第一章研究背景
根據現代管理方法的需要，上海市市政管理處與同濟大學道交系共同進行了“上海市橋梁管理系統”的開發和研究工作。本章主要介紹橋梁管理系統的國內外研究近況、上海市橋梁管理工作的工程背景及管理背景等部分內容。
1.1國內外研究近況
1.1.1管理信息系統的發展概況
管理信息系統是研究一個組織中以計算機處理為基礎，為各級管理決策層提供必要的管理控制信息和輔助決策功能的人機系統。他通過有效的信息儲備、提高信息處理的合理性和速度，改善管理決策過程，從而促進提高管理工作的效率和效益。
管理信息系統是一門新型學科，近年來隨著計算機技術和管理科學的發展得到了飛速發展。這門學科是以系統論、信息論、控制論、管理科學、計算機科學和人工智能等理論為基礎的綜合性學科。按照計算機科學用于決策層次的提高和輔助決策問題性質的改變，管理信息系統科學的發展經歷了下列階段：
EDP（Electronicdataprocessing）階段，即電子數據處理階段。在60年代初一美國通用電器公司工資處理為標志，揭開了計算機用于管理的帷幕，其內容為數據存儲維護、簡單加工等單項處理。
MIS（Managementinformationprocessing）階段，即管理信息系統階段。有關MIS的概念由美國Stotter及Horn等人提出，到1968年已經成熟。與EDP相比，MIS已經能進行各種信息的綜合分析處理，為管理決策層和戰略決策層提供信息支持和輔助決策，并實現信息共享。系統包括數據庫和模型庫等，一般功能包括提出問題、判斷問題的性質、模型求解、交互提供查詢和報表輸出等。
DSS（Decisionsupportsystem）階段，即決策支持系統階段。與MIS階段相比，它的主要特點是幫助決策層人員解決半結構化問題和非結構化問題，所用的典型技術是人工智能方法，是支持和幫助決策而不是取代決策，系統一般由數據庫、方法庫、模型庫用戶交互系統組成。與這一階段同時出現的OA（OfficeAutomation）即辦公自動化系統也發展起來，其主要目的是運用高效的工具提高辦公速度，如文字處理、數據、圖象、音響及網絡化處理等功能，并向多功能、復合化與MIS集成發展。
隨著計算機管理技術的發展以及它在許多領域中的廣泛運用，我國公路部門也相繼開發了各類管理系統，其中運用較為成熟的是道路路面管理系統。近年來，隨著橋梁病害的增長，功能下降、交通量增大以及荷載等級的提高，橋梁的養護維修和加固改造的工作量也日趨繁重，另一方面，橋梁養護需求和資金缺乏之間的矛盾也為如何實行科學管理提出了新的要求。將計算機運用技術用于橋梁管理工作，這就誕生了橋梁管理系統這門新興學科。
1.1.2橋梁管理系統的發展概況
橋梁管理系統是最先發展于70年代的美國，經歷了從無到有，從簡單到復雜，從單項數據處理到具有多數據、多知識的綜合處理能力的專家系統階段。從八十年代以來隨著計算機技術的飛躍發展它也得到了進一步的完善和深化并與CAD集成，成為管理部門辦公自動化的一部分，并能輔助決策參與管理還為設計、施工等其他部門提供必要的數據支持。
1968年，美國聯邦公路總局研究開發了世界上第一個橋梁管理系統“國家橋梁檔案庫（NBI）”，其軟件基本上是一些數據文件形式，起初的功能也很簡單，只能完成一些數據保存、基本統計查詢和簡單報表輸出等檔案管理工作，屬于管理系統中的EDP階段，是第一代橋梁管理系統。該系統經過了近30年的運行并不斷得到充實，改進和提高，目前已經成為記錄、儲存、更新和統計美國國家公路上各項橋梁數據的國家橋梁數據系統；同時，還能為這些橋梁的使用性能作出評定，對候選項目進行優先排序并為橋梁重建和維修計劃提供輔助決策，目前的這套系統已經具備了一個現代管理系統的基本功能。
