青岛市道路桥梁监管服务平台项目
王韬 毛国栋 朋兴亚
青岛市住建局 海纳云物联科技有限公司
一、案例背景
建设数字政府，发展数字经济，构建数字社会，是作为数字强省建设的重要组成部分。为提高城市防控重大风险与突发事件的能力，提升城市安全治理现代化水平，桥梁的结构健康监测逐渐受到了公众及有关主管部门的重视。
桥梁在长期运营过程中，随着年限的增加，桥梁性能不断退化，损伤及病害不断增多，青岛市城市桥梁数量庞大、结构形式复杂多样，日常养护工作量大，仅依靠传统的人工巡检，难免存在检查不及时、检查成本高、发现问题不细致等问题。
近年来，全国多次发生桥梁倾斜、倒塌等重大危险事项，如2021年湖北鄂州桥梁垮塌事件、2019年无锡高架桥侧翻倾覆事故、2016年上海中环高架桥侧翻事故，使得越来越多人认识到城市桥梁安全性建设的重要性。青岛市城市道路桥梁数量庞大、结构形式复杂多样，日常养护工作量大，仅依靠传统的人工巡检，难免存在检查不及时、检查成本高、发现问题不细致等问题。
青岛市以人民为中心，把实现好、维护好、发展好最广大人民根本利益作为推动城市桥梁监管建设的根本遵循。青岛市内领先企业已经率先开始桥梁安全监管研发布局，如海尔海纳云作为青岛市本土企业，始终聚焦青岛市健康发展，针对用户痛点及时给予解决方案，通过选择青岛市海尔立交桥为试点，建设青岛市道路桥梁监管服务平台，采用安全在线健康监测，借用智慧化管养平台技术，实现部分取代耗时、简单重复的日常工作，转变养护方式。专家组一致同意该项目通过评审，认为平台在道路桥梁监测、管养一体化方面达到国内领先水平，为青岛市及其他城市道路桥梁管养树立标杆。
二、应用内容
青岛市道路桥梁监管服务平台作为大数据养护平台，依托数据感知，进行数据分析，深化数据运用，接入全市所有桥梁基础信息和海尔路立交桥试点项目的实时监测数据，打破信息壁垒，实现全市桥梁统一管理及养护。平台主要实现以下功能：
1、构建市级道路桥梁监管服务平台，实现全市桥梁在线统一管理。
通过云数据中心，以大数据技术为支撑，建立桥梁监测物联网+云服务体系，实现桥梁运行状况监测、预测预警、应急处置，充分进行数据挖掘分析，为桥梁管理提供信息化支撑；
2、建立桥梁安全在线监测系统，及时预警保障运营安全。
通过支座位移监测传感器、直线位移传感器、合适固定测斜仪，结合NB-Iot/5G通信技术，利用边缘计算对桥梁的实时运行状态数据进行数据挖掘和分析，实现了桥梁的预测预警，提升了桥梁管理水平；
3、搭建桥梁运维管理系统，提高管养工作效率。
支持养护过程中的维修记录、养护记录与桥梁信息关联，真正做到桥梁全生命周期管理，提升了全市桥梁信息资源的管理和利用效率；
4、增加热线反馈渠道。
支持市民热线和移动端二维码扫描反馈桥梁信息，提升市民对桥梁安全的满意度，发挥桥梁管养数据资源在政府治理、社会治理和社会服务中的重要价值。
三、应用效果
海尔路立交桥北连万年泉路，南通海尔路，纵跨黑龙江中路。海尔路立交桥具体地理位置如下图所示。
图为海尔路立交桥地理位置
海尔路立交桥为双幅桥，桥梁全长257.7m，全宽24.5m。桥面横向布置为0.5m（栏杆）+11.4m（车行道）+0.5m（中央隔离带）+11.6m（车行道）+0.5m（栏杆）。上部结构形式为现浇钢筋混凝土箱梁，下部结构为柱式桥墩、砌石重力式桥台，扩大基础；采用沥青混凝土桥面铺装，盆式橡胶支座。
