信息化監控技術在公路橋梁養護中的應用

郭麗波

山西宏泰達建筑工程有限公司 山西 太原 030000

引言

隨著信息化技術的不斷升級發展，各個領域都在積極開展信息化建設，順應時代發展形勢，在公路橋梁養護作業中合理應用相關信息化技術，是優化和改進公路橋梁養護的重要舉措，同時也是公路橋梁養護的必然發展趨勢，目前信息化監控技術在社會各個方面的應用十分廣泛，有效分析基于信息化監控技術的公路橋梁養護系統設計，借鑒實際案例深入探索公路橋梁養護對信息化監控技術的具體應用，對于公路橋梁養護作業的實施和公路橋梁養護的發展具有重要意義。

1 公路橋梁養護信息技術

現代技術的迅猛發展帶動公路橋梁養護技術有了長足進步，國際上這方面技術最先進的是一些歐美國家，他們在路橋養護方面研制出了高精確度的定位系統，把路橋工程的養護期限進行了壓縮，養護效率的提高讓工程成本得到有效控制，全球定位系統在路橋工程養護中的運用就是很好的例子，同時路橋工程進行病害的提前診治以日本居于全球領先地位，路橋養護中的預警系統就是其代表作，對預防類似地震等災害效果顯著，國內目前在這方面雖然比較落后，但是也取得了一定進展，國內企業擔綱的多級養護系統的驗收應用初見成效，它是通過對路橋養護系統進行精細化分級，達到理想的養護效果，目前正在研制中的路橋養護技術的多種模式識別技術有望早日問世讓路橋養護作業逐步向自動化智能化方向靠攏。

中國國力的增強讓信息技術早已在多個領域普遍應用，信息技術是一個比較籠統的概念，它有許多分支技術，信息化存儲，監控以及處理都在此列，以信息化監控技術為例，它是基于網絡和計算機技術發展起來的，同時引入了數據庫，多媒體等結構性內容，把數據采集與分析整理進行模塊集成，得到最終路橋養護的各項數據，管理機構以此為據制定養護作業方案。

2 信息化監控技術公路橋梁養護系統設計

2.1 系統主體功能

路橋工程養護作業由多個內容組成，其中包括監測使用情況，制定執行養護作業方案以及工程驗收等等，要利用信息化技術對路橋養護監控系統進行升級，有幾個方面的功能：能提供詳細準確的路橋使用數據的監測信息，實現路橋使用過程中潛在的病害區域做出初步預防監測，確保制定高操作性的路橋養護方案，高效完整地執行養護作業和工程驗收流程等。

路橋工程養護系統有兩方面的主體功能，一是路橋工程精準的使用過程監測數據，二是高效的養護過程，這兩種主體功能在整個系統中各自達到30%的比重，次要的二級比重也有兩個，一是路橋工程可操作性的養護方案，二是完整的驗收環節，各自在整個系統中達到大約15%的比重，剩下的10%左右比重則屬于一般性預測路橋工程病害，它在整個系統中屬于三級養護，這項預測功能的主要作用是分析病害出現概率，其數據的誤差率較大，常當作輔助功能使用[1]。

2.2 系統模型搭建

采用信息化監控技術，在系統原有功能以及結構的基礎上進行路橋工程養護系統模型的構建，這個系統的基本架構基礎是系統的交換機和底層網絡，同時引入數據庫，計算機和服務器等軟件，把傳感器和視頻監控采集到的數據整合分析再向數據獲取單元傳輸并在此處理，得出具體的判定指標，包括一般性，高效性，可操作性，完整性以及精準性，養護方案的最終形成由系統傳輸單元完成。

3 工程實例應用

3.1 工程概況

以位于廣西桂林的陽江公路大橋為例，它的建成通車時間是2014年，起點位于中隱路，終點位于侯山道，東西走向，長485m，本公路橋每年都有年度養護工作規劃，2017到2018年度的養護規劃明確提出了關于時效性與精準性指標，其技術應用方案初步確定為信息化監控技術，以達到成本控制的目的。