在聯邦公路局NBI的基礎上，美國的賓法尼亞、明尼蘇達、佛羅里達、堪薩斯等幾十個州，均結合各自的實際情況，先后開發了自己的橋梁管理系統，這些系統都擁有數據庫管理、技術狀態評價、需求預測、優先排序等功能。有些系統還初步擁有了壽命周期分析法進行項目方案優選的功能。
在美國開發研究橋梁管理系統的同時，世界各國也都相續進行了這一方面的開發研究工作，投入使用的系統有：日本道路公團橋梁管理系統、丹麥橋梁管理系統、加拿大阿爾伯塔省橋梁管理系統等，其功能與前述基本相似。
我國的橋梁管理系統研究及開發都還處于剛剛起步階段，從80年代以來，四川省公路研究所、廣東省橋梁研究所、交通部公路研究所及北京市公路管理局等單位在借鑒國外經驗的基礎上，先后開發了四川省橋梁數據庫管理系統、廣東省橋梁管理系統、北京市公路橋梁管理系統、河南省橋梁管理系統等多個具有各自特色的橋梁管理系統。但這些系統都還處于試運行階段，不僅模型參數的建立還需要大量歷史數據的積累加以分析才能得到，而且系統本身的層次也不夠明確。因此，這些系統都還有待進一步的發展與完善。
1.1.3小結
由國內外各種管理系統和國外橋梁管理系統的發展情況可以得出以下結論：
1、現有的橋梁管理系統可大致分為兩類：一類基本上就是一個橋梁檔案數據庫，它的功能和結構都很簡單，基本上就完成了橋梁數據存檔、簡單的統計查詢等檔案管理工作，但這類系統是每一個橋梁管理系統中必不可少且使用效率最高的一部分，也是橋梁管理單位實現橋梁管理工作科學化的起步；第二類，是在橋梁數據庫管理的基礎上增加評價、優先排序、對策提示、需求預測及費用分析等功能模塊，但這些功能都是初步性的，尚處于研究及探討階段。這一類系統本身的功能也遠沒有成熟和完善，特別是在國內，目前尚無一個橋梁管理系統處于正常運行狀態，因此，沒有足夠的數據積累，就更難以為橋梁的管理部門提供可靠的決策咨詢。
2、管理系統的開發是一個循序漸進的過程。即使對于一個最簡單的第二類橋梁管理系統，它的建立、完善直到成功運用，至少需要十年的時間。這一方面是由于橋梁管理系統建立與實施需要與之相適應的管理體制、管理方法和管理手段以及一定的技術設備和技術人員等條件，而新體制的建立、運行以及技術條件的創造都需要一定的時間；另一方面在管理系統中，模型建立和標準的完善都需要大量的數據積累，這也是短時間內難以得到的。因此，在系統建立初期，我們應該注重的是數據采集的方法及質量，確保數據的完整性和實用性，為系統的各項功能提供良好的數據基礎，而不需要將注意力放在繁多的功能模塊上。
3、橋梁管理系統的開發與研究必須與本地區橋梁管理部門的實際情況相適應。由于各地區的管理體制、管理方法及管理手段都不相同，各系統的目標、功能以及系統所采用的模式也有所區別。另外，不同地區其經濟條件，設備條件、管理水平的差異都很大，對系統功能設計的繁簡程度、精度的要求都不盡相同。所以每一個成功的管理系統都具有很強的地方特征。
1.2工程背景
上海市地處水網地區，河流縱橫，橋梁數量眾多。市區橋梁除黃浦江上的大橋和浦東新區的新建橋梁以及內環線高架、南北高架上的立交橋以外，現有橋梁共1051座。不同時期的橋梁都是按當時的設計荷載標準設計、修建的，因此很多橋梁的荷載等級，行車道寬度都已經嚴重不適應目前的交通要求。近年來交通量、車輛軸載的不斷增加，加之各種環境因素的影響，橋梁的病害情況日趨嚴重，損壞速率也正逐年加快。
根據《上海市橋梁情況調查報告》可將上海市橋梁損壞的主要病害類型歸納為以下幾個方面：
•橋梁伸縮縫的損害：在現有橋梁中約占50%的橋梁伸縮縫都存在著不同程度的損傷，有些嚴重的即影響行車的舒適性，又會由于滲水、振動等因素對其它結構產生破壞作用。
