基于SOA服务架构的城市桥梁养护管理系统研发与应用
周 翀，张 桁，孙 舰，邓 伊
(北京市*路桥管理养护集团有限公司，北京)
摘 要
桥梁养护是一个长期过程，它伴随着桥梁的整个服务周期。伴随城市的快速发展，传统城市桥梁管理手段存在成本投入过高、精确性较低、检测难度较大、桥梁资料不全等问题，已不能满足信息化养护管理需求。因此结合北京市城市桥梁养护工作的现状，对其工作特点、适用性和技术发展方向进行了分析；运用SOA服务架构技术，开发了城市桥梁养护管理系统，并在桥梁养护管理工作中进行了应用。该系统的使用可为城市桥梁养护工作提供参考。
关键词
城市桥梁；养护管理；系统
桥梁养护是一个专业、长期、繁琐的过程，它伴随着桥梁的整个服务周期。随着城市的快速发展，当前的城市桥梁管理手段已不能满足桥梁的养护管理需求。早期的处理方式不仅效率低下，投入成本也高，而且信息精确性不高。为此，有必要开发新的城市桥梁养护管理系统，以解决管理工作中存在的问题成为行业发展方向。
1桥梁养护管理系统研发的意义
城市桥梁运营过程中由于荷载、环境以及结构缺陷等因素，导致桥梁结构的安全性与耐久性降低、使用性能衰退、适应性不足，甚至出现安全事故。对桥梁结构进行合理的试验检测与诊断评估，是对运营期桥梁进行预防性养护管理、科学维修加固的重要手段。在桥梁运营期过程中，一般采用检测、荷载试验和健康监测技术对桥梁进行检测、评估，但伴随时间的推移，检测内容越来越多，单纯依靠人工方式显然无法达到预期效果。为此，开发新的桥梁养护管理系统并依据有关桥梁养护、检测技术规范，建立桥梁病害数据库，借助移动互联网和智能终端，将病害信息和照片进行关联，从而实现桥梁病害信息的动态更新，便于检测人员和养护人员查看、分析和定位。依据桥梁结构或者病害类型进行统计、查询，并能够根据部件病害信息对其技术状况进行自动评分，再给出等级评定结论，进而依据各个桥梁对应的病害类型和历史检测信息进行比对和筛选，导出养护管理清单，可为管理者提供辅助的养护管理决策。同时管养单位可快速、准确地对桥梁缺损状况和承载能力状况进行研判，以便及时采取措施，消除安全隐患，确保运营期桥梁的正常使用[1]。
2传统养护管理存在的问题和桥梁养护管理系统现状
2.1传统养护管理存在的问题
1）成本投入过高
目前桥梁运营期检测监测技术已经相对成熟，包括一般桥梁检测技术、荷载试验技术、计算分析和健康监测等。但以上技术专业性强、操作技术要求高、费时费力，导致养护管理工作开展受到诸多影响。
2）精确性不足
桥梁的常规检测、定期检测一般分为外业调查、试验测试和内业整理3个阶段。目前城市桥梁设施（包括立交桥、跨河桥、人行过街天桥、人行过街地下通道等）的日常管理、养护维修工作日益增多，导致日常普查内外业工作难度大、病害描述不统一，容易导致内业整理偏差或结构病害误判，且检测报告整理和导出工作量很大，需多次复核才能保证检测信息的准确性。
3）检测难度较大
桥梁检测工作繁重、复杂，单纯依靠人工的方式，不仅效率低下，而且容易出现低级失误［2］。
4）桥梁资料不全
我国许多桥梁的寿命已经超过30年，传统桥梁检测资料以纸质记录为主，存在资料缺失导致的运管数据不连续、档案不闭环等现象。在进行养护管理时，工作人员没有可供参考的充足数据和信息，只能凭借经验进行处理，使养护管理工作出现许多失误，难以达到标准的要求。
2.2桥梁养护管理系统现状
目前桥梁信息化养护管理系统主要有公路桥梁管理系统、城市桥梁管理系统以及针对特定桥梁开发的桥梁养护系统［3］。各类系统多以满足设施资产管理、设施行*管理、特殊结构桥梁和大型重要节点桥梁等特殊需求为主而设置。
近年将BIM技术应用到桥梁养护管理中已成为一种趋势，即将BIM与GIS技术相结合，兼具信息交叉和展示作用，基于BIM+GIS的全寿命周期管理平台之上搭建桥梁结构安全运营和监测大数据中心［4-6］，使系统适用于针对性较强、单体或小范围桥梁管理、监测等方面的应用。
3城市桥梁养护管理系统的研发
3.1研发背景
