大型橋梁的全景可視化綜合管理技術研究

鄧榮光 馬欣寧

(1.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004； 2.中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088)

大型橋梁的全景可視化綜合管理技術研究

鄧榮光1馬欣寧2

(1.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004； 2.中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088)

研究了全景可視化綜合管理理念、技術框架、技術核心，明確了以數字虛擬的真實橋梁模型為載體的信息平臺組成部分，實現了操作信息的加載以及在信息中操作模型，從而實現在橋梁全生命周期內提高工作效率和質量的目的。

橋梁，全景可視化，資產管理，信息化技術

0 引言

21世紀的十年間，我國開展了大規模的橋梁建設，橋梁建設成果不僅遍布了中東部平原地區，還突破了西部崇山峻嶺、高山峽谷間橋梁建設瓶頸。以江蘇蘇通長江大橋、浙江舟山西堠門跨海大橋、重慶石板坡大橋和重慶朝天門大橋為代表的公路斜拉橋、懸索橋、梁橋和拱橋四大橋梁的單孔跨徑和以全長36 km的杭州灣大橋為代表的跨海長橋的建設規模和技術水平均達到了世界領先水平，建設成果和技術成就令世界矚目，奠定了世界橋梁大國的基礎。一大批長大橋梁的成功建成并運營良好，為行業積累了豐富的設計、施工、運營管理、安全保障及新材料和新裝備應用方面的技術和經驗[1]。

“五縱七橫”12條國道主干線全部建成，覆蓋城鄉的公路交通網絡已初步形成，但與此不相適應的卻是公路橋梁發展過程中的前后向支撐理論體系的薄弱與滯后。尤其是橋梁運營階段，需要面對超期服役的橋梁數量大、專業化隊伍人員不足、經費配套不全、主動性養護意識不夠強和信息化的程度不夠高等問題。所潛在的各種不確定性因素，往往會極大降低橋梁生命周期內的安全性，導致橋梁安全事故的發生，威脅橋梁運營安全，各類橋梁事故的發生，也給社會造成了巨大的生命和財產損失[2]。

1 養護信息化的必要性

1)我國公路橋梁建設成就高、底子薄。截至2013年年底，我國公路橋梁已達73.53萬座，已經成為名副其實的橋梁大國。圖1顯示我國公路橋梁總數從2001年年底的28.4萬座發展到2013年年底的73.54萬座，僅用了13年時間，每年新增的公路橋梁數量平均達3.5萬座左右。

相對大橋的設計和建設水平，國內大型橋梁管理方式仍比較落后，諸多橋梁缺乏有效的監管和及時的養護，以致不少橋梁長期帶病工作，甚至出現突發性破壞事故，造成了巨大的損失。

2)物聯網技術推動信息化建設。隨著物聯網技術的發展，并結合橋梁養護的實際需求，傳統的土木工程行業正在不斷吸納最新的信息化技術。比較有代表性的是橋梁管理系統和橋梁健康監測系統的迅速發展。目前，橋梁管理系統和橋梁健康監測系統趨向于形成統一的橋梁養護管理平臺。橋梁養護管理平臺是未來發展的方向，物聯網技術將會推動其發展。橋梁監測有助于提升橋梁科學、精準管養的水平，有助于延長橋梁壽命。物聯網技術發展可為橋梁監測提供精準、全面、可靠的數據。

2 全景可視化綜合管理理念

在我國高速公路大型橋梁迅速發展的過程中，人們也逐步認識到其建設投資大，回收周期長等特點。進入21世紀，中央提出建設資源節約型、環境友好型社會及構建社會主義和諧社會的戰略思路，如何在加快高速公路建設進程中，進一步理順和規范管理體制，管好已有的龐大的高速公路資產，尤其是大型橋梁，更好地發揮其支撐國民經濟和社會發展的基礎作用，是交通行業面臨的一個重大而緊迫的現實問題。然而，我國大型橋梁全景可視化綜合管理價值實現的理論探索落后于實踐活動，嚴重阻礙了行業的健康發展。傳統的計劃經濟烙印還在大型橋梁管理中不時地表現出來，很不適應大型橋梁全景可視化綜合管理的需要，也嚴重制約其價值的合理實現。