针对桥梁活载分布情况，需重点监测海尔立交桥梁活载分布规律及桥梁结构响应情况，关注结构长期性能的变化趋势，监测桥梁因抗力进一步衰减而出现异常。针对独柱墩这一特殊结构，需重点关注支座位移和梁体倾覆等特征指标。通过以上分析，项目有针对性的在监测上通过构建3大场景，8个子场景，实现桥梁在线监测和运行维护。监测场景包括：
1、荷载监测项目：
车辆荷载监测。
2、整体响应监测：
桥梁挠度监测、桥梁振动监测、支座位移监测、视频监测、梁体倾斜监测。
3、局部响应监测：
梁体应力应变监测、伸缩缝监测。
丰富的监测场景帮助桥梁在突发性损伤发生时及时做成判断和预警，防止进一步的破坏和引发其他事故，保障桥梁健康运行和过往车辆的安全。
海尔路立交桥通过针对性的传感器设备，可以实时在线监测桥梁倾斜变形、车辆荷载作用引起的竖直或水平方向弯曲和应力变化，对关键安全参数及既有的重点病害进行在线监测，一方面可以通过在线的报警和预警指导管养，降低安全风险和养护成本，提高了日常养护和管理效率，为决策提供更加有力的数据支撑和联动机制；另一方面通过评估桥梁的健康状态和病害的发展规律，有利于优化处置方案，降低桥梁的维修成本。
图为海尔立交桥案例在平台展示
目前海尔立交桥健康监测系统试点及青岛市道路桥梁智慧管理平台已通过专家评审验收,专家组一致认为该平台架构合理，技术先进，在桥梁监测、管养方面达到了国内领先水平。现在平台运行状况良好，各项数据正常，平台在保障桥梁的安全运营、提前处置，减少事故、强化桥梁数据资源标准规范建设和共享开放以及养护模式升级等方面发挥重要作用，降低了养护成本，提高了日常养护和管理效率，为决策提供更加有力的数据支撑和联动机制。
四、创新点
1、方案创新。
来自市住建局、城市物业对全市市政下属的路桥的统一管理需求，首次用“一个平台、三大数据、N个应用”的方式，实现对全市桥梁的统一管理。针对同一平台在技术上实现了GIS、BIM、云计算、数字孪生、数据挖掘等计算机技术在同一平台的应用，为业内领先；在同一平台实现了全生命周期智能运维、结构检测、结构安全评估、智能诊断、在线评估、在线知识库等场景融合，有示范效应。
2、标准创新。
参与编制《桥梁结构健康检测系统技术规程》、《山东省城市道路养护维修服务规范》，推动市重点设施养护创新，指导养护工作更加数字化、合理化、科学化。
3、管养模式创新。
通过手机移动端APP完成移动巡检，在养护决策分析中，通过建设道路桥梁措施库，结合算法提供养护决策方案，有效降低养护成本，延长路桥使用寿命。
五、社会效益
1、社会效益。
青岛市桥梁数目众多，安全将成为一个不容轻视的问题。通过搭建本平台，将会产生巨大的社会效益，其社会效益如下：
1.1 本项目建立的青岛市道路桥梁监管服务平台接入了全市道路桥梁数据，结合养护数据、维修数据、BIM模型，做到了路桥全生命周期管理，为全市路桥统一管理提供了可靠的“一张网、一个平台、一个移动端”，提升了全市道路桥梁管理和管养工作效率。
1.2 平台建立了安全在线监测系统，及时预警保障桥梁的运营安全。通过AIoT平台及边缘计算智盒数据挖掘，对桥梁完成安全评估和预警，对隐患实现早发现、早维修，防患于未然。。
1.3 对桥梁风险源进行评估分析、对桥梁变形及破坏趋势进行研究，通过对平台海量的历史监测数据归纳演绎，为桥梁安全监测行业标准及规范的修正提供依据。
1.4 平台实现责任界定数字化追溯，可明确事故责任。
2、经济效益。
2.1 可以有效实施预报警，减少经济损失。
2.2 平台内海量数据存储与分析，可以提供较为充分的数据，对桥梁结构的健康安全状况以及可能的发展趋势有清晰的了解，根据这些信息，可以有针对性的实施维护，做到目的明确，根据趋势分析甚至可以做到防范于未然，节省不必要的投入。
