橋梁檢測行業信息化現狀與研究進展

黎力韜 何清

摘要：傳統的橋梁檢測和數據管理利用效率低、信息利用困難、對全壽命管養決策的指導意義有限，需要通過現代信息化手段予以轉型提升。文章詳細分析了橋梁檢測行業中信息化技術利用和研發的現狀，對橋梁檢測手段和檢測數據管理利用的信息化需求進行討論，探討信息化技術在未來橋梁工程領域中的應用方式。

關鍵詞：橋梁檢測;檢測手段;數據管理利用;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

我國公路體系建設伴隨經濟高速增長已經持續約30年，期間我國公路網絡的等級和服務質量發生了翻天覆地的變化。截至2017年末[1]，全國公路總里程為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。公路養護里程為467.46萬km，占公路總里程的97.9%。我國已經成為繼美國之后全球排名第二的公路大國。全國有公路橋梁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。隨著時間的推移，我國最早建設的高速公路滬嘉高速至今已超30年，大量橋梁已經從“青年”向“老年”發展，其數量和規模將逐年遞增。從長遠角度來看，中國橋梁工程發展將從以建設為主逐步過渡到以管養為主，養護、檢測監測、維修將扮演更為重要的角色。可以預見，橋梁檢測在中國橋梁工程未來的發展中將逐漸成為主流，甚至成為橋梁工程領域中最關鍵的部分之一。本文將對橋梁檢測行業現有的特點和不足進行分析，并結合橋梁檢測信息化工作的需求和研究現狀，分析和討論橋梁檢測與信息技術相結合的未來發展方向。

1 橋梁檢測行業信息化現狀

在利用高新技術對傳統檢測方法、檢測設備、檢測軟件進行革命性升級這一方面，我國起步較慢。國內早期開發的橋梁檢測信息化系統，主要針對少數特大橋梁展開，且多以監測功能為主。上海徐浦大橋上安裝的帶有研究性質的結構狀態監測系統，其目的是為了摸索大型橋梁健康監測的經驗[2]。江陰長江公路大橋健康監測系統，主要是監測加勁梁的位移、吊索索力、錨跨主纜索股索力以及主纜、加勁梁、吊索的振動加速度等[3]。南京長江大橋健康監測系統，主要是進行溫度、風速風向、地震及船舶撞擊、墩位沉降以及恒載幾何線形、結構振動、主桁桿件應力、支座位移等監測[4]。由于投資大，重復性不強，上述系統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，主要是用于滿足日常巡檢和養護信息管理的平臺，這類平臺功能相對簡單，通常只對橋梁的主要信息進行規整，對復雜的檢測信息只進行原始的保存，無法提供分析和展示功能。許多珍貴的信息都以紙質形式存儲在檔案管理場所，既不便于保管，也不便于再次翻閱查看，導致這些資料雖然價值連城，卻無法很好利用。橋梁管養單位無法從這些資料中有效地挖掘數據，找尋規律，導致在作出管養決策時，信息了解不全面，決策依據有限，從而影響決策的質量和效率。同時，因為自然災害、鼠蟲破壞而造成紙質檔案資料損毀的案例不計其數，每當需要進行舊橋評估、加固項目時，常常找不到可用作依據的原始數據。而且紙質資料的保管需要大量的人力物力，投入大，效果卻不好。

在橋梁檢測手段上，對于普通橋梁而言，更多的是采用傳統的人工主導的方法進行檢測。在傳統檢測工作中，視覺觀察這一方法占據較大比重，大量時間和精力耗費在檢測數據重復性的記錄上，無信息化手段，人力和時間成本很高。因為無法進行現場快速計算，人工記錄會導致一些檢測項目無法在第一時間得到計算分析結果，延誤檢測的最佳時機。

如今，信息化已成為各行各業提升工作效率和工作質量的主要手段之一，運用信息技術改革橋梁檢測監測工作，改善橋梁檢測信息收集、分析、存儲的模式，將是近期不可改變的趨勢。

2 橋梁檢測監測行業信息化研究進展

橋梁檢測監測信息化技術的發展，主要圍繞傳統工作模式中最尖銳的矛盾問題展開：（1）傳統橋梁檢測工作中人工記錄信息主觀性強、效率低、無法進行即時分析與處理;（2）傳統橋梁健康監測系統通用性欠缺、常規橋梁適用性低、系統臃腫等;（3）檢測、監測數據二次利用困難，其價值未得到有效和及時挖掘;（4）檢測、監測信息得不到有效保存。針對上述問題，目前行業運用信息技術，開發出各類橋梁檢測、健康監測產品，并提出了多種針對檢測、監測數據分析利用的模型和方法，并運用云技術對數據進行存儲與管理。

2.1 橋梁檢測軟件需求研究與開發

城市橋梁和公路橋梁的檢測分別依據《城市橋梁檢測與評定技術規范》和《公路橋梁技術狀況評定標準》兩本規范。這些規范對檢測方法、術語、構件分類、病害描述與評定、技術狀況或等級評定進行了詳細描述。檢測工作同時也要滿足質量管理體系中關于信息記錄、運用、存儲管理的細項要求。因此，所開發的橋梁智能檢測軟件需在滿足規范與管理體系要求的前提下，實現如下功能：

（1）保證信息輸入的規范性和全面性：信息錄入需滿足城市橋梁與公路橋梁的規范規定。據《城市橋梁檢測與評定技術規范》和《公路橋梁技術狀況評定標準》對橋型分類、構件分類、評定標準均有不同的描述與要求。所開發的橋梁檢測軟件應根據檢測項目的不同，引導使用者使用正確的文字和語句記錄檢測信息;同時軟件應能識別檢測信息是否記錄完整，并及時作出提示。

