大型桥梁的全景可视化综合管理技术研究

邓荣光 马欣宁

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳 550004； 2.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088)

大型桥梁的全景可视化综合管理技术研究

邓荣光1马欣宁2

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳 550004； 2.中交公路规划设计院有限公司，北京 100088)

研究了全景可视化综合管理理念、技术框架、技术核心，明确了以数字虚拟的真实桥梁模型为载体的信息平台组成部分，实现了操作信息的加载以及在信息中操作模型，从而实现在桥梁全生命周期内提高工作效率和质量的目的。

桥梁，全景可视化，资产管理，信息化技术

0 引言

21世纪的十年间，我国开展了大规模的桥梁建设，桥梁建设成果不仅遍布了中东部平原地区，还突破了西部崇山峻岭、高山峡谷间桥梁建设瓶颈。以江苏苏通长江大桥、浙江舟山西堠门跨海大桥、重庆石板坡大桥和重庆朝天门大桥为代表的公路斜拉桥、悬索桥、梁桥和拱桥四大桥梁的单孔跨径和以全长36 km的杭州湾大桥为代表的跨海长桥的建设规模和技术水平均达到了世界领先水平，建设成果和技术成就令世界瞩目，奠定了世界桥梁大国的基础。一大批长大桥梁的成功建成并运营良好，为行业积累了丰富的设计、施工、运营管理、安全保障及新材料和新装备应用方面的技术和经验[1]。

“五纵七横”12条国道主干线全部建成，覆盖城乡的公路交通网络已初步形成，但与此不相适应的却是公路桥梁发展过程中的前后向支撑理论体系的薄弱与滞后。尤其是桥梁运营阶段，需要面对超期服役的桥梁数量大、专业化队伍人员不足、经费配套不全、主动性养护意识不够强和信息化的程度不够高等问题。所潜在的各种不确定性因素，往往会极大降低桥梁生命周期内的安全性，导致桥梁安全事故的发生，威胁桥梁运营安全，各类桥梁事故的发生，也给社会造成了巨大的生命和财产损失[2]。

1 养护信息化的必要性

1)我国公路桥梁建设成就高、底子薄。截至2013年年底，我国公路桥梁已达73.53万座，已经成为名副其实的桥梁大国。图1显示我国公路桥梁总数从2001年年底的28.4万座发展到2013年年底的73.54万座，仅用了13年时间，每年新增的公路桥梁数量平均达3.5万座左右。

相对大桥的设计和建设水平，国内大型桥梁管理方式仍比较落后，诸多桥梁缺乏有效的监管和及时的养护，以致不少桥梁长期带病工作，甚至出现突发性破坏事故，造成了巨大的损失。

2)物联网技术推动信息化建设。随着物联网技术的发展，并结合桥梁养护的实际需求，传统的土木工程行业正在不断吸纳最新的信息化技术。比较有代表性的是桥梁管理系统和桥梁健康监测系统的迅速发展。目前，桥梁管理系统和桥梁健康监测系统趋向于形成统一的桥梁养护管理平台。桥梁养护管理平台是未来发展的方向，物联网技术将会推动其发展。桥梁监测有助于提升桥梁科学、精准管养的水平，有助于延长桥梁寿命。物联网技术发展可为桥梁监测提供精准、全面、可靠的数据。

2 全景可视化综合管理理念

在我国高速公路大型桥梁迅速发展的过程中，人们也逐步认识到其建设投资大，回收周期长等特点。进入21世纪，中央提出建设资源节约型、环境友好型社会及构建社会主义和谐社会的战略思路，如何在加快高速公路建设进程中，进一步理顺和规范管理体制，管好已有的庞大的高速公路资产，尤其是大型桥梁，更好地发挥其支撑国民经济和社会发展的基础作用，是交通行业面临的一个重大而紧迫的现实问题。然而，我国大型桥梁全景可视化综合管理价值实现的理论探索落后于实践活动，严重阻碍了行业的健康发展。传统的计划经济烙印还在大型桥梁管理中不时地表现出来，很不适应大型桥梁全景可视化综合管理的需要，也严重制约其价值的合理实现。