•橋面鋪裝的損壞：橋面鋪裝由于受到輪荷載的直接作用，也是受環境因素影響最大的部位，因此歷來是損壞率極高部位。近年來隨著交通量的不斷增長，橋面鋪裝的損壞從程度到范圍上都日漸增加。對橋面的檢查、養護及維修已成為橋梁公務所最主要的工作內容之一。
•通航河道對橋梁的影響：這里主要是指船舶撞擊對橋墩的傷害。蘇州河是上海市主要的通航河道，由于通航等級的不斷提高，船只對橋梁的撞擊次數也逐年上升。這使得橋梁公務所近年來對橋墩的養護維修工作也日漸繁忙。
•軟土地基對橋梁的不良影響：上海市是典型的軟土地基地區。市區內橋梁由于墩臺沉降而引起的橋梁損壞相當普遍。因此橋梁養護、管理部門對橋梁墩臺的沉降、伸縮縫的拉伸量等應做到定期檢測、連續觀察，發現問題及時處理。
據統計，在這些市區橋梁中狀態良好的只占28.5%；一般損壞的占63.7%；嚴重損壞的占4.1%；還有6.1%已經成為危橋，需要關閉交通，退出工作。由此可見，目前僅需要大修改建及重建的橋梁就占到市區橋梁總數的10％以上，所以，上海市的橋梁檢測、養護以及大中修及改建計劃的安排、有限資金的合理使用等橋梁管理工作將會十分的繁重。
1.3管理背景
1.3.1管理體制
上海市市政工程管理處，受上海市市政局的行業、業務領導，同時也接受建設部的行業技術指導。上海市橋梁公務所是市政管理處的下屬單位，負責市區內所有橋梁的檢查、檢測、養護、維修等管理工作，其日常的工作內容還包括：重車過橋管理、橋孔管理、管線過橋管理、橋位附近的建筑管理和新建橋梁設計參與以及橋梁基礎資料的收集和管理等。它是橋梁管理計劃的具體實施層。
另外，各區縣也有其各自的區一級橋梁公務所，實施對本區內所有橋梁的各項技術管理工作。它在業務上受上海市市政工程管理處的行業指導，在行政上受各區縣建設局的領導。
1.3.2管理方式及手段
目前，上海市橋梁管理工作的方法及手段都還相當落后，與目前繁重的橋梁管理工作不相適應；也與現代科學的管理要求不相適應。具體表現在：
•管理方式落后，缺乏科學的管理意識，不重視橋梁早期的病害檢查，重建輕養，把主要精力都放在危橋和損壞嚴重的橋梁上，難以做到防患于未然。缺乏科學、系統、規范的管理方法必然會造成一定程度的人員和資金的浪費。
•橋梁的定期檢查工作無標準可循，沒有將日常巡檢、定期檢查、橋梁特檢三級檢查制度明確定義、分工。大部分的橋梁檢查工作都停留在橋梁巡檢上，對橋梁的結構損傷和各種典型病害沒有詳盡的描述。
•職工素質有待進一步培訓，養護管理在橋梁基礎知識及計算機操作技能上都應該不斷接受專業培訓，使得每一個管理者都能跟的上現代管理體制的要求。
•專業檢測設備也應適當添置，以提高檢測質量，使得更多的損傷數據項能夠從定性描述轉為量化描述，使數據更加真實、客觀。
•歷史資料管理混亂，由于橋梁檔案資料的長期人工管理，造成了資料不全，統計方法不一，準確性差等管理缺陷；而工作量大，效率低，查詢和檢索都極其困難也是人工管理所難以解決的問題。
•投資決策方式落后，由于對投資項目沒有一個全面、客觀的評價數據，主要是管理人員憑經驗對實際情況的判定來安排投資計劃，很難保證資金的合理分配。
•實施過程中缺少信息反饋。
第二章系統的結構與功能
2.1系統的目標設計
《上海市橋梁管理系統》作為網級管理系統，它的設計目標就是協助上海市市政工程管理處及所屬各級橋梁公務所對現有橋梁實行科學有效的管理和養護工作。其具體內容包括以下幾個方面：
1、提供不同管理層所需要的各種數據支持
2、建立全面完善的橋梁現有技術狀況檢測系統
3、對橋梁及其各部位的使用狀況進行評價并排序
4、完成各種查詢、統計分析及報表輸出
5、對不同損壞程度的橋梁提出維修方案建議
2.2系統的組織結構
