隧道信息化管养的数据体系

张霆，王翔，易若萤，李准华，刘凯

（1.南京交通运营管理集团有限公司，南京 211899；2.中交公路规划设计院有限公司，北京 100010）

1 引言

截至2021 年年末，全国公路总里程528.07 万km[1]，全国公路隧道23 268 处，公路养护里程525.16 万km（见图1），占公路总里程比重为99.4%。 随着公路网的逐步建设和完善，我国公路养护需求也呈现快速增长趋势。 大量已建、在建和待建的交通基础设施面临着科学管养和合理管养规划的问题。

长期以来，我国“重建轻养”导致交通基础设施养护基础薄弱，特别是大型特殊结构桥梁和长大过江隧道，不管在养护体量还是难度上，养护任务都十分艰巨。 而“建养并重”将是未来公路发展的总体趋势，整个行业重心在由“建设”到“管养”转移的过程中，也面临着多方面的压力[2]。

1）状态认知：如何规范有效地获得公路资产的属性数据，高效归纳对比、分析使用并管理获取的资产属性数据，及时准确全面把控资产状态。

2）性能保持：使资产长期处于预期状态，确保使用寿命。

3）风险控制：使各类风险得到有效控制。

4）资金使用：以最小的投入保持资产长期的预期状态，养管资金的投入能得到科学合理的数据决策支持。

为了适应行业重心转移、提升隧道资产的监管水平，收集和标准化可利用的管养数据是其中的重要基础， 这使其能为后续专业、科学的管养统计分析、辅助决策分析和带动相关养护咨询服务提供源源不断的能源。 利用现有的信息化手段，实施基于互联网、大数据、BIM、GIS 等技术的隧道资产管养信息化系统，是及时了解交通资产的技术状况、准确掌握隧道的养护需求、充分发挥公路养护资金社会经济效益、提高养护管理的科学性的重要手段[3]。

2 桥隧资产管养信息化系统数据的组成

从全寿命养护管理的理念出发， 每个养护对象的属性都包含了静态数据和动态数据，如图2 所示。

图2 桥隧资产对象的养管数据组成

静态数据信息是指养护对象从设计、 制作安装完成后基本固定不变的参数，即包含其设计尺寸、材料信息、图纸信息、照片信息、位置信息等；包含桥隧建成时的重要基准参数值，如隧道的设施状况等；包含常规状态下的养护要求，如检查频率、检测频率、养护频率和内容等。

动态信息主要为维养过程中产生的病害、检查、维修、技术状况评定等数据信息，以及运维事件、交通车流量等数据，其中每一项的内容都包含时间参数。

3 桥隧养护数据及技术特点

3.1 数据的载体和对象

每个数据都应该有对应的载体对象， 才能使数据有实际意义。 资产是个宏观的概念，但维养活动确是针对每个小的单元（构件），可以小到一个盾构管片、注浆孔等，而养管数据正是由它们的维养活动所产生，因此，数据的载体即是最小的维护单元。 为此需要将隧道土建和机电等构件进行细分 （见图3），并使其具有一致的准则，建立相应的资产拆分标准和编码标准。 标准的制定是一个工作量巨大的过程，但却为后续系统数据分析奠定了基础。

图3 隧道构件拆分标准化流程示意

通过标准编码的制定，为每个构件形成了一个“身份证”号码，从而建立起构件唯一的全寿命期数据索引，实现构件可溯源、可追踪、可终身管理的功能，通过唯一的编码也可以方便沟通不同的信息化平台、BIM 系统等（见图4）。 通过这个识别码与位置信息进行关联，现场通过GPS、二维码等方式可以实现对构件的定位（见图5）。

图4 标准化构件编码在长江隧道中的应用

图5 土建与机电设施与构件编码关联的二维码标识

3.2 数据的来源

隧道资产养护管理的管养数据来源， 主要包括表1 所示的几方面。

表1 数据来源及分类表

3.3 数据的标准化

隧道养护数据目前的应用难点在于存在大量非格式化的管养记录，主观性强，既不是电子数据，质量也参差不齐，记录很难被利用和进行价值挖掘。 只有标准化的数据，才能被计算机识别并利用信息化技术进行基于数据的科学管理应用。

因此，信息化系统首先根据数据标准化要求，制定各类数据标准，包括资产构件拆分标准、构件编码标准、构件静动态属性标准、病害名称标准、病害特征参数记录标准、病害位置记录标准等， 并通过这些标准使记录的数据成为专业规范化的有效数据（见图6）。

图6 数据的标准化体系

3.4 数据的采集

针对不同的数据来源，采用不同的数据采集方式。 主要包括3 种方式：手动录入、提供接口批量导入、提供接口自动传输。

3.4.1 手工录入

手工录入是效率最低的一种方式，主要适用于数据量少的场景。 主要为个别构件数据修改、技术状况评定打分或项目、任务信息的填写等。

3.4.2 无纸化现场办公

利用信息化系统的App 终端，可以实现管养数据的标准化录入和无纸化的现场办公（见图7），是信息化+专业化带来的数据采集优势之一，在不增加现场工作量的同时，使记录数据即标准又专业，并大大减小内业整理数据的工作时间。

图7 资产管养信息化系统移动巡检手机终端

3.4.3 提供接口批量导入

对于大量已建成隧道及其维养活动， 其信息主要来源于图纸文件、产品手册、纸质巡检记录、检测设备等，这些数据只能采用人工分离和辨别后，尽量利用标准化导入工具，通过接口批量导入管理系统。

对于隧道如采用道路综合检测车、 梁底机器人轨道巡检系统等产生的固定格式电子数据， 也可以通过接口直接批量导入系统并进行数据处理。

3.4.4 提供接口自动传输

对于实施了隧道资产管养系统的项目， 可直接通过移动设备的检查养护任务， 实时记录标准化管养数据并上传发现的病害和维修过程等，实现无纸化办公。 健康监测系统通过监测传感器实时采集现场数据后， 也可经过预设接口自动将数据传输到管理系统（见图8）。

图8 基于BI M的隧道资产管养监测平台

3.4.5 BIM 信息模型数据传递

对于已有BIM 信息模型的结构，可以直接将BIM 模型信息传递到运营阶段管理系统。 该方式可以直接通过模型传递，也可通过ifc 文件传递等（见图9）。

图9 隧道BI M信息模型数据信息传递路径

4 结语

面对日益严峻和繁重的养护形势， 已有越来越多的管理者选择采用信息化手段进行管养， 但是由于缺乏基础的数据规则和统筹规划，对系统中积累的数据难以应用，系统间的数据传递也比较困难。 为了使资产状态更加清晰，更好地为隧道管养进行服务，提高管养的科学性和数据的利用率，有必要结合隧道运维的特点和数据流转的形式，指定构件拆分、编码制定、土建检查评定、设备检修等的数据标准和养管数据体系，以期能通过数据进行管养， 并形成可供有效挖掘的大数据基础，反哺业界的进一步发展。