２０１３年９月第９期 城市道桥与防洪 成果应用 １９１ 信息化技术在隧桥工程养护中的应用 刘小方 （上海长江隧桥建设发展有限公司，上海市２０１２０９） 摘 要：运营期间隧桥结构出现的病害会影响其正常使用性能，危及行车及结构安全。为了系统监测隧桥结构健康状况，科学评 估病害损伤，以及基于全寿命周期成本理念制定具有针对性的养护对策及管理方法，必须建立信息化平台并开发和使用实用性 的养护管理系统。以上海长江隧桥勘察、设计、施工信息化为依托，以结构健康监测数据为基础，养护数据的录入、计算、检索、统 计、分析为内容，以养护业务管理为目的，以数据库、互联网、ＧＩＳ、三维虚拟浏览等为技术手段，构建了一体化的桥、隧养护管理决 策系统，为管理长江隧桥养护工作提供操作平台和决策环境，全面提高隧桥养护业务的处理能力。 关键词：信息化；隧桥结构；养护 中图分类号：Ｕ４４５．７，Ｕ４５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２０１３）０９—０１９１—０５ Ｏ前言 要，由于断面大、长距离等原因，其养护工作甚是艰 巨，代价也颇为高昂。运营期间出现的病害不仅会危 进入２ｌ世纪以来，我国城市隧桥需求迫切， 及行车的安全与畅通，而且影响结构使用寿命，对病 并呈现出大断面、长距离、功能多样化的发展趋 害如不进行及时处治，会造成损坏不断加剧，甚至结 势。大型隧桥逐渐汇集了城市道路、轨道交通、市 构破坏，导致巨大的经济损失和恶劣的社会影响 。 政管线等多重功能，实现了资源集约化利用。长距 目前，国内外大型越江交通设施的养护经验 离越江隧桥已是城市拓展的必然需求，也是社会 十分有限，对于养护起关键性作用的设计、施工资 繁荣兴旺的体现【ｌ， 。 料的管理，对长期监测、健康评估、养护方法、养护 随着大型隧桥的建成与投入使用，其养护修 策略重视程度不够，开展大型越江交通设施养护 复及管理策略研究作为养护关键技术的重要内容 信息化技术研究具有十分重要的意义。 已被提到议事日程。采用信息化技术进行养护管 理不仅可以保证结构安全，更能节约成本，这无疑 ２养护信息化技术国内外研究现状 将成为养护行业的必然趋势【３１。 ２．１ 国内外隧桥工程养护研究 １ 养护信息化技术应用的必要性 ２０世纪９０年代以来，随着大跨度桥梁、大型 水电站等工程项目的实施，大型结构体系的健康 大型越江交通设施——隧桥结构养护尤为重 诊断问题迅速成为国际学术界和工程界关注的热 点，在桥梁、高层建筑领域已有了不少的应用实 收稿日期：２０１３—０７—１２ 作者简介：刘小方（１９７１一），男，安徽安庆人，高级工程师，从 例。美国Ｙｕａｎ Ｒ．Ｌ．等开展了轻轨架空水泥结构 事公路工程技术管理工作。 的监测，对８个轨段在不同天气条件下进行了在 同结构坝顶损坏程度的观测分析，坝顶做成弧形、 ３．４顺坝内坡和内侧护脚 宽度在１．５ ｍ、表面灌砌石厚度在０．３５—０．４ ｍ，不 内坡比在１－１．５比较适宜，表面干砌块石砌 易被潮水打坏。坝顶高程的高或低对坝内促淤和 筑厚度在０．３５～０．４ ｍ。内侧护脚做好反滤层的同 保护已有的高滩起着关键作用，从观测数据和奉 时，抛２ ｍ宽、０．６ ｍ厚的块石整平。可保证顺坝内 贤段内潮位资料分析，坝顶高程在４～４．５ ｍ较为 侧海水正常流出，减少由于水流问题在高滩形成排 合理，保滩促淤效果明显。 水沟，而造成顺坝底部掏空，引起坝体下沉、坍塌。 ３．３顺坝外坡 外坡比在１：２．５和ｌ－３比较适宜，表面块石 参考文献 整平厚度在０．３５～０．４ ｍ，并用１ ｔ以上的块体护 ［１］上海市水务局．上海市海塘调查资料（２００８年）［ｚ】．上海：上海市 面，块石不易被受潮水冲击而移位，可更好地保护 水务局，２００８． 【２］上海市奉贤区水务局．杭州湾北岸奉贤段滩涂资源调查与分 砌石不被潮水打乱、抽出。 析【ｚ］．上海：上海市奉贤区水务局，２００７． １９２ 成果应用 城市道桥与防洪 ２０１３年９月第９期 线监视和结构健康诊断＿５ｊ。我国自２０世纪９０年代 中期始，先后进行了大型结构体系健康自动诊断 问题的探索性研究，如：东海大桥在斜拉索、钢箱 梁等处均安装了实时数据监测系统，以监测大桥 的索力、钢梁疲劳等现象，在监测方面还提出了千 分制的打分系统，并制定了详细的监测方法、监测 本文以上海长江隧桥工程为依托【８］，以工程勘 察、设计、施工、健康监测数据为基础，养护数据录 入、计算、检索、统计、分析为内容，以养护业务管 理为目的，以数据库、互联网、ＧＩＳ、三维虚拟浏览 等为技术手段，构建一体化的隧桥养护信息管理 决策系统，为管理上海长江隧桥养护工作提供操 周期等［５ｊ。 