桥梁管理系统研究报告
08-22 12:03:27 浏览次数:933次 栏目：道路工程
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第一章 研究背景
根据现代管理方法的需要，上海市市政管理处与同济大学道交系共同进行了“上海市桥梁管理系统”的开发和研究工作。本章主要介绍桥梁管理系统的国内外研究近况、上海市桥梁管理工作的工程背景及管理背景等部分内容。
1.1国内外研究近况
1.1.1管理信息系统的发展概况
管理信息系统是研究一个组织中以计算机处理为基础，为各级管理决策层提供必要的管理控制信息和辅助决策功能的人机系统。他通过有效的信息储备、提高信息处理的合理性和速度，改善管理决策过程，从而促进提高管理工作的效率和效益。
管理信息系统是一门新型学科，近年来随着计算机技术和管理科学的发展得到了飞速发展。这门学科是以系统论、信息论、控制论、管理科学、计算机科学和人工智能等理论为基础的综合性学科。按照计算机科学用于决策层次的提高和辅助决策问题性质的改变，管理信息系统科学的发展经历了下列阶段：
EDP（Electronic data processing）阶段，即电子数据处理阶段。在60年代初一美国通用电器公司工资处理为标志，揭开了计算机用于管理的帷幕，其内容为数据存储维护、简单加工等单项处理。
MIS （Management information processing）阶段，即管理信息系统阶段。有关MIS 的概念由美国Stotter及Horn 等人提出，到1968年已经成熟。与EDP相比，MIS 已经能进行各种信息的综合分析处理，为管理决策层和战略决策层提供信息支持和辅助决策，并实现信息共享。系统包括数据库和模型库等，一般功能包括提出问题、判断问题的性质、模型求解、交互提供查询和报表输出等。
DSS （Decision support system）阶段，即决策支持系统阶段。与MIS 阶段相比，它的主要特点是帮助决策层人员解决半结构化问题和非结构化问题，所用的典型技术是人工智能方法，是支持和帮助决策而不是取代决策，系统一般由数据库、方法库、模型库用户交互系统组成。与这一阶段同时出现的OA（Office Automation）即办公自动化系统也发展起来，其主要目的是运用高效的工具提高办公速度，如文字处理、数据、图象、音响及网络化处理等功能，并向多功能、复合化与MIS 集成发展。
随着计算机管理技术的发展以及它在许多领域中的广泛运用，我国公路部门也相继开发了各类管理系统，其中运用较为成熟的是道路路面管理系统。近年来，随着桥梁病害的增长，功能下降、交通量增大以及荷载等级的提高，桥梁的养护维修和加固改造的工作量也日趋繁重，另一方面，桥梁养护需求和资金缺乏之间的矛盾也为如何实行科学管理提出了新的要求。将计算机运用技术用于桥梁管理工作，这就诞生了桥梁管理系统这门新兴学科。
1.1.2桥梁管理系统的发展概况
桥梁管理系统是最先发展于70年代的美国，经历了从无到有，从简单到复杂，从单项数据处理到具有多数据、多知识的综合处理能力的专家系统阶段。从八十年代以来随着计算机技术的飞跃发展它也得到了进一步的完善和深化并与CAD 集成，成为管理部门办公自动化的一部分，并能辅助决策参与管理还为设计、施工等其他部门提供必要的数据支持。
1968年，美国联邦公路总局研究开发了世界上第一个桥梁管理系统“国家桥梁档案库（NBI）”，其软件基本上是一些数据文件形式，起初的功能也很简单，只能完成一些数据保存、基本统计查询和简单报表输出等档案管理工作，属于管理系统中的EDP 阶段，是第一代桥梁管理系统。该系统经过了近30年的运行并不断得到充实，改进和提高，目前已经成为记录、储存、更新和统计美国国家公路上各项桥梁数据的国家桥梁数据系统；同时，还能为这些桥梁的使用性能作出评定，对候选项目进行优先排序并为桥梁重建和维修计划提供辅助决策，目前的这套系统已经具备了一个现代管理系统的基本功能。
在联邦公路局NBI的基础上，美国的宾法尼亚、明尼苏达、佛罗里达、堪萨斯等几十个州，均结合各自的实际情况，先后开发了自己的桥梁管理系统，这些系统都拥有数据库管理、技术状态评价、需求预测、优先排序等功能。有些系统还初步拥有了寿命周期分析法进行项目方案优选的功能。
