入滿足質(zhì)量管理體系的檢測(cè)報(bào)告。目前，APP已成功運(yùn)用于廣西、四川、貴州、重慶的各類項(xiàng)目，檢測(cè)橋梁超過400座，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)效率的質(zhì)變提升。

該APP仍是基于傳統(tǒng)的表格操作界面，為ANSYS等各類工程軟件，提供了最快捷、底層的交互方式，但是交互不直觀，對(duì)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)能力有限。本文認(rèn)為，未來橋梁檢測(cè)軟件的需求研發(fā)，應(yīng)從圖形交互方面著手，從2D或3D模型上對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行操作，直觀記錄和表現(xiàn)橋梁病害信息，為技術(shù)人員提供更有效的結(jié)構(gòu)分析和評(píng)判條件。將信息記錄及展示與結(jié)構(gòu)模型結(jié)合，也能使BIM技術(shù)落地發(fā)揮實(shí)際功效，大量新舊橋梁的檢測(cè)業(yè)務(wù)將保證BIM技術(shù)在公路交通領(lǐng)域的有效推行。

2.3 信息技術(shù)與橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)用和管理

目前橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)的管理主要方式有3類，其發(fā)展源于各自業(yè)務(wù)工作的需求：（1）針對(duì)少數(shù)特大橋梁的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其針對(duì)單座橋梁進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)、分析和管理，滿足對(duì)重要橋梁的全面管理的需求;（2）針對(duì)養(yǎng)護(hù)和巡檢工作的管理系統(tǒng)，雖然功能較少，數(shù)據(jù)的交互和拓展不強(qiáng)，卻滿足了管養(yǎng)單位關(guān)于成本控制、日常工作要求方面的需求;（3）其他檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在紙質(zhì)媒介上，如人工撰寫的檢測(cè)原始記錄和檢測(cè)報(bào)告，為養(yǎng)護(hù)決策提供的有效信息極其有限，是信息技術(shù)未普及的時(shí)代產(chǎn)物。信息化飛速發(fā)展，使橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)用和管理提高到了新的層次，為此，新開發(fā)的數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)達(dá)到以下要求：

（1）對(duì)于各類橋型的通用性：不應(yīng)重復(fù)投入大量資金建立只適用于單一項(xiàng)目的管理系統(tǒng)，所開發(fā)的數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)能兼容特大橋梁的監(jiān)測(cè)與常規(guī)中小跨徑橋梁的檢測(cè)信息管理，統(tǒng)一系統(tǒng)框架、界面、功能，避免重復(fù)的建設(shè)。（2）新增項(xiàng)目的可拓展性：通過制定標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫，降低新增項(xiàng)目接入數(shù)據(jù)平臺(tái)的成本，為平臺(tái)的大規(guī)模推廣打下必要基礎(chǔ)。（3）打通數(shù)據(jù)交互渠道：一方面，打通硬件設(shè)備與數(shù)據(jù)平臺(tái)的交互;另一方面，數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)能快速檢索和分析平臺(tái)中的各類檢測(cè)信息，打破“數(shù)據(jù)孤島”。（4）檢測(cè)數(shù)據(jù)的可視化交互：與BIM技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在3D結(jié)構(gòu)模型上對(duì)檢測(cè)信息的可視化展示。（5）數(shù)據(jù)分析：實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁技術(shù)狀況的分析與評(píng)定、實(shí)現(xiàn)對(duì)病害隨時(shí)間發(fā)展的追蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的預(yù)警;分析評(píng)定應(yīng)向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。（6）應(yīng)逐步覆蓋橋梁全壽命周期的管理，將勘察、設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)、維修加固等各環(huán)節(jié)納入其中，形成管理閉環(huán)。

3 結(jié)語

我國(guó)交通行業(yè)建設(shè)的發(fā)展已進(jìn)入建養(yǎng)并重的時(shí)期，未來將繼續(xù)過度，以維修養(yǎng)護(hù)為主，檢測(cè)將扮演著更重要的角色。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，橋梁檢測(cè)行業(yè)也在轉(zhuǎn)型。橋梁檢測(cè)方法的信息化從數(shù)據(jù)輸入、分析、輸出上大幅提升了檢測(cè)效率。橋梁數(shù)據(jù)管理的信息化實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、交互、分析的新模式。由于更多開發(fā)力量的加入和產(chǎn)品的推出，橋梁檢測(cè)行業(yè)的信息化需求將繼續(xù)打磨、細(xì)化、深入。同時(shí)，除了橋梁檢測(cè)，橋梁工程更多環(huán)節(jié)的信息化工作也在開展，向設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)各環(huán)節(jié)不斷滲透。可以預(yù)見，橋梁工程的全壽命周期的建管養(yǎng)工作或?qū)⒃贐IM平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)一站式管理，將橋梁工程師從傳統(tǒng)工作中解放出來，把精力投入到更多具有意義的創(chuàng)造性勞動(dòng)中，推動(dòng)行業(yè)向下一階段發(fā)展。

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