3.2 管理系統

健康監測系統能做到遠程，實時智能化的橋梁監測，能實現對大橋使用情況和結構安全監測數據的獲取，管理機構由此制定定期養護作業方案的制定，達到維護大橋使用安全的目的，同時利用監測數據可驗證大橋設計方案中的技術參數和當初的假定是否準確可靠，用于后續的科研工作。對路橋工程進行養護管理，最基本的要素就是數據，人工方式進行數據采集更新不能保證較高效率，拖累整個系統也效率不高，而信息化監控技術條件下養護系統的推廣應用，能快速獲取路橋健康數據，從而準確及時地測評橋梁狀態，同時結合系統提供的實時橋體安全數據，反過來為橋梁健康監測提供參考依據，由此可見，針對橋梁監測建立的健康監測與養護管理兩個系統必須實現信息共享。

在對系統進行設計時，須構建系統項目庫，病害庫，決策庫以及計劃庫，對所有涉及文件和病害信息進行儲存和解析，方便隨時檢索，通過信息共享互相利用，路橋養護管理在此基礎上建成完整性極高的工作流程，數據在所有系統功能庫中的流動都是雙向進行的，管理過程始終處于動態當中，先進的系統和技術讓數據記錄更系統清晰[2]。

①病害庫：整個養護系統的最基礎模塊就是病害庫，病害數據的數量是很驚人的，它們統一經由病害庫向系統輸送，后續所有功能庫都從病害庫獲取數據；②項目庫：項目庫數據來源是管理人員對病害庫里的相關數據進行標記并嚴格篩選后添加進來的，它是數據的緩沖區，作用是對篩選來的數據進行完整儲存，管理人員如需進行維修計劃的制定，可直接由此提取數據，不用再去病害庫檢索，養護管理的年度計劃制定的數據來源都是項目庫，所以它的功能也是計劃庫數據備選功能庫。數據組合篩分的原則是輕重緩急，所見所得，科學高效和認識清晰，具體流程是結構性拆分病害庫數據，再結合多維組合與模糊查詢，再進行組合排序和提取標記項完成整個流程，從而實現以全局視角預覽橋體構件病害情況，對病害的分布和程度的認識更直觀可視，真實準確，確定采取打包處理還是零散處理，實現病害庫數據可快速向項目庫提取；③計劃庫：它的功能比項目庫更重要，它負責向年度報批計劃提供數據，相關計劃庫結合病害庫數據進行病害評估，評估依據是維修的緊迫度和病害有多嚴重，從中提取維修最緊要的病害數據導入計劃庫，形成年度維修計劃，其他次要數據繼續在項目庫中滾動，但是管理人員要提高關注度，作為后續備選年度計劃。年度計劃一旦確定，進入預先設定的決策庫自動生成維修方法；④決策庫：它的特點是可以迭代形成，它負責記錄典型橋梁病害的案例分析，包括成因，維修方法等，所有數據信息都會分類歸檔，決策庫內存有的匹配信息，與錄入數據相對應，二者自動生成維修方法，還能在系統內部根據病害程度和范圍以及相關價格，對維修作業概算自動生成；⑤管理工具：一是篩選，篩選過程可自由組合，形式也可多種多樣，在海量的數據庫里對病害信息迅速定位，然后排序，查詢，拆分，在根據標記提取，然后整合規范和存儲，把篩選條件層層加碼遞進導入，對病害數據范圍進行縮減，最終確定的病害一定是最符合條件的，這種隨心所欲的查詢和提取病害數據，有助于管理人員對病害發展趨勢和分布范圍做到整體性把控，最終形成全局性認知；二是統計，轉化病害庫，項目庫以及計劃庫的所有數據形式，做到可以清晰可視地統計整理，舉例來說，以某功能庫為例，在最短時間內做到對庫存數據進行工程分類，鑒定病害程度，動態發展趨勢和維修狀況以及自定義字段的統計研究，得到不同視角下的統計研究圖，這種強大的統計功能可進行統計字段的自主定義設置，管理人員可定義裂縫，滲水等多種類型的病害關注字段；三是標記，它與書簽功能相似，管理人員可用它對檢索結論進行多種形式的存儲，幫助管理人員對病害庫海量數據隨意瀏覽，關鍵是能對所有檢索到的關聯數據進行形式多樣又各不相同的標簽，自動等級不同的優先備選數據，各種不同標簽數據可同時呈現，確保所有瀏覽次數的有效性，這種功能能為制定計劃庫和項目庫實施前期準備工作，養護管理由此工作效率大幅提高。