在美国开发研究桥梁管理系统的同时，世界各国也都相续进行了这一方面的开发研究工作，投入使用的系统有：日本道路公团桥梁管理系统、丹麦桥梁管理系统、加拿大阿尔伯塔省桥梁管理系统等，其功能与前述基本相似。
我国的桥梁管理系统研究及开发都还处于刚刚起步阶段，从80年代以来，四川省公路研究所、广东省桥梁研究所、交通部公路研究所及北京市公路管理局等单位在借鉴国外经验的基础上，先后开发了四川省桥梁数据库管理系统、广东省桥梁管理系统、北京市公路桥梁管理系统、河南省桥梁管理系统等多个具有各自特色的桥梁管理系统。但这些系统都还处于试运行阶段，不仅模型参数的建立还需要大量历史数据的积累加以分析才能得到，而且系统本身的层次也不够明确。因此，这些系统都还有待进一步的发展与完善。
1.1.3小结
由国内外各种管理系统和国外桥梁管理系统的发展情况可以得出以下结论：
1、现有的桥梁管理系统可大致分为两类：一类基本上就是一个桥梁档案数据库，它的功能和结构都很简单，基本上就完成了桥梁数据存档、简单的统计查询等档案管理工作，但这类系统是每一个桥梁管理系统中必不可少且使用效率最高的一部分，也是桥梁管理单位实现桥梁管理工作科学化的起步；第二类，是在桥梁数据库管理的基础上增加评价、优先排序、对策提示、需求预测及费用分析等功能模块，但这些功能都是初步性的，尚处于研究及探讨阶段。这一类系统本身的功能也远没有成熟和完善，特别是在国内，目前尚无一个桥梁管理系统处于正常运行状态，因此，没有足够的数据积累，就更难以为桥梁的管理部门提供可靠的决策咨询。
2、管理系统的开发是一个循序渐进的过程。即使对于一个最简单的第二类桥梁管理系统，它的建立、完善直到成功运用，至少需要十年的时间。这一方面是由于桥梁管理系统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和技术人员等条件，而新体制的建立、运行以及技术条件的创造都需要一定的时间；另一方面在管理系统中，模型建立和标准的完善都需要大量的数据积累，这也是短时间内难以得到的。因此，在系统建立初期，我们应该注重的是数据采集的方法及质量，确保数据的完整性和实用性，为
3、桥梁管理系统的开发与研究必须与本地区桥梁管理部门的实际情况相适应。由于各地区的管理体制、管理方法及管理手段都不相同，各系统的目标、功能以及系统所采用的模式也有所区别。另外，不同地区其经济条件，设备条件、管理水平的差异都很大，对系统功能设计的繁简程度、精度的要求都不尽相同。所以每一个成功的管理系统都具有很强的地方特征。
1.2工程背景
上海市地处水网地区，河流纵横，桥梁数量众多。市区桥梁除黄浦江上的大桥和浦东新区的新建桥梁以及内环线高架、南北高架上的立交桥以外，现有桥梁共1051座。不同时期的桥梁都是按当时的设计荷载标准设计、修建的，因此很多桥梁的荷载等级，行车道宽度都已经严重不适应目前的交通要求。近年来交通量、车辆轴载的不断增加，加之各种环境因素的影响，桥梁的病害情况日趋严重，损坏速率也正逐年加快。
根据《上海市桥梁情况调查报告》可将上海市桥梁损坏的主要病害类型归纳为以下几个方面：
•桥梁伸缩缝的损害：在现有桥梁中约占50% 的桥梁伸缩缝都存在着不同程度的损伤，有些严重的即影响行车的舒适性，又会由于渗水、振动等因素对其它结构产生破坏作用。
•桥面铺装的损坏：桥面铺装由于受到轮荷载的直接作用，也是受环境因素影响最大的部位，因此历来是损坏率极高部位。近年来随着交通量的不断增长，桥面铺装的损坏从程度到范围上都日渐增加。对桥面的检查、养护及维修已成为桥梁公务所最主要的工作内容之一。
•通航河道对桥梁的影响：这里主要是指船舶撞击对桥墩的伤害。苏州河是上海市主要的通航河道，由于通航等级的不断提高，船只对桥梁的撞击次数也逐年上升。这使得桥梁公务所近年来对桥墩的养护维修工作也日渐繁忙。
•软土地基对桥梁的不良影响：上海市是典型的软土地基地区。市区内桥梁由于墩台沉降而引起的桥梁损坏相当普遍。因此桥梁养护、管理部门对桥梁墩台的沉降、伸缩缝的拉伸量等应做到定期检测、连续观察，发现问题及时处理。
