省級城市橋梁運行監測綜合管理平臺研發研究

文｜安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司 杜賽賽 梁柱；安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司 丁緒聰 葉志文

橋梁是城市重要的基礎設施，城市基礎設施的安全與人民生命財產安全息息相關，是充分發揮城市載體功能的重要基礎。近年來，由于先天缺陷、材料劣化、超載和養護管理不到位等因素的綜合作用，橋梁垮塌等安全性事故時有發生，造成了巨大的經濟損失和不良的社會影響。

為了確保橋梁、隧道等城市基礎設施的安全運行，更好的做好監管、養護工作。2014年住房和城鄉建設部下發了《關于加快城市道路橋梁建設改造的通知》（建城[2014]90 號），通知要求：“推進城市橋梁信息系統建設。各地要結合城市橋梁檔案管理、維修養護要求，加快建立完善城市橋梁信息管理系統。”安徽省安全生產委員會印發《安徽省安全生產委員會2020年工作要點》（皖安[2020]1 號），在第三大點“深入開展安全生產隱患排查，健全安全預防控制體系”中明確要求：“加強城市橋梁防護。加強橋梁等交通安全隱患點段的排查治理，進一步提高橋梁安全防護水平，重點強化橋梁的超限超載治理。”隨著城市科學治理需求的不斷提升，利用橋梁在線監測、檢測等信息，建立基于GIS+BIM、物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的城市基礎設施管理平臺正當其時。

1 建設目標

按照《城市橋梁養護技術標準》（CJJ 99-2017）管理制度要求，建立基于GIS+BIM、物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的省市縣三級城市橋梁運行監測綜合管理平臺，對橋梁完好率、日常巡檢完成率、定期檢測完成率、養護維修合格率等重點指標進行監測，全面掌握橋隧總體運行情況及安全技術狀況，實現“一庫統合、一網統管、一屏通觀”，實現城市橋梁信息管理、日常巡查、檢測、養護、維修全過程信息化、智能化管理。

2 需求分析

2.1 橋梁信息化管理的需要

由于傳統結構監測系統多為“獨立”項目，監測系統投資較大、性價比有限，監測系統軟件復用性低，研發、調試、部署周期長，橋梁的監測數據分析、利用難度大，影響橋梁管理者的實施積極性，特別是不利于在一些中小型橋梁上推廣和應用。此外，系統建設完成并交付后，由于缺少專業人才，管理者在后期的系統維護、管理上也存在困難。因此，監測系統的集約化、平臺化成為城市中小橋梁群監測的趨勢。

2.2 多源數據融合挖掘的需要

從信息的角度出發，橋梁結構物養護工作是一個數據處理到數據應用的過程，這些數據應該包括一切與結構相關的數據，包括定巡檢檢測數據、橋梁在線健康監測數據、規范標準設定的各類參數量化數據、數值模型計算數據等。如此數量龐大、種類多樣、實時性強的數據，其價值不言而喻。但是目前現有的一些管理系統和養護技術在這樣復雜的系統問題面前，無法實現對數據的深度挖掘和分析，處理過程無法標準化、智能化，導致付出了大量的人力、物力，但實際效果難以令人滿意。因此，基于多源的監測數據的分析挖掘成為需要迫切解決的問題。

2.3 輔助決策的需要

傳統上，橋梁結構健康狀況評估是通過人工目視檢查或借助便攜式儀器測量得到的信息進行的。但是人工檢查的方法在實際應用中有很大的局限性，其需要大量人力、物力和財力并有諸多檢查盲點，評估結果主要取決于檢查人員的專業知識水平和現場檢測經驗，主觀性強，難以量化。許多重要的結構數據需要長期連續的積累，對數據進行分析、歸類，才能正確評估橋梁工作狀態。且大型橋梁或橋梁群檢測周期長，這使得在有重大事故或嚴重自然災害的情況下，不能向養管部門提供即時信息。隨著物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術的發展成熟，綜合利用橋梁在線監測、檢測、交通監控等多種信息化手段，通過多源信息的深度分析，全面掌握橋梁結構的安全使用情況，提升橋梁管養科學化水平，為管養決策提供依據。

3 平臺總體設計

平臺業務由基礎信息、檢測評估、養護維修、系統建設、隱患整治和信息化建設組成各個微服務，使用SpringBoot 框架，各微服務之間基于HTTP 進行通信；技術采用前后端分離框架。用戶可通過電腦端訪問，訪問通過Nginx 到達API 網關，經網關認證授權后，有權限的用戶才能通過，并利用網關進行動態路由，實現負載均衡、訪問合適的服務器。數據存儲部分，緩存采用Redis，基本數據采用的MySQL 存儲，消息隊列使用Kafka。平臺支持省市縣三級用戶登錄，能根據用戶級別進行切換。

