文｜張富榮 陳德偉 白植舟

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，橋梁工程數(shù)量和建造水平得到了大幅提升。截至2010 年底，我國公路橋梁總計62 萬座、總長2.73 萬公里，已成為僅次于美國的第二橋梁大國，并且在建和擬建橋梁工程仍逐年增加。傳統(tǒng)的橋梁管理模式重建輕養(yǎng)，管理方法相對落后，與橋梁建設(shè)速度不相匹配，致使橋梁安全事故時有發(fā)生，造成生命和財產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。

目前，在橋梁管理中主要面臨以下問題：超載車輛對橋梁的破壞性，設(shè)計和施工過程存在先天缺陷，建設(shè)管理和養(yǎng)護(hù)管理脫節(jié)，橋梁養(yǎng)護(hù)管理人員素質(zhì)有待提高，數(shù)據(jù)采集和橋梁狀況評價技術(shù)有待提高，養(yǎng)護(hù)資金有限，橋梁養(yǎng)護(hù)管理重視程度不夠，基礎(chǔ)信息、損傷信息和養(yǎng)護(hù)信息的缺失等。近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智慧城市等成為城市建設(shè)的熱點。橋梁作為交通網(wǎng)絡(luò)中的重要樞紐，是國家生命線工程的重要組成部分，將是智慧交通建設(shè)中的重要一環(huán)。如何提升我國橋梁運行水平，改善橋梁養(yǎng)護(hù)管理現(xiàn)狀，滿足橋梁管理新要求成為亟需解決的問題。

橋梁管理系統(tǒng)（Bridge Management System，簡稱BMS）作為一種科學(xué)化的信息管理手段，在我國橋梁管理中發(fā)揮了一定的作用。本文從信息集成的角度出發(fā)，改善我國橋梁管理系統(tǒng)存在的問題，以應(yīng)對橋梁管理的新挑戰(zhàn)。

橋梁管理系統(tǒng)的發(fā)展

橋梁管理系統(tǒng)是以系統(tǒng)論思想為指導(dǎo)，綜合運用運籌學(xué)、系統(tǒng)分析、經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)，協(xié)調(diào)各項橋梁管理活動，為橋梁管理部門提供科學(xué)決策依據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)。于20世紀(jì)70年代開始在美國橋梁管理領(lǐng)域嶄露頭角，并在世界各國相繼應(yīng)用和發(fā)展。

總體來看，BMS的發(fā)展經(jīng)歷了以下三個階段。

第一代BMS，只是用簡單的電子數(shù)據(jù)庫來代替繁雜的紙質(zhì)橋梁資料，同時有檢索，統(tǒng)計等功能；

第二代BMS，包括橋梁數(shù)據(jù)庫、橋梁檢測和養(yǎng)護(hù)、維修信息，其中不僅包含了橋梁的一些物理信息，而且還涵蓋了各橋梁構(gòu)件的檢測細(xì)節(jié)和詳細(xì)等級劃分，以及維修歷史等；

第三代BMS，主要在第二代基礎(chǔ)上添加了仿真分析和決策功能，通過數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)知識進(jìn)行維護(hù)優(yōu)化，制訂維護(hù)策略，幫助橋梁管理者做出決策。

我國目前應(yīng)用較廣泛的是交通部開發(fā)的“中國公路橋梁管理系統(tǒng)”（CBMS），系統(tǒng)采用樹型結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)包括6個子系統(tǒng)，分別是數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、統(tǒng)計查詢子系統(tǒng)、評價決策子系統(tǒng)、費用分析子系統(tǒng)、維修計劃子系統(tǒng)、地理信息子系統(tǒng)(GIS)的應(yīng)用，每個子系統(tǒng)又被劃分為更細(xì)小的功能模塊。此外，上海、廣東省、北京、杭州、無錫等地也紛紛開發(fā)了用于公路橋梁管理和城市橋梁管理的BMS。

橋梁管理系統(tǒng)存在的問題

目前，橋梁管理系統(tǒng)主要是為養(yǎng)護(hù)管理服務(wù)，從實際應(yīng)用情況來看，大部分處于信息存儲和檢索階段，并沒有很好地為養(yǎng)護(hù)管理部門提供輔助決策作用?？偨Y(jié)起來，主要有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不完善以及多方面原因造成的開發(fā)和使用橋梁管理系統(tǒng)的動力不足兩個方面的問題。

