基于移动互联网的城市道桥管理智慧平台的研究与应用

项目简介：

1. 项目所属质量技术领域

基于移动互联网的城市道桥养护质量管理智慧平台的研究与应用

1. 主要内容

石家庄市现有主次干道长度506公里，总面积2366万平方米，现有需养护桥梁450座。道路桥梁保有量庞大、交通负荷剧增、管养权责分散、人员专业素质参差不齐等问题，给城市道路桥梁带来安全隐患、质量隐患，难以保证全市范围内所有道路桥梁得到同等高水平的监管和维护。同时，道路桥梁养护存在重点桥梁过度养护、普遍性管养不足的矛盾，由于缺少系统化管养监控手段，重大项目依靠传统手段日常维护，导致过度养护花费巨大，但同时一些中小型桥梁及道路定期巡检不规范、养护不足，部分道路地面损坏严重，存在较大安全质量隐患。传统的道路桥梁管养模式和质量技术已不能满足日益增长的道路桥梁维护管理工作对效率和质量的要求。亟需建立一个能满足石家庄城市道桥设施有效管理和科学养护的城市道桥高质量养护管理智慧平台。

基于移动互联网的城市道桥管理智慧平台的基本内容是：通过对桥梁结构状态的质量检测、安全评估与监测及道路结构状态的质量检测、安全评估，使得桥梁在最不利交通条件下和桥梁运营状况严重异常时触发预警信号及收集道路在长期交通运行下产生的异常病害，为道桥维护、维修与管理决策提供依据和指导。与传统的道桥管理技术不同，基于移动互联网的城市道桥管理智慧平台不仅要求在检测上具有快速大容量的信息采集与通讯能力，而且力求对结构整体行为的结构状态进行智能化的评估。能建设形成了高度信息化的城市道路、桥梁管理流程，系统整合道路、桥梁动静态信息管理、管养工作计划制定和执行、病害记录和跟进处置等工作流程，并提供工作所需的多种工作报表。

1. 主要特点

石家庄城市道桥管理系统的建立是以《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2017）、《城镇道路养护技术规范》（CJJ36-2016）《城市桥梁检测和养护维修管理办法》（建设部令第118号）等规范、制度、法规、规划、政策或资料为依据，以《城市桥梁养护技术规范》（ CJJ 99--2017）中规定（Ⅱ~Ⅴ类养护的城市桥梁技术状况的评估方法采用BCI评分方法）作为石家庄城市桥梁管理系统数据分析评价的出发点来进行设计。

以B/S结构模式为依托，研发一个基于移动互联网B/S架构的云信息管理系统，为石家庄城市道桥信息管理提供各种服务及工作支持，支持任意终端的Web浏览和移动终端应用程序（APP）两大类接入方式，并支持2000座道桥、200名并发用户的使用。并通过使用MongoDB技术开发的数据库来实现石家庄城市道桥的各项信息的汇总、整理、存储、道路和桥梁信息管理系统是石家庄道桥管理日常工作的核心业务系统，按业务对象可分为两个子系统：“道路信息管理系统”和“桥梁信息管理系统”。顾名思义，“道路信息管理系统”主要以城市道路养护为主的，“桥梁信息管理系统”主要以城市桥涵养护为主，统一化、规范化、智能化和科学化于一体，满足石家庄智慧城市建设与管理的城市道桥管养信息管理系统。

四、应用推广

本项目可实现多种创新的城市道桥管养数据算法。可实现基于模块化结构记录方式的BCI评分算法、PQI评分算法、桥梁档案完整度自动扫描算法、桥梁结构记录完整度自动扫描算法、检测报告自动生成算法、道桥报表数据自动生成及校验算法等。实现了基于移动物联网的全流程作业模式，改变传统“纸记尺量”。

有助于推进我市智慧城市、数字城市建设在重要基础设施领域中的工作，并通过道路桥梁资料的完善化、及时更新，通过符合标准、规范的桥梁、道路评估机制和养护决策机制，提升我市的道路和桥梁的管养水平，降低相关重大事故的发生可能，并提升应对紧急情况的能力。

