王亞飛，鐘繼衛(wèi)，李 成，姚文凡

(1.橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430034;2.中鐵大橋科學(xué)院研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，貨物運(yùn)量呈爆發(fā)式增長，部分橋梁長時(shí)間處于超負(fù)荷服役，橋梁處于風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)高發(fā)期。橋梁是道路的咽喉，是道路網(wǎng)中最脆弱、最昂貴的部分，橋梁管養(yǎng)質(zhì)量的高低，直接影響到道路的安全和通行能力，如何管理好橋梁，保證橋梁安全運(yùn)營，是橋梁管理單位的重要責(zé)任和挑戰(zhàn)。

橋梁管理工作主要包括橋梁設(shè)施移交管理、橋梁檢測(cè)維修養(yǎng)護(hù)、橋面環(huán)境衛(wèi)生、橋梁安全保護(hù)區(qū)及橋下空間、橋梁荷載、凈空管理、超限車過橋管理等方面。其中，橋梁檢測(cè)維修養(yǎng)護(hù)工作是橋梁管理的核心，具體包括巡查、監(jiān)測(cè)評(píng)估、保養(yǎng)小修、中修大修、加固改擴(kuò)建、建立橋梁檔案和橋梁安全防護(hù)等內(nèi)容。但由于橋梁結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)管理養(yǎng)護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高，限于自身的技術(shù)裝備水平和長期的習(xí)慣，形成了“養(yǎng)路不養(yǎng)橋，重建不重養(yǎng)”的思維，導(dǎo)致部分橋梁長期處于“失養(yǎng)”狀態(tài)。面對(duì)眾多的橋梁，推進(jìn)橋梁管養(yǎng)工作的信息化、智慧化顯得尤為迫切。

城市橋梁集群管養(yǎng)工作的不足主要表現(xiàn)在以下5個(gè)方面。

(1)橋梁檔案資料不全，甚至有的資料缺失。檔案記錄著養(yǎng)護(hù)工作的設(shè)計(jì)方案、工作進(jìn)程、質(zhì)量情況等重要的數(shù)據(jù)信息。由于橋梁檔案的專業(yè)性較強(qiáng)，包含圖紙、檢測(cè)報(bào)告、巡查報(bào)告、養(yǎng)護(hù)維修等方面的專業(yè)信息，傳統(tǒng)的檔案管理手段逐漸不能滿足管理的需求。目前，存在檔案整合度不夠，信息難以有效采集、提取和利用，信息更新不及時(shí)，檔案登記記錄存在不完整的情況，信息殘缺或不全的情況時(shí)有發(fā)生，甚至出現(xiàn)了混亂?？梢娫谝粋€(gè)平臺(tái)保存一份維護(hù)良好的橋梁檔案信息，對(duì)有效管理橋梁資產(chǎn)、追蹤橋梁性能變化、科學(xué)管養(yǎng)決策具有重要的作用。

(2)橋梁管養(yǎng)單位專業(yè)能力不足。橋梁是一種專業(yè)性、技術(shù)性較復(fù)雜的建筑物，由于歷史原因，有的管養(yǎng)單位缺乏專門的技術(shù)人員和技術(shù)工人，既有橋梁管養(yǎng)人員對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)管理方面的知識(shí)和專業(yè)技能比較欠缺。為此，有必要加強(qiáng)對(duì)各級(jí)公路管理部門技術(shù)干部、技術(shù)工人的培訓(xùn)工作。通過技術(shù)培訓(xùn)提高他們對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)管理的認(rèn)識(shí)水平，使其掌握橋梁檢查、檢測(cè)維修及加固的基本方法。此外，通過將管和養(yǎng)分離，將橋梁養(yǎng)護(hù)發(fā)包給有資質(zhì)有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)單位，充分利用行業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高橋梁管理水平。這意味著要對(duì)承攬單位進(jìn)行有效的監(jiān)管，對(duì)其完成的巡檢養(yǎng)護(hù)工作的計(jì)劃、過程和最終質(zhì)量進(jìn)行全流程監(jiān)管。城市橋梁眾多且相對(duì)分散，需采用智慧化的監(jiān)管平臺(tái)對(duì)承攬單位進(jìn)行監(jiān)管，以確保承攬單位按時(shí)、保質(zhì)保量高效經(jīng)濟(jì)地完成任務(wù)。