隧道健康状态评估作为隧道工程中新兴的研 究方向，是分析和评估病害对隧道健康状态的影 响程度并采取合理有效的养护、维修措施的前提 和基础。胥霹，王华牢，夏才初等将隧道病害的影响 分为对隧道使用性能和承载功能两个方面『６Ｉ，鉴于 衬砌结构承载性能是隧道使用性能的前提和基 础，重点研究了带病害衬砌结构计算模型，并在此 基础上分析病害对结构承载特征、承载能力及结 构安全性能的影响。 在隧桥结构的养护方法上，目前已经取得了 一些经验和成果，但目前的研究工作往往忽视了 对具体隧桥工程现状的深入分析，因而针对性不 强，对隧道和桥梁的病害主要形式及其成因分析 也不够系统和深入，制订的养护方法也就缺乏针 对性。在大桥的养护方面，目前还没有详细的覆盖 大桥每个构件的养护方法，仅是针对影响结构安 全的一些内容，而对于大桥美观、适用性方面的考 虑较少。隧桥健康监测系统，目前已逐渐得到重视 并开始应用，但是对健康监测数据的评价分析方 面还不深入，急需建立结构健康状态评价的重要 手段，即健康状态评估方法。 ２．２ 国内外信息化养护技术研究 国内外在隧道信息化养护系统方面的研究集 中在公路隧道和铁路隧道方面。２００１年，韩国首尔 为了有效地管理地下公共交通系统，建立了隧道 自动监控系统，从运营至今，运用自动监控系统的 最佳维修方案防止了隧道意外发生，也减少了维 修成本。黄章树ｌ ７ｌ于２００２年开发了基于Ｃ／Ｓ模式的 公路隧道养护管理信息系统，实现了隧道基本信 息、病害信息、养护信息、维修信息的计算机管理。 在隧桥养护过程中，运用信息化与信息化技 术的重要性和必要性已经得到了一定的重视。但 隧道方面涉及公路隧道的研究成果相对多一些， 软土盾构隧道的研究成果比较少，大桥方面尚未 有人从设计、施工、养护一体化方面进行信息化系 统的研究；另外现有的研究成果普遍缺少对勘察、 设计和施工阶段数据的综合管理能力，对建养一 体化重视程度不够，使得工程的各阶段数据较为 松散，各方面的信息不能得到有效的利用。 作平台和决策环境，全面提高业务处理能力。 ３信息化技术在隧桥工程养护中的应用 ３．１隧桥养护信息系统需求分析 ３．１．１养护信息系统需求 以隧道结构、桥梁结构为研究对象，以其全生 命周期的数据库为依托，以二维ＧＩＳ、三维可视化 模型为表现方法，以病害分析、健康评估为专业支 撑的结构养护管理系统，有效地协助隧桥的道路 及结构的日常养护工作。隧桥养护信息系统作为 独立的系统，与运营养护综合管理系统可以相互 切换，用户即可以从隧桥运营养护综合管理系统 进入本系统，对于有权限的用户，也可以从本系统 切换到运营养护综合管理系统。本系统从隧桥长 期健康监测系统获取监测数据，作为健康评估的 一个指标。 隧桥养护信息系统在功能方面的需求主要包 括满足业主对养护管理的需求，为养护管理服务； 实现对隧桥的隧道、桥梁通过ＧＩＳ平台，就能进行 各类查询和检索，并且以统计报表、表格、图形等 各种形式显示或输出；支持各种信息格式，如文 字、图片、相片、视频等，能从各个方面了解隧桥路 的情况，全面反映隧桥的各类实际情况。 能够存储、管理数据量巨大的各类数据；采用 动态分段技术，支持多种隧桥路属性数据的双向 查询和显示；为生产服务提供决策支持的功能；符 合公路管理的各类国家、部委规范和要求，保证数 据的规范一致性；自动产生各类养护管理所需要 的报表，实现业主、养护管理处、养护Ｔ作站三级 的报表数据的共享，减少报表填报的难度；建立整 个的隧桥路管养基础信息，随时随地都能访问到。 功能模块采用组件化思想，将功能模块进行组 件式封装，提供控件及其接口说明以便其他系统 调用和集成。软件的各个功能能够相对独立，可以 根据业务人员的工作内容不同，进行灵活组合。与 其他相关系统采用相互超链接方式进行系统切换。 长期健康监测数据通过访问隧桥健康监测系统的 Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ方式获取。本系统提供隧道健康状态评 估的Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ供隧桥健康监测系统调用。 