桥梁信息计算机辅助管理系统研究

桥梁信息计算机辅助管理系统研究
刘健 贾丽君 薛二乐 肖汝诚 张福清 朱俊毅 耿德华
（同济大学桥梁工程系）（常州市政工程管理处）

【摘要】本文介绍了作者开发的桥梁信息管理系统，该系统利用地理信息的思想，具有静态、动态信息管理，技术状况评价及维修对策，维修技术支持，重车过桥帮助，统计与分析，结构状态分析等功能。
关键词 桥梁管理信息系统 地理信息 评估

一、引言
随着国民经济的快速发展，作为公路交通咽喉的桥梁地位日益突出。我国桥梁的日常管理模式越来越不适应经济发展和信息社会的要求。桥梁管理部门迫切需要现代化的管理思想和先进的信息处理手段，以便为有关部门的桥梁管理提供决策依据，桥梁信息管理系统因此而产生。在国外，桥梁管理系统最早出现于美国，经过多年的发展，已具有了桥梁性能评价、需求预测、优化排序的智能化功能，改变了早期的简单数据管理功能。我国的桥梁管理系统的研究开始于80年代中期，交通部公路研究所和广东省公路研究所等单位开展了研究和开发工作，台湾省公路局也开发了桥梁管理系统。同济大学桥梁研究所与常州市政工程管理处合作，开发了桥梁信息计算机辅助管理系统。该系统以地理信息系统为发展方向，充分考虑我国桥梁的实际状况，发挥计算机在信息管理上的优势，以适应信息时代的要求。

二、系统开发目标
桥梁信息计算机辅助管理系统开发目标主要有以下几个方面：①自动产生各种桥梁管理的相关检测表；②系统化、规范化收集桥梁信息；③分析桥梁检测结果，作出维修、养护建议；④提供详细的各类桥梁缺陷的维修方法；⑤帮助选择重车过桥的路线；⑤完成信息的查询、统计、分析和报表输出。①提供结构状态计算。 
 

三、系统模块设计
1． 地理信息系统
地理信息系统（Geographic Information System）是用于采集（更新）、存储、管理、分析和表达空间信息和数据的特殊的空间信息系统。桥梁信息管理系统中应用GIS技术是桥梁信息管理的必然趋势。
本系统中以常州市区地图为背景，用圆点代表一座桥梁及方位，并与数据库相连接。当鼠标点击该圆点时，系统从数据库中查找该桥的有关信息，同时显示出来。如要查找某桥的方位，输入桥名，该桥位处的圆点即会闪亮。如要显示桥梁的技术状况，圆点可显示不同的颜色代表不同的状况，绿色代表优良，黄色代表较好，红色代表较差，而黑色则代表危险。这对从整体上了解桥梁状况非常直观。 
 
2．静态信息管理
静态信息是描述桥梁施工完成后通常不变动的记录，本系统把桥梁静态信息分为基本信息、上部结构信息、下部结构信息、桥面系信息、档案信息和图形信息。这些信息能够满足养护、施工和设计部门的对桥梁的分析要求。
为了详细和准确地描述桥梁结构，把桥梁分成多种类型，对构件分别加以描述。由于城市交通的发展，中小城市也出现了高架桥梁，为适应这一发展，系统中有专为高架桥梁而开发的静态信息管理模块。
基本信息包括桥梁的方位、结构、材料、交通。设计、施工和基本设施等信息。上部结构信息包括了对各跨的描述，内容有结构的几何、受力特性、材料使用和桥梁改造等信息。下部结构信息包括了墩台的几何、材料等信息。桥面系信息包括桥面铺装、分隔带、栏杆、人行道和伸缩缝等信息。档案信息包括桥梁档案记录的存放、施工、设计、管养单位等信息。图形信』急是信息管理的重要组成部分，可以形象和直观地描述信息，包括桥梁的全景图、平面图、立面图以及各跨的剖面图。
3． 动态信息管理
桥梁动态信息是评估桥梁技术状况、提供维修方案的重要依据。日常检测资料的正确。详细与否，关系到以后桥梁技术状况的评价的客观性。该模块包括桥梁特检信息、重车过桥信息、桥上事故信息、桥梁维修信息和外业检查信息。这些信息能够描绘出桥梁自建成后的基本发展状况。其中，外业检查信息包括了为桥梁技术评估而准备的信息，把影响桥梁技术状况的因素分为翼墙、耳墙、护坡、桥墩、桥台、基础、上部承重结构、伸缩缝、桥头跳车等共17项。
4．技术状况评价
桥梁技术状况的评价是信息管理系统中重要的组成部分。影响桥梁评估的因素有很多，包括设计、施工、材料等内部因素以及荷载作用启然环境、养护管理等外部因素，而且这些因素相互作用，因此使得桥梁技术评估变得较为复杂。
考虑到桥梁结构的实际特点，为简化问题，便于操作，本系统在开发的第一阶段把影响桥梁结构的因素分为17项。根据桥梁部件的缺损程度，对结构的影响程度，考虑缺损发展变化等几个方面，对各部件作出等级评价，划分为有完好、良好、较好、较差和危险等5个等级。其中，完好为符合国家规范要求或没有该结构；良好为结构的技术状况比国家的规范要求稍低，但不会影响到结构的安全性和正常使用；较好为部件的功能良好，仅有轻度的缺损，无发展趋势；较差为部件缺损严重，影响到安全性和正常使用；危险为危及结构的安全，必须采取措施。具体的评估信息输入在外业检查中进行。
全桥的总体技术状况等级评定采用了考虑各部件权重的综合评定方法，采用的公式为
 
