桥梁管养信息化发展现状与展望

文/欧阳歆泓、徐一超

1 前言

桥梁管养信息化，是通过搭建桥梁信息数据库，对桥梁的定期检查结构及技术状况评定等级进行整理，再结合桥梁规模，定制针对性的养护维修计划，最终实现对维护资金和人员进行合理配置。

2 桥梁管养信息技术发展现状

国外桥梁管理系统起源于20 世纪60年代的美国，从最开始的简单存储既有桥梁的信息到具备制定维护策略、提供辅助决策的专家系统阶段。1968年，美国联邦公路总局研究开发了世界上第一个桥梁管理系统“国家桥梁档案库（NBI）”，之后世界各国也都相续进行了这一方面的开发研究工作。例如荷兰DISK 系统、芬兰 的DANBRO 系 统等。

我国桥梁养护管理系统从20 世纪80年代开始，已经发展了三十多年，各桥梁管理单位结合自身管养桥梁的特点，定制开发了多个桥梁管理系统软件。近些年，随着互联网技术发展，桥梁管理系统软件已经实现由C/S 架构（客户端/服务器）向B/S 架构（浏览器/服务器）的转变。

同时，随着智能移动终端的广泛使用，系统还实现了移动终端应用功能（APP），桥梁养护人员能够通过平板电脑或智能手机实现桥梁病害录入和信息查询，使得系统变得更加灵活便捷；另一方面，随着BIM技术的发展，一些桥梁管理单位开始依托BIM 技术建立了建管养一体化的桥梁管理系统，通过BIM 技术，实现了将各管理方集成在一个连贯有序的数据组织中，加强项目参与者之间的沟通以及信息传递，使管理平台变得更加简捷有效。

然而我国桥梁管养信息化仍处于较低水平，在标准化检评管理、关键部位及构件4D 可视化展示、养护方案比选与辅助决策、结构风险预测与安全性能评估方面还处于起步阶段，信息化、智能化的程度较低，以人为经验判断为主。同时，BIM 技术在我国桥梁领域的应用刚刚起步，现有的应用以设计、施工为主，还未形成统一的标准体系建立桥梁全寿命周期的信息共

享，难以为桥梁的科学养护决策提供依据[1]。

3 桥梁管养信息技术发展趋势

3.1 移动互联网技术下桥梁信息管理系统呈现新面孔

随着计算机技术的发展，从20 世纪90年代起，桥梁管养逐步实现了文档的信息化，产生第一代桥梁管理系统，形成了现代桥梁管理系统的基本构架。发展至今，桥梁管理系统从初代的简单存储桥梁基本信息，逐步发展为具备桥梁基础数据存储、结构状态评估、性能退化预测、经济效益分析及优化辅助决策等功能的新一代桥梁管理系统。

我国的桥梁管理系统研究和工程实践开始于20世纪80年代，在借鉴国外经验基础上，结合管理需求，开发了桥梁管理系统，发展呈现三阶段。

第一阶段：对既有桥梁的信息进行存储，并对桥梁静态信息进行检索与统计。

第二阶段：在存储既有桥梁的静态信息基础上，实现对桥梁检测数据、评定等级、维修历史等动态数据的收集。

第三阶段：具备制定维护策略，提供辅助决策的专家系统。

移动互联技术的发展正在改变着桥梁管理系统的运营模式，利用智能移动终端，采用移动无线通信，使其向着依托移动互联网技术的电子化人工巡检系统的方向演进。基于此，桥梁管理将有诸多的提升。如通过设定角色和权限，分工在移动互联网平台上的工作，加快了工作效率；在现场实现对构件的实时定位和监测数据查询；实现服务器与现场数据的共享，有利于快速决策。在未来，还可以通过损伤的图形化录入，实现病害参数智能识别，提高决策的科学水平[2]。

3.2 基于“大数据”的桥梁健康监测系统被寄予厚望

材料更新、技术进步驱动桥梁健康监测系统在快速发展。自20 世纪90年代以来，结构健康检测已广泛应用于大型桥梁，加拿大Confederation Bridge、日本Akashi Kaikyo Bridge、中国的青马大桥、东海大桥、苏通大桥、润扬长江大桥等，无论从规模还是技术水平上都取得了空前的发展。

如今，健康监测系统目前已实现实时动态采集，获取并储存海量数据；但从海量数据中挖掘对桥梁状态评估有用的信息，实现对桥梁的安全监管与有效维护。在经过数据预处理（信号降噪、异常剔除、冗余删除、数据压缩等）后，如何实现数据的深层挖掘是未来真正实现健康监测系统价值的所在。

建立基于静态测量数据和动态测量数据的损伤识别方法，确定损伤位置及程度，合理预测结构的剩余寿命；同时，选择合理的预警指标及阈值，建立可靠的预防及养护加固机制，这也是未来桥梁健康监测系统亟待解决的关键问题。

因此，近年来，基于大数据进行结构的损伤识别和状态评估成为当前SHM 研究的核心内容（图1），形成了基于模型和数据驱动的分析方法。前者对理论模型的精度和监测数据的质量有很高的要求，后者研究监测数据本身的变化规律及概率分布以识别结构状态的变化模式。但实现损伤识别的实桥案例仍然少见，主要原因可归纳为传感器性能不足，桥梁尚未出现明显的损伤，仍缺乏识别结构微小损伤的理论与方法等。

图1 桥梁SHM 研究方向

最新研究显示，基于“大数据”的结构分析通过数据预处理、数据融合、特征提取、模式识别、可视化等来实现，而深度学习、云计算等将可能为SHM 大数据研究打开局面。

随着桥梁逐步经历由“重建轻养”向“建养并重”乃至“管养为主”的转变，基于健康监测系统、运维期桥梁管养系统中存在的各方信息缺乏整合、养护信息共享闭塞、信息传输方式非常零散、系统之间缺乏数据互用性等问题，未来实现监测、管养的有机结合、监测项目集成化、人机交互、数据共享是发挥该系统意义的重要途径[3]。

3.3 基于BIM 的建管养一体化平台发展空间巨大

近年来，随着BIM 技术的发展，依托BIM 技术建立了建管养一体化的桥梁管理系统得到了快速发展。在许多工程领域，已经逐步实现了已有工程结构的“BIM 化”。基于工程建设阶段的纵向信息和基于运营期数据的横向信息，将成为基于BIM 的桥梁建管养一体化平台的数据基础。可以预见，BIM 技术在未来将成为桥梁建管养一体化的技术基础，它将逐渐改变我国已有的设计、施工、管养模式，使得桥梁工程真正进入信息化时代。同时，BIM 与VR、AR 技术的融合在未来将有较大的发展空间。

4 结语

综上所述，在桥梁管养信息化的建设中，桥梁信息管理系统、健康监测系统、建管养一体化平台发挥着巨大作用。但目前数据深层次挖掘不足致使桥梁的安全监管与有效维护并不到位，而在数据信息结构化、标准化的融合、共享过程中又急缺规范文件的指导，导致养护信息共享闭塞、信息传输方式零散、数据交互不便等问题。所以，融合移动互联网、大数据、BIM 等新兴信息技术实现建管养一体化将是未来的发展方向。