系统要有完善的安全机制，对不同用户可以设 ２０１３年９月第９期 城市道桥与防洪 成果应用 １９３ 置不同的访问权限，同时限制结果的输出。对于数 据库中的数据，不同的用户，可以“看见”的数据要 不同。数据库系统要有完善的系统备份机制，确保 数据的安全，防止意外事件的发生。 以地图的形式，直观地显示各类路桥隧信息， 能进行地图一属性数据、地图一业务数据的双向 查询和操作。采用窗口界面，要具有良好的人机界 数据库的建立，也将分期、分布实施，地图库 的建立应和ＧＩＳ系统基础数据养护子系统同步进 行。空间数据库（地理信息）的建立可以首先进行。 在信息化地图时，首先对所有信息化对象进行统 的编码命名，设定其编号或ＩＤ。 （６）内外业数据采集 在系统实施时，导入系统所需运行数据是一 一面，便于操作，窗口内容应简洁、美观、风格一致、 语言文字标准化。易用性要好，一般专业工程师或 领导都能使用，尽管他们仅掌握一些计算机方面 的知识，但不影响其业务方面的使用和较深入的 应用。 ３．１．２系统架构原则 为满足隧桥信息化养护的需求，在遵循可扩 展性、实用性、智能化、易用性、可养护性、稳定性、 安全性的总体设计原则下，进行了养护信息系统 的架构设计。 ３．１．３系统总体架构 （１）物理架构设计 隧桥养护信息系统服务器组主要包括ＷＥＢ 服务器、应用服务器和数据库服务器。这些服务器 分别提供系统需要的不同的功能服务。ＷＥＢ服务 器用于与用户终端ＷＥＢ页面进行交互，提供数据 访问接口；数据库服务器用于管理系统需要的数 据资料，一般采用关系数据库管理系统Ｏｒａｃｌｅ或 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ提供数据管理服务。应用服务器用于根 据关系数据库中的工程结构信息进行实时自动建 立三维场景与工程结构模型，并对用户终端的三 维场景浏览控件进行同步更新管理。系统物理架 构包括长期健康监测数据实时接收与处理、养护 信息录人与处理、监测检测数据分析评估与预警、 三维可视化等应用服务器、数据库服务器、文件服 务器及ｗｅｂ服务器等。 （２）数据库设计 本系统的数据库包括属性数据库、空间库、监 测数据库、养护业务数据库、综合数据库、矢量图 件、三维模型数据库等。 （３）数据流程 养护管理处作为全线公路的管理养护机构，其 各类养护管理业务均通过各类报表来实现，从计算 机系统的角度看，养护管理处各业务部门的工作， 就是一个数据资料的组织、使用、更新的过程。 （４）数据库结构 空间数据与属性数据的存储方式有独立属性 表与相同物理库。 （５）数据库的建立 项工作量非常大的工作，此项工作完成情况将直 接影响到系统今后的运行结果。 ３．２隧桥养护信息系统的设计 对隧桥养护信息系统各功能进行科学地划 分，是建立在对养护管理处的业务充分了解的基 础上，并对养护管理处的需求进行详细地调查和 分析的基础上的。系统划分应遵循层次化、模块化 和易扩充。 系统主要由数据库系统、基础信息系统、业务 应用系统及其他独立功能模块组成，这些模块功 能相对独立，主要实现某些服务功能，如权限管 理、打印管理等。 在满足功能需求前提下，菜单总体结构设计 应简单明了，并逻辑性强，以上海长江隧桥养护信 息系统为例，包括基础数据、监测数据、巡检管理、 养护管理、健康评估、病害分析、病害治理、电子地 图数据通讯等功能。 ３．３隧桥养护信息系统的应用 ３．３．１基础数据 桥梁结构数据管理内容主要包括桥梁设计、 施工数据管理及运营、养护数据管理两大部分。设 计与施工数据管理是对桥梁结构各组成部分的设 计施工数据进行管理。根据桥梁结构配置，设计与 施工数据管理包括桥梁各个部件的设计与施工资 料输入，如主通航孑Ｌ桥的钢箱梁、斜拉索，非通航 孔深水区的叠合梁、钢管桩以及桥梁伸缩缝、支座 等设计资料的输入。桥梁结构运营、养护信息包括 桥梁及其附属结构的人工检测、自动监测数据、病 害数据、治理记录等，本模块实现对工程养护相关 的主要监测及病害数据的记录与查询功能。 隧道结构数据管理主要包括隧道设计、施工 数据管理及运营、养护数据管理两大部分，是具体 实现数据记录、查询、分析统计的基础。相关管理 及养护单位数据，对应到每项工作对应的具体负 责单位、负责人及其联系方式等；相关管养设备数 据，包括设备的名称、存放地点、使用状况、使用历 史、故障历史、维修记录、管理负责人等相关数据； 设计信息包括隧道及其附属结构的设计类型、设 计排版、设计变更等，本模块主要实现对工程相关