市政道路桥梁的技术分析

市政道路桥梁的技术分析

魏兴江

四川成都610000

摘要：随着城市建设的飞速发展，市政部门管养的路网越来越大，道桥维修养护的信息量与日俱增。只靠表面观察、手写笔抄、现场查询、人工处理、凭经验决策的传统工作模式已无法适应现代化城市管理的要求。本文介绍了国内外城市道路桥梁管理信息系统建设和使用状况。

关键词：GIS；市政道路桥梁；管理系统

引言：以桥梁为例，我国大部分城市的市政工程管理部门所管辖的桥梁，结构形式不一，年代跨度很大。桥梁承载能力相对较差，车辆超载运行，桥梁的病害日趋严重，影响行车、行人的安全，也对周围地区的经济发展带来消极影响。而桥梁管理的工作方式又相对落后，如：（l）桥梁管理还停留在使用桥梁信息卡上；（2）桥梁的技术检查时间仍是人为控制；（3）检查的仪器设备相对缺乏；（4）检查资料管理不规范，信息查询十分不便；（5）桥梁的实际技术状况比较模糊，可能导致事故隐患。可以说，人工处理信息的滞后与城市道路桥梁维修的及时性之间的矛盾日益突出，决策的科学性、经济合理性受到挑战。现今的管理方式与信息时代的不相适应，要求城市道路桥梁管理部门必须依靠现代化的管理思想和先进的信息处理手段，才能实现管理水平的不断提高，更好地为道路桥梁管理提供决策依据。

1．信息系统

随着近十年来信息技术的发展，地理信息系统（Gls）在很多领域都有了更广泛、更深人的应用，诸如能源、水利、交通、石油、城市规划等。在交通领域，西方发达国家已把GIS应用于交通规划、交通基础设施建设、城市交通管理，交通路网管理等方面。任何一个交通基础设施都有处在某一三维的地理地质和资源环境中，GIS的优势在于定位的准确性、串连数据的有序化和空间分析能力三个方面（见图1）。

地理信息系统并非传统意义上的“地图”或“数字地图”，它具有数字地图之外的许多功能，比如空间分析能力，数据库功能、专业程序接口、可作为其它程序外挂等；它同时也有更大的数据信息容量，比如地理地质信息、环境信息、经济信息，交通信息，资源信息等等。图2是GIS具有空间分析应用的一个例子。

城市中，虽然道路和桥梁一同构成了交通网络，但是道路和桥梁在许多方面都不太相同，所以对它们及其管理系统的研究也是分开的。市政道路在管养方面主要是针对路面进行的，所以下面简要综述一下路面管理系统和桥梁管理系统的国内外研究和应用现状。

1.1路面管理系统

道路（尤其是路面）随着使用年限的增加，在交通、环境等因素的综合作用下会逐渐变坏，从而影响到道路的正常使用。为保证道路所提供的快速、安全、经济、舒适的服务，相关管理部门需要以最低的资源消耗，提供并维持道路的使用性能处于合适的状态。路面在道路工程的养护维修费用中占有相当的比例，如何对公路网内所有道路的路面使用性能进行检测、评价、预测，从而在合适的时机，选择合适的路段、采取有效的措施进行维修，以达到花费最少、效果最好的目的，就构成了路面管理的主要内容。

国外现状路面管理系统是在国外完成公路网扩展、而转向公路网维护的形势下应运而生的。对它的研究始于20世纪70年代初期的北美，80年代后，路面管理系统的内容得到了扩充，技术也初步成熟。美国、加拿大、澳大利亚、欧盟、日本和我国香港地区等已广泛使用路面管理系统，部分发展中国家已建立或正在建立、实施路面管理系统。

归纳起来，国外路面管理系统具有以下特点：

（l）测试技术日益先进，多功能路面数据采集测试车已投人使用，逐步实现了自动化、高速化、精确化；

（2）路况数据库日益完善，实用化程度相当高；

（3）以世界银行的HDM一111模型和1999年完成的ISOHDM国际合作研究为代表，路面管理系统的各类模型功能齐全，日臻完善；各种预测技术、决策技术、专家系统被纳人路面管理系统；

（4）软件数量繁多，并日益商品化，可供地方公路部门使用或用于公路管理咨询。一些高新技术，如基于激光录像技术建立的路面交互式图像库、地理信息系统等被用于路面管理系统，各级管理部门通用的路面管理系统也已出现；