项目详细内容

1、立项背景

基于国家发展改革委等八部委《关于印发促进智慧城市健康发展的指导意见的通知》、《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、省委办公厅省人民政府办公厅《关于加快发展“大智移云”的指导意见》，为充分运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化，加快建设现代化省会城市，提升城市管理和服务水平。

随着移动通讯和互联网技术的不断完善和进步，移动互联网产生并逐步发展。移动互联网通过无线接入设备访问互联网，能够实现移动终端之间的数据交换，是计算机领域继大型机、小型机、个人电脑、桌面互联网之后的第五个技术发展周期。作为移动通信与传统互联网技术的有机融合体，移动互联网被视为未来网络发展的核心和最重要的趋势之一。

鉴于智慧城市的建设背景和城市道路桥梁的管养需求，建设基于移动互联网的城市道桥管理智慧平台在智慧城市管理中的应用研究已迫在眉睫。处于技术应用层的道桥管理系统的基本内涵即通过对桥梁结构状态的检测、评估与监测及道路结构状态的检测、评估，使得桥梁在最不利交通条件下和桥梁运营状况严重异常时触发预警信号及收集道路在长期交通运行下产生的异常病害。为道桥维护、维修与管理决策提供依据和指导，同时综合考虑在智慧城市框架下提高管理与养护信息的共享程度，为智慧城市的建设和管理打下坚定的基础。

基于石家庄市现阶段庞大的城市道桥养护规模，传统的巡检养护方式已经无法满足智慧城市建设与管理的需要，亟须建立一套实现基于移动互联网底层采集与实时道桥管养数据支撑的智慧城市基础设施管理。与传统管理技术不同，城市道桥管理智慧平台不仅要求在检测上具有快速大容量的信息采集与通讯能力，而且力求对结构整体行为的结构状态进行智能化的评估。同时以可扩展体系架构为主，兼顾资源协调、绿色、开放、共享的原则，深化落实智慧城市总体规划和服务，提升数据资源运用的效率、优化城市管理和服务、改善市民生活质量。

2、详细质量技术内容

2.1主要技术路线

石家庄城市道桥管理智慧平台的建立从智慧城市建设和管理需求出发，以《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2017）、《城镇道路养护技术规范》（CJJ36-2016）《城市桥梁检测和养护维修管理办法》（建设部令第118号）等规范、制度、法规、规划、政策或资料为依据，以《城市桥梁养护技术规范》（ CJJ 99--2017）中规定（Ⅱ~Ⅴ类养护的城市桥梁技术状况的评估方法采用BCI评分方法）作为石家庄城市桥梁管理系统数据分析评价的出发点。以B/S结构模式为依托，研发一个基于移动互联网B/S架构的云信息管理系统，为石家庄城市道桥信息管理提供各种服务及工作支持，支持任意终端的Web浏览和移动终端应用程序（APP）两大类接入方式，并支持2000座道桥、200名并发用户的使用。并通过使用MongoDB技术开发的数据库来实现石家庄城市道桥的各项信息的汇总、整理、存储、查询等功能，同时满足随着接入系统的道桥数目增多，数据量快速增大，系统本身的数据库可快速进行对应的扩展，对接智慧城市建设中各子部分组成。最终目标是建立一个集网络化、统一化、规范化、智能化和科学化于一体，满足石家庄智慧城市建设与管理的城市道桥管养信息管理系统。

2.2关键技术原理及主要技术特征

2.2.1 BCI评分方法

既有桥承载能力的评估已引起世界性的关注，自80年代起，在一些发达国家，桥梁工程重点已逐步转移到养护维修、鉴定评估、加固改造等方面，并取得长足进展。目前的桥梁的评估理论及方法有以下几种：

（1）可靠度理论：这一理论已在结构工程的各个领域得到广泛应用。由于以概率统计为基础，该理论可以处理荷载和抗力的不定性，尤其是可以处理这些不定性变化对结构可靠度的影响。

（2）层次分析法：该方法是多指标综合评价的一种定量方法，它通过确定同一层次中各评估指标的初始权重，将定性因素定量化，在一定程度减少了主观的影响，是评价更趋于科学化。

（3）模糊理论：该理论是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清，不易定量的因素定量化，进行评估的方法。