式中 Ri--各部件的评定等级；
Wi--各部件权重；
Dr--全桥结构技术总评分。
通过包含专家经验模块的统计、分析和处理，得出该桥的总评分、桥梁技术等级、桥梁总体技术评价和各部件的详细评价，用专家的经验，提出养护的建议，供管养单位作出判断（表1）。
 
5．桥梁资料管理
桥梁资料管理提供了以下功能：①打印空白检测评估表。包括静态信息表、特检信息表、重车过桥信息表、桥上事故信息表、桥梁维修信息表和外业检查信息表。尽管这项功创可以用其他软件设计，但为了管理的规范化和方便用户，设计了适应本系统的桥梁检测索格。②打印现有的桥梁检测资料。
6．桥梁维修技术帮助
桥梁维修技术帮助的目的是考虑到我国目前桥梁管养的实际情况，如缺乏完整的桥梁基本修理方法，无法得到国内外的有关修理的最新信息，具有丰富经验的桥梁养护工程师较少等，而且，在技术评价模块中尽管提出了修理的建议，但由于维修的复杂性，不可能详细列出具体的修理方法。基于以上考虑，本系统在帮助文件中，详细列出了典型的修理方法，如裂缝的修理，桥头跳车的处理，墩台与基础的加固等等，这些方法都是从国内外文献中挑选出来，能够满足日常修理需要。
7．统计分析
统计分析是利用桥梁的各项基本资料，进行分析统计工作。具体有以下功能：各种桥梁结构形式的数量统计，技术状况统计，维修数量统计，维修经费统计，利用桥梁的技术评分状况排列顺序等，并以报表的形式打印。为了直观起见，本系统把统计数据以饼图、折线图形式表现出来，使得管理人员能预测所有和单个桥梁的技术状况、维修经费的走势。
8．重车过桥选线
由于经济的快速发展，在桥梁上运营的重车越来越频繁，选择合适的路径是一项重要的工作。在本系统中，只要输入重车的吨位，系统能够找到适合的桥梁，并用绿色表示出，从中可挑选出最佳路线，非常方便。
9．桥梁结构分析
桥梁的承载能力评估是一项重要的工作，它是管养部门确定桥梁养护、维修对策的重要依据，而目前的承载能力分析模型不可能精确反映桥梁实际状况，简单、可靠的方法是通过受力分析，确定承载力。本系统中嵌套了结构分析程序，通过简单培训，即可使用。

四、小结与展望
（1）桥梁信息管理系统2000版以地理信息系统为基础，符合信息管理的时代要求，信息、的表达直观、详尽。由于采用了交通地图，当桥梁不能通行时，可在地图上查询车辆最佳运行路线。
（2）采集的信息分为静态和动态两大部分，层次清楚，信息涉发面广。包含了大量图形信息，简洁、明了。
（3）技术状况评价模型简单，易操作，较能反映桥梁的实际状况。
（4）系统内的小功能较多，如技术状况的图形显示功能，重车过桥帮助功能，方便实用。
（5）帮助文件中的桥梁修理技术支持，可减小团管养单位技术缺乏而导致的经济损失。
（6）有结构分析软件的支持，方便复核、计算。
建立基于GIS的桥梁信息管理系统的研究工作是较为复杂的系统性工程，它与许多学科紧密联系。在今后的发展中，将完善技术状态评估、维修费用分析与预测等模型。随着网络技术的普及，桥梁的信息资源可以在更大范围得到实时共享，提高分析和决策速度，我们将开展这方面的研究工作。桥梁信息计算机辅助管理系统的广泛运用，必将推动桥梁管理的制度化、规范化和科学化。

参考文献
［ l］孙立军．上海市城市桥梁管理系统研究．华东公路，2000第 2期
[2]交通部．公路养护技术规范．上海：人民交通出版社，1996