(3)橋梁的技術(shù)狀態(tài)更新時(shí)效性差。橋梁巡檢制度是基于橋梁的重要性來制定檢查周期的，橋梁的巡檢工作也主要由目視完成。目視檢查對(duì)于一些顯著的、外在的病害比較容易發(fā)現(xiàn)，但是對(duì)于橋梁的內(nèi)在損傷很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定量評(píng)估。這項(xiàng)工作需要依賴檢查周期更長的定期檢查來完成。因此，橋梁的最新技術(shù)狀態(tài)，特別是病害較為突出的老舊橋梁，其技術(shù)狀態(tài)的演變情況無法及時(shí)掌握，有些重大事故就是在定檢周期內(nèi)發(fā)展和惡化的。對(duì)病害嚴(yán)重或較為重要的橋梁設(shè)計(jì)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)安全檢測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)掌握橋梁技術(shù)狀態(tài)，針對(duì)病害的演變和惡化提前預(yù)警，有效降低由于檢測(cè)周期較長無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)急劇惡化造成的橋梁失效風(fēng)險(xiǎn)。

(4)橋梁視頻監(jiān)控系統(tǒng)智慧化水平低。不少橋梁現(xiàn)場(chǎng)有公安、交管及橋梁管養(yǎng)單位等布設(shè)的攝像頭。但這些攝像頭智慧化水平普遍較低，一般只有發(fā)生重大特殊事件時(shí)，才會(huì)人工查閱錄像，信息的利用率不高。利用最新的技術(shù)，基于智能視頻可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異物侵入、火災(zāi)、脫落等威脅橋梁安全的風(fēng)險(xiǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)按照固定周期和路線巡檢，替代部分人工巡檢工作，提高工作效率。

(5)橋梁管理工作信息化水平不高。傳統(tǒng)的橋梁管理系統(tǒng)主要是管養(yǎng)資料填報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)缺乏對(duì)橋梁狀態(tài)的感知能力和決策能力。而橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多是針對(duì)特定超大型橋梁，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)大橋的運(yùn)營環(huán)境和結(jié)構(gòu)損傷。但是針對(duì)城市橋梁中占比最多、交通承載量最大的中小跨度橋梁，如何進(jìn)行有效的安全監(jiān)測(cè)和智慧化的管養(yǎng)還缺乏系統(tǒng)的研究。

1 橋梁智慧管理體系研究

1.1 研究背景

隨著我國城市化進(jìn)程明顯加快，城市人口、功能和規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)展方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局發(fā)生了深刻變化，城市運(yùn)行系統(tǒng)日益復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)不斷增加[1]。城市道路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施是城市的生命線，一旦處于風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，將對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活產(chǎn)生極其不利的影響。2018年1月，中央印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)城市安全發(fā)展的意見》指出，要強(qiáng)化城市安全保障能力，加強(qiáng)城市安全監(jiān)管信息化建設(shè)，加快實(shí)現(xiàn)城市安全管理的系統(tǒng)化、智能化。深入推進(jìn)城市生命線工程建設(shè)，積極研發(fā)和推廣應(yīng)用先進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)防控、災(zāi)害防治、預(yù)測(cè)預(yù)警、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、個(gè)體防護(hù)、應(yīng)急處置、工程抗震等安全技術(shù)和產(chǎn)品。

