基于EBS%2BWBS的公路桥梁检测系统构建与应用.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-03-30第一作者：汪军（1981），男，四川邛崃人，高级工程师，研究方向为公路工程数字化与BIM技术应用。通信作者：饶舰（1992），男，四川仪陇人，工程师，研究方向为公路工程数字化与BIM技术应用。基金项目：交通运输部交通运输行业重点科技项目（2020-MS5-145）；四川省公路院自立科研项目（XXHXM-2021-11）基于EBS+WBS的公路桥梁检测系统构建与应用汪军，饶舰，沈国焱，寇亚东（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041）摘要：为推动公路桥梁检测方式由传统检测向数字化检测转变，力争实现公路桥梁检测从数据采集、数据传输、数据分析计算到成果输出的全过程数字化，以EBS+WBS为核心，采用SOA设计理念构建出一套基于B/S架构的公路桥梁检测系统。实践结果表明，系统以检测数据为载体串联公路桥梁检测业务，应用功能完整覆盖了桥梁多要素、全周期检测业务，并以此实现了BIM+GIS在桥梁检测中的应用。关键词：公路工程；桥梁检测；数字化；系统设计；EBS+WBS；BIM+GIS中图分类号：U446；U495文献标识码：A0 引言公路桥梁检测作为桥梁运营维护阶段的重要环节，在桥梁技术评定与运营安全保障中有着重要的作用。桥梁检测经过漫长的发展历程，检测技术成熟，业务体系完善。随着信息化、数字化技术的发展，建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）、地理信息系统（Geography Information System,GIS）及新一代信息技术与工程管理融合应用逐渐深入1，桥梁检测业务也迎来发展机遇，正由传统检测方式向数字化方式转变。针对桥梁检测系统的研究与开发，目前国内已有部分成果。如李成涛等人基于BIM建模软件添加桥梁病害信息，并通过WebGel技术对病害信息进行三维可视化呈现2。陈宁等人提出了基于BIM的桥梁病害三维可视化系统，系统功能包括病害信息录入、病害图例查询以及记录病害历程等3。王对强等人针对越来越多的桥梁存在的安全和管理等问题，提出了一种基于STM8的桥梁检测与智能管理系统，着重关注系统硬件设计与软硬件融合应用4。这些研究和市场上已问世的桥梁检测系统，大都着眼于病害信息的管理和检测数据展示，对于检测业务全流程数字化管理、成果生成尤其是检测数据高效传递等的研究尚不够深入。鉴于此，为实现公路桥梁检测业务数字化，本文通过整体架构设计与核心功能设计构建桥梁检测系统。系统以公路桥梁检测业务为核心，以桥梁检测数据为载体，完整覆盖多要素、全周期桥梁检测业务，以此进行桥梁检测 BIM+GIS应用，实现公路桥梁检测数字化管理与应用，助力数字交通高质量发展。1 桥梁检测系统架构1.1 系统设计目标设计一套基于 EBS+WBS 的桥梁检测系统，采用B/S架构并开发Web端和App端应用。系统应具备功能完整性、可扩展性和前瞻性等特点，同时具有良好的易用性和兼容性。系统应具有完整的公路桥梁检测应用功能，支撑桥梁检测数据采集、数据分析和成果输出，并以 EBS+WBS 为核心实现桥梁检测数据的 BIM+GIS三维可视化应用，同时实现与第三方系统（如桥梁养护管理系统）之间的数据共享，实现公路桥梁检测数据的统一管理与应用。1.2 系统架构设计根据系统设计目标，基于SOA设计理念进行系统架构设计，总体架构分为采集层、传输层、支撑层、应用层、展示层共 5层，配套政策法规体系、标准规范体系两大行业支撑体系和安全保障体系、运维管理体系两大运维支撑体系。桥梁检测系统总体架构如图1所示。