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第一章 研究背景
根据现代管理方法的需要，上海市市政管理处与同济大学道交系共同进行了“上海市桥梁管理系统”的开发和研究工作。本章主要介绍桥梁管理系统的国内外研究近况、上海市桥梁管理工作的工程背景及管理背景等部分内容。
1.1国内外研究近况
1.1.1管理信息系统的发展概况
管理信息系统是研究一个组织中以计算机处理为基础，为各级管理决策层提供必要的管理控制信息和辅助决策功能的人机系统。他通过有效的信息储备、提高信息处理的合理性和速度，改善管理决策过程，从而促进提高管理工作的效率和效益。
管理信息系统是一门新型学科，近年来随着计算机技术和管理科学的发展得到了飞速发展。这门学科是以系统论、信息论、控制论、管理科学、计算机科学和人工智能等理论为基础的综合性学科。按照计算机科学用于决策层次的提高和辅助决策问题性质的改变，管理信息系统科学的发展经历了下列阶段：
EDP（Electronic data processing）阶段，即电子数据处理阶段。在60年代初一美国通用电器公司工资处理为标志，揭开了计算机用于管理的帷幕，其内容为数据存储维护、简单加工等单项处理。
MIS （Management information processing）阶段，即管理信息系统阶段。有关MIS 的概念由美国Stotter及Horn 等人提出，到1968年已经成熟。与EDP相比，MIS 已经能进行各种信息的综合分析处理，为管理决策层和战略决策层提供信息支持和辅助决策，并实现信息共享。系统包括数据库和模型库等，一般功能包括提出问题、判断问题的性质、模型求解、交互提供查询和报表输出等。
DSS （Decision support system）阶段，即决策支持系统阶段。与MIS 阶段相比，它的主要特点是帮助决策层人员解决半结构化问题和非结构化问题，所用的典型技术是人工智能方法，是支持和帮助决策而不是取代决策，系统一般由数据库、方法库、模型库用户交互系统组成。与这一阶段同时出现的OA（Office Automation）即办公自动化系统也发展起来，其主要目的是运用高效的工具提高办公速度，如文字处理、数据、图象、音响及网络化处理等功能，并向多功能、复合化与MIS 集成发展。
随着计算机管理技术的发展以及它在许多领域中的广泛运用，我国公路部门也相继开发了各类管理系统，其中运用较为成熟的是道路路面管理系统。近年来，随着桥梁病害的增长，功能下降、交通量增大以及荷载等级的提高，桥梁的养护维修和加固改造的工作量也日趋繁重，另一方面，桥梁养护需求和资金缺乏之间的矛盾也为如何实行科学管理提出了新的要求。将计算机运用技术用于桥梁管理工作，这就诞生了桥梁管理系统这门新兴学科。
1.1.2桥梁管理系统的发展概况
桥梁管理系统是最先发展于70年代的美国，经历了从无到有，从简单到复杂，从单项数据处理到具有多数据、多知识的综合处理能力的专家系统阶段。从八十年代以来随着计算机技术的飞跃发展它也得到了进一步的完善和深化并与CAD 集成，成为管理部门办公自动化的一部分，并能辅助决策参与管理还为设计、施工等其他部门提供必要的数据支持。
1968年，美国联邦公路总局研究开发了世界上第一个桥梁管理系统“国家桥梁档案库（NBI）”，其软件基本上是一些数据文件形式，起初的功能也很简单，只能完成一些数据保存、基本统计查询和简单报表输出等档案管理工作，属于管理系统中的EDP 阶段，是第一代桥梁管理系统。该系统经过了近30年的运行并不断得到充实，改进和提高，目前已经成为记录、储存、更新和统计美国国家公路上各项桥梁数据的国家桥梁数据系统；同时，还能为这些桥梁的使用性能作出评定，对候选项目进行优先排序并为桥梁重建和维修计划提供辅助决策，目前的这套系统已经具备了一个现代管理系统的基本功能。
在联邦公路局NBI的基础上，美国的宾法尼亚、明尼苏达、佛罗里达、堪萨斯等几十个州，均结合各自的实际情况，先后开发了自己的桥梁管理系统，这些系统都拥有数据库管理、技术状态评价、需求预测、优先排序等功能。有些系统还初步拥有了寿命周期分析法进行项目方案优选的功能。
