信息化监控技术在公路桥梁养护中的应用

郭丽波

山西宏泰达建筑工程有限公司 山西 太原 030000

引言

随着信息化技术的不断升级发展，各个领域都在积极开展信息化建设，顺应时代发展形势，在公路桥梁养护作业中合理应用相关信息化技术，是优化和改进公路桥梁养护的重要举措，同时也是公路桥梁养护的必然发展趋势，目前信息化监控技术在社会各个方面的应用十分广泛，有效分析基于信息化监控技术的公路桥梁养护系统设计，借鉴实际案例深入探索公路桥梁养护对信息化监控技术的具体应用，对于公路桥梁养护作业的实施和公路桥梁养护的发展具有重要意义。

1 公路桥梁养护信息技术

现代技术的迅猛发展带动公路桥梁养护技术有了长足进步，国际上这方面技术最先进的是一些欧美国家，他们在路桥养护方面研制出了高精确度的定位系统，把路桥工程的养护期限进行了压缩，养护效率的提高让工程成本得到有效控制，全球定位系统在路桥工程养护中的运用就是很好的例子，同时路桥工程进行病害的提前诊治以日本居于全球领先地位，路桥养护中的预警系统就是其代表作，对预防类似地震等灾害效果显著，国内目前在这方面虽然比较落后，但是也取得了一定进展，国内企业担纲的多级养护系统的验收应用初见成效，它是通过对路桥养护系统进行精细化分级，达到理想的养护效果，目前正在研制中的路桥养护技术的多种模式识别技术有望早日问世让路桥养护作业逐步向自动化智能化方向靠拢。

中国国力的增强让信息技术早已在多个领域普遍应用，信息技术是一个比较笼统的概念，它有许多分支技术，信息化存储，监控以及处理都在此列，以信息化监控技术为例，它是基于网络和计算机技术发展起来的，同时引入了数据库，多媒体等结构性内容，把数据采集与分析整理进行模块集成，得到最终路桥养护的各项数据，管理机构以此为据制定养护作业方案。

2 信息化监控技术公路桥梁养护系统设计

2.1 系统主体功能

路桥工程养护作业由多个内容组成，其中包括监测使用情况，制定执行养护作业方案以及工程验收等等，要利用信息化技术对路桥养护监控系统进行升级，有几个方面的功能：能提供详细准确的路桥使用数据的监测信息，实现路桥使用过程中潜在的病害区域做出初步预防监测，确保制定高操作性的路桥养护方案，高效完整地执行养护作业和工程验收流程等。

路桥工程养护系统有两方面的主体功能，一是路桥工程精准的使用过程监测数据，二是高效的养护过程，这两种主体功能在整个系统中各自达到30%的比重，次要的二级比重也有两个，一是路桥工程可操作性的养护方案，二是完整的验收环节，各自在整个系统中达到大约15%的比重，剩下的10%左右比重则属于一般性预测路桥工程病害，它在整个系统中属于三级养护，这项预测功能的主要作用是分析病害出现概率，其数据的误差率较大，常当作辅助功能使用[1]。

2.2 系统模型搭建

采用信息化监控技术，在系统原有功能以及结构的基础上进行路桥工程养护系统模型的构建，这个系统的基本架构基础是系统的交换机和底层网络，同时引入数据库，计算机和服务器等软件，把传感器和视频监控采集到的数据整合分析再向数据获取单元传输并在此处理，得出具体的判定指标，包括一般性，高效性，可操作性，完整性以及精准性，养护方案的最终形成由系统传输单元完成。

3 工程实例应用

3.1 工程概况

以位于广西桂林的阳江公路大桥为例，它的建成通车时间是2014年，起点位于中隐路，终点位于侯山道，东西走向，长485m，本公路桥每年都有年度养护工作规划，2017到2018年度的养护规划明确提出了关于时效性与精准性指标，其技术应用方案初步确定为信息化监控技术，以达到成本控制的目的。