根據設計目標，本系統由：檔案管理子系統，技術狀況檢測系統，評價及對策子系統，統計查詢子系統，重車過橋咨詢管理以及各類報表輸出等六大功能模塊組成。它們分別實現了靜態數據資料及和各類文檔的管理；野外橋梁調查、檢測；橋梁使用性能的評價；簡單對策建議、重車過橋咨詢以及各類查詢統計、報表輸出等功能。
2.3各子系統功能概述
檔案管理子系統主要包括靜態數據庫的建立，數據項的輸入輸出，圖片顯示，特檢信息及維修信息的建立和輸出等模塊。
技術狀況檢測系統主要是建立一整套完整的檢測方法，手段及規程，對橋梁結構進行系統、科學的外觀檢查，采集橋梁結構缺損數據。使管理者對它有一個全面的了解。為下一步評價和管理工作提供有力的數據支持。
評價決策子系統包括了動態數據庫的建立，動態數據的輸入輸出，各部位及各構件的評價、評分以及橋梁使用性能排序，橋梁的功能指數分析等。
養護管理子系統根據橋梁各部位評分值及各構件的損壞狀況確立兩個層次的維修對策分析，為不同層次的管理者服務。
統計查詢模塊是利用系統設計的統計及查詢功能，完成日常管理工作中所需要的各項統計、查詢工作。
重車過橋咨詢管理子系統中建立了一個重車過橋歷史數據庫，系統包括數據庫的輸入輸出以及重車過橋可能性顯示兩部分內容
報表功能主要是包括用戶常用的各類數據輸出。
第三章橋梁技術狀況監測
3.1概述
橋梁的現有技術狀態是橋梁結構的內在技術因素如設計施工、材料質量與外在環境因素如交通、荷載、氣候、環境污染、特殊事故等共同作用的結果。而現有技術狀態又直接反映橋梁的使用性能及安全性，是一系列的動態變量，一般隨使用年限的增加而逐年下降。
橋梁管理部門首先應對所轄范圍內橋梁結構物的安全負責，而且，還應該詳細了解橋梁結構物每一不同部位的詳細資料，為確定相應的養護維修對策做好準備。
要對橋梁結構物進行卓有成效的管理，就必須建立一整套完善且切實可行的技術狀況監測系統，監測數據用來建立橋梁的現有技術狀況數據庫。所有的評價、分析都必須建立在對分析對象全面了解的基礎上，而監測系統正是管理人員對管理對象了解和認識的途徑，也可以說它是整個橋梁管理系統的基石。
對橋梁技術狀態監測系統的研究，迄今已有近30年的歷史了。世界各國為了適應本國橋梁管理系統的使用需要，從70年代起都分別研究了各自具有本國特色的監測規程。1976年，由西方二十四國的經濟合作和發展組織（OECD）刊登了第一篇關于橋梁檢查的報告，推薦了一套系統檢查和評定橋梁的方法。隨后，英國運輸部以BE4/77的形式發行了一部關于干道和高速公路上橋梁檢查的標準，在1981年召開的“關于道路橋梁管理國際會議”；1982年召開的“國際橋梁結構會議”上也都陸續有許多國家分別提交了各自的現有橋梁檢查、維修方法和規程。
到面前為止，美國聯邦公路局的系統最為完善。該局曾建立了世界上第一個橋梁管理系統“國家橋梁檔案數據庫（NBI）”并保證它的正常運行，專門制定了“橋梁檢查標準”；“橋梁養護檢查手冊”；“橋梁檢查人員培訓手冊”；“結構檢查與加固卡片”等規程，監測內容不但包括了結構狀況，功能狀況還包括了安全性、重要性以及環境因素等各方面數據。
我國交通部在1986年編制的《公路養護技術規范》以及1991年建設部頒布的《城市道路橋梁養護規范》中對均橋梁技術狀況監測及評價的內容、方法、周期等都做了相應的規定。監測的主要內容有兩項：一是橋梁靜態數據（橋梁卡片）；二是結構缺損數據（動態信息）。規范將橋梁檢查分為經常檢查，定期檢查和特殊檢查三類。檢查人員要求經驗豐富的專職橋梁養護工程師參加。除特殊檢查外，定期檢查和經常檢查（日常巡檢）主要以目測觀察為主，輔以必要的測量儀器，望遠鏡，照相機等現場使用器材，當場填寫“橋梁定期檢查表格”；“橋梁經常檢查表格”等表格，記錄各部件的缺損狀況并作出技術狀況評價，實地判斷缺損原因，估計維修范圍及方式。
