本文在深入研究橋梁
隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及現(xiàn)有管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了橋梁隧道健康檢測(cè)與智能管理系統(tǒng)的主要功能模塊，并對(duì)橋梁隧道健康檢測(cè)與智能管理系統(tǒng)的發(fā)展前景做了較全面的分析。
1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
橋梁管理信息系統(tǒng)研究最早出現(xiàn)在美國(guó)，在上世紀(jì)70年代初，美國(guó)建立了世界上第一個(gè)橋梁信息系統(tǒng)—— 國(guó)家橋梁檔案數(shù)據(jù)庫(kù)(PONTIS前身)，進(jìn)行全國(guó)橋梁相關(guān)資料的收集和整理 。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和充實(shí)，目前PONTIS已成為能記錄、存儲(chǔ)、更新和統(tǒng)計(jì)所有橋梁各項(xiàng)數(shù)據(jù)的橋梁數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)還能對(duì)國(guó)家公路橋梁作出評(píng)定，并對(duì)候選項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)先排序，為橋梁重建和維修計(jì)劃提供輔助決策。另外，美國(guó)許多較大的州，如紐約州、賓州、佛羅里達(dá)州等均自行開發(fā)了適合其自身需求與制度的橋梁管理系統(tǒng)。與此同時(shí)，其他一些國(guó)家也開發(fā)了各具特色的橋梁管理信息系統(tǒng)，如丹麥的DANBRO、芬蘭的國(guó)家公路署管理系統(tǒng)、英國(guó)的NATS、加拿大的阿爾伯塔省橋梁管理系統(tǒng)、日本的MICHI等。
我國(guó)的橋梁信息管理系統(tǒng)研究始于80年代中期，交通部、四川省、上海、北京等公路科研機(jī)構(gòu)最早開始橋梁管理系統(tǒng)的研究工作，并開發(fā)了各自的公路橋梁管理系統(tǒng)，如交通部公路科研所開發(fā)的“中國(guó)公路橋梁管理系統(tǒng)(CBMS)” ，同濟(jì)大學(xué)研發(fā)的“上海市城市橋梁管理系統(tǒng)”，浙江大學(xué)交通工程研究所研發(fā)的“文暉大橋斜拉橋健康檢測(cè)評(píng)估管理系統(tǒng)”等。
目前隧道管理信息系統(tǒng)的開發(fā)偏重于項(xiàng)目級(jí)管理系統(tǒng)，如我國(guó)的青海馬平隧道的綜合監(jiān)控運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，成功嶺高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)，秦嶺終南山隧道監(jiān)控系統(tǒng)等。此外，對(duì)隧道管理信息系統(tǒng)的開發(fā)結(jié)構(gòu)比較單一，只要集中于隧道環(huán)境量及機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)上，對(duì)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的功能齊全的隧道養(yǎng)護(hù)與智能管理系統(tǒng)較少。
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橋隧檢測(cè)與管理信息系統(tǒng)
建立橋梁隧道健康監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)是為使橋梁隧道管理者全面、準(zhǔn)確掌握橋梁隧道的工作技術(shù)狀態(tài)，直觀了解現(xiàn)有橋梁隧道的過(guò)去、當(dāng)前和將來(lái)若干年內(nèi)的營(yíng)運(yùn)狀況，并對(duì)橋梁隧道的技術(shù)狀況、服務(wù)水平做出正確評(píng)價(jià)，提出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)、維修措施的管理工具，使管理者能合理安排有限的養(yǎng)護(hù)資金，及時(shí)、經(jīng)濟(jì)和有效地對(duì)橋梁隧道實(shí)施養(yǎng)護(hù)和維修，達(dá)到延長(zhǎng)橋梁隧道使用壽命，充分發(fā)揮橋梁隧道的營(yíng)運(yùn)效能，確保交通運(yùn)輸安全通暢的目的 。因此，橋梁隧道管理系統(tǒng)除應(yīng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理和資料統(tǒng)計(jì)分析外，還應(yīng)管理路網(wǎng)上所有橋梁隧道進(jìn)行評(píng)價(jià)分析、維修方案優(yōu)選、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用計(jì)算等。對(duì)于一個(gè)路網(wǎng)級(jí)橋梁隧道管理系統(tǒng)，其主要功能模塊如圖1所示。
圖1 橋梁隧道管理系統(tǒng)功能模塊示意圖