目前计算机技术高速发展，BIM技术日新月异，相关数据库技术与桥梁工程全生命周期工作应用需求结合成为行业热点。国内外已有多项研发应用，但是还存在着系统与实际工作结合不紧密、初始信息不全、研发扩展难度大等问题。为此开发一套实用、智能、专业、高效的城市桥梁养护管理系统，并在养护管理工作中应用，进一步开发和完善，从而提升城市桥梁养护管理水平显得非常重要。
3.2软件数据框架
3.2.1采用SOA面向服务架构，提高系统集成性、灵活性、扩展性
城市桥梁养护管理系统的研发采用面向服务（SOA）的体系结构，以平台化、工具化、配置化为思路，搭建一个易于扩展、发展的基础技术框架和运营平台，在该基础技术框架的应用支撑下，平台层将最大限度地利用、整合现有的信息系统资源和成熟稳定的第三方中间件，使其具有良好的扩展性、灵活性、可重用性和高可用性等［7］。基于SOA的技术支撑平台架构如图1所示。
图1基于SOA的技术支撑平台架构图
3.2.2采用总线技术，提升系统的灵活性、可维护性
该系统应用的总线包括应用服务总线和交换总线。应用服务总线用于各种交通应用、公共服务组件、通用业务组件、门户之间的连接、路由、转换，交换总线用于实现交换中心、交换节点间建立连接通道、队伍管理、交换路由和监控等。
总线的建立将大大减少对象间（如系统与系统间、交换节点间）直接连接的接口，提升系统的可维护性，并且提升系统的灵活性、可扩展性（包括集成新的应用系统、增加新的交换节点等）。
3.2.3采用J2EE技术，提升平台及应用的可移植性
该系统采用成熟的J2EE技术架构，以保证系统的高质量和稳定性；同时采用关系型数据库热备份和冷备份技术处理方案，以应对数据库的故障，采用数据库集群提高查询速度和实现数据库灾备，以实现不间断服务的要求；操作系统均采用Linux以提高安全性和机器工作效率；采用B/S结构，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用过程。浏览器通过WebServer同数据库进行数据交互。
3.2.4采用组件技术，增强系统复用性
组件模型是系统架构的一种形式，软件开发从过程功能模型、面向对象模型，演化到组件模型。
采用组件模型可以通过业务功能封装在不同组件中，实现功能分解并降低系统的耦合程度，从而保证系统中的各个组件能够独立地修改和扩展。同时，组件模型还支持通过增加组件扩展系统的功能，以保证系统能够可持续扩展。
3.2.5采用WebService技术
对外接口统一采用WebService（业务逻辑管理）服务的方式定义，为公共和业务系统提供用户、权限、流程等接口服务。
3.3系统内容
系统内容主要涉及7个方面。
3.3.1设施基本数据管理
城市桥梁基本信息数据管理需要将桥梁日常养护、维修加固、改扩建等信息或现场校核的基本信息补充到城市桥梁基本信息里。桥梁基本信息包含设计资料、施工资料、养护管理资料以及桥梁原始状态等信息。桥梁基本信息如图2所示。
图2桥梁基本信息页面
3.3.2桥梁检测数据管理
桥梁检测数据管理主要可实现桥梁检测档案卡、维修记录卡的管理、考核结果查询。检测评估应根据其内容、周期、评估的要求分为经常性检查、定期检测、特殊检测。其中，定期检测应分为常规定期检测和结构定期检测。桥梁检测数据页面如图3所示。
图3桥梁检测数据页面
桥梁常规定期检测是桥梁养护管理工作中最主要的内容，也是后续决策的依据。通过常规定期检测可发现并记录病害，为桥梁技术状况评估提供依据。CJJ-99—《城市桥梁养护技术标准》，桥梁检测评估标准参见如图4所示。
图4桥梁检测评估标准
3.3.3桥梁技术状况智能评估
通过现场拍照和病害信息收集，采用先构件后部位再综合，并与单项直接控制指标相结合的办法进行评估，对不同部位、不同类型构件的病害严重程度进行打分，系统根据打分情况计算出所检桥梁技术状况指数（BCI）和桥梁结构指数（BSI），从而实现桥梁技术状况的评估定级［8］。评分数据计算公式如图5所示。