每一個具體的橋梁管理系統都會根據自己的情況建立一套與之相適應的技術狀況監測系統。上海市橋梁管理系統中的監測部分是在交通部《公路養護技術規范》、建設部《城市道路橋梁養護規范》的基礎上，借鑒了國外的先進經驗，將橋梁結構劃分為一些基本構件，分別對其進行檢查和觀測，并在觀測指標的制定上，盡可能做到全面、細致、客觀和量化，可操作性強，降低對檢測人員技術素質的要求。值得一提的是，本系統把傳統的現場評估改變成為計算機識別。現場監測人員只須客觀描述構件的缺損狀況，由系統操作員將數據輸入計算機，計算機便可自動判別構件的缺損等級，這樣即統一了等級評定標準也大大地提高了基本數據和及評價結果的準確性和客觀性。
3.2橋梁缺損狀態的監測
橋梁的缺損狀態，是指橋梁結構各分部，各構件在使用過程中的材料缺陷、裂縫、變形、位移等不同程度的損傷狀況。它是衡量橋梁技術狀況的決定性因素，是橋梁管理部門分析及選擇橋梁維修對策手段、建立使用狀況預測模型以及進行養護維修項目排序的關鍵指標。
3.2.1基本構件
基本構件即組成橋梁結構最基本的構成單元
由于橋梁是由多部位、多構件所組成的復雜結構物。所以我們要對它進行詳細的觀測及評價，必須將其主要的構成元素分離開來，分別進行觀測和評價，這就引出了基本構件劃分的概念。
3.2.2劃分原則
橋梁結構物的各種構件分別是由不同材料所組成的，構件材料的性質直接影響構件的使用性能。另外，由于構件的結構形式、受力形式以及損壞方式的不同，對它們的調查方法、評價指標都會大不相同。
因此，基本構件的劃分必須滿足以下的幾項基本原則：（1）材料的一致性；（2）結構形式的一致性；（3）破壞方式的一致性。當構件劃分滿足了上述條件，我們對其進行觀測，評價以及確定維修對策分析時，工作就會變得單一，明確和易于操作了。
3.2.3構件類型
根據上述原則我們將橋梁的各類構件作了如下劃分：
橋面系（0～29）
【01】橋面鋪裝
【02】橋頭平順
【03】伸縮縫
【04】人行道塊件
【05】欄桿或護欄
上部結構（30～59）
【30】鋼結構物
【31】PC及RC板梁式構件
【33】PC及RC箱型構件
【32】橫向聯系
【33】拱圈
【34】拱上建筑
下部構造（60～99）
【60】蓋梁或臺帽
【61】墩臺身
【62】支座
【63】防落梁裝置
【64】基礎
【65】沖刷
【66】錐護坡
【67】耳背翼墻
【】內數字為編號，隨著系統的不斷擴充和完善，基本構件類型也將會進一步的增加。
3.2.4基本構件的觀測方法
對于基本構件的觀測，需要采用野外實地量測的方式進行。檢查人員在現場填好觀測表格，力求做到每個部件都到位檢查。檢查方法主要以目測為主。對于難以到位檢查的部位和一些少數的數據調查則需要借助數據采集的常規設備和簡單的觀測儀器來進行檢測。
對與橋梁的嚴重病害和缺陷應在損壞部位作出固定標記，作為下次檢查的參照。
對一些典型病害以及一些難以描述的損傷病害都應該拍攝照片，附在現場調查表格的背后。一方面作為存檔資料，另一方面也可以用來完善動態數據的采集類型。每張病害照均應注明照片的拍攝范圍。
3.2.5人員及設備要求
在進行外業數據采集時，要求組成3～4人的外業調查組。組內要求有一名具有一定橋梁專業技術知識和病害處理能力的養護工程技術人員。其余人員，要求具有初中以上文化程度，經過培訓具備識別橋梁類型及構件形式的能力，身體健康，工作認真負責。
采集常規設備：
1.照相機
2.高倍望遠鏡
3.鋼直尺、卷尺、涂料及毛筆
4.放大鏡、裂縫觀測儀及保護層測定儀
5.檢查專用梯
6.常規測量儀器如：經緯儀、水平儀等
7.有條件還可配備各種更為先進的檢查設備如：橋梁監測車、紅外線測距儀等
3.2.6橋梁定期檢查的步驟