城市橋梁運行監測綜合管理平臺的總體框架主要包含四個層次，即數據資源管理層、應用支撐層、業務實現層、平臺展現層。

數據管理層：主要由數據庫和文件系統組成，其中結構化數據庫主要包括橋梁基礎數據、養護維修記錄數據、檢測記錄數據、結構分析數據及其它信息資源庫等。非結構數據庫主要是由一些圖片、文件型的數據構成。

圖1 平臺總體框架圖

應用支撐層：主要包括支撐服務 （表單工具、文件服務、權限管理、BIM 服務、地圖服務）、服務通信（消息中間件、RPC服務、REST 服務）和服務管理（配置管理、系統監控和注冊發現）。通過應用支撐層，實現界面集成、應用集成、數據集成及流程集成，通過四個集成來達到平臺的集成效果。

業務實現層：主要包括基礎信息子系統、檢測評估子系統、養護維護子系統、體系建設子系統、隱患整治子系統、信息化建設子系統、系統API接口和平臺維護等。

平臺展示層：主要由工作站、大屏、業務計算機等組成。

4 功能實現

4.1 基礎信息

具有GIS 地圖、城市橋梁數量統計、城市橋梁類別統計、橋梁橋型分類統計、城市橋梁分類等板塊。

（1）GIS 地圖

①總數總長:展示橋梁總座數、橋梁總長、總面積。

②城市橋梁類別統計：展示車行橋梁、人行天橋、人行地下通道、隧道的數量。

③各地市橋梁統計：展示各地市按照橋梁數量排序。

④橋梁橋型分類：展示梁式橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋、組合橋數量及占比。

⑤建設年代分布：展示城市橋梁數，橋梁建成年代明確的橋梁數、占比，橋齡不詳的橋梁數、占比；橋梁建成年代明確的橋梁中，橋齡在1～10年的橋梁數、占比；橋齡在11～20年的橋梁數、占比；橋齡在21～30年的橋梁、占比；橋齡在30年以上的橋梁數、占比。

⑥一橋一檔：展示已建立“橋梁資料卡”橋梁數，占比。

⑦橋長分類：展示小橋、中橋、大橋、特大橋橋梁數。

（2）橋梁概況

①橋梁概況：文字內容，包括城市橋梁的坐落位置（省、市、區/縣、所在路名）、建成年月、結構類型、道路等級、設計荷載、橋梁總長、橋梁總寬、斷面布置、主要設施量等信息。

②結構簡圖：圖片內容，包括城市橋梁的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖。

③BIM 模型：可對橋梁BIM 模型進行操作。

④附照：圖片內容，主要為反映橋梁整體情況的圖片。

（3）橋梁資料卡

按照《城市橋梁養護技術標準》（CJJ 99-2017）附錄B 中的資料卡格式展示城市橋梁信息，包括基本信息[橋梁名稱、所在路名、跨越、等級]、一般資料（如管理單位、建成年月、養護類別等）、上部結構（如主梁尺寸、主梁數量、支座型式等）、附屬工程（如集水口尺寸、泄水管尺寸、欄桿結構等）、下部結構（如橋墩數量、基樁尺寸、橋臺數量等）、附掛管線（如給水管、燃氣管、電力纜等）。

4.2 檢測評估

具有檢測開展情況統計、橋梁完好狀態等級統計、未檢測橋梁情況、隱患橋梁等板塊。

（1）檢測開展情況。展示檢測數量/橋梁數量檢測率數據，各地市按檢測率排名等。

（2）橋梁完好狀態。展示全省的城市橋梁總數。可以對省所轄各市/縣（區）的城市橋梁數量進行排序，能夠展示全省完好狀態等級為A 級、B 級、C 級、D 級、E級的城市橋梁比例。

（3）未檢測橋梁情況。展示全省未檢測橋梁總數、建設年代、橋齡分布信息。

（4）隱患橋梁。展示全省的城市橋梁隱患橋梁總數。可以對省所轄各市/縣（區）的城市橋梁數量進行排序，能夠展示全省/市/縣完好狀態等級為D 級、E 級的城市橋梁比例。

（5）GIS 地圖。展示檢測評估專題圖，各市區塊可根據橋梁數據顯示不同的顏色，點擊或者鼠標滑動到地市區域，顯示該區域橋梁基礎信息和詳情，點擊詳情，進入該地市默認GIS 地圖界面，并能返回省級；各市區塊顏色變化可根據不同指標進行切換，指標包括：檢測率地市分布、完好率分布、危橋數量分布等。