2.1 橋梁隧道系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)
橋隧檢測(cè)與管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是規(guī)范化、系統(tǒng)化的收集橋梁隧道所有靜、動(dòng)態(tài)資料，其功能是對(duì)橋隧的基本參數(shù)進(jìn)行描述以便為橋隧后續(xù)的狀態(tài)評(píng)估及概預(yù)算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)主要包括橋梁隧道的基本資料、檢測(cè)資料、監(jiān)測(cè)資料、養(yǎng)護(hù)維修資料、交通事故資料及維修方法及單價(jià)資料等。
2.2 橋隧檢測(cè)評(píng)估與決策子系統(tǒng)
橋隧檢測(cè)的目的是通過(guò)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件劣化和變形狀況，對(duì)橋隧的安全性、耐久性和功能適應(yīng)性等進(jìn)行評(píng)估，以便對(duì)橋梁隧道進(jìn)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)維修。由于橋梁隧道不同的劣化構(gòu)件，構(gòu)件不同的劣化位置、程度和范圍，對(duì)橋梁隧道整體結(jié)構(gòu)及交通安全均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。因此，橋隧檢測(cè)評(píng)估與決策子系統(tǒng)至少應(yīng)包括：① 檢測(cè)項(xiàng)目;② 劣化狀況描述;③ 檢測(cè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn);④ 維修數(shù)量等。
在橋隧檢測(cè)評(píng)估與決策子系統(tǒng)中，針對(duì)橋隧不同檢測(cè)方式應(yīng)有相應(yīng)的空白記錄表，記錄每次檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)單位及檢測(cè)內(nèi)容等。在對(duì)具體評(píng)估構(gòu)件的劣化程度進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)包括對(duì)劣化程度、劣化范圍、劣化對(duì)該構(gòu)件的重要程度或?qū)Y(jié)構(gòu)及行車安全的重要性進(jìn)行描述。此外，進(jìn)行構(gòu)件劣化程度記錄和描述時(shí)，除能進(jìn)行文字描述外，檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)還應(yīng)能讓使用者使用圖形組件直接描繪構(gòu)件的劣化示意圖，并加入對(duì)應(yīng)的照片和說(shuō)明資料，為橋隧養(yǎng)護(hù)工程師和管理者提供清楚詳細(xì)的構(gòu)件劣化狀況。
根據(jù)橋隧檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中橋隧的基本信息，利用系統(tǒng)中的專家職能評(píng)估功能對(duì)結(jié)構(gòu)的破損情況進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)，并提出養(yǎng)護(hù)、維修方案和風(fēng)險(xiǎn)處理措施，同時(shí)根據(jù)記錄的維修項(xiàng)目和工作量進(jìn)行維修費(fèi)用預(yù)算，供決策者參考。
2.3 橋隧買時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)
橋隧實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)是通過(guò)設(shè)置在橋隧中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集橋隧的各個(gè)狀態(tài)參數(shù)，并對(duì)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理以分析橋隧的健康狀況，監(jiān)控系統(tǒng)周期性地將分析結(jié)果與規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)做對(duì)比，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果超過(guò)某一程度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒維護(hù)工程師。
橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：幾何監(jiān)測(cè);荷載監(jiān)測(cè);靜動(dòng)力反應(yīng)監(jiān)測(cè);環(huán)境監(jiān)測(cè)。隧道實(shí)時(shí)監(jiān)控包括隧道變形監(jiān)測(cè)及隧道內(nèi)環(huán)境量監(jiān)測(cè)，變形監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容有：隧道襯砌變形;路基下沉;襯砌單元間裂縫開展;襯砌單元的相對(duì)沉降。隧道內(nèi)環(huán)境量監(jiān)測(cè)主要包括：① 全隧道通風(fēng)、照明、消防和通信設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè);② 全程氣溫、煙霧濃度監(jiān)測(cè);③隧洞內(nèi)外亮度監(jiān)測(cè);④ 各測(cè)點(diǎn)的CO、VI監(jiān)測(cè);⑤隧道交通狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。
對(duì)大型橋隧工程建立實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)可以隨時(shí)了解橋隧的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控對(duì)象的隱患，從而有針對(duì)性的進(jìn)行維護(hù)管理，延長(zhǎng)橋梁隧道的使用壽命，降低維修成本;此外，還可以有效地避免由于監(jiān)管不及時(shí)造成的惡性結(jié)構(gòu)安全事故，避免造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失。
2.4 橋隧預(yù)算編列與維修計(jì)劃子系統(tǒng)
橋梁隧道的養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)費(fèi)及養(yǎng)護(hù)人員等資源有限，每年可辦理的維修預(yù)算有其定額，為有效的利用有限的經(jīng)費(fèi)并保證管理域內(nèi)橋隧暢通并安全運(yùn)行，橋隧管理系統(tǒng)中的預(yù)算編列與維修計(jì)劃子系統(tǒng)即可根據(jù)橋梁隧道劣化構(gòu)件維修的緊迫性，計(jì)算預(yù)算額度內(nèi)的維修項(xiàng)目?jī)?yōu)選順序，進(jìn)行整體性維修優(yōu)選排序，制定年度維修計(jì)劃，使預(yù)算分配最佳化。橋梁隧道預(yù)算編列與維修計(jì)劃子系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢測(cè)評(píng)估構(gòu)件劣化所需的維修數(shù)量、已完成的維修數(shù)量、維修方法及單價(jià)等資料，自動(dòng)編制、管理和打印維修預(yù)算，并制定下年度的橋梁隧道養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃，其能實(shí)現(xiàn)的功能有：
(1)能將維修資料輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，并能計(jì)算維修總經(jīng)費(fèi)。
(2)能制定年度檢測(cè)、維修計(jì)劃，包括定期檢測(cè)、特殊檢測(cè)的時(shí)間安排、所檢橋隧數(shù)據(jù)信息。
(3)維修預(yù)算不足時(shí)，能按構(gòu)件維修的緊迫性及整體性優(yōu)選順序，排列年度維修預(yù)算。
(4)能監(jiān)控維修工作的執(zhí)行， 當(dāng)維修工作完成后，能夠重新計(jì)算維修項(xiàng)目?jī)?yōu)選排序。
(5)對(duì)需分年維修的項(xiàng)目，能提供預(yù)算編列模塊尚待辦理的維修數(shù)量，合并編列年度預(yù)算。
2.5 GIS子系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Systems，簡(jiǎn)稱GIS)是20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來(lái)的地理學(xué)研究新技術(shù)，是一門集計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)、地圖學(xué)等多門科學(xué)為一體的新興學(xué)科，是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施具有明顯的地理信息特性，因而是最早運(yùn)用GIS的領(lǐng)域之一 。
GIS在橋梁隧道管理系統(tǒng)中的作用主要有：
(1)利用G1S技術(shù)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，建立橋梁隧道靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與空間位置的連接，實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的雙向查詢。
(2)建立隧道內(nèi)部各種機(jī)電設(shè)備的空間信息與屬性信息及其設(shè)備之間的信息相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在電子地圖上對(duì)各種機(jī)電設(shè)備對(duì)象進(jìn)行查詢、狀況顯示、設(shè)備故障閃爍等。
(3)通過(guò)電子地圖中的鷹眼功能協(xié)助隧道內(nèi)部空問(wèn)的快速定位，從整體上把握隧道的布局和設(shè)備的具體地理位置，并可放大查看隧道內(nèi)部的相關(guān)情況。