3.3 監控模型系統

3.3.1 可視化橋梁周邊地理信息展示和GIS測量。對地理信息系統的關聯性進行合理利用，能迅速對橋梁所處環境地理信息做到深入了解，同時實施基礎的三維測量，測量內容包括距離，高度體積面積等，可實現平時提前制定巡視方案，可視化規劃檢測提前標注的重點區域，養護管理工作效率得以提升。

3.3.2 應用BIM模型開發橋梁巡檢系統。把建筑信息模型和地理信息系統進行綜合利用，以此為基礎構建人工巡查系統，結合移動終端對橋梁構造和建筑信息模型實現可視化呈現，在系統內部隨意檢索最初相關部位設計數據，以及巡查記錄和養護管理數據，向三維界面導入病害數據時同步勾選相關構件，對病害位置進行準確定位，巡查工作可提高效率[3]。

3.3.3 GIS+BIM+IOT橋梁健康監測技術應用。文字配以地理信息系統平面圖示是傳統監測系統描述傳感器位置的標配，如果橋梁設置了非常密集的傳感器，這種描述方式不能對其位置進行準確定位，通過對建筑信息模型技術和地理信息系統的引進，把觀測構件與傳感器進行關聯綁定，就是關聯了檢測和監測數據以及橋梁構件曾經經過的養護等歷史數據，閾值預警并不是監測系統的唯一功能，利用上述技術對系統健康監測范圍進行擴大，在橋梁整個生命周期都能在數據信息方面為養護管理提供支持。

3.3.4 橋梁病害快速查詢和統計分析。查詢橋梁構件可借助目錄樹，也可在三維界面勾選右鍵顯示框，構件病害以及評分和位置等關鍵數據就可一覽無余，同步顯示的還有檢測作業人員，時間以及病害圖片等，橋梁有很多隱蔽區域，而建筑信息模型技術提供的可視化病害顯示，病害部位可做到無死角呈現，病害缺損的顯示方式以顏色加以區分，系統可自動對病害分類，各種病害分布特點也很清晰，其關聯效果能提供檢測數據，養護歷史以及現場圖片，以4D為基礎提供病害趨勢的時間動態顯示[4]。

3.3.5 橋梁養護可視化輔助決策。地理信息系統和建筑信息模型技術的完美融合，協助開發出了對橋梁實施養護的輔助系統，讓管理做到可視化決策，單橋以建筑信息模型技術為基礎數據庫圖像對病害現場進行照片記錄，養護管理決策人員可據此初步判定病害產生的原因，其功能還可幫助管理人員關聯其他各檢測時間段的病害圖像，對病害的前世今生做到無死角分析，如果面對的是群橋，則以3D地理信息系統為基礎進行顯示和分析，成為橋梁路網級別的更寬大養護分析和決策平臺。

3.3.6 橋梁養護效果后評價。道路系統是社會經濟建設和發展的重要助力，高質量的道路工程，不僅能夠為民眾出行提供方便條件，也有利于進一步助推交通運輸行業的繁榮發展，但是要想構建高質量道路工程，還需要多個方面的共同促進[5]。為了提升養護效果評價的科學性，要把地理信息系統和建筑信息模型技術相結合，以此為基礎形成可視化橋梁檢測技術，通過病害種類和維修方法的引導，進行橋梁構件單橋級別的養護效果后評價制度的構建，把追溯構件病害養護以后進行可視化，供以后再制定養護措施用作優化參考，就是從維修結束開始，對種類一致的橋梁構件進行維修后技術數據評分，統計這項技術指標不同時間段的變化情況生成趨勢圖，輸入建筑信息模型把分析顯示實現可視化。

4 結束語

事實證明，切實做好公路橋梁養護作業，不僅有助于公路橋梁工程質量的優化，和在某種程度上延長公路橋梁工程運行壽命，同時在交通安全和交通效率等方面也發揮著一定的積極作用，在公路橋梁養護信息化發展過程中，將信息化監控技術應用于公路橋梁養護是非常關鍵的，所以應深入探索基于信息化監控技術的公路橋梁養護系統設計。