在美国开发研究桥梁管理系统的同时，世界各国也都相续进行了这一方面的开发研究工作，投入使用的系统有：日本道路公团桥梁管理系统、丹麦桥梁管理系统、加拿大阿尔伯塔省桥梁管理系统等，其功能与前述基本相似。
我国的桥梁管理系统研究及开发都还处于刚刚起步阶段，从80年代以来，四川省公路研究所、广东省桥梁研究所、交通部公路研究所及北京市公路管理局等单位在借鉴国外经验的基础上，先后开发了四川省桥梁数据库管理系统、广东省桥梁管理系统、北京市公路桥梁管理系统、河南省桥梁管理系统等多个具有各自特色的桥梁管理系统。但这些系统都还处于试运行阶段，不仅模型参数的建立还需要大量历史数据的积累加以分析才能得到，而且系统本身的层次也不够明确。因此，这些系统都还有待进一步的发展与完善。
1.1.3小结
由国内外各种管理系统和国外桥梁管理系统的发展情况可以得出以下结论：
1、现有的桥梁管理系统可大致分为两类：一类基本上就是一个桥梁档案数据库，它的功能和结构都很简单，基本上就完成了桥梁数据存档、简单的统计查询等档案管理工作，但这类系统是每一个桥梁管理系统中必不可少且使用效率最高的一部分，也是桥梁管理单位实现桥梁管理工作科学化的起步；第二类，是在桥梁数据库管理的基础上增加评价、优先排序、对策提示、需求预测及费用分析等功能模块，但这些功能都是初步性的，尚处于研究及探讨阶段。这一类系统本身的功能也远没有成熟和完善，特别是在国内，目前尚无一个桥梁管理系统处于正常运行状态，因此，没有足够的数据积累，就更难以为桥梁的管理部门提供可靠的决策咨询。
2、管理系统的开发是一个循序渐进的过程。即使对于一个最简单的第二类桥梁管理系统，它的建立、完善直到成功运用，至少需要十年的时间。这一方面是由于桥梁管理系统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和技术人员等条件，而新体制的建立、运行以及技术条件的创造都需要一定的时间；另一方面在管理系统中，模型建立和标准的完善都需要大量的数据积累，这也是短时间内难以得到的。因此，在系统建立初期，我们应该注重的是数据采集的方法及质量，确保数据的完整性和实用性，为
系统的各项功能提供良好的数据基础，而不需要将注意力放在繁多的功能模块上。
3、桥梁管理系统的开发与研究必须与本地区桥梁管理部门的实际情况相适应。由于各地区的管理体制、管理方法及管理手段都不相同，各系统的目标、功能以及系统所采用的模式也有所区别。另外，不同地区其经济条件，设备条件、管理水平的差异都很大，对系统功能设计的繁简程度、精度的要求都不尽相同。所以每一个成功的管理系统都具有很强的地方特征。
1.2工程背景
上海市地处水网地区，河流纵横，桥梁数量众多。市区桥梁除黄浦江上的大桥和浦东新区的新建桥梁以及内环线高架、南北高架上的立交桥以外，现有桥梁共1051座。不同时期的桥梁都是按当时的设计荷载标准设计、修建的，因此很多桥梁的荷载等级，行车道宽度都已经严重不适应目前的交通要求。近年来交通量、车辆轴载的不断增加，加之各种环境因素的影响，桥梁的病害情况日趋严重，损坏速率也正逐年加快。
根据《上海市桥梁情况调查报告》可将上海市桥梁损坏的主要病害类型归纳为以下几个方面：
•桥梁伸缩缝的损害：在现有桥梁中约占50% 的桥梁伸缩缝都存在着不同程度的损伤，有些严重的即影响行车的舒适性，又会由于渗水、振动等因素对其它结构产生破坏作用。
•桥面铺装的损坏：桥面铺装由于受到轮荷载的直接作用，也是受环境因素影响最大的部位，因此历来是损坏率极高部位。近年来随着交通量的不断增长，桥面铺装的损坏从程度到范围上都日渐增加。对桥面的检查、养护及维修已成为桥梁公务所最主要的工作内容之一。
•通航河道对桥梁的影响：这里主要是指船舶撞击对桥墩的伤害。苏州河是上海市主要的通航河道，由于通航等级的不断提高，船只对桥梁的撞击次数也逐年上升。这使得桥梁公务所近年来对桥墩的养护维修工作也日渐繁忙。
•软土地基对桥梁的不良影响：上海市是典型的软土地基地区。市区内桥梁由于墩台沉降而引起的桥梁损坏相当普遍。因此桥梁养护、管理部门对桥梁墩台的沉降、伸缩缝的拉伸量等应做到定期检测、连续观察，发现问题及时处理。
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