隧道信息化管養的數據體系

張霆，王翔，易若螢，李準華，劉凱

（1.南京交通運營管理集團有限公司，南京 211899；2.中交公路規劃設計院有限公司，北京 100010）

1 引言

截至2021 年年末，全國公路總里程528.07 萬km[1]，全國公路隧道23 268 處，公路養護里程525.16 萬km（見圖1），占公路總里程比重為99.4%。 隨著公路網的逐步建設和完善，我國公路養護需求也呈現快速增長趨勢。 大量已建、在建和待建的交通基礎設施面臨著科學管養和合理管養規劃的問題。

長期以來，我國“重建輕養”導致交通基礎設施養護基礎薄弱，特別是大型特殊結構橋梁和長大過江隧道，不管在養護體量還是難度上，養護任務都十分艱巨。 而“建養并重”將是未來公路發展的總體趨勢，整個行業重心在由“建設”到“管養”轉移的過程中，也面臨著多方面的壓力[2]。

1）狀態認知：如何規范有效地獲得公路資產的屬性數據，高效歸納對比、分析使用并管理獲取的資產屬性數據，及時準確全面把控資產狀態。

2）性能保持：使資產長期處于預期狀態，確保使用壽命。

3）風險控制：使各類風險得到有效控制。

4）資金使用：以最小的投入保持資產長期的預期狀態，養管資金的投入能得到科學合理的數據決策支持。

為了適應行業重心轉移、提升隧道資產的監管水平，收集和標準化可利用的管養數據是其中的重要基礎， 這使其能為后續專業、科學的管養統計分析、輔助決策分析和帶動相關養護咨詢服務提供源源不斷的能源。 利用現有的信息化手段，實施基于互聯網、大數據、BIM、GIS 等技術的隧道資產管養信息化系統，是及時了解交通資產的技術狀況、準確掌握隧道的養護需求、充分發揮公路養護資金社會經濟效益、提高養護管理的科學性的重要手段[3]。

2 橋隧資產管養信息化系統數據的組成

從全壽命養護管理的理念出發， 每個養護對象的屬性都包含了靜態數據和動態數據，如圖2 所示。

圖2 橋隧資產對象的養管數據組成

靜態數據信息是指養護對象從設計、 制作安裝完成后基本固定不變的參數，即包含其設計尺寸、材料信息、圖紙信息、照片信息、位置信息等；包含橋隧建成時的重要基準參數值，如隧道的設施狀況等；包含常規狀態下的養護要求，如檢查頻率、檢測頻率、養護頻率和內容等。

動態信息主要為維養過程中產生的病害、檢查、維修、技術狀況評定等數據信息，以及運維事件、交通車流量等數據，其中每一項的內容都包含時間參數。

3 橋隧養護數據及技術特點

3.1 數據的載體和對象

每個數據都應該有對應的載體對象， 才能使數據有實際意義。 資產是個宏觀的概念，但維養活動確是針對每個小的單元（構件），可以小到一個盾構管片、注漿孔等，而養管數據正是由它們的維養活動所產生，因此，數據的載體即是最小的維護單元。 為此需要將隧道土建和機電等構件進行細分 （見圖3），并使其具有一致的準則，建立相應的資產拆分標準和編碼標準。 標準的制定是一個工作量巨大的過程，但卻為后續系統數據分析奠定了基礎。

圖3 隧道構件拆分標準化流程示意

通過標準編碼的制定，為每個構件形成了一個“身份證”號碼，從而建立起構件唯一的全壽命期數據索引，實現構件可溯源、可追蹤、可終身管理的功能，通過唯一的編碼也可以方便溝通不同的信息化平臺、BIM 系統等（見圖4）。 通過這個識別碼與位置信息進行關聯，現場通過GPS、二維碼等方式可以實現對構件的定位（見圖5）。

圖4 標準化構件編碼在長江隧道中的應用

圖5 土建與機電設施與構件編碼關聯的二維碼標識

3.2 數據的來源

隧道資產養護管理的管養數據來源， 主要包括表1 所示的幾方面。

表1 數據來源及分類表

3.3 數據的標準化

隧道養護數據目前的應用難點在于存在大量非格式化的管養記錄，主觀性強，既不是電子數據，質量也參差不齊，記錄很難被利用和進行價值挖掘。 只有標準化的數據，才能被計算機識別并利用信息化技術進行基于數據的科學管理應用。

因此，信息化系統首先根據數據標準化要求，制定各類數據標準，包括資產構件拆分標準、構件編碼標準、構件靜動態屬性標準、病害名稱標準、病害特征參數記錄標準、病害位置記錄標準等， 并通過這些標準使記錄的數據成為專業規范化的有效數據（見圖6）。

圖6 數據的標準化體系

3.4 數據的采集

針對不同的數據來源，采用不同的數據采集方式。 主要包括3 種方式：手動錄入、提供接口批量導入、提供接口自動傳輸。

3.4.1 手工錄入

手工錄入是效率最低的一種方式，主要適用于數據量少的場景。 主要為個別構件數據修改、技術狀況評定打分或項目、任務信息的填寫等。

3.4.2 無紙化現場辦公

利用信息化系統的App 終端，可以實現管養數據的標準化錄入和無紙化的現場辦公（見圖7），是信息化+專業化帶來的數據采集優勢之一，在不增加現場工作量的同時，使記錄數據即標準又專業，并大大減小內業整理數據的工作時間。

圖7 資產管養信息化系統移動巡檢手機終端

3.4.3 提供接口批量導入

對于大量已建成隧道及其維養活動， 其信息主要來源于圖紙文件、產品手冊、紙質巡檢記錄、檢測設備等，這些數據只能采用人工分離和辨別后，盡量利用標準化導入工具，通過接口批量導入管理系統。

對于隧道如采用道路綜合檢測車、 梁底機器人軌道巡檢系統等產生的固定格式電子數據， 也可以通過接口直接批量導入系統并進行數據處理。

3.4.4 提供接口自動傳輸

對于實施了隧道資產管養系統的項目， 可直接通過移動設備的檢查養護任務， 實時記錄標準化管養數據并上傳發現的病害和維修過程等，實現無紙化辦公。 健康監測系統通過監測傳感器實時采集現場數據后， 也可經過預設接口自動將數據傳輸到管理系統（見圖8）。

圖8 基于BI M的隧道資產管養監測平臺

3.4.5 BIM 信息模型數據傳遞

對于已有BIM 信息模型的結構，可以直接將BIM 模型信息傳遞到運營階段管理系統。 該方式可以直接通過模型傳遞，也可通過ifc 文件傳遞等（見圖9）。

圖9 隧道BI M信息模型數據信息傳遞路徑

4 結語

面對日益嚴峻和繁重的養護形勢， 已有越來越多的管理者選擇采用信息化手段進行管養， 但是由于缺乏基礎的數據規則和統籌規劃，對系統中積累的數據難以應用，系統間的數據傳遞也比較困難。 為了使資產狀態更加清晰，更好地為隧道管養進行服務，提高管養的科學性和數據的利用率，有必要結合隧道運維的特點和數據流轉的形式，指定構件拆分、編碼制定、土建檢查評定、設備檢修等的數據標準和養管數據體系，以期能通過數據進行管養， 并形成可供有效挖掘的大數據基礎，反哺業界的進一步發展。