武漢享有百湖之市、九省通衢之稱，全市城市橋梁、隧道數(shù)量達(dá)到了700余座，且規(guī)模還在快速擴(kuò)展中。為確保城市橋梁、隧道的安全運(yùn)行，武漢制定了地方橋隧管理?xiàng)l例，要求建立城市橋梁、隧道安全信息監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市橋隧的安全監(jiān)測(cè)預(yù)警。

在此背景下，武漢市研究實(shí)施了城市級(jí)橋梁智慧管理系統(tǒng)[2-3]。將全市所有橋梁納入統(tǒng)一平臺(tái)管理，對(duì)橋梁的檢測(cè)維修養(yǎng)護(hù)全流程管理，對(duì)重點(diǎn)橋梁的安全狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。城市級(jí)橋梁智慧管理系統(tǒng)于2017年建設(shè)，2018年進(jìn)入試運(yùn)行，取得了良好的運(yùn)行效果。

1.2 橋梁智慧管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

橋梁智慧管理系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是增強(qiáng)橋梁的安全性、提高工作效率、提升公眾滿意度和增加經(jīng)濟(jì)效益[4]。以此作為城市橋梁智慧管理系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)和實(shí)施的指導(dǎo)思想，構(gòu)建智慧感知、智能聯(lián)動(dòng)、信息融合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧化橋梁管理系統(tǒng)平臺(tái)。

(1)保證橋梁安全運(yùn)營是管理者的首要職責(zé)。橋梁智慧管理系統(tǒng)的核心是通過各類傳感器、現(xiàn)場(chǎng)視頻、巡查終端等數(shù)據(jù)采集技術(shù)，記錄橋梁運(yùn)行環(huán)境、掌控橋梁通行荷載、感知橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)、巡查橋下空間堆土與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)源、發(fā)現(xiàn)和處置橋梁病害。通過盡早發(fā)現(xiàn)影響橋梁的安全隱患，預(yù)警橋梁的性能退化，提高管理者對(duì)橋梁安全狀態(tài)的管控能力，便于其采取相應(yīng)的維修加固、限行限載等臨時(shí)或永久性措施，修復(fù)橋梁達(dá)到安全狀態(tài)，提高橋梁運(yùn)營安全水平。

(2)提高工作效率是智慧管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)。通過分解橋梁管理流程，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)管理，提高信息傳遞速度，有效提升橋梁日常維護(hù)中從病害的發(fā)現(xiàn)到病害的養(yǎng)護(hù)銷案的效率。集中管控橋梁檔案信息，在生產(chǎn)中實(shí)時(shí)歸集檔案，解決橋梁檔案查詢困難、使用不便、甚至需要在多個(gè)檔案館間輾轉(zhuǎn)、效率低下的問題。此外，在智慧管理系統(tǒng)中增設(shè)辦公OA模塊，從相關(guān)業(yè)務(wù)的信息發(fā)布、自動(dòng)辦公、信息統(tǒng)計(jì)、報(bào)表定制等多個(gè)方面提高工作效率。

(3)提升公眾滿意度是智慧橋梁管理系統(tǒng)的建設(shè)宗旨。城市橋梁是城市交通的咽喉，是曝光度最高的城市基礎(chǔ)設(shè)施之一，除了利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并向公眾進(jìn)行實(shí)時(shí)信息發(fā)布外，還開辟了公眾"隨手拍"功能模塊，人民群眾可通過手機(jī)拍攝橋梁橋面、護(hù)欄、屏障、照明、伸縮縫等設(shè)施的照片上傳至系統(tǒng)，同時(shí)可實(shí)時(shí)監(jiān)督所上傳病害的處理過程，此外系統(tǒng)會(huì)及時(shí)向公眾發(fā)布橋梁上起火、結(jié)冰、墜物等異常事件，將群眾參與橋梁管養(yǎng)與監(jiān)督功能納入到系統(tǒng)中，提升市民的滿意度。