（5）玩temet的大众化使信息的传输更为迅速、可靠、便宜，为路面管理系统的进一步发展提供了广阔前景。

在国内，通过国家重点攻关项月“下线公路路面评价养护系统成套技术”的研究，建立了我国的干线公路路面评价养护系统。据不完全统计，许多科研院所和公路管理部门联合（或单独）开发了路面管理系统，如广东省公路管理局于1993年完成了管养里程77％的公路数据采集，四川省在1995年初步建成了沥青路面管理系统，上海市建立了市政基础设施管理信息系统。

十几年来，国内路面管理系统取得了长足的发展，但比起国外的发展还相对落后，所开发研制的系统能够正常使用的很少，真正带来社会经济效益的就更少。存在的问题主要体现在以下几个方面：（l）管理人员（决策者）并不理解，也不习惯于使用科学决策的方法。（2）所开发的系统未能很好地结合用户的实际情况，如路面管理的需求及特点，系统实施的环境及条件等，尤其是没有根据城市道路、高速公路路面使用性能特点作出相应的对策，导致路面管理系统未能得到有效的应用。（3）缺乏合理的引导，存在各自为政、低水平重复开发。信息共享、数据获取与更新机制和技术没有解决，许多必要的数据标准规范没有建立起来。

1.2桥梁管理系统

桥梁管理信息系统和路面管理系统类似，也是近二十多年来在世界范围内土木工程界出现的跨学科、跨领域、综合型的工程技术集成系统。和路面管理系统一样，分为网级和项目级管理。网级桥梁管理是在建立桥梁信息数据库的基础上，对整个辖区范围内所有桥梁状况的检查结果进行分析与评定，并根据评定后的分级排序对有限的维护资金进行合理有序配置。项目级桥梁管理则是通过对桥梁的检测或试验结果进行理论分析计算，针对单个桥梁的安全性进行评价，对桥梁的未来状态进行预测，并对桥梁的维护加固提供具有科学依据的决策方案。桥梁管理系统是一种合理的系统化手段，用来组织落实与桥梁建设有关的计划、设计、施工养护、修复及替换等工作。其目的是保证行车安全，最佳地使用资金，减少养护费用，维持公路网容量，预计预算需求，组织预防性养护工作。

桥梁管理系统最早出现在美国。20世纪70年代，美国联邦公路局建立世界第一个国家桥梁档案数据库。目前，美国各州、加拿大、南非、英国、丹麦、澳大利亚、日本等国家和地区已经建立了较为成熟的桥梁管理系统。这些系统对于改善桥梁维护和管理水平，确保车辆和行人桥＿L通行安全，最合理地利用有’‘尺的维护资金起到了很好的作用。下面g丹麦桥粱养护管理系统为例，对桥梁管理系统作一介绍。

此系统的目的是通过对桥梁定期检查和推护，使桥梁处于最佳的技术状态，保证安全使用，采取优先排序经济合理地安排桥梁的运营、养护和维修费用，对超重和超高特殊运输进行管理。

系统主要包括：基本数据采集、一般检查、特殊检查、日常养护和检查、优化、预算和结果分析、设计（包括价格目录）、预算和簿记、招标、执行、特殊道路运输管理。

桥梁管理系统由下列四大内容构成：（l）一系列有关桥梁方面的相互关联的工作，如设计、施工、检查、养护、修复及预算等工作；（2）一系列法规和条例，如公路法、有关的设计、施工和标准；（3）一系列数据库，存储各种工作结果信息；（4）一系列软件，处理所收集的数据资料。

国内也有许多学者对桥梁管理方面的问题进行了研究，如交通部公路科学研究所开发的中国公路桥梁管理系统CBMS，已经过10余年的研究、开发、推广和改进，已形成从数据采集、编码标准、软硬件配置、人员培训和系统维护等一整套较完善的系统，并已推广到全国32个省市，400余个地市，建成省级CBMS系统犯套，地市级系统389套，人库桥数98946座，480万m。

