桥梁检测行业信息化现状与研究进展

黎力韬 何清

摘要：传统的桥梁检测和数据管理利用效率低、信息利用困难、对全寿命管养决策的指导意义有限，需要通过现代信息化手段予以转型提升。文章详细分析了桥梁检测行业中信息化技术利用和研发的现状，对桥梁检测手段和检测数据管理利用的信息化需求进行讨论，探讨信息化技术在未来桥梁工程领域中的应用方式。

关键词：桥梁检测;检测手段;数据管理利用;信息化

The traditional bridge detection and data management has low efficiency，difficult information utilization，and limited guiding significance for lifelong maintenance decisionmaking，thus it needs to be transformed and improved through modern information means.This article analyzes the current situation of information technology utilization and R&D in bridge detection industry，discusses the informationization needs of bridge detection methods and detection data management utilization，and discusses the application methods of information technology in the future bridge engineering field.

Bridge detection;Detection means;Data management and utilization;Informationization.

0 引言

我国公路体系建设伴随经济高速增长已经持续约30年，期间我国公路网络的等级和服务质量发生了翻天覆地的变化。截至2017年末[1]，全国公路总里程为477.35万km，比上年增加7.82万km。公路密度为49.72 km/百km2，增加0.81 km/百km2。公路养护里程为467.46万km，占公路总里程的97.9%。我国已经成为继美国之后全球排名第二的公路大国。全国有公路桥梁83.25万座、5 225.62万m，比上年增加2.72万座、308.66万m，其中特大桥梁4 646座、826.72万m，大桥91 777座、2 424.37万m。随着时间的推移，我国最早建设的高速公路沪嘉高速至今已超30年，大量桥梁已经从“青年”向“老年”发展，其数量和规模将逐年递增。从长远角度来看，中国桥梁工程发展将从以建设为主逐步过渡到以管养为主，养护、检测监测、维修将扮演更为重要的角色。可以预见，桥梁检测在中国桥梁工程未来的发展中将逐渐成为主流，甚至成为桥梁工程领域中最关键的部分之一。本文将对桥梁检测行业现有的特点和不足进行分析，并结合桥梁检测信息化工作的需求和研究现状，分析和讨论桥梁检测与信息技术相结合的未来发展方向。

1 桥梁检测行业信息化现状

在利用高新技术对传统检测方法、检测设备、检测软件进行革命性升级这一方面，我国起步较慢。国内早期开发的桥梁检测信息化系统，主要针对少数特大桥梁展开，且多以监测功能为主。上海徐浦大桥上安装的带有研究性质的结构状态监测系统，其目的是为了摸索大型桥梁健康监测的经验[2]。江阴长江公路大桥健康监测系统，主要是监测加劲梁的位移、吊索索力、锚跨主缆索股索力以及主缆、加劲梁、吊索的振动加速度等[3]。南京长江大桥健康监测系统，主要是进行温度、风速风向、地震及船舶撞击、墩位沉降以及恒载几何线形、结构振动、主桁杆件应力、支座位移等监测[4]。由于投资大，重复性不强，上述系统无法在各类桥梁中大面积推广使用。

另一类桥梁信息化管理系统，主要是用于满足日常巡检和养护信息管理的平台，这类平台功能相对简单，通常只对桥梁的主要信息进行规整，对复杂的检测信息只进行原始的保存，无法提供分析和展示功能。许多珍贵的信息都以纸质形式存储在档案管理场所，既不便于保管，也不便于再次翻阅查看，导致这些资料虽然价值连城，却无法很好利用。桥梁管养单位无法从这些资料中有效地挖掘数据，找寻规律，导致在作出管养决策时，信息了解不全面，决策依据有限，从而影响决策的质量和效率。同时，因为自然灾害、鼠虫破坏而造成纸质档案资料损毁的案例不计其数，每当需要进行旧桥评估、加固项目时，常常找不到可用作依据的原始数据。而且纸质资料的保管需要大量的人力物力，投入大，效果却不好。

在桥梁检测手段上，对于普通桥梁而言，更多的是采用传统的人工主导的方法进行检测。在传统检测工作中，视觉观察这一方法占据较大比重，大量时间和精力耗费在检测数据重复性的记录上，无信息化手段，人力和时间成本很高。因为无法进行现场快速计算，人工记录会导致一些检测项目无法在第一时间得到计算分析结果，延误检测的最佳时机。