(4)增加經(jīng)濟(jì)效益是檢驗(yàn)智慧管理系統(tǒng)的落腳點(diǎn)。橋梁是投資巨大的基礎(chǔ)性工程，智慧管理系統(tǒng)通過趨勢(shì)判斷提前預(yù)警，進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，提前發(fā)現(xiàn)處置小病害，避免小毛病發(fā)展成大問題，從而避免昂貴的維修加固施工，是體現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的重點(diǎn)。利用全流程信息化管控，優(yōu)化維護(hù)方案，降低維護(hù)成本。利用橋梁狀態(tài)精準(zhǔn)評(píng)估，精準(zhǔn)設(shè)置橋梁限載，有效撤除限高架提升橋梁利用效率，也是提升整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的有效方法。

1.3 橋梁智慧管理的內(nèi)涵

為保障橋梁完好和安全運(yùn)行，橋梁需要完善的管理工作包括橋梁資產(chǎn)管理、橋梁檔案管理、橋梁運(yùn)營安全管理及橋梁檢、養(yǎng)、修管理等方面。橋梁是城市運(yùn)營的重要基礎(chǔ)性資產(chǎn)，除橋梁主體工程，依附于橋梁上對(duì)城市運(yùn)行有重要影響的資產(chǎn)還包括過橋電纜、水管、燃?xì)馀瘹夤堋⒔煌ò踩珮?biāo)志、限高架等，這些資產(chǎn)的形成、更新與滅失需要進(jìn)行全面的管理，才能有效實(shí)現(xiàn)投資目標(biāo)，提高資產(chǎn)管理水平。橋梁的安全運(yùn)行，需要定期對(duì)橋梁進(jìn)行檢查和狀態(tài)評(píng)定，對(duì)橋梁的安全區(qū)、橋下空間進(jìn)行管控，對(duì)超載車輛的通行進(jìn)行管理。橋梁持續(xù)安全運(yùn)行離不開對(duì)橋梁的持續(xù)更新，包括日常的小修保養(yǎng)維護(hù)、大中修及改擴(kuò)建工程等管理。

針對(duì)橋梁管理的需求，國內(nèi)外研發(fā)了多種橋梁管理系統(tǒng)(bridge manage system)[5]，這些傳統(tǒng)橋梁管理系統(tǒng)以信息的記錄和管理為主，不具備自我感知和判斷反應(yīng)的能力。目前物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)正蓬勃發(fā)展，已成為智慧城市建設(shè)的主要驅(qū)動(dòng)力量，將上述技術(shù)融入到橋梁的管理和安全監(jiān)測(cè)中，對(duì)提升橋梁管理工作的精度、深度和服務(wù)品質(zhì)至關(guān)重要。

智慧橋梁是智慧城市的重要組成部分，推進(jìn)智慧橋梁建設(shè)是創(chuàng)新橋梁管理模式、提升城市功能品質(zhì)的重要途徑。智慧橋梁管理的概念雖已廣泛傳播，但人們對(duì)橋梁智慧管理的內(nèi)涵尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)[6-8]。為探討智慧管理系統(tǒng)的核心內(nèi)涵，可借鑒智慧生物的基本特征進(jìn)行研究。觀察人類自身，感官和神經(jīng)系統(tǒng)用于感知生物體內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境；大腦用于處理、記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞的各類信息；肌體用于做出相應(yīng)動(dòng)作響應(yīng)刺激或執(zhí)行計(jì)劃；語言用來進(jìn)行知識(shí)的管理和不同個(gè)體間的信息交換媒介。觀察這些基本特征，可將其總結(jié)為感知能力、判斷能力、反應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)營規(guī)律和服務(wù)水準(zhǔn)的管理目標(biāo)，給出橋梁智慧管理的相關(guān)內(nèi)涵，如表1所示。