1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫待完善

橋梁數(shù)據(jù)庫主要儲存管理系統(tǒng)內(nèi)各橋梁的基本信息，包括橋梁屬性、結(jié)構(gòu)信息、檢測信息、維修歷史、交通信息、評估標(biāo)準(zhǔn)、維修對策及費用等。橋梁管理系統(tǒng)中的決策分析、退化預(yù)測、成本分析等功能模塊都需要有大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)等作為支撐。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是BMS中必不可少的一部分，也是管理部門單位進(jìn)行橋梁管理的基礎(chǔ)。

然而我國經(jīng)過去三十多年噴涌式的橋梁建設(shè)期，橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用時間相對較短，數(shù)據(jù)庫建設(shè)存在以下問題：

（1）數(shù)據(jù)庫信息不豐富，尚沒有一套完整的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)供參考；

（2）造成支撐系統(tǒng)的實際工程數(shù)據(jù)較缺乏，橋梁設(shè)計和施工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并沒有得到很好的保存和收集，數(shù)據(jù)完整性和實用性低；

（3）橋梁運營階段的數(shù)據(jù)采集方法及質(zhì)量有待提高；

（4）數(shù)據(jù)信息的傳遞方式落實，目前橋梁管理系統(tǒng)的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是手動輸入；

（5）數(shù)據(jù)形式單一且落后，信息以二維為主，表達(dá)不直觀、可視化差，具體構(gòu)件的詳細(xì)信息繁瑣，不利于信息管理；

（6）尚沒有一個全國性的共享數(shù)據(jù)庫，因此橋梁管理系統(tǒng)相對個體化，造成很多資源浪費和信息低效能。

2.開發(fā)和使用橋梁管理系統(tǒng)的動力有限

除CBMS在公路橋梁管理領(lǐng)域應(yīng)用較普遍外，城市橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用率較低。主要有以下兩個原因：

（1）我國橋梁管理系統(tǒng)尚沒有很好的統(tǒng)一模板

我國各地區(qū)的橋梁管理方法、經(jīng)濟(jì)條件、管理水平都不相同，對系統(tǒng)的要求也不盡相同，加之我國橋梁養(yǎng)護(hù)管理認(rèn)識程度有所差異，因此，尚沒有統(tǒng)一的模板，這對應(yīng)用推廣產(chǎn)生了一定的限制。相對比美國Pontis系統(tǒng)的應(yīng)用廣度，我國橋梁管理系統(tǒng)的發(fā)展仍有很大的提升空間。

（2）橋梁管理系統(tǒng)受眾面有限

我國橋梁管理管理系統(tǒng)目前主要為養(yǎng)護(hù)管理部門，且功能模塊使用有限，造成投入與效益嚴(yán)重不符，致使很多部門對管理系統(tǒng)的需求不強烈。

綜上可以看出，目前的橋梁管理系統(tǒng)存在很多局限，尚不能滿足我國橋梁管理面臨的挑戰(zhàn)，其中主要問題是信息集成化水平低、共享性差，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫容量有限，功能拓展性和系統(tǒng)受眾面小，其應(yīng)用價值受到限制?？梢?，橋梁管理的關(guān)鍵是信息管理。信息管理問題產(chǎn)生的原因主要有項目縱向溝通方式、項目過程割裂、缺乏先進(jìn)信息集成技術(shù)、缺少協(xié)同工作平臺等四個方面。為解決其應(yīng)用瓶頸，本文將探究基于信息集成的橋梁管理系統(tǒng)，對其功能和框架做以下闡釋。

基于信息集成理念的橋梁管理系統(tǒng)

1.建立信息集成化的數(shù)據(jù)庫

通過橋梁全生命周期信息的有效傳遞和集成，建立基于網(wǎng)絡(luò)的共享數(shù)據(jù)庫，使得橋梁管理系統(tǒng)在功能模塊上和用戶受眾面上實現(xiàn)可拓展性，以此提高我國橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用價值和橋梁養(yǎng)護(hù)管理水平。