对于大型桥梁的全景可视化综合管理技术研究是具有很强现实意义的。大型桥梁工程的全景可视化综合管理技术研究所面临解决的问题为：

1)如何较为规范有效地获取各类资产的属性数据。

2)如何管理、使用获取的资产属性数据。

3)如何让数据系统地说话，规范从业者的行为。

4)如何有效利用相关数据产生前瞻性的养管规划、延长基础设施的使用寿命，降低使用风险和养管成本。

5)如何使各级管理者高效系统地监管基础设施资产并掌控风险。

3 全景可视化综合管理技术框架

全景可视化综合管理技术是近十年来在CAD技术基础上发展起来的一种多维(三维、四维、五维、N维)模型信息集成技术，可以使桥梁建设和养护的所有参与方都能够在数字虚拟的真实桥梁模型中操作信息和在信息中操作模型，从而实现在桥梁全生命周期内提高工作效率和质量，以及减少错误和风险的目标。全景可视化综合管理技术应用可以贯穿于项目决策、设计、施工、运营全过程，见图2。

全景可视化综合管理技术是三维模型、三维地理信息模型、协同文档信息模型技术、资产信息模型技术的有机综合，造就智慧桥梁的养护管理。

4 全景可视化综合管理技术的核心

全景可视化综合管理平台构建的核心工作为：根据结构分析、危险源分析和维护更换要求，对已有结构重新进行单元化离散，建立基于唯一ID编码的电子化单元体系，并将相应属性赋予每个单元体，通过对电子化单元的数据管理实现全景可视化综合管理，见图3。

对桥梁结构的离散和编码的过程相当于对桥梁结构的电子化“再设计”。合理的编码结构能够使得对于桥梁结构风险、退化、收益的管理更加有效，从而实现精细化的管养。

大型桥梁工程全景可视化综合管理技术的实现上，是利用GIS，3D,二维码,移动互联网等现代技术搭建起的一个信息共享平台。

通过对大型桥梁工程单元属性的有效管理，达到提高大型桥梁工程资产可利用率、降低资产长期运行维护成本。同时达到对大型桥梁工程资产全寿命周期(或运营周期)的有效管理，实现资产的风险可预期和可控，使其更加可靠耐久，提高企业的社会效益和经济效益。因此，大型桥梁工程全景可视化综合管理技术的最终目标是：依托大型桥梁资产，运用技术、经济、行政等手段为出行者提供安全、舒适、便捷的行车环境，同时实现资产的保值、增值。

5 示例

中交公规院所开发的、具有典型代表性的江阴长江大桥全景可视化综合管理系统界面，如图4所示。

该系统实现了三维数据立体、直观展示，对所有桥梁监测中心管理的桥梁进行现场数据采集，人工精细化建模，建立桥梁全部实体构件可量测、可拆解的三维模型，实现桥梁监测数据实时空间立体显示。

全景可视化综合管理技术作为一种新兴的管理观念，必然在未来占据更为重要的位置，它给工程的高完成度提供了完美的解决方案。在整个生命周期，全景可视化综合管理技术都应该发挥作用，直到桥梁拆除，该技术将记录整个桥梁的生命周期的所有内容，所以，在桥梁养护、管理等方面都能够提供统一的解决方案，代表着未来的一种必然发展趋势。

[1] 王用中.第三届全国钢结构工程技术交流会论文集[A].第三届全国钢结构工程技术交流会[C].2010.

[2] 交公路发[2013]321号，关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见[S].

[3] 交公路发[2011]505号，“十二五”公路养护管理发展纲要[S].

Research on panoramic visualization integrated management technology of large bridge

Deng Rongguang1Ma Xinning2

(1.GuizhouHighwayGroupLimitedCompany,Guiyang550004,China;2.CCCCHighwayPlanningandDesignInstituteLimitedCompany,Beijing100088,China)

This paper researched the panoramic visualization integrated management concept, technical framework, technical core, made clear to the information platform component taking the real bridge model of virtual digital as the carrier, realized the operation information loading and operation model in information, thus gained the purpose improving the work efficiency and quality in bridge life cycle.

bridge, panoramic visualization, asset management, information technology

2015-01-07

邓荣光(1982- )，男，工程师

1009-6825(2015)08-0198-02

U445.1

A