表1 橋梁智慧管理的內(nèi)涵

2 武漢城市橋梁智慧管理系統(tǒng)探索

武漢湖泊密布、長江漢江在城中交匯，水域面積占全市面積的四分之一，因此建設(shè)了大量的橋梁。武漢城市橋梁面積超800萬m2，跨長江橋梁達(dá)到11座。武漢城市橋梁建設(shè)規(guī)模發(fā)展如圖1所示，可以看出武漢城市橋梁的快速擴(kuò)張是從2010年左右出現(xiàn)的，全市80%的橋梁是在近20年內(nèi)建設(shè)的。

圖1 武漢城市橋梁建設(shè)規(guī)模發(fā)展圖

武漢城市橋梁的管理單位共25家，不同的橋梁管理單位的技術(shù)裝備和人員專業(yè)素養(yǎng)各不相同。橋梁數(shù)量多、增速快、責(zé)任單位分散、橋梁結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜等諸多因素，對(duì)橋梁管理人員的知識(shí)水平和專業(yè)素養(yǎng)提出了更高要求，對(duì)保證橋梁高服務(wù)水平提出了挑戰(zhàn)，也更加迫切需要新的管理方法和管理工具的出現(xiàn)。

2.1 武漢城市橋梁智慧管理系統(tǒng)功能構(gòu)成

武漢市城市橋梁智慧管理系統(tǒng)包括3個(gè)層次的服務(wù)目標(biāo)：①所有城市橋梁接入同一管理平臺(tái)，有利于行業(yè)監(jiān)管；②建設(shè)單位自管橋梁的巡查、維修、驗(yàn)收全程監(jiān)管；③重點(diǎn)橋梁重點(diǎn)部位的安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)智慧橋梁建設(shè)目標(biāo)和服務(wù)對(duì)象，武漢城市智慧橋梁管理系統(tǒng)由“1云”“1終端”“1集群”“1平臺(tái)”構(gòu)成，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 武漢城市橋梁智慧管理系統(tǒng)架構(gòu)

(1)“1云”是指橋梁安全云。傳統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常采用有線傳輸、現(xiàn)場(chǎng)布置機(jī)房及處理程序等手段，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，這種方式效率低且受條件限制較多，用戶使用體驗(yàn)一般[9]。隨著各種傳感和通訊技術(shù)的發(fā)展，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸向無線化、輕量化、云端化、智能化發(fā)展[10]。武漢城市橋梁智慧管理系統(tǒng)采集端采用分布式嵌入系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)最優(yōu)布置，前端采用智能“云盒子”進(jìn)行采集，能實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)、前端數(shù)據(jù)分析、多種采集模式(觸發(fā)、連續(xù)、定時(shí))、二維碼信息化配置等多種功能，性能穩(wěn)定且成本較低。傳輸端采用有線、無線、Lora、AP熱點(diǎn)等多種傳輸方式相結(jié)合，能夠適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)條件。存儲(chǔ)處理端采用云平臺(tái)服務(wù)，整合了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等技術(shù)。這種采集傳輸架構(gòu)具備以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，硬件冗余度高，故障率低；安全性高，具有較高的防攻擊能力，可以實(shí)現(xiàn)快速備份，出現(xiàn)故障自動(dòng)遷移，數(shù)據(jù)永不丟失；靈活性高，通過設(shè)置可在任意位置和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行訪問，并且用戶可以隨時(shí)增加云服務(wù)器的配置，擴(kuò)展空間。

(2)“1終端”是指基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的橋梁巡檢智能終端。傳統(tǒng)的橋梁巡檢一般是通過“手工記錄→數(shù)據(jù)錄入→導(dǎo)入系統(tǒng)”等一系列繁瑣步驟來完成，存在信息流轉(zhuǎn)緩慢、管理可溯性較差等管理難點(diǎn)。為此，智慧管理系統(tǒng)中嵌入了智能巡檢終端APP，巡檢人員可以通過終端APP對(duì)橋梁上發(fā)現(xiàn)的病害進(jìn)行拍照、病害分類、上傳等，直接利用移動(dòng)終端進(jìn)行數(shù)字化信息采集。病害信息通過移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)上傳至橋梁智慧管理系統(tǒng)進(jìn)行集中管理，并被分發(fā)到相應(yīng)的科室進(jìn)行統(tǒng)一處理。從病害的發(fā)現(xiàn)、病害初步評(píng)估到維修計(jì)劃的制定、維修成果的對(duì)比驗(yàn)收，系統(tǒng)可以全流程覆蓋、全流程追蹤，確保發(fā)現(xiàn)病害無遺漏，都得到完善處置。另外，巡檢人員通過智能語音交互系統(tǒng)，使用簡短的語音指令來完成日常工作，從而提高現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員的工作效率。