如今，信息化已成為各行各业提升工作效率和工作质量的主要手段之一，运用信息技术改革桥梁检测监测工作，改善桥梁检测信息收集、分析、存储的模式，将是近期不可改变的趋势。

2 桥梁检测监测行业信息化研究进展

桥梁检测监测信息化技术的发展，主要围绕传统工作模式中最尖锐的矛盾问题展开：（1）传统桥梁检测工作中人工记录信息主观性强、效率低、无法进行即时分析与处理;（2）传统桥梁健康监测系统通用性欠缺、常规桥梁适用性低、系统臃肿等;（3）检测、监测数据二次利用困难，其价值未得到有效和及时挖掘;（4）检测、监测信息得不到有效保存。针对上述问题，目前行业运用信息技术，开发出各类桥梁检测、健康监测产品，并提出了多种针对检测、监测数据分析利用的模型和方法，并运用云技术对数据进行存储与管理。

2.1 桥梁检测软件需求研究与开发

城市桥梁和公路桥梁的检测分别依据《城市桥梁检测与评定技术规范》和《公路桥梁技术状况评定标准》两本规范。这些规范对检测方法、术语、构件分类、病害描述与评定、技术状况或等级评定进行了详细描述。检测工作同时也要满足质量管理体系中关于信息记录、运用、存储管理的细项要求。因此，所开发的桥梁智能检测软件需在满足规范与管理体系要求的前提下，实现如下功能：

（1）保证信息输入的规范性和全面性：信息录入需满足城市桥梁与公路桥梁的规范规定。据《城市桥梁检测与评定技术规范》和《公路桥梁技术状况评定标准》对桥型分类、构件分类、评定标准均有不同的描述与要求。所开发的桥梁检测软件应根据检测项目的不同，引导使用者使用正确的文字和语句记录检测信息;同时软件应能识别检测信息是否记录完整，并及时作出提示。

（2）保障信息录入的高效性：目前的桥梁检测软件基本依托各类平板电脑或智能手机进行开发，其搭载的触摸屏是一种高效的手持式设备信息交互窗口，可在同一区域完成信息的交互，已被人们广泛接受。但是手持式设备为满足轻便的要求，屏幕大小有限，因此需要软件针对操作流程进行深度优化，有选择地呈现关键的交互信息，在提升使用人员专注度的同时，引导其完成正确的操作流程。

（3）实现检测信息的即时分析与良好展示：信息化录入最大的优势之一是可以完成即时分析与结果展示，这主要体现在三个方面：①数据的统计与分析;②检测数据的可视化展示;③检测报告的自动编写。统计与分析方便使用者在现场第一时间把握桥梁整体技术状况;桥梁病害信息的可视化能帮助使用者更直观地把握桥梁病害整体分布情况与位置，提高后期设计、养护、维修人员的工作效率;报告的自动编写则会大幅提升检测这项劳动密集型工作的效率，将技术人员从重复工作中解放出来。

（4）满足管理体系中对原始数据的各项要求：检测软件需能对检测人、记录人、仪器设备、检测时间、环境情况信息进行如实记录，实现原始记录的溯源性。为防止数据被篡改、伪造，需设置相应的防范措施，这是桥梁检测软件区别于其他商业软件的重要功能。

（5）软件载体应具备良好兼容性：软件依托的硬件平台和系统需经过仔细选择，应结合业务开展需要，尽可能兼容更多常用工程软件，在保证数据交互的同时降低总体投入成本。

2.2 桥梁检测软件案例分析

广西交通科学研究院有限公司基于上述要求，开发了初代桥梁智能检测APP（以下简称APP）。APP的主要界面如图1所示。

APP基于Windows系统触摸框架开发，提供了更好的界面交互性，也使运行硬件能兼容传统的各类工程软件。在检测开始前，需选取项目适用的规范、桥型，定义结构主要参数。软件B根据录入参数的不同（病害位置、参数、照片等），变换下方输入键盘的内容，提高输入效率和规范性。通过锁定功能，快捷记录检测人、时间、设备等关键参数，对原始数据进行保存，结合与云服务器自动同步功能，防止原始记录的随意篡改。基于表格的数据输入方法效率高、内容全面，适用于工作量较大、项目周期短的项目应用。通过自动统计分析计算，可即时输入满足质量管理体系的检测报告。目前，APP已成功运用于广西、四川、贵州、重庆的各类项目，检测桥梁超过400座，实现了检测效率的质变提升。