1.1 橋梁全壽命周期信息集成

橋梁作為復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，在后期運營過程中，不僅需要持續(xù)有效的橋梁檢測數(shù)據(jù)和養(yǎng)護(hù)信息，較完整的設(shè)計和施工信息對橋梁維護(hù)、保養(yǎng)和改造等工作同樣十分重要。因此，完善的數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)具備集成橋梁全壽命周期信息的功能，形成信息的有機(jī)整體，避免出現(xiàn)信息孤島，能夠有效的創(chuàng)建信息、有效地管理信息和有效的共享信息。從橋梁建設(shè)項目的設(shè)計到施工，再到運營和維護(hù)階段，數(shù)據(jù)不斷完善和補充，形成全壽命周期信息集成的橋梁數(shù)據(jù)庫（如圖1所示），為橋梁全生命周期服務(wù)。

圖1 全壽命周期信息集成的橋梁數(shù)據(jù)庫

近年來，建筑信息模型BIM技術(shù)得到了嘗試性應(yīng)用，使得建設(shè)項目從設(shè)計階段開始的三維幾何模型，以及材料、功能、造價、進(jìn)度、供應(yīng)商、承包商等工程信息具備了良好的可擴(kuò)展能力，使得建設(shè)項目可以持續(xù)地完善和共享信息，由設(shè)計階段、施工階段不斷的拓展，能夠為遠(yuǎn)期的建造及運營等環(huán)節(jié)輸出必要的工程數(shù)據(jù)信息。即：可提供和已建空間及系統(tǒng)相關(guān)的準(zhǔn)確資料，信息可以細(xì)化并連接到建筑模型的構(gòu)件，并提供橋梁管理和運營的起點。這也為橋梁建設(shè)過程的信息傳遞和橋梁管理系統(tǒng)的信息集成提供了基礎(chǔ)，最大化為最終使用用戶服務(wù)，利于自動化、智能化的工作流程，提高橋梁運營管理效率，降低養(yǎng)護(hù)管理成本。

1.2 網(wǎng)級共享的數(shù)據(jù)庫

目前，我國橋梁管理系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，主要是各自建立數(shù)據(jù)庫，相互之間沒有互通。通過建立城市級、省級、全國范圍內(nèi)的共享數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)與GIS地理信息系統(tǒng)、地圖、同級的橋梁管理系統(tǒng)、上級橋梁管理系統(tǒng)、交通管網(wǎng)系統(tǒng)、智慧城市服務(wù)器等進(jìn)行有效交互，可使得橋梁養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)得到有效利用。

可見，網(wǎng)級共享數(shù)據(jù)庫具備了共享性、動態(tài)性、協(xié)同性和透明化的特點，再在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于web的B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，將橋梁管理系統(tǒng)往網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺方向轉(zhuǎn)變，提高信息重復(fù)利用率高，花更少的時間、人力和費用來重復(fù)輸入和搜集信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作、多參與方信息共享、人機(jī)互動等功能。

為實現(xiàn)橋梁管理系統(tǒng)的信息集成，需要從信息技術(shù)的基礎(chǔ)層面上完成以下工作：

（1）對橋梁信息數(shù)據(jù)進(jìn)行合理、科學(xué)的定義、分類、編號、表達(dá)；

（2）建立統(tǒng)一的橋梁編碼體系、數(shù)據(jù)接口；

（3）建立統(tǒng)一的信息交換標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)，使得由橋梁建設(shè)過程到運營維護(hù)階段的信息進(jìn)行科學(xué)有效的傳遞和利用；

（4）實現(xiàn)與CAD軟件、設(shè)計分析軟件、造價管理軟件、項目管理軟件、三維數(shù)字化技術(shù)、BIM技術(shù)等外部環(huán)境的交互。

2.實現(xiàn)功能可拓展性

2.1 系統(tǒng)功能模塊的拓展

目前，橋梁管理系統(tǒng)是關(guān)于橋梁基本數(shù)據(jù)、橋梁檢測、狀態(tài)評估、結(jié)構(gòu)退化預(yù)測、維護(hù)對策和計劃以及經(jīng)濟(jì)分析的計算機(jī)信息系統(tǒng)。通過建立橋梁全壽命周期信息集成和網(wǎng)級共享的數(shù)據(jù)庫，使得數(shù)據(jù)信息更加豐富、可靠和實用，可在功能模塊上實現(xiàn)拓展，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）維護(hù)成本和工期優(yōu)化