(3)“1集群”是指市域級(jí)橋梁安全監(jiān)測(cè)集群。在橋梁智慧管理系統(tǒng)中，安裝在橋梁上的傳感器和采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁運(yùn)營狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括橋梁車輛荷載、橋址環(huán)境條件(溫度、濕度、風(fēng)速、日照狀況等)、橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)(應(yīng)變、變形、位移、振動(dòng)、傾角、溫度、裂縫寬度變化等)。通過采集傳輸可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息，通過短信、郵件、微信推送等方式通知橋梁管理人員，觸發(fā)對(duì)橋梁安全狀態(tài)的專題檢查流程，確保橋梁的安全運(yùn)營。此外，還可以通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算，形成專項(xiàng)評(píng)估方案，包括對(duì)環(huán)境參數(shù)、重載識(shí)別、車輛監(jiān)測(cè)、裂縫發(fā)展、橋墩傾斜、匝道抗傾覆性能、伸縮縫性能等多個(gè)專題，全方位地對(duì)橋梁的運(yùn)營狀況進(jìn)行評(píng)估。

車輛荷載是橋梁承受的主要外部荷載，超重車也是危害城市橋梁結(jié)構(gòu)的重要?dú)⑹?，因此?duì)超重車輛的管控也是橋梁管理工作中的重難點(diǎn)。橋梁動(dòng)態(tài)稱重(BWIM)系統(tǒng)是一種有效的監(jiān)管方法，以橋梁為載體，基于車輛過橋時(shí)的實(shí)測(cè)應(yīng)變來實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的軸重、軸距和速度等信息。利用車輛稱重系統(tǒng)、車輛荷載識(shí)別系統(tǒng)對(duì)上橋車輛荷載進(jìn)行識(shí)別、記錄、統(tǒng)計(jì)分析；分析車輛荷載軸重及總重有無超限，計(jì)算超重率；分析車輛荷載的概率分布形式，計(jì)算橋面車輛荷載超越設(shè)計(jì)荷載的概率，并分析超載車輛對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的影響，當(dāng)超載率超越安全限值時(shí)，將觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，對(duì)橋梁進(jìn)行交通管控，安裝限載設(shè)施。同時(shí)，在監(jiān)測(cè)斷面布置高清攝像頭，事先設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面方向的預(yù)置位，通過BWIM系統(tǒng)的車載識(shí)別功能，出現(xiàn)超載車輛時(shí)自動(dòng)觸發(fā)攝像頭轉(zhuǎn)向監(jiān)測(cè)斷面，拍攝記錄并上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況，最終形成事件保存錄像，方便事后追溯。