1）采集层采集层是系统的基础，是桥梁检测数据采集的关键。检测数据采集通过3种途径完成：由智能检测设备7总656期2023年第26期（9月 中）或数据采集终端采集数据后通过蓝牙技术等传输到系统，利用App手动录入检测数据，第三方系统数据通过数据共享传输至系统。为确保基础数据和检测数据的完整性，以某一种手段为主、多种采集手段并举的方式较为常用。2）传输层传输层是利用移动互联网等将采集层获取的检测数据通过网络传输到支撑层进行数据的校验、打包与解包等操作，确保数据在各终端设备之间高效传递。3）支撑层支撑层主要是对整个系统的业务应用提供基础支撑，为应用层提供基础应用服务。支撑层包括统一授权、数据打包解包、数据校验、文件存储、文档转换、数据资源库等功能，其中数据资源库是对桥梁检测所需的相关支撑数据进行建库并管理，包括业务字典、基础数据、病害库等，以支撑桥梁检测数据标准化管理。4）应用层应用层是桥梁检测业务应用的核心，根据属性可对应用功能简单分类，包括系统管理、检测项目管理、检测数据采集、检测数据管理等。系统管理是对组织机构及用户、角色权限等的管理；检测项目管理是对检测项目信息的管理、项目状态的控制，以及检测人员、设备等的配置；检测数据采集主要是应用App进行基础数据同步、病害采集、病害库引用等；检测数据管理是对检测数据进行统一管理与分析，包括检测评定、检测报告管理、数据统计分析等。5）展示层展示层是数据展示应用的窗口，通过Web端、App端和第三方系统展示，用户可在展示层查阅桥梁基础数据、检测病害数据、数据分析结果、检测成果文件等，用于指导桥梁检测项目实施。6）用户层系统用户根据定位和目标，分为行业监督用户、业主用户、检测用户3类。其中行业监督机构用户为主管部门监督人员；业主用户主要包括集团或项目公司的管理人员；检测单位用户主要为检测单位的检测人员。2 桥梁检测系统核心功能2.1 基础数据建库与调用为支撑公路桥梁检测业务数字化，确保检测业务标准、规范开展，以行业有关标准规范为基础，构建形式标准化、体系完整的桥梁基础数据库，包括工程分解结构（Engineering Breakdown Structure,EBS）类型库5、病害库和病害处置措施库6等，形成数据资源池，作为基础数据支撑桥梁检测系统业务应用。桥梁检测数据资源池建立后，在桥梁EBS划分、病害采集与病害处治时引用库表数据，做到标准化、规范化输入，减少数据处理工作量，提高数据利用率。2.2 检测数据采集与管理数据采集基于 EBS 进行，支持 Web 端数据录入，重点是App端数据采集功能的开发。App端更适应现场使用需求，是数据采集的主要输入端。为确保网络信号弱的山区公路桥梁检测正常进行，App端开发离线采集功能。采集的桥梁检测数据包括以下几类：原始资料数据，如桥梁竣工图纸及相关文件，用于桥梁BIM模型建立、桥梁EBS划分；检测病害数据，包括病害类型、病害值、病害照片等；检测相关资料，包括现场工作记录、工作照片等。图1 桥梁检测系统架构图App8交通世界TRANSPOWORLD2.3 检测数据分析与应用利用App端现场采集完成桥梁检测原始数据上传云端服务器，桥梁检测系统在获取了原始检测数据后，利用数据分析功能进行检测数据的完整分析与处理，包括数据分类、统计、计算，最终输出分析结果，并以统计图表的形式直观展示，用户可基于此分析结果实时进行检测业务管理。对于检测数据的应用，桥梁检测从业务基础数据初始化进入系统开始，经过检测数据采集、数据分析处理、检测成果输出的完整业务流程，对全流程的桥梁检测数据进行管理，并进行BIM+GIS桥梁检测应用。2.4 检测成果生成与交付公路桥梁检测与技术评定主要依据现行 公路桥梁技术状况评定标准（JTG/T H212011），按照不同桥型的技术状况评定规则进行计算7。