2.3 可实现对桥梁长期稳定的在线监测，可减少每年定期的桥梁养护费用，降低运维成本。
六、项目示范意义及推广可行性
1、项目示范意义及推广价值：
针对新型智慧城市建设和城市安全管理的任务要求，构建新型智慧城市数字治理模式，聚焦城市道路和桥梁的养护管理及安全监测，在充分调研全市各区桥梁安全风险的基础上，兼顾社会经济效益建设桥梁在线监测系统，并接入全市道路桥梁基本信息，实现全市道路桥梁监管“一张网、一个平台、一平台”，真正做到安全风险“看得见、看得清、看得准、看得住”，推动基础设施的智慧化、平台化管理，对我国新型智慧城市及城市生命安全监测预警体系的建设有着重大意义。
2、推广可行性：
2.1 理论可行性。
2019年4月，习近平总书记在重庆调研。讲话要求“在整个发展过程中都要注重民生、改善民生，使人们群众在共建共享发展中有更多的获得感。特别是要从解决群众最关心最直接最现实的利益问题入手，全面提高公共服务共建能力和共享水平，满足老百姓多样化的民生需求，织就密实的民生保障网”。
2020年3月，习近平总书记在浙江考察。讲话提出“让城市更聪明一些，更智慧一些，是推动城市治理体系和治理能力现代化必由之路”。利用现有资源打造出一个智慧城市物业管理的角色，为政府、社会和市民提供便捷、周到、安全的保姆式服务，是当前面临的一项重要任务。
2.2 政策可行性。
住建部《关于加快城市道路桥梁建设改造的通知》（城建（2014）90号）提到：
“部分城市发生桥梁倒塌、路面塌陷、窨井伤人等事故，造成人民生命财产重大损失，暴露出城市道路桥梁设施质量水平不高、养护管理不到位、安全隐患处置不及时等诸多问题……”针对因桥梁病害导致的安全隐患，通过加强人工巡检外，对于结构安全隐患部位，可采用结构安全监测系统，对病害进行在线实时监测，实现预防性养护，保障结构安全、保护人民生命财产安全；
“城市道路桥梁管养单位，要严格按照国家及地方城市道路桥梁养护技术规范要求，定期对城市道路桥梁进行养护、维修，及时排除城市道路桥梁安全隐患，保持城市道路桥梁设施完好，提高城市道路桥梁服务水平。”由于城市桥梁数据剧增，养护单位人力有限，必须利用互联网+等新技术手段，建立桥梁管养信息化系统，重新塑造管养工作流程，提高工作效率、提高管养工作质量，达到“保持城市道路桥梁设施完好，提高城市道路桥梁服务水平”的目的。
“各地要结合城市桥梁档案管理、维修养护要求，加快建立完善城市桥梁信息管理系统，并根据桥梁运行期间的各种检测数据等，及时更新城市桥梁档案信息，实现城市桥梁信息数据的动态更新和管理。省级住房城乡建设主管部门要制定统一的城市桥梁管理信息标准，积极推进省级城市桥梁信息管理系统建设。”该条明确提出建立桥梁信息管理系统，并对管养检测、监测数据进行融合，实现动态更新和处理，为桥梁的安全运营提供技术支持。
2.3 技术可行性。
安全监测系统通过多种现代化的传感和信号采集处理手段，获取桥梁结构环境输入以及结构本身各种状态参量，利用边缘计算对桥梁的实时运行状态数据进行数据挖掘和分析，进而对桥梁结构状态进行监测与评估，实时报告桥梁结构受力状况；当工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。采用物联网及云计算技术，为城市桥梁集群的安全状态监测服务。
2.4 商业可行性。
项目用户多为国企、政府单位，覆盖市政路桥、高速路桥等综合场景，规模大，有较好的政策指导，前景广阔。示范项目可由政府或国企单位投资、社会企业承包建设、第三方机构审计验收的方式推进落实。