橋梁外業檢查小組到達橋位后，對每一座橋應按順序逐構件對其進行檢查，以免發生遺漏。具體檢查部位如下：
（1）到達橋位首先面向橋梁右側拍一張全橋正面照（第一次時）
（2）檢查橋面系統，順序為：橋面鋪裝、伸縮縫、人行道、欄桿、排水系統。檢查同時要填寫好相應的檢查表格。
（3）檢查下部構造，從0號橋臺右側翼墻開始逐墩（臺）依次按順時針方向檢查，每個墩臺的檢查順序為：支座、臺帽（蓋梁）、墩臺身、基礎可見部位。檢查同時要填寫好相應的檢查表格。
（4）檢查上部構造，從第一跨開始逐跨檢查。每一跨應從右側開始依次檢查每一片梁和每一構件。檢查同時要填寫好相應的檢查表格。
（5）檢查防護工程
（6）檢查河床病害
（7）檢查過程中應在損壞較為嚴重的部位，標上帶顏色的涂料、拍照。
（8）在有養護工程師的情況下，由他們給出各構件及部位的印象評分和養護維修對策建議。
3.3各構件的檢測表格及填寫要求
本系統按上述構件的分類，對各類構件都分別設計了不同的檢測表格。每一種表格的檢測內容、范圍均不相同，它們分別為相應的動態數據庫提供數據。
系統同時也對不同的缺損狀況加以定義，力求橋梁檢測工作即方便可行，又規范具體。
3.4小結
橋梁技術狀況監測體系的合理性，是橋梁管理系統的重要基礎。本研究提出了以基本構件為單元的橋梁檢測方法，解決了由于橋梁結構的復雜性，而造成的橋梁損傷類型多樣，缺損部位難以描述等問題。
系統制定了從檢測方法、人員設備要求到檢查步驟以及各構件檢查內容等一系列完整系統的橋梁監測規程，不僅能用于完善《上海市橋梁管理系統》中的動態信息數據庫，也同時為非系統使用者的橋梁檢查工作提供一個很好的參考規程和依據。
本系統每一張檢測表格中的調查數據項，損壞程度劃分級別都分別與相應的動態數據庫、各構件的評價模型有著很好的對應關系，這樣就使得檢測目的更加明確，評價結果也更為合理。
根據現代管理方法的需要，上海市市政管理處與同濟大學道交系共同進行了“上海市橋梁管理系統”的開發和研究工作。本章主要介紹橋梁管理系統的國內外研究近況、上海市橋梁管理工作的工程背景及管理背景等部分內容。
1.1國內外研究近況
1.1.1管理信息系統的發展概況
管理信息系統是研究一個組織中以計算機處理為基礎，為各級管理決策層提供必要的管理控制信息和輔助決策功能的人機系統。他通過有效的信息儲備、提高信息處理的合理性和速度，改善管理決策過程，從而促進提高管理工作的效率和效益。
管理信息系統是一門新型學科，近年來隨著計算機技術和管理科學的發展得到了飛速發展。這門學科是以系統論、信息論、控制論、管理科學、計算機科學和人工智能等理論為基礎的綜合性學科。按照計算機科學用于決策層次的提高和輔助決策問題性質的改變，管理信息系統科學的發展經歷了下列階段：
EDP（Electronicdataprocessing）階段，即電子數據處理階段。在60年代初一美國通用電器公司工資處理為標志，揭開了計算機用于管理的帷幕，其內容為數據存儲維護、簡單加工等單項處理。
MIS（Managementinformationprocessing）階段，即管理信息系統階段。有關MIS的概念由美國Stotter及Horn等人提出，到1968年已經成熟。與EDP相比，MIS已經能進行各種信息的綜合分析處理，為管理決策層和戰略決策層提供信息支持和輔助決策，并實現信息共享。系統包括數據庫和模型庫等，一般功能包括提出問題、判斷問題的性質、模型求解、交互提供查詢和報表輸出等。