（4）灰色关联度评估：该方法是根据灰色系统理论发展而来的，这种方法适合于多目标属性的评估，故其应用领域前景广阔，但是该方法的理论基础本身尚不成熟，因此其不一定适合桥梁结构状态的综合评估。

（5）人工神经网络：该方法具有较强成分分析能力，适合于工程中的损伤检测。已比较成功地应用于许多领域，逐渐成为解决一些工程实际问题的基本工具之一。

（6）以设计规范为基础的验算评定法：该方法主要根据实测材料性能、结构几何尺寸、支承条件、外观缺陷等，按照桥梁结构的计算理论来评定承载能力。用这种方法结果大多偏于保守，难以准确反映结构退化后受力行为。

（7）外观调查评定方法：该方法是通过有经验的桥梁技术人员通过旧桥外观所表现出的现象，推定桥梁的实际技术状态。该方法只能做基本的构件简单定性，对损伤提供大致印象，结果不尽合理。

（8）BCI评分方法：该方法通过定期检测的损坏状况及其扣分值，逐级、分层加权，最后通过完好状态、良好状态、合格状态、不合格状态、危险状态五个等级来判断桥梁状况。该评分方法可以大规模、快速地进行大数量桥梁的初步普检和评估。

桥梁结构状况评估的核心是建立桥梁技术状况评估模型，通常桥梁检测采集必要的技术数据，并对此进行分析处理，提炼出能够用于桥梁评估的参数，最后完成桥梁状态的综合评估。目前常用的桥梁技术状态指标，简称BCI的评分方法又称分层加权法，即根据定期检测的损坏状况及其扣分值，逐级、分层加权，最终得到桥梁各部分以及全桥的BCI。具体如图2.2.1-1和下表所示。

图2.2.1-1 石家庄城市道桥管理智慧平台BCI评分方法流程图

表2.2.1-1 BCI各结构部位技术状况指数算法

表2.2.1-2 BCI中桥梁各部分结构权重分配

表2.2.1-3 BCI中桥梁完好状况评估标准

该方法与以往的评估方法相比，具有以下优点：

（1）概念明确、方法简单，具体化了病害类型，在底层的扣分项上，针对具体的构件病害程度进行，增强了外观调查的客观性。

（2）不需要对桥梁各部分的损坏进行评分，仅需要对各部分的损坏状况进行现场描述和记录，降低了对定期检测人员的要求，使得一般的养护人员经过简单培训便可从事定期检测的工作。

（3）能考虑不同桥梁类型的特点，不同的桥梁类型，由于其组成不同、受力特点不同，所以权重也不相同。

（4）评估方法详细到构件，评估过程可以准确反映具体损坏部位，便于根据数据的积累监测桥梁状况的恶化过程，使得养护人员不仅知道整个桥梁的综合状况，也能了解桥梁具体组成部分的损坏状况。

（5）在维修策略上直接考虑评分较低的参评构件，这有利于确定维修优先级，特别有助于维修效益等方面的分析。

2.2.2 PQI和道路养护状况评定方法

城市道路技术状况评价的核心是建立道路路面技术状况和养护状况的评估模型，通过道路定检采集必要的技术数据，并对这些数据进行分析处理，提炼出能够用于道路评估的参数，最后完成道路路面技术状况和养护状况的综合评估。目前常用的道路路面技术状态指标，简称PQI的评分方法，其中PQI和养护状况评定又称分层加权法，通过建立起多层的层次关系结构模型，即根据定期检测的损坏状况及其扣分值，逐级、分层加权，最终得到道路各单元以及全路的PQI和养护状况评分及评定等级。

