公路隧道预防性养护管理系统研究

基金项目：广东省交通科技项目（HT2009－YH001）收稿日期：2011－07－11作者简介：周

健（1973－），男，重庆市人，本科，副研究员．

公路隧道预防性养护管理系统研究

周

健，杨洋，付立家

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067）

摘

要：论述公路隧道预防性养护管理系统的研究。该系统为实现公路隧道状态采集、数据挖掘、病害评价、病害处

置策略制定、

养护计划制定与费用分析的标准化和智能化提供有效的技术保障。重点阐述其系统结构、系统功能、技术特点及实际应用效果，为公路隧道管理者提供一套新型隧道养护管理系统。关键词：公路隧道；预防性养护管理系统；数据库；决策分析文章编号：1009－77（2011）06－0131－04

中图分类号：U459．2

文献标识码：A

Research on Management System for Preventive

Maintenance of Highway Tunnels

ZHOU Jian ，YANG Yang ，FU Lijia

Abstract ：This paper expatiates research on management system for preventive maintenance of highway tunnels．This system provides effective technical guarantee for realization of status acquisition ，data mining ，disease evaluation ，establishment of disposal policies for diseases ，establishment of maintenance plans and standardization and intelligentization of cost analysis．The paper puts emphasis on system structure ，system functions ，technical features and effect of practical application so as to provide administrators of highway tunnels with a set of new management system for tunnel maintenance．

Key words ：highway tunnel ；management system for preventive maintenance ；database ；decision analysis 随着国家加大基础设施建设的投入，公路建设在我国飞速发展，公路和隧道里程与日俱增，目前我国已建成公路隧道6000余座。如何让公路隧道的养护管理信息化、智能化，使之更好地为公路运输服务，是摆在我国公路隧道管理者面前的重要课题。为开展公路隧道的经常性、及时性和预防性养护，实现公路隧道养护管理规范化、标准化、智能化，公路

隧道管理部门需要利用先进的、

科学的管理系统作为工具来快速查询隧道原始技术档案及养护维修资

料，及时地、准确地掌握隧道状态，科学地评价、决策

并形成养护计划。本文从管理系统的结构、

功能、技术特点及实际使用效果等几方面对公路隧道预防性养护管理系统进行介绍。1

系统功能与结构需求分析

公路隧道预防性养护管理系统主要应用于公路隧道各类养护数据采集、存储、检索、分析处理，提高数据使用效率，挖掘数据有用信息；提供可视化的信息支持和决策服务；提高公路隧道养护管理效率和

降低管理成本。笔者通过对公路隧道病害形成机

理、隧道病害评价与处置策略等进行研究，以及对公

路隧道管理部门的管理模式、

业务需求、用户需求和业务流程进行分析，提出如下系统总体需求：

1）公路隧道建设与养护资料的规范化、标准化管理与存储。建立详细的隧道土建设施全生命周期的技术状态、地理与属性数据库，有效管理各种公路隧道养护数据；提供高效的养护数据采集手段和灵活的数据更新维护模式，使作业者可以方便地对公路隧道土建安全信息进行采集和更新；提供方便有

效的资料查询手段和易于操作的工具，

帮助用户进行资料查询、

打印输出。2）公路隧道病害评价决策。隧道病害评价决策信息库应存储隧道结构病害预测模型和专家系统分析模型，针对隧道结构存在的病害，通过结构病害预测模型和专家系统数值分析模型并结合规范标

准，

对隧道内结构病害发展趋势进行预测，对结构病害等级以及运营技术状况作出评价。

3）公路隧道病害处置策略。隧道病害处置策

略专家信息库需存储针对各种类型、各种等级结构病害的专家养护策略。

4）公路隧道养护计划制定。基于病害评价决策专家信息库所确定的病害安全评价等级和病害发展趋势预测，通过数据分析来制定养护计划、核算养护费用，从而形成养护计划报告。1．1数据库设计

隧道预防性养护管理系统数据库结构如图1、图2所示。

1）工程概况信息库。

该信息库是系统的静态数据库，

包括隧道的工

图1隧道预防性养护管理系统数据库结构

程概况、水文地质、周围环境、设计和施工数据、损毁

和维修记录等多方面信息，其涵盖了公路隧道自拟建之日起的所有信息，是一个庞大的数据集合，其作用是为病害的危害评估提供对比参照。

2）规范标准库。

该标准库储存标准规范数据，为公路隧道各项检测和判定提供指标依据。

3）公路隧道结构病害检查结果库。

该结果库包括病害检查单位信息子库、日常检查结果信息子库、定期检查结果信息子库、特别检查结果信息子库、专项检查结果信息子库。

4）公路隧道结构病害特征库。

该特征库储存公路隧道结构的各种病害特征，并对病害进行分类，判定其属于何种病害以及定性的危害程度。

5）病害评价决策专家信息库。

该信息库存储专家系统算法和分析模型，针对隧道存在的病害，通过病害评价决策专家信息库中的数值分析方法和数学模型算法并结合规范标准，对隧道内的结构病害等级及安全性作出评价。