检测数据基于EBS采集，基于工作分解结构（Work Breakdown Structure,WBS）自动完成桥梁检测技术评定，输出评定结果。系统通过采集的检测数据和输出的评定结果自动生成检测原始记录和检测报告，提高检测成果输出与提交效率。检测系统支持检测成果在线化生成，可输出后线下交付，亦可直接进行数字化交付，将基础数据、原始检测数据、检测分析数据、检测成果等提交检测系统数据库，让交付件更完整，交付更便捷高效。3 桥梁检测中BIM+GIS的应用3.1 EBS+WBS结构树EBS和WBS作为数据协同的基础，EBS+WBS双核心结构树是工程全生命期数据传递的核心5。桥梁检测以 EBS+WBS 双核心结构树为依托实现 BIM+GIS 应用，检测系统根据EBS创建规则和内置的EBS类型库建立桥梁EBS结构树，然后可根据建立的EBS和WBS关联关系自动生成桥梁检测 WBS 结构树，由此建立桥梁的EBS+WBS双核心结构树。桥梁检测系统以EBS+WBS双核心结构树为主数据链，既保证数据满足检测业务需求，实现检测数字化；又确保数据与BIM模型融合应用，为桥梁检测搭建了统一的协同数据底座，避免数据孤岛，实现业务数据共享，提高数据资产利用价值。3.2 BIM+GIS三维可视化应用系统通过EBS+WBS双核心结构树实现检测数据与BIM模型关联，两大主数据流为：检测数据-EBS-BIM模型，技术评定数据-WBS-EBS-BIM 模型。检测数据基于EBS进行数据采集，采集完成的数据利用WBS完成评分单元划分并进行技术评定，利用EBS与WBS的关联关系，检测数据可实时反馈到EBS结构树节点上，并利用EBS与BIM模型构建的关联关系实现数据在BIM模型上的展示与应用。针对BIM+GIS检测数据应用，创建桥梁BIM模型并发布至 BIM+GIS三维环境，利用模型构建关联的检测数据，在 BIM+GIS三维环境中可直接查阅桥梁检测数据，包括桥梁基本信息、检测项目信息、桥梁病害信息、桥梁检测记录以及桥梁检测成果文件等；此外，检测数据的统计分析结果可展示在BIM+GIS三维环境。据此，可基于 BIM+GIS进行桥梁检测可视化管理及后续的桥梁养护运营工作。4 结束语桥梁检测系统以公路桥梁检测业务为核心，以检测数据为载体，完整覆盖桥梁检测全业务、全过程，支撑检测数字化。基于构建的EBS+WBS结构树进行桥梁检测全周期业务管理和 BIM+GIS应用，可实现公路桥梁检测数字化管理与应用，助力数字交通全面、高质量发展。下一阶段，随着桥梁检测技术的不断进步和信息技术的深入发展，新一代信息技术与公路桥梁检测业务融合应用将进一步深入，以大数据、人工智能为代表的新一代信息技术在桥梁检测中应用前景广阔，如桥梁检测系统可基于获取的海量桥梁检测数据进行大数据分析，挖掘数据价值；将基于图像识别技术的桥梁病害识别功能整合到桥梁检测系统，可增加数据获取手段，使系统业务更完善、功能更齐全。参考文献：1 饶舰.新一代信息技术与公路工程建设管理融合应用研究J.公路，2022，67（12）：245-252.2 李成涛，章世祥.基于BIM技术的桥梁病害信息三维可视化研究J.公路，2017，62（1）：76-80.3 陈宁，马志华，柏平，等.基于BIM技术的桥梁病害信息三维可视化采集管理系统J.中外公路，2017，37（1）：305-308.4 王对强，夏冰，陈海贞.基于STM8的桥梁检测与智能管理系统J.精密制造与自动化，2020（3）：39-46，52.5 汪军，黎丁实，乔科.基于双“核心结构树”的公路工程建设 BIM 数据协同研究J.公路，2022，67（3）：247-253.6 潘永杰，魏乾坤，赵欣欣，等.铁路桥梁病害库和管养知识库的构建及应用研究J.铁道建筑，2019，59（1）：23-27.7 交通运输部公路科学研究院.公路桥梁技术状况评定标准：JTG/T H212011S.北京：人民交通出版社，2011.9