图2.2.2-1 石家庄城市道桥管理智慧平台PQI和养护状况评定方法流程图

表2.2.2-1 PQI技术状况指数算法

表2.2.2-2 综合评价标准

表2.2.2-3 沥青路面和水泥路面行驶质量评价标准

注：平整度标准差σ评价指标仅在RQI、IRI数据收集有困难的情况下采用。

表2.2.2-4人行道平整度评价标准

注：平整度标准差σ评价指标仅在FQI、IRI数据收集有困难的情况下采用。

表2.2.2-5沥青路面抗滑能力评价标准

表2.2.2-6 养护状况评定指数算法

表2.2.2-7 城镇道路养护状况评定等级标准

表2.2.2-8车行道养护状况评定等级标准

表2.2.2-9人行道养护状况评定等级标准

表1.5.2-10路基与排水设施养护状况评定等级标准

表1.7.2-11其他设施养护状况评定等级标准

2.2.3 B/S结构模式

C/S（Client/Serve）技术是90年代信息管理系统（MIS）中较为先进的技术，C/S应用系统基本运行关系体现为“请求/响应”的应答模式。随着网络技术的发展，C/S已无法完全满足人们的需要，而且静态网页也无法提供充分的交互功能，动态信息发布相对较困难，这就需要将数据库与Web服务器连接起来，供用户查询或更新；发布动态信息还可以简单到只需改动一下数据库的若干记录或字段就可以实现。这样，B/S（Browser/Server）模式在管理信息系统中开始大量应用。

B/S结构体系是两层C/S结构在Web上的一种应用。即浏览器/服务器/数据库服务器的三层结构。它通过引入一组业务对象将客户端应用程序从业务逻辑和数据访问代码中分离出来，客户端只是负责最终数据的显示，隐藏在业务对象后面的所有复杂性都与他们无关，这样就从传统的“胖客户”演变成“瘦客户”，形成真正的分布式应用系统。

图2.2.3-1 B/S结构体系三层结构示意图

通过B/S结构体系，用户可以使用Web浏览器访问Web页，通过Web页上显示的表格与数据库进行交互操作。从数据库获取的信息能以文本、图像、表格或多媒体对象的形式在Web页上展现。

B/S结构利用了不断成熟的WWW浏览器技术，结合浏览器的多种Script（VBScript，JavaScript等）和Activex技术，用通用浏览器实现了原来需要专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本。B/S结构与C/S结构在实现Internet上的比较，见表下表。

表2.2.3-1 B/S结构与C/S结构在实现Internet上的比较

2.3项目的方案设计

本项目采用模块化设计，在参考道桥信息管理的通用性业务流程、业务逻辑和智慧城市建设要求的基础上，以石家庄市的需求为细节设计的基准和前提，考虑不同道桥管养应用，包括管养信息控制台、单桥桥梁管养信息与单路道路管养信息、报表管理、桥梁管理、道路管理、GIS的应用和移动终端专用APP的云计算平台的应用。通过这样的设计，使该系统有效避免“一个应用一套软件”的不利模式，成为既满足城市道桥信息管理的基本需求，又融合了不同特殊功能应用的 “多种应用一个系统”的高效集成。由此形成一个可以模块化扩展、调整的城市道桥管理系统，为智慧城市建设提供有力支撑。

图2.3-1业务逻辑划分示意图

图2.3-2 石家庄城市道图2.3-2 桥管理智慧平台的通用性流程

❖日常检查

❖设施检测

❖投诉信息

数据采集

❖资料整理

❖数据处理

❖技术状况分析

分析评价

❖技术方案

❖资金方案

❖维修计划制定

养护决策

❖日常维修

❖专项维修

养护实施

❖汇总查询

❖综合报表

汇总查询报表

图2.3-3 石家庄城市道桥管理智慧平台通用性业务逻辑

综合单价库

费用分析

紧迫性排序

待维修道桥

养护对策库

制定养护对策

养护对策

评价结果

基础数据录入

道桥检测

状况评价

评价模型

检测数据

基础数据

2.4研制成果

基于移动互联网的城市道桥管理智慧平台将日常道桥养护信息、实时巡检信息，通过统计分析由GIS地图等可视化展示方式，实现智慧城市交通基础设施现状的动态监管，为基础设施的科学管养提供依据。

该平台主要由两部分内容组成：城市道桥管理系统和移动互联网终端。城市道桥管理系统以道路和桥梁两大组件作为支撑，实现了平台管养数据的分析与管理。移动互联网终端由智能终端和专用APP组成。