系統(tǒng)與設(shè)計施工類軟件，使得運營維護(hù)期間的信息能夠與橋梁基本信息良好呼應(yīng)，甚至包括橋梁三維模型和建造期的成本信息、進(jìn)度信息，使運營方更有效地借鑒原始經(jīng)驗，統(tǒng)籌管理橋梁項目，并能夠快速置入設(shè)施管理信息庫，4D（5D）資產(chǎn)財務(wù)管理等信息，快速評估改建或維修項目造成的影響，對橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的成本分析、評估預(yù)測、輔助決策等功能有很大的提升作用。

（2）反饋于設(shè)計施工

通過橋梁全壽命周期的信息傳遞，改善行業(yè)割裂結(jié)構(gòu)和各參與方之間的信息互通水平。通過檢測評估后的信息共享，為養(yǎng)護(hù)、設(shè)計與施工等部門提供反饋信息，可以推動養(yǎng)護(hù)工作的規(guī)范化與科學(xué)化，減少橋梁生命周期費用，并檢測橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，推動和發(fā)展舊橋評定以及新結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論。

（3）服務(wù)于智慧城市

交通行業(yè)正向智能化、精細(xì)化方向發(fā)展，利用信息化技術(shù)，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的橋梁信息共享，并且系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通過與GIS平臺、交通部門、城市信息服務(wù)器的信息進(jìn)行互通，信息公開透明，為交通運行管理和智慧城市的管理服務(wù)也是BMS發(fā)展趨勢之一。

2.2 系統(tǒng)用戶層的拓展

系統(tǒng)目前的服務(wù)對象主要是市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理部門，這與我國基礎(chǔ)設(shè)施管理體制和機(jī)制有關(guān)?；谛畔⒓衫砟畹牡臉蛄汗芾硐到y(tǒng)，期望在未來能夠往設(shè)施管理平臺方向發(fā)展，實現(xiàn)平臺和數(shù)據(jù)庫由橋梁建設(shè)項目的前期開始投入使用，在設(shè)計和施工階段用于建設(shè)項目管理和參與方溝通，在交付后再進(jìn)行橋梁運營維護(hù)等功能。即：使受眾面由運營維護(hù)階段往橋梁建設(shè)項目的設(shè)計、施工階段前移，用戶層由養(yǎng)護(hù)管理部門向建設(shè)方、橋梁項目建設(shè)參與方、市民甚至是城市管理者拓展。

3.實施路徑和保障措施

基于信息集成理念的橋梁管理系統(tǒng)是一個平臺化的方向，隨著全壽命周期管理理念、建筑業(yè)信息化的推進(jìn)，以及人工智能、地理信息系統(tǒng)、計算機(jī)輔助設(shè)計、建筑信息模型BIM等技術(shù)的發(fā)展來看，這是符合行業(yè)要求和趨勢的。在下一步的研究和開發(fā)應(yīng)用中，需要制度、技術(shù)、資金和人員等方面的支持和保障。

（1）制度。即對目前橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)管理體制進(jìn)行改革，構(gòu)建信息集成的有效管理組織和機(jī)制，明確橋梁養(yǎng)護(hù)管理各參與方的職責(zé)，包括信息提供者的責(zé)任，制定合理的養(yǎng)護(hù)管理組織與市場運作流程。目的是保障橋梁的規(guī)劃、設(shè)計、施工、檢查、維護(hù)、整修和預(yù)算工作的數(shù)據(jù)能夠存儲在數(shù)據(jù)庫中。

（2）技術(shù)。即具備實現(xiàn)信息集成管理的技術(shù)，以及維護(hù)既有橋梁的各類技術(shù)，如檢查檢測、評估、信息管理、快速維修等，并制訂使用的技術(shù)操作規(guī)程，包括信息傳遞流程、構(gòu)件編碼體系等，使得信息標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）人員。即培訓(xùn)設(shè)施管理人員，提高橋梁生命周期管理意識，能夠?qū)蛄哼M(jìn)行全面、及時和專業(yè)的管理、檢查和維護(hù)。

（4）資金。即能夠提供足夠和及時的檢查和維護(hù)的資金支持。

本文通過分析橋梁管理現(xiàn)狀和橋梁管理系統(tǒng)面臨的發(fā)展瓶頸，得出信息管理是改善橋梁管理系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，因此，提出了基于信息集成理念的橋梁管理系統(tǒng)，通過建立信息集成化的網(wǎng)級數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)功能的可拓展性，以此提高信息的利用效率和傳遞效率，提升了設(shè)施管理的價值，符合目前橋梁管理的要求和趨勢。