(4)“1平臺(tái)”是指城市橋梁管理統(tǒng)一平臺(tái)。所有城市橋梁納入統(tǒng)一管理平臺(tái)，進(jìn)行行業(yè)監(jiān)管。橋梁的檔案信息、消防照明等資產(chǎn)錄入平臺(tái)。針對(duì)橋梁的檢測(cè)維修養(yǎng)護(hù)工作，通過智能終端，將大量的巡檢數(shù)據(jù)采集到智慧橋梁管理系統(tǒng)。根據(jù)病害橋梁、病害構(gòu)件、病害種類等信息，建立多維度信息集成的病害數(shù)據(jù)庫，能快速實(shí)現(xiàn)病害的分類管理，關(guān)聯(lián)有效處理措施及維修養(yǎng)護(hù)過程，形成規(guī)范的管養(yǎng)步驟和流程。建立標(biāo)準(zhǔn)化的病害庫，采用圖像識(shí)別技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)，通過大量典型病害照的訓(xùn)練建立病害分類和處置人工智能數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)橋梁病害的智能識(shí)別?；诖思夹g(shù)，現(xiàn)場(chǎng)巡查人員可以利用移動(dòng)終端對(duì)新病害進(jìn)行拍照，并上傳相關(guān)信息到數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)上傳的照片及相關(guān)信息對(duì)病害類型、位置、數(shù)量、程度進(jìn)行判斷、統(tǒng)計(jì)，形成病害記錄，并給出處置建議。

橋梁智慧管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集群橋梁安全監(jiān)測(cè)與橋梁人工巡查的雙向互動(dòng)。當(dāng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)下發(fā)巡查任務(wù)，自動(dòng)關(guān)聯(lián)巡查目標(biāo)地理信息，巡查重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。日常巡查中發(fā)現(xiàn)的病害也可以綁定安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，方便查看病害發(fā)展與數(shù)據(jù)變化之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與市民互動(dòng)，與智慧市政、110等系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，處理相關(guān)病害或投訴，方便市民參與病害的發(fā)現(xiàn)及對(duì)維護(hù)工作的監(jiān)督。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行情況

武漢城市橋梁智慧管理系統(tǒng)監(jiān)控中心如圖3所示，目前系統(tǒng)已運(yùn)行近一年的時(shí)間，已經(jīng)建立和完善了700余座橋梁的檔案資料，通過系統(tǒng)上報(bào)和處置病害14 000多項(xiàng)，摒棄了紙筆記錄紙質(zhì)文檔流轉(zhuǎn)，大幅提高了工作效率。

圖3 橋梁智慧管理系統(tǒng)監(jiān)控中心

以風(fēng)險(xiǎn)為導(dǎo)向的橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過深入挖掘海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提出了多種應(yīng)用場(chǎng)景的成套解決方案，主要包括：①裝配式梁橋橫向連接剛度識(shí)別方案；②曲線梁橋滑移與傾覆監(jiān)測(cè)方案；③基于動(dòng)應(yīng)變的重載識(shí)別方案；④伸縮縫狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警方案；⑤橋墩傾斜監(jiān)測(cè)方案；⑥裂縫監(jiān)測(cè)方案；⑦智能視頻應(yīng)用解決方案；⑧動(dòng)態(tài)稱重及抓拍應(yīng)用場(chǎng)景。系統(tǒng)運(yùn)行期內(nèi)已成功對(duì)多座橋梁伸縮縫狀態(tài)、橋下堆土導(dǎo)致的橋墩傾斜進(jìn)行預(yù)警，對(duì)橋梁安全保駕護(hù)航。此外，系統(tǒng)獲得的車輛動(dòng)態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)與交管部門進(jìn)行了資源共享，便于其執(zhí)法參考。對(duì)獲得的市域級(jí)的各類型橋梁溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析提煉，獲得了武漢地區(qū)溫度場(chǎng)分布規(guī)律。這表明該系統(tǒng)不僅有較高的實(shí)用價(jià)值，還有很高的科研價(jià)值。

2.3 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

橋梁智慧管理系統(tǒng)是多學(xué)科交叉的信息化平臺(tái)，需要橋梁工程、計(jì)算機(jī)工程、機(jī)電系統(tǒng)工程、通信工程等多專業(yè)技術(shù)人員相互協(xié)作[11-15]。筆者參與該項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施等全過程，項(xiàng)目建設(shè)過程積累的主要經(jīng)驗(yàn)有：