图5评分数据计算公式
不同构件类别的桥梁需要对构件病害类别进行病害评分权重的重新分配，该系统可根据已录入的桥梁基本信息进行自动识别，自动调整桥梁各类权重值。依据评分结果，通过评估模型，计算桥梁健康状况指数（BCI）和桥梁结构指数（BSI），并生成检测报告。
3.3.4报告管理
对桥梁评价打分定级之后，将桥梁基本信息、桥梁检测结果和桥梁照片信息组合最终形成桥梁检测报告并上传。上传报告后通过服务器可多端口移动预览并下载，也可通过不同分类需求筛选形成各类分报告或总报告。例如桥梁所在区域划分、桥梁类型划分、季度任务划分、年度任务划分等条件。
3.3.5综合查询
主要针对基础数据、养护管理业务数据进行查询。所有信息内容都能上传到系统之中，员工根据自身的需求可自由查询、获取相关资料内容。相比于早期人工处理的方式，整体效率有了显著提升［9］。
3.3.6统计分析
以桥梁技术状况评定为核心，提供桥梁检测信息专题分析，实现多角度跨主题信息探索，并以图表、年度信息汇总专题图等方式进行展示，可直观了解桥梁检测数据结果、进度以及桥梁病害的信息统计等。年度普查病害出现次数统计如图6所示。
图6年度普查病害出现次数统计图
3.3.7移动APP应用
移动APP与电脑系统数据关联，实现桥梁巡查、监管和桥梁检测等方面的现场拍照、病害信息采集、标准化录入和计算打分等功能。与电脑系统数据同步更新，打开手机可随时查看报告和系统数据。也能通过手持移动设备对上报病害统一分拣，对识别的病害信息入库、上报，实现病害分发养护和管理。同时，上级部门也能通过该系统的平台对桥梁进行考核。此外，相关资料内容也能上传其中，从而实现桥梁病害信息的全面共享。手机APP端页面如图7所示。
图7手机APP端页面
3.4系统功能
1）依据桥梁病害类型的划分和分类，建立统一规范的病害类型描述，并建立病害类型库。
2）对桥梁的大修、中修和地铁、管线穿越等项目的记录，同桥梁信息管理系统可对既有信息进行比对分析。
3）对历年桥梁状况进行跟踪对比，形成变化曲线［10-11］。
4应用与展望
4.1实践应用
该系统开发完成后，经过充分的试算，证明了该系统应用于桥梁常规定期检测后，效果达到预期。
4.2综合效益
通过手机APP采集系统和常规定期检测（普查）管理系统，可对城市桥梁普查工作进行综合管理，提高了工作效率。
城市桥梁养护管理系统对城市桥梁管理水平提高起到了巨大作用，该系统的开发也填补了城市桥梁技术状况评估电子化的空白。
4.3实现系统预期效果
实现了桥梁工作监管规范化、评估定级自动化、设施管理可视化和养护决策科学化。
4.4系统展望
1）通过系统既有的地图定位功能，与桥梁实体模型相结合，建立管理区域内桥梁三维地图，使桥梁设施管理可视化水平进一步提升。
2）完善系统内设施基础数据的同时，建立起多维度的设施管理平台的联动机制，有效便捷地进行数据沟通，使桥梁设施管理数据动态化水平进一步提升。
3）通过逐步的数据积累，引入大数据相关算法，在桥梁结构病害类型、病害发展速率等方面进行预判，从而对养护维修类型和养护维修周期提供了建议和指导。
结语
传统桥梁养护管理出现多方面问题，而城市桥梁养护管理系统的研发与应用，提升了城市桥梁养护管理水平，符合城市桥梁养护精细化发展的趋势值得推广使用。
参考文献：
［1］邓长*.基于Web-GIS的城市桥梁养护管理信息系统的研究［D］.北京：中国铁道科学研究院，.
［2］金能峰.福州市*桥梁信息管理系统拓展应用分析［J］.福建交通科技，（1）：47-51.
［3］郭立明.基于变权评估的B/S架构桥梁电子化养护管理系统［D］.西安：长安大学，.
［4］*照广.基于BIM的桥梁养护管理系统构建与开发［D］.南京：东南大学，.
［5］曹海盛.BIM技术在桥梁健康养护监测中的应用探索［J］.公路交通科技（应用技术版），，16（9）：-.
［6］吴巨峰，石峻峰，赵训刚，等.基于BIM技术的大型桥梁管养平台研究［J/OL］.（-02-25）［-04-14］.