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

（3）實現檢測信息的即時分析與良好展示：信息化錄入最大的優勢之一是可以完成即時分析與結果展示，這主要體現在三個方面：①數據的統計與分析;②檢測數據的可視化展示;③檢測報告的自動編寫。統計與分析方便使用者在現場第一時間把握橋梁整體技術狀況;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，提高后期設計、養護、維修人員的工作效率;報告的自動編寫則會大幅提升檢測這項勞動密集型工作的效率，將技術人員從重復工作中解放出來。

（4）滿足管理體系中對原始數據的各項要求：檢測軟件需能對檢測人、記錄人、儀器設備、檢測時間、環境情況信息進行如實記錄，實現原始記錄的溯源性。為防止數據被篡改、偽造，需設置相應的防范措施，這是橋梁檢測軟件區別于其他商業軟件的重要功能。

（5）軟件載體應具備良好兼容性：軟件依托的硬件平臺和系統需經過仔細選擇，應結合業務開展需要，盡可能兼容更多常用工程軟件，在保證數據交互的同時降低總體投入成本。

2.2 橋梁檢測軟件案例分析

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

APP基于Windows系統觸摸框架開發，提供了更好的界面交互性，也使運行硬件能兼容傳統的各類工程軟件。在檢測開始前，需選取項目適用的規范、橋型，定義結構主要參數。軟件B根據錄入參數的不同（病害位置、參數、照片等），變換下方輸入鍵盤的內容，提高輸入效率和規范性。通過鎖定功能，快捷記錄檢測人、時間、設備等關鍵參數，對原始數據進行保存，結合與云服務器自動同步功能，防止原始記錄的隨意篡改?；诒砀竦臄祿斎敕椒ㄐ矢?、內容全面，適用于工作量較大、項目周期短的項目應用。通過自動統計分析計算，可即時輸入滿足質量管理體系的檢測報告。目前，APP已成功運用于廣西、四川、貴州、重慶的各類項目，檢測橋梁超過400座，實現了檢測效率的質變提升。

該APP仍是基于傳統的表格操作界面，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，對數據的表現能力有限。本文認為，未來橋梁檢測軟件的需求研發，應從圖形交互方面著手，從2D或3D模型上對結構模型進行操作，直觀記錄和表現橋梁病害信息，為技術人員提供更有效的結構分析和評判條件。將信息記錄及展示與結構模型結合，也能使BIM技術落地發揮實際功效，大量新舊橋梁的檢測業務將保證BIM技術在公路交通領域的有效推行。

2.3 信息技術與橋梁檢測數據的運用和管理

目前橋梁檢測數據的管理主要方式有3類，其發展源于各自業務工作的需求：（1）針對少數特大橋梁的健康監測系統，其針對單座橋梁進行全方位監測、分析和管理，滿足對重要橋梁的全面管理的需求;（2）針對養護和巡檢工作的管理系統，雖然功能較少，數據的交互和拓展不強，卻滿足了管養單位關于成本控制、日常工作要求方面的需求;（3）其他檢測數據記錄在紙質媒介上，如人工撰寫的檢測原始記錄和檢測報告，為養護決策提供的有效信息極其有限，是信息技術未普及的時代產物。信息化飛速發展，使橋梁檢測數據的運用和管理提高到了新的層次，為此，新開發的數據平臺應達到以下要求：

（1）對于各類橋型的通用性：不應重復投入大量資金建立只適用于單一項目的管理系統，所開發的數據平臺應能兼容特大橋梁的監測與常規中小跨徑橋梁的檢測信息管理，統一系統框架、界面、功能，避免重復的建設。（2）新增項目的可拓展性：通過制定標準化的數據庫，降低新增項目接入數據平臺的成本，為平臺的大規模推廣打下必要基礎。（3）打通數據交互渠道：一方面，打通硬件設備與數據平臺的交互;另一方面，數據平臺應能快速檢索和分析平臺中的各類檢測信息，打破“數據孤島”。（4）檢測數據的可視化交互：與BIM技術相結合，實現在3D結構模型上對檢測信息的可視化展示。（5）數據分析：實現對橋梁技術狀況的分析與評定、實現對病害隨時間發展的追蹤，實現對實時監測信息的預警;分析評定應向自動化、智能化的方向發展。（6）應逐步覆蓋橋梁全壽命周期的管理，將勘察、設計、施工、管養、維修加固等各環節納入其中，形成管理閉環。

3 結語

我國交通行業建設的發展已進入建養并重的時期，未來將繼續過度，以維修養護為主，檢測將扮演著更重要的角色。隨著信息技術的飛速發展，橋梁檢測行業也在轉型。橋梁檢測方法的信息化從數據輸入、分析、輸出上大幅提升了檢測效率。橋梁數據管理的信息化實現了數據的存儲、交互、分析的新模式。由于更多開發力量的加入和產品的推出，橋梁檢測行業的信息化需求將繼續打磨、細化、深入。同時，除了橋梁檢測，橋梁工程更多環節的信息化工作也在開展，向設計、施工、建設各環節不斷滲透。可以預見，橋梁工程的全壽命周期的建管養工作或將在BIM平臺下實現一站式管理，將橋梁工程師從傳統工作中解放出來，把精力投入到更多具有意義的創造性勞動中，推動行業向下一階段發展。

參考文獻：

[1]交通運輸部.一圖看懂2017年交通運輸行業發展統計公報[J].中國公路，2018（7）：16-17.

[2]黃方林，王學敏，陳政清，等.大型橋梁健康監測研究進展[J].中國鐵道科學，2005，26（2）：1-7.

[3]譚 艷.斜拉橋索力測量及索力狀態評估研究[D].長沙：湖南科技大學，2009.

[4]陳世民.橋梁監測系統中海量數據分析理論與應用[D].重慶：重慶大學，2011.