2.4.1石家庄市城市桥梁管理系统

本系统仅允许相关管理/养护单位的用户进入使用，支持城市道桥信息管理的全部工作流，具备高度的自动化、智能化特点，实际是一个专用的云服务系统。

图2.4.1-1系统功能模块

（1）控制台界面

图2.4.1-2控制台界面

控制台界面集中了具体用户在石家庄市城市桥梁管理系统平台应看到的全部数据和图表。控制台相当于一个方便的统计信息列表界面和查询工具界面。在此界面中，用户不但可通过简单点击快速查阅不同的数字和信息细节，还可快速查找、筛选特定桥梁，并进入相关巡检计划执行情况界面。

为便于用户掌握情况，控制台界面会自动计算和更新管养工作相关的统计数据，并显著展示。类似巡检率这样的关键指标会直接在界面中显示：

图2.4.1-3管养工作相关的统计数据

在控制台界面中，查询工具按照工作的相关性和使用便利性进行排列。其中部分查询工具的使用效果简列如下：

图2.4.1-4病害统计

图2.4.1-5病害处置

图2.4.1-6定检工作下的桥梁状态列表

（2）单位管理界面

图2.4.1-7 单位管理界面

在单位管理界面中，用户可快速查看当前所管理诸多单位的养护工作情况、最受关注桥梁的巡检计划执行情况。在该界面中，还提供详细的任务统计列表以便查看：

图2.4.1-8 任务统计列表

单桥管养信息界面

图2.4.1-9 单桥管养信息界面

单桥管养信息界面是针对一座具体桥梁的信息汇总界面。用户可在此集中查询、管理与具体桥梁相关的各种信息，包括：常用信息卡、详细信息卡、巡检信息、定检信息、结构管理、文件档案、常规结构检测报告、管养大事记、维修记录，以及符合规范的报告报表。同时，为了便于信息集成，该界面还提供针对视频监控和桥梁结构监控的接口、数据展示。

在单桥管养信息界面中，也在界面的右侧提供了快速查找桥梁的工具，便于快捷寻找桥梁。

该界面中的部分重要子功能界面简列如下：

图2.4.1-10常规结构检测报告（自动整合信息形成报告）

图2.4.1-11维修记录

2.4.2石家庄市城市道路管理系统

（1）控制台界面

图2.4.2-1控制台界面

控制台界面集中了具体用户在石家庄市城市道路管理系统平台应看到的全部数据和图表。控制台相当于一个方便的统计信息列表界面和查询工具界面。在此界面中，用户不但可通过简单点击快速查阅不同的数字和信息细节，还可快速查找、筛选特定道路，并进入相关巡检计划执行情况界面。

为便于用户掌握情况，控制台界面会自动计算和更新管养工作相关的统计数据，并显著展示。

类似巡检率这样的关键指标会直接在界面中显示：

图2.4.2-2管养工作相关的统计数据

在控制台界面中，查询工具按照工作的相关性和使用便利性进行排列。

其中部分查询工具的使用效果简列如下：

图2.4.2-3病害统计

图2.4.2-4病害处置

图2.4.2-5定检工作下的道路状态列表

（2）单条道路管养信息界面

图2.4.2-6 单条道路管养信息界面

单条道路管养信息界面是针对一条具体道路的信息进行汇总界面。用户可在此集中查询、管理与具体道路相关的各种信息，包括：详细信息卡、巡检信息、路段管理、道路浏览、路面技术评估、养护评估、文件档案、管养大事记以及符合规范的报告报表。

在单条道路管养信息界面中，也在界面的右侧提供了快速查找道路的工具，便于快捷寻找道路。

该界面中的部分重要子功能界面简列如下：

图2.4.2-7路面技术评估（支持病害以及PQI的管理）

图2.4.2-8养护评估（支持病害录入及养护评估的管理）

（3） GIS分析界面

图2.4.2-9 GIS分析界面

GIS分析界面是将道桥管养信息与地理信息进行结合的分析工具和数据索引界面。在此界面中，用户可根据道路GIS分布图了解技术状况评估，不同技术状况评级采用不同颜色区分。

用户点击路段即可查看路段细节，避免了传统GIS方式显示一大堆标记导致使用体验不佳的情形。

（4）管理界面

图2.4.2-10 道路管理界面

管理界面是对诸多道路的状态、信息、管养单位等进行快捷批次管理和统计辅助的工具界面。用户可在此界面中一次性对符合若干筛选目标的道路进行管养单位、养护单位的分配，批量修改道路数据等。