4.3 養護維修

具有總體信息、養護維修情況統計、護欄改造、GIS 地圖等板塊。

（1）總體情況

展示橋梁總數、維修率、歸檔率、維修質量合格率，維修金額，各地市已維修橋梁占比排名等。

（2）養護信息

展示橋梁養護類別Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各個類別橋梁數及占比；展示橋梁養護等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各個等級橋梁數及占比。

（3）維修情況

展示伸縮縫、泄水孔、護欄、橋墩橋臺、支座、橋面鋪裝、標志標牌等維修內容的橋梁數及占比；展示小修、中修、大修、加固及改擴建等維修類別的數量及占比。

（4）護欄升級改造情況統計

展示應設未設護欄或等級不足、護欄高度滿足規范要求、欄桿主體及基礎或連接受損、欄桿凈間距滿足規范要求、路緣石高度滿足規范要求、制定升級改造方案的城市橋梁數量及比例。

（5）GIS 地圖

①GIS 地圖：GIS 地圖中的市/縣（區）應顯示不同的顏色，區域性橋梁數量要能夠以熱點形式展示在GIS 地圖中。

②自定義搜索：在GIS 地圖的頁面上方提供城市橋梁名稱、完好狀態等級（最近一次定期檢測的完好狀態等級）、養護類別、養護等級的搜索框，搜索結果以熱點（集群）或橋梁icon（單個）形式展示在GIS地圖中。

4.4 體系建設

具有管理體系建設情況、制度制定情況、養護規劃制定情況等板塊。

（1）管理體系建設情況

①安全應急領導小組組建情況：展示由責任主體單位成立的安全應急領導小組的組長、職務、聯系方式。

②城市橋梁專業管養人員配置情況：展示責任主體單位管理的橋梁養護工程師人數。

（2）制度制定情況

①一橋一檔：展示一橋一檔建檔數及各個地市橋梁建檔率排名。

②巡查機制：展示各個等級橋梁的巡查率及各個地市的巡查率排名。

③檢測機制：展示各個等級橋梁的檢測率及各個地市的檢測率排名。

4.5 隱患整治

具有GIS 地圖、重點隱患橋梁情況統計、抽檢評估情況等板塊。

（1）GIS 地圖

①GIS 地圖：GIS 地圖中的市/縣（區）應顯示不同的顏色，城市重點隱患橋梁以icon 形式展示在GIS 地圖中。

②城市重點隱患橋梁卡片：點擊GIS地圖中的橋梁icon 彈出重點隱患橋梁簡介卡片的提示框，包含橋梁名稱、技術狀況等級、是否設置警示標志、主要安全隱患、整改措施、計劃完成時間等內容。

③技術狀況等級展示：不同技術狀況等級（D 級、E 級）的重點隱患橋梁的icon對應不用的顏色。

（2）城市重點隱患橋梁統計

展示重點隱患橋梁的數量及比例、技術狀況等級比例、重點橋梁整改情況、病害部位、建成年代及橋齡分布等信息。

（3）抽檢評估

展示全省抽檢橋梁數，橋梁完好狀態等級評定情況。

4.6 信息化建設

具有GIS 地圖、橋梁信息管理系統建設情況、橋梁安全監測系統建設情況等板塊。

（1）GIS 地圖

①GIS 地圖：GIS 地圖中的市/縣（區）應顯示不同的顏色，已安裝安全監測系統的城市橋梁以icon 形式展示在GIS 地圖中。

②橋梁監測信息簡介卡片：點擊GIS地圖中的橋梁icon 彈出橋梁監測信息簡介卡片的提示框，橋梁監測部分包含橋梁名稱、結構類型、橋梁跨度、橋梁全長、橋梁全寬、通車年月、系統建設單位、系統建設時間、是否有專業人員負責系統維護、橋梁圖片等信息。提示框中應分別提供“實時監測”的超鏈接。

（2）橋梁信息管理系統建設情況

若未建立系統，提示未建立系統。省級用戶可以查看市級或縣級的系統，對應的展示內容也會從數量及比例統計變為基本情況展示。

（3）橋梁安全監測系統建設情況

展示安裝安全監測系統的橋梁總數、各市/縣（區）安裝安全監測系統的橋梁數量，可以基于所有監測系統展示各監測項目（應變、位移、撓度、振動、索力、地震、能見度、風速風向、溫濕度、其他）的數量。

5 結語

平臺在充分的技術調研、橋隧管理現狀及需求調研的基礎上，以問題為導向，以用戶為中心，以服務安全監管為宗旨，以提高橋隧安全運行科技保障水平為目標，融合運用GIS+BIM、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術開展研發工作，并經過試點城市驗證后，未來可以各市縣單位進行推廣。