3.2 管理系统

健康监测系统能做到远程，实时智能化的桥梁监测，能实现对大桥使用情况和结构安全监测数据的获取，管理机构由此制定定期养护作业方案的制定，达到维护大桥使用安全的目的，同时利用监测数据可验证大桥设计方案中的技术参数和当初的假定是否准确可靠，用于后续的科研工作。对路桥工程进行养护管理，最基本的要素就是数据，人工方式进行数据采集更新不能保证较高效率，拖累整个系统也效率不高，而信息化监控技术条件下养护系统的推广应用，能快速获取路桥健康数据，从而准确及时地测评桥梁状态，同时结合系统提供的实时桥体安全数据，反过来为桥梁健康监测提供参考依据，由此可见，针对桥梁监测建立的健康监测与养护管理两个系统必须实现信息共享。

在对系统进行设计时，须构建系统项目库，病害库，决策库以及计划库，对所有涉及文件和病害信息进行储存和解析，方便随时检索，通过信息共享互相利用，路桥养护管理在此基础上建成完整性极高的工作流程，数据在所有系统功能库中的流动都是双向进行的，管理过程始终处于动态当中，先进的系统和技术让数据记录更系统清晰[2]。

①病害库：整个养护系统的最基础模块就是病害库，病害数据的数量是很惊人的，它们统一经由病害库向系统输送，后续所有功能库都从病害库获取数据；②项目库：项目库数据来源是管理人员对病害库里的相关数据进行标记并严格筛选后添加进来的，它是数据的缓冲区，作用是对筛选来的数据进行完整储存，管理人员如需进行维修计划的制定，可直接由此提取数据，不用再去病害库检索，养护管理的年度计划制定的数据来源都是项目库，所以它的功能也是计划库数据备选功能库。数据组合筛分的原则是轻重缓急，所见所得，科学高效和认识清晰，具体流程是结构性拆分病害库数据，再结合多维组合与模糊查询，再进行组合排序和提取标记项完成整个流程，从而实现以全局视角预览桥体构件病害情况，对病害的分布和程度的认识更直观可视，真实准确，确定采取打包处理还是零散处理，实现病害库数据可快速向项目库提取；③计划库：它的功能比项目库更重要，它负责向年度报批计划提供数据，相关计划库结合病害库数据进行病害评估，评估依据是维修的紧迫度和病害有多严重，从中提取维修最紧要的病害数据导入计划库，形成年度维修计划，其他次要数据继续在项目库中滚动，但是管理人员要提高关注度，作为后续备选年度计划。年度计划一旦确定，进入预先设定的决策库自动生成维修方法；④决策库：它的特点是可以迭代形成，它负责记录典型桥梁病害的案例分析，包括成因，维修方法等，所有数据信息都会分类归档，决策库内存有的匹配信息，与录入数据相对应，二者自动生成维修方法，还能在系统内部根据病害程度和范围以及相关价格，对维修作业概算自动生成；⑤管理工具：一是筛选，筛选过程可自由组合，形式也可多种多样，在海量的数据库里对病害信息迅速定位，然后排序，查询，拆分，在根据标记提取，然后整合规范和存储，把筛选条件层层加码递进导入，对病害数据范围进行缩减，最终确定的病害一定是最符合条件的，这种随心所欲的查询和提取病害数据，有助于管理人员对病害发展趋势和分布范围做到整体性把控，最终形成全局性认知；二是统计，转化病害库，项目库以及计划库的所有数据形式，做到可以清晰可视地统计整理，举例来说，以某功能库为例，在最短时间内做到对库存数据进行工程分类，鉴定病害程度，动态发展趋势和维修状况以及自定义字段的统计研究，得到不同视角下的统计研究图，这种强大的统计功能可进行统计字段的自主定义设置，管理人员可定义裂缝，渗水等多种类型的病害关注字段；三是标记，它与书签功能相似，管理人员可用它对检索结论进行多种形式的存储，帮助管理人员对病害库海量数据随意浏览，关键是能对所有检索到的关联数据进行形式多样又各不相同的标签，自动等级不同的优先备选数据，各种不同标签数据可同时呈现，确保所有浏览次数的有效性，这种功能能为制定计划库和项目库实施前期准备工作，养护管理由此工作效率大幅提高。