在该界面中，用户也可添加一条或多条道路，或者批量导入道路信息的表格并刷新列表。

在道路管理界面中，包含了“道路管理”、“定检计划”、“道路批量导入”、“维修对策报价”、“路面病害对策报价”、 “养护病害对策报价”6个功能子界面。这些界面简列如下：

提供针对若干道路技术评估计划、养护评估计划执行情况统计。

2.5“城市道路管理系统”移动终端APP

（1）石家庄城市道路信息管理平台的手机APP客户端是一个简略版本的城市道路信息管理平台，可为巡检人员提供日常巡检数据录入、养护评估等工作支持。

登录界面	登录后进入一个下载配置数据面

图2.5-1

（2）在默认工作界面中，主要显示用户所属养护单位下的道路，可点击进入工作页面，工作页面包含道路巡检、路面技术评估、养护评估、数据上传及道路基本信息。

图2.5-2

（3）巡检、养护评估录入功能。

提供巡检录入、查看巡检事件、选择道路查看道路的巡检信息及巡检日历功能。

通过展开检查项目，点击部件后“添加病害”按钮，选择路段及描述，以及上传图片添加病害。

巡检录入需要到现场进行检测定位，如果不在现场则无法进行。

巡检录入界面（具体道路巡检信息录入）
养护评估录入界面（具体道路养护评估信息录入）

图2.5-3

2.6系统在智慧城市中的应用

城市道桥管理智慧平台实现了城市桥梁、道路的电子信息化，提高了资料管理效率，针对道桥养护工作与养护单位实现工作流程对接管理、工作考核等内容，实现了城市道桥的信息化、科学化管养，为智慧城市基础设施管理提供基础保障。

通过该平台对于城市道桥的信息统计及分析，把握各基础设施的运行状态，实现智慧城市交通基础设施现状的动态监管，可包含以下内容：

（1）进行道路及重点桥梁的养护经费投入的优化配置。

（2）完善地道桥管养机制，科学分析与养护，提高道路桥梁的养护质量，延长使用寿命，提高道路桥梁服务社会的综合能力。

（3）基于GIS的统计分析，掌握市内道桥数量、分布及运行情况等基本信息。

（4）建立详尽完整的道路桥梁数据库资料，为智慧城市的建设提供基础数据支撑。

（5）基于道桥使用现状，为规划基础设施的下一阶段建设提供依据。

平台本着智慧城市“集约建设，互联共享”的建设原则，积极推进信息基础设施集约建设，避免重复建设、信息孤岛等问题，提供数据推送、预留数据接口、平台切换等多种方式，满足在后期智慧城市建设中多系统兼容的综合需求。

石家庄市道桥建设总公司简介

石家庄市道桥建设总公司，深耕燕赵大地核心，立足石家庄城市发展脉络，是守护市政道桥“生命线”、助力城市交通升级的骨干力量。公司业务覆盖市政工程建设、城市主干道养护、桥梁枢纽维护等全链条领域，从中山路、裕华路等核心商圈道路的品质提升，到和平路、槐安路高架桥等关键交通节点的日常运维，再到雨污分流配套道路施工等民生工程的落地，始终以专业实力筑牢城市交通根基。

多年来，公司秉持“道桥为基、质量为魂”的核心理念，以“精雕每一寸路面、细筑每一座桥梁”的匠心，构建“全流程管控、全周期服务”的工作体系——从施工方案的科学论证，到建材质量的严格筛查，再到养护巡检的精准落地，每一道工序都锚定“安全、耐用、便民”标准。无论是攻克沥青路面早期破损难题，还是创新桥梁支座维护技术，亦或是通过智能化巡检提升道路养护效率，公司始终以技术突破驱动品质升级，先后打造多项省级优质工程，用坚实道桥见证石家庄“东扩南延、西优北跨”的城市发展步伐。

面向未来，公司将持续秉承“筑路惠民、架桥连心”的使命，以“敢闯敢试、精益求精”的理念，在城市更新浪潮中勇担重任，为石家庄构建“内畅外联、四通八达”的交通网络注入更强动能，为市民出行便捷、城市发展提速交出更优答卷。