(1)對(duì)項(xiàng)目可行性深入調(diào)研。項(xiàng)目實(shí)施之前應(yīng)以橋梁工程專業(yè)人員為主導(dǎo)，對(duì)項(xiàng)目展開深入調(diào)研，了解橋梁管養(yǎng)部門的實(shí)際需求、行業(yè)痛點(diǎn)和難點(diǎn)問題，在項(xiàng)目實(shí)施過程中利用信息化、智能化手段進(jìn)行解決。

(2)安全監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)以實(shí)際要解決的問題應(yīng)用為導(dǎo)向。傳統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布設(shè)基本上是設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布設(shè)，布置了大量的傳感器設(shè)備，后期數(shù)據(jù)分析無從下手。在進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)之前，需經(jīng)過多次討論論證，論證過程應(yīng)包括橋梁存在哪些安全隱患、采用哪種監(jiān)測(cè)手段、測(cè)點(diǎn)如何布設(shè)、數(shù)據(jù)如何分析、如何通過數(shù)據(jù)分析來對(duì)安全隱患進(jìn)行預(yù)警和說明等。

(3)軟件平臺(tái)、硬件平臺(tái)應(yīng)做好頂層規(guī)劃。在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，橋梁工程專業(yè)人員對(duì)系統(tǒng)軟件平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，由計(jì)算機(jī)工程專業(yè)人員實(shí)現(xiàn)，并反復(fù)修改。硬件平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)以機(jī)電工程和通信工程人員為主，架構(gòu)盡量輕量化設(shè)計(jì)，采用無線AP、Lora、5G、無線網(wǎng)關(guān)、有線等多種傳輸方式進(jìn)行組網(wǎng)。

(4)監(jiān)測(cè)設(shè)備選型應(yīng)以監(jiān)測(cè)目的為依據(jù)。選擇技術(shù)可行、技術(shù)成熟、精度、量程等均滿足監(jiān)測(cè)要求的傳感器設(shè)備，避免出現(xiàn)由于傳感器選擇失誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析困難。同時(shí)傳感器設(shè)備安裝前，要對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)和技術(shù)交底，保證傳感器安裝工藝、質(zhì)量滿足監(jiān)測(cè)要求。

(5)對(duì)系統(tǒng)使用人員進(jìn)行全方位培訓(xùn)。由于橋梁管養(yǎng)部門人員水平參差不齊，橋梁智慧管理系統(tǒng)又屬于多學(xué)科交叉的信息化平臺(tái)，為避免系統(tǒng)“建而不用”，在系統(tǒng)試運(yùn)行后應(yīng)多次對(duì)系統(tǒng)使用人員進(jìn)行全方位培訓(xùn)，使系統(tǒng)用戶愿意并喜歡用，極大地提高其工作效率。

3 結(jié)論

隨著在建橋梁數(shù)量不斷增多，在役橋梁的服役時(shí)間越來越長，橋梁管養(yǎng)的壓力也越來越大。橋梁智慧管理系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用可以提高橋梁管養(yǎng)的效率，增加管理工作的精細(xì)度和覆蓋面，極大地釋放了橋梁管理工作的人力物力資源占用，以統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化的方式規(guī)范了橋梁管理工作，促進(jìn)了橋梁管理機(jī)構(gòu)的改革和發(fā)展。

利用現(xiàn)代傳感、信息化、可視化等技術(shù)，橋梁智慧管理系統(tǒng)能夠自動(dòng)感知橋梁響應(yīng)，全面助力橋梁管理信息化，在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)基于人工智能的輔助管理。但橋梁智慧管理系統(tǒng)的智慧化程度仍處于初級(jí)階段，亟待向智能化程度更高的方向演化。未來需結(jié)合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，梳理并構(gòu)建橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)的基本指標(biāo)體系，輔助和優(yōu)化橋梁的管理策略和養(yǎng)護(hù)順序，實(shí)現(xiàn)基于“數(shù)據(jù)決策”的智慧橋梁管理體系，為今后類似工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)依據(jù)，推動(dòng)橋梁工程事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。