對于大型橋梁的全景可視化綜合管理技術研究是具有很強現實意義的。大型橋梁工程的全景可視化綜合管理技術研究所面臨解決的問題為：

1)如何較為規范有效地獲取各類資產的屬性數據。

2)如何管理、使用獲取的資產屬性數據。

3)如何讓數據系統地說話，規范從業者的行為。

4)如何有效利用相關數據產生前瞻性的養管規劃、延長基礎設施的使用壽命，降低使用風險和養管成本。

5)如何使各級管理者高效系統地監管基礎設施資產并掌控風險。

3 全景可視化綜合管理技術框架

全景可視化綜合管理技術是近十年來在CAD技術基礎上發展起來的一種多維(三維、四維、五維、N維)模型信息集成技術，可以使橋梁建設和養護的所有參與方都能夠在數字虛擬的真實橋梁模型中操作信息和在信息中操作模型，從而實現在橋梁全生命周期內提高工作效率和質量，以及減少錯誤和風險的目標。全景可視化綜合管理技術應用可以貫穿于項目決策、設計、施工、運營全過程，見圖2。

全景可視化綜合管理技術是三維模型、三維地理信息模型、協同文檔信息模型技術、資產信息模型技術的有機綜合，造就智慧橋梁的養護管理。

4 全景可視化綜合管理技術的核心

全景可視化綜合管理平臺構建的核心工作為：根據結構分析、危險源分析和維護更換要求，對已有結構重新進行單元化離散，建立基于唯一ID編碼的電子化單元體系，并將相應屬性賦予每個單元體，通過對電子化單元的數據管理實現全景可視化綜合管理，見圖3。

對橋梁結構的離散和編碼的過程相當于對橋梁結構的電子化“再設計”。合理的編碼結構能夠使得對于橋梁結構風險、退化、收益的管理更加有效，從而實現精細化的管養。

大型橋梁工程全景可視化綜合管理技術的實現上，是利用GIS，3D,二維碼,移動互聯網等現代技術搭建起的一個信息共享平臺。

通過對大型橋梁工程單元屬性的有效管理，達到提高大型橋梁工程資產可利用率、降低資產長期運行維護成本。同時達到對大型橋梁工程資產全壽命周期(或運營周期)的有效管理，實現資產的風險可預期和可控，使其更加可靠耐久，提高企業的社會效益和經濟效益。因此，大型橋梁工程全景可視化綜合管理技術的最終目標是：依托大型橋梁資產，運用技術、經濟、行政等手段為出行者提供安全、舒適、便捷的行車環境，同時實現資產的保值、增值。

5 示例

中交公規院所開發的、具有典型代表性的江陰長江大橋全景可視化綜合管理系統界面，如圖4所示。

該系統實現了三維數據立體、直觀展示，對所有橋梁監測中心管理的橋梁進行現場數據采集，人工精細化建模，建立橋梁全部實體構件可量測、可拆解的三維模型，實現橋梁監測數據實時空間立體顯示。

全景可視化綜合管理技術作為一種新興的管理觀念，必然在未來占據更為重要的位置，它給工程的高完成度提供了完美的解決方案。在整個生命周期，全景可視化綜合管理技術都應該發揮作用，直到橋梁拆除，該技術將記錄整個橋梁的生命周期的所有內容，所以，在橋梁養護、管理等方面都能夠提供統一的解決方案，代表著未來的一種必然發展趨勢。

[1] 王用中.第三屆全國鋼結構工程技術交流會論文集[A].第三屆全國鋼結構工程技術交流會[C].2010.

[2] 交公路發[2013]321號，關于進一步加強公路橋梁養護管理的若干意見[S].

[3] 交公路發[2011]505號，“十二五”公路養護管理發展綱要[S].

Research on panoramic visualization integrated management technology of large bridge

Deng Rongguang1Ma Xinning2

(1.GuizhouHighwayGroupLimitedCompany,Guiyang550004,China;2.CCCCHighwayPlanningandDesignInstituteLimitedCompany,Beijing100088,China)

This paper researched the panoramic visualization integrated management concept, technical framework, technical core, made clear to the information platform component taking the real bridge model of virtual digital as the carrier, realized the operation information loading and operation model in information, thus gained the purpose improving the work efficiency and quality in bridge life cycle.

bridge, panoramic visualization, asset management, information technology

2015-01-07

鄧榮光(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0198-02

U445.1

A