3.3 监控模型系统

3.3.1 可视化桥梁周边地理信息展示和GIS测量。对地理信息系统的关联性进行合理利用，能迅速对桥梁所处环境地理信息做到深入了解，同时实施基础的三维测量，测量内容包括距离，高度体积面积等，可实现平时提前制定巡视方案，可视化规划检测提前标注的重点区域，养护管理工作效率得以提升。

3.3.2 应用BIM模型开发桥梁巡检系统。把建筑信息模型和地理信息系统进行综合利用，以此为基础构建人工巡查系统，结合移动终端对桥梁构造和建筑信息模型实现可视化呈现，在系统内部随意检索最初相关部位设计数据，以及巡查记录和养护管理数据，向三维界面导入病害数据时同步勾选相关构件，对病害位置进行准确定位，巡查工作可提高效率[3]。

3.3.3 GIS+BIM+IOT桥梁健康监测技术应用。文字配以地理信息系统平面图示是传统监测系统描述传感器位置的标配，如果桥梁设置了非常密集的传感器，这种描述方式不能对其位置进行准确定位，通过对建筑信息模型技术和地理信息系统的引进，把观测构件与传感器进行关联绑定，就是关联了检测和监测数据以及桥梁构件曾经经过的养护等历史数据，阈值预警并不是监测系统的唯一功能，利用上述技术对系统健康监测范围进行扩大，在桥梁整个生命周期都能在数据信息方面为养护管理提供支持。

3.3.4 桥梁病害快速查询和统计分析。查询桥梁构件可借助目录树，也可在三维界面勾选右键显示框，构件病害以及评分和位置等关键数据就可一览无余，同步显示的还有检测作业人员，时间以及病害图片等，桥梁有很多隐蔽区域，而建筑信息模型技术提供的可视化病害显示，病害部位可做到无死角呈现，病害缺损的显示方式以颜色加以区分，系统可自动对病害分类，各种病害分布特点也很清晰，其关联效果能提供检测数据，养护历史以及现场图片，以4D为基础提供病害趋势的时间动态显示[4]。

3.3.5 桥梁养护可视化辅助决策。地理信息系统和建筑信息模型技术的完美融合，协助开发出了对桥梁实施养护的辅助系统，让管理做到可视化决策，单桥以建筑信息模型技术为基础数据库图像对病害现场进行照片记录，养护管理决策人员可据此初步判定病害产生的原因，其功能还可帮助管理人员关联其他各检测时间段的病害图像，对病害的前世今生做到无死角分析，如果面对的是群桥，则以3D地理信息系统为基础进行显示和分析，成为桥梁路网级别的更宽大养护分析和决策平台。

3.3.6 桥梁养护效果后评价。道路系统是社会经济建设和发展的重要助力，高质量的道路工程，不仅能够为民众出行提供方便条件，也有利于进一步助推交通运输行业的繁荣发展，但是要想构建高质量道路工程，还需要多个方面的共同促进[5]。为了提升养护效果评价的科学性，要把地理信息系统和建筑信息模型技术相结合，以此为基础形成可视化桥梁检测技术，通过病害种类和维修方法的引导，进行桥梁构件单桥级别的养护效果后评价制度的构建，把追溯构件病害养护以后进行可视化，供以后再制定养护措施用作优化参考，就是从维修结束开始，对种类一致的桥梁构件进行维修后技术数据评分，统计这项技术指标不同时间段的变化情况生成趋势图，输入建筑信息模型把分析显示实现可视化。

4 结束语

事实证明，切实做好公路桥梁养护作业，不仅有助于公路桥梁工程质量的优化，和在某种程度上延长公路桥梁工程运行寿命，同时在交通安全和交通效率等方面也发挥着一定的积极作用，在公路桥梁养护信息化发展过程中，将信息化监控技术应用于公路桥梁养护是非常关键的，所以应深入探索基于信息化监控技术的公路桥梁养护系统设计。