6）养护策略专家信息库。

专家信息库存储针对各种类型、

各种等级病害

图2隧道预防性养护管理系统数据库关联图

231公路交通技术2011年

的专家养护策略，通过病害评价决策专家信息库所

确定的病害安全评价等级，

在该库中找到与之对应的养护策略，为养护计划提供依据。

7）养护费用分析库。分析库储存养护一个标准单位所需的各种人力

物力基准价格，

为养护计划的费用估算提供依据。8）历史备份数据库。备份数据库存放通过系统备份功能而备份的历史数据，是确保数据安全的有效方法。1．2系统功能设计

根据我国高速公路隧道当前和未来的养护管理

需求及现有技术水平和管理水平，

隧道预防性养护管理系统设计为7大功能模块，如图3所示。

1）信息输入模块。

该模块负责对基础数据（包括隧道的工程概况、水文地质、周围环境、设计和施工数据、损毁和维

修记录、

照片等信息）的录入，运用GIS 系统并结合隧道基础静态数据，建立隧道所在山体的整体模拟

三维动态图，

同时实现隧道病害图片挂接功能。该模块还负责现场检测所获得的动态数据的录入。

2）隧道病害评价模块。

该模块根据病害检查模块录入的病害指标，通过病害评价决策专家信息库中的数值分析方法和数

学模型算法并结合规范标准，

对隧道内的土建结构病害等级及运营技术状况作出评价。具体包括：单一病害记录评价、批量病害记录评价、区域分段病害

结果评价、

评价结果表格化显示功能等。3）养护计划模块。养护计划模块根据病害评价模块所确定的病害安全等级，通过查询养护策略专家信息库找到与之匹配的养护策略，对得出的各种养护策略进行整合

形成养护计划，同时完成养护计划中所需材料费、人

工费、

机械费等费用的预算，最后予以打印。4）养护参数管理模块。

该模块主要是对养护专家策略、养护措施建议、养护工程量、定额基价进行动态设置，以便生成更准

确、有效、可行的养护措施建议及养护费用供管理者参考。

5）可视化管理模块。该模块结合GIS 系统、视频、图像等技术设置了GIS 卫星图、地形图查看功能，以及隧道所在山体的三维动画演示功能，病害的三维动画播放功能及平面展开图等功能。

6）数据管理模块。

该模块实现规范化公路隧道信息管理，即通过信息化手段来管理公路隧道，还可对公路隧道土建结构安全的基本信息（工程勘察、工程设计、工程施

工、

工程交竣工等信息）和土建结构安全养护信息进行查询和统计，具体功能包括：工程信息、病害记

录浏览功能，

统计查询功能，统计结果图形化显示功能，数据库备份功能，数据库还原功能，记录删除功能和记录分析功能等。

7）系统设置模块。该模块主要完成系统运行所需的各项参数的设置修改、国家规范数据的更新、用户信息的录入修

改，

还将对系统升级提供预留接口。2系统开发2．1系统模式

该模式可根据用户需求，同时提供基于C /S 架构和B /S 架构体系的管理系统。2．2

数据库系统

图3隧道预防性养护管理系统功能模块结构

3

312011年第6期周健，等：公路隧道预防性养护管理系统研究

系统数据库开发平台采用SQL server 。SQL server 可提供一个安全、可靠和高效的数据管理平台，其在安全性、高可靠性、扩展性、可管理性方面表现非常出色，不仅能够确保企业级数据业务的实时稳定运行，还能够大大提高数据管理效率，降低操作复杂度和运营维护成本。2．3系统开发工具

系统开发语言选择C#（C sharp ）。C#是一种最新的、面向对象的编程语言。采用C#编写的应用程序可以充分利用Microsoft ．NET 的框架体系带来的优点，既可以用来编写基于通用网络协议的Internet 服务软件，也可以编写各种数据库、网络服务应用程序和Windows 窗口界面程序。3

技术特点

公路隧道预防养护管理系统是一套综合技术集成应用的管理决策系统，其基于隧道土建工程、病害机理、检测技术、数据采集技术和决策分析技术，并

融合计算机技术、GIS 技术、三维动画仿真技术、网

络技术、数据挖掘技术，对隧道进行状态采集、评价分析、趋势预测、养护策略分析、计划制定。该系统建立过程中充分考虑了3个属性：1）科学性。在数据库设计、系统功能设计方面重点考虑数据结构与组织层次设计。2）规范性。系统设计遵循统一、规范的信息编码和坐标系统、规范的数据精度与符号系统，建立公路隧道档案、资料数据库。3）实用性。数据库的建立和系统的开发能满足公路管理、养护部门及决策部门对信息的查询、统计及决策分析要求，功能全面，使用方便，界面友好，便于操作维护。系统功能界面见图4 6

。

图4隧道预防性养护管理系统主界面

4结束语

公路隧道预防性养护管理系统对于提升公路隧

道养护管理水平和效率，保障公路隧道结构安全和行车安全有着十分重要的意义。

目前本系统已经在

图5

隧道预防性养护管理系统基础参数设置模块界面

图6

隧道预防性养护管理系统养护评价决策界面

广东省公路隧道养护管理中得到应用，使广东省的

公路隧道养护实现了数据采集标准化、分析处理智能化、养护决策科学化、业务管理信息化，为管理部门及时地发现病害并加以科学防治，减少事故发生，保证隧道的安全畅通提供了技术手段。

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