该APP仍是基于传统的表格操作界面，为ANSYS等各类工程软件，提供了最快捷、底层的交互方式，但是交互不直观，对数据的表现能力有限。本文认为，未来桥梁检测软件的需求研发，应从图形交互方面着手，从2D或3D模型上对结构模型进行操作，直观记录和表现桥梁病害信息，为技术人员提供更有效的结构分析和评判条件。将信息记录及展示与结构模型结合，也能使BIM技术落地发挥实际功效，大量新旧桥梁的检测业务将保证BIM技术在公路交通领域的有效推行。

2.3 信息技术与桥梁检测数据的运用和管理

目前桥梁检测数据的管理主要方式有3类，其发展源于各自业务工作的需求：（1）针对少数特大桥梁的健康监测系统，其针对单座桥梁进行全方位监测、分析和管理，满足对重要桥梁的全面管理的需求;（2）针对养护和巡检工作的管理系统，虽然功能较少，数据的交互和拓展不强，却满足了管养单位关于成本控制、日常工作要求方面的需求;（3）其他检测数据记录在纸质媒介上，如人工撰写的检测原始记录和检测报告，为养护决策提供的有效信息极其有限，是信息技术未普及的时代产物。信息化飞速发展，使桥梁检测数据的运用和管理提高到了新的层次，为此，新开发的数据平台应达到以下要求：

（1）对于各类桥型的通用性：不应重复投入大量资金建立只适用于单一项目的管理系统，所开发的数据平台应能兼容特大桥梁的监测与常规中小跨径桥梁的检测信息管理，统一系统框架、界面、功能，避免重复的建设。（2）新增项目的可拓展性：通过制定标准化的数据库，降低新增项目接入数据平台的成本，为平台的大规模推广打下必要基础。（3）打通数据交互渠道：一方面，打通硬件设备与数据平台的交互;另一方面，数据平台应能快速检索和分析平台中的各类检测信息，打破“数据孤岛”。（4）检测数据的可视化交互：与BIM技术相结合，实现在3D结构模型上对检测信息的可视化展示。（5）数据分析：实现对桥梁技术状况的分析与评定、实现对病害随时间发展的追踪，实现对实时监测信息的预警;分析评定应向自动化、智能化的方向发展。（6）应逐步覆盖桥梁全寿命周期的管理，将勘察、设计、施工、管养、维修加固等各环节纳入其中，形成管理闭环。

3 结语

我国交通行业建设的发展已进入建养并重的时期，未来将继续过度，以维修养护为主，检测将扮演着更重要的角色。随着信息技术的飞速发展，桥梁检测行业也在转型。桥梁检测方法的信息化从数据输入、分析、输出上大幅提升了检测效率。桥梁数据管理的信息化实现了数据的存储、交互、分析的新模式。由于更多开发力量的加入和产品的推出，桥梁检测行业的信息化需求將继续打磨、细化、深入。同时，除了桥梁检测，桥梁工程更多环节的信息化工作也在开展，向设计、施工、建设各环节不断渗透。可以预见，桥梁工程的全寿命周期的建管养工作或将在BIM平台下实现一站式管理，将桥梁工程师从传统工作中解放出来，把精力投入到更多具有意义的创造性劳动中，推动行业向下一阶段发展。

参考文献：

[1]交通运输部.一图看懂2017年交通运输行业发展统计公报[J].中国公路，2018（7）：16-17.

[2]黄方林，王学敏，陈政清，等.大型桥梁健康监测研究进展[J].中国铁道科学，2005，26（2）：1-7.

[3]谭 艳.斜拉桥索力测量及索力状态评估研究[D].长沙：湖南科技大学，2009.

[4]陈世民.桥梁监测系统中海量数据分析理论与应用[D].重庆：重庆大学，2011.