(4)利用GIS提供的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和編輯功能，能方便的將各種圖形數(shù)據(jù)輸入，還可以從其他數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或電子表格處理系統(tǒng)中拷入。GIS技術(shù)與橋隧管理信息系統(tǒng)的結(jié)合已成為橋梁隧道管理技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，橋梁隧道管理系統(tǒng)依靠GIS這一強(qiáng)大的數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以有效地處理更為復(fù)雜的橋梁隧道管理問(wèn)題，在全區(qū)域甚至全國(guó)范圍內(nèi)形成全局性網(wǎng)級(jí)管理系統(tǒng)。
3.橋隧健康檢測(cè)與智能管理系統(tǒng)的發(fā)展前景
一套完善的橋隧智能管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
(1)橋梁隧道的建設(shè)費(fèi)用巨大，每年的維護(hù)和管理費(fèi)用也不菲，如果未能達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，將為國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用橋隧健康檢測(cè)與管理系統(tǒng)不僅能有效延長(zhǎng)橋梁隧道的使用壽命，大幅降低建設(shè)成本、養(yǎng)護(hù)成本和管理成本，還可有效避免突發(fā)事故造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
(2)應(yīng)用橋隧管理系統(tǒng)可加強(qiáng)對(duì)交通的疏導(dǎo)和控制，從而大大提高橋梁和隧道的暢通程度，提高交通流量，減少車輛在橋梁和隧道內(nèi)的滯留時(shí)問(wèn)和剎車次數(shù)。這不僅可以減少政府通過(guò)建設(shè)新的道路來(lái)緩解交通壓力的市政建設(shè)成本，還可以減少橋梁隧道內(nèi)汽車的油耗量，保護(hù)環(huán)境。
(3)應(yīng)用橋隧健康檢測(cè)與管理系統(tǒng)可以提高市政設(shè)施的監(jiān)管效率，加大監(jiān)管力度和廣度;同時(shí)通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范與已具備的信息系統(tǒng)、相關(guān)的系統(tǒng)鏈接和共享信息，建立起合理的政府管理服務(wù)過(guò)程與機(jī)制，從而促進(jìn)政府職能部門協(xié)同工作的效率，有效的降低政府管理成本。
(4)橋隧健康檢測(cè)與管理系統(tǒng)的使用可以避免由于監(jiān)管不及時(shí)而造成的惡性結(jié)構(gòu)安全事故的發(fā)生，進(jìn)而避免對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全、城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)秩序造成的重大負(fù)面的社會(huì)影響和政治影響。
(5)一套完善的橋隧健康檢測(cè)與管理系統(tǒng)是集橋梁隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和管理于一體的具有系統(tǒng)性和全面性的管理系統(tǒng)，功能齊全，信息化和自動(dòng)化高，有利于各管理部門和相關(guān)單位、下屬單位共享信息資源，提高市政設(shè)施監(jiān)管的整體效率，還可以避免對(duì)信息系統(tǒng)重復(fù)投資以及防止投資失敗，降低政府成本。
4.結(jié)語(yǔ)
橋梁隧道健康檢測(cè)與智能管理信息系統(tǒng)的研制與應(yīng)用使得橋梁隧道的養(yǎng)護(hù)狀況得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，管理手段也發(fā)生了根本變化，橋梁隧道的養(yǎng)護(hù)與管理逐漸趨于規(guī)范化、制度化和標(biāo)準(zhǔn)。然而，目前橋梁隧道的管理信息系統(tǒng)仍存在不少問(wèn)題，現(xiàn)有的管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，沒(méi)有充分利用現(xiàn)在發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息快速傳遞、資源共享等。此外，大多數(shù)管理系統(tǒng)只是針對(duì)項(xiàng)目級(jí)上的橋梁或隧道，缺乏一個(gè)包括道路、邊坡、隧道、橋梁等管理交通網(wǎng)絡(luò)的大型綜合網(wǎng)絡(luò)級(jí)管理信息系統(tǒng)，建立一套完善基于WEB的大型綜合交通管理信息系統(tǒng)必能實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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