从国内外桥梁管理系统的发展概况和功能构成来看：（l）现有的桥梁管理系统基本为两类。一类是桥梁数据库管理系统，其功能和结构都很简单；另一类是在桥梁数据库的基础上增加评价、需求预测等功能，但是其功能是初步性的、经验性的，现有功能本身远未成熟和完善。（2）管理系统的开发需逐步进行。一方面，由于桥梁管理系统的建立与实施需要与之相适应的管理体制、管理方法和管理手段以及一定的技术设备及技术人员等条件；另一方面，管理系统中模型、参数、标准的建立与完善，需要历史数据的积累。（3）桥梁管理系统的开发研究必须与本国（地区）的桥梁管理部门实际状况相适应。由于各地管理体制、管理方法、管理手段各不相同，各系统的目标、功能采取模型也不相同。

随着城市交通网络的建设，城市中的桥梁越来越多。桥梁和道路共同构成了城市交通网络，桥梁和道路的养护、维修、管理均由市趣管理部门负责。尤其是仪只的发展和应用，道路和桥梁的完整网络系统可以很好地用肛凡系统来表现它们的空间和地理属性，因此尽管桥梁和道路在其结构组成、养护特点等多方面不同，但基于Gls和Intemet技术的道路和桥梁集成管理系，是市政管理信息化和科学化的一个发展方向。

2．构架参照体系

城市桥梁和路面管理系统是为桥梁性能及道路路况进行评价、预测和决策服务的综合管理系统。一般由数据采集系统（基础信息管理）、数据管理系统（养护、维修、改建、标准管理）、评价决策支持系统（网级分析和项目级分析）等部分组成（见图3）。

数据采集设备和采集方法的研究在此管理系统的应用中占有很大的比重，因此快速获取和处理数据的方法是系统顺利实施的保障。数据采集系统需依赖高效、快速的检测设备，以道路为例，要采集的数据包括有道路的几何数据、路面破损、平整度、弯沉、摩擦系数、车流量、车速和轴重等数据。为了提高数据采集效率，可采用全球定位数字化采集系统。该系统整合了全球定位系统（GPS）、地理信息系统（Gls）、GSM数据通讯、路面数据采集等技术，并配合数字化试验设备，基本实现了自动化数据采集，是今后路面数据采集系统的趋势。

数据管理是市政养护评价管理系统的基础，全部有关数据要根据应用目的和要求进行合理组织，并根据路况变化和用户要求不断更新。按照数据模型分为道路原始静态数据管理及检查动态数据管理两个方面内容。原始静态数据和检查动态数据是评价管理信息系统的基础数据资料，因为它记载着基本属性数据。该模块包括数据录人、数据修改以及数据浏览等功能。

城市桥梁和道路空间数据管理，由于桥梁和道路信息具有空间特征，GIS特别适宜于刘道路和桥梁信息的分析处理，是路网建设管理酬弋化的重要手段之一，因此可以应用GIS系统对空间数据进行操作和管理。

结合某城市的特点，如冬季道路的养护和维修（撒化冰盐）等，并应结合日常工作，进行需求分析，建立该市区桥梁和道路管理系统构架；结合对桥梁技术现状和路面性能评估方法的研究，建立评价体系；建立经济分析模型，对桥梁维修道路性能改善的费用作出合理估算；从而逐步实现该市桥梁和道路借理系统的管理和决策支持功能。

3．该市道路桥梁管理系统初步设想

总结国内外城市道路和桥梁管理系统的发展和使用情况，一个完备实用的城市道路和桥梁管理系统是在地理信息系统框架内，由信息输人输出模块、数据库查询分析模块、道路桥梁技术状况评估模块、桥梁技术状况预测模块、总体养护经济分析决策模块等构成的有机整体。各子系统相互连接渗透，共同协作完成城市道路桥梁管理体系的运作全过程，如图4所示。

其中道路和桥梁静态动态数据库输人输出模块与查询分析模块为桥梁信息数据库基本功能。其余模块包括道路桥梁技术状况监测评估模块、技术状况预测模块、管理养护决策模块，这些系统模块和地理信息系统框架应月都是城市道路和桥梁管理系统研究开发过程中的关键问题。

4．结语

应针对该城市的地理特征、城市道路和桥梁管理全过程中的关键技术进行深人研究，进而形成一整套完善的管理体系，开发一个符合我国实际需要的城市道路和桥梁管理综合系统，为我国已建道路和桥梁管养提供依据，使我国城市道路桥梁管养更优越。