DSS（Decisionsupportsystem）階段，即決策支持系統階段。與MIS階段相比，它的主要特點是幫助決策層人員解決半結構化問題和非結構化問題，所用的典型技術是人工智能方法，是支持和幫助決策而不是取代決策，系統一般由數據庫、方法庫、模型庫用戶交互系統組成。與這一階段同時出現的OA（OfficeAutomation）即辦公自動化系統也發展起來，其主要目的是運用高效的工具提高辦公速度，如文字處理、數據、圖象、音響及網絡化處理等功能，并向多功能、復合化與MIS集成發展。
隨著計算機管理技術的發展以及它在許多領域中的廣泛運用，我國公路部門也相繼開發了各類管理系統，其中運用較為成熟的是道路路面管理系統。近年來，隨著橋梁病害的增長，功能下降、交通量增大以及荷載等級的提高，橋梁的養護維修和加固改造的工作量也日趨繁重，另一方面，橋梁養護需求和資金缺乏之間的矛盾也為如何實行科學管理提出了新的要求。將計算機運用技術用于橋梁管理工作，這就誕生了橋梁管理系統這門新興學科。
1.1.2橋梁管理系統的發展概況
橋梁管理系統是最先發展于70年代的美國，經歷了從無到有，從簡單到復雜，從單項數據處理到具有多數據、多知識的綜合處理能力的專家系統階段。從八十年代以來隨著計算機技術的飛躍發展它也得到了進一步的完善和深化并與CAD集成，成為管理部門辦公自動化的一部分，并能輔助決策參與管理還為設計、施工等其他部門提供必要的數據支持。
1968年，美國聯邦公路總局研究開發了世界上第一個橋梁管理系統“國家橋梁檔案庫（NBI）”，其軟件基本上是一些數據文件形式，起初的功能也很簡單，只能完成一些數據保存、基本統計查詢和簡單報表輸出等檔案管理工作，屬于管理系統中的EDP階段，是第一代橋梁管理系統。該系統經過了近30年的運行并不斷得到充實，改進和提高，目前已經成為記錄、儲存、更新和統計美國國家公路上各項橋梁數據的國家橋梁數據系統；同時，還能為這些橋梁的使用性能作出評定，對候選項目進行優先排序并為橋梁重建和維修計劃提供輔助決策，目前的這套系統已經具備了一個現代管理系統的基本功能。
在聯邦公路局NBI的基礎上，美國的賓法尼亞、明尼蘇達、佛羅里達、堪薩斯等幾十個州，均結合各自的實際情況，先后開發了自己的橋梁管理系統，這些系統都擁有數據庫管理、技術狀態評價、需求預測、優先排序等功能。有些系統還初步擁有了壽命周期分析法進行項目方案優選的功能。
在美國開發研究橋梁管理系統的同時，世界各國也都相續進行了這一方面的開發研究工作，投入使用的系統有：日本道路公團橋梁管理系統、丹麥橋梁管理系統、加拿大阿爾伯塔省橋梁管理系統等，其功能與前述基本相似。
我國的橋梁管理系統研究及開發都還處于剛剛起步階段，從80年代以來，四川省公路研究所、廣東省橋梁研究所、交通部公路研究所及北京市公路管理局等單位在借鑒國外經驗的基礎上，先后開發了四川省橋梁數據庫管理系統、廣東省橋梁管理系統、北京市公路橋梁管理系統、河南省橋梁管理系統等多個具有各自特色的橋梁管理系統。但這些系統都還處于試運行階段，不僅模型參數的建立還需要大量歷史數據的積累加以分析才能得到，而且系統本身的層次也不夠明確。因此，這些系統都還有待進一步的發展與完善。
1.1.3小結
由國內外各種管理系統和國外橋梁管理系統的發展情況可以得出以下結論：
1、現有的橋梁管理系統可大致分為兩類：一類基本上就是一個橋梁檔案數據庫，它的功能和結構都很簡單，基本上就完成了橋梁數據存檔、簡單的統計查詢等檔案管理工作，但這類系統是每一個橋梁管理系統中必不可少且使用效率最高的一部分，也是橋梁管理單位實現橋梁管理工作科學化的起步；第二類，是在橋梁數據庫管理的基礎上增加評價、優先排序、對策提示、需求預測及費用分析等功能模塊，但這些功能都是初步性的，尚處于研究及探討階段。這一類系統本身的功能也遠沒有成熟和完善，特別是在國內，目前尚無一個橋梁管理系統處于正常運行狀態，因此，沒有足夠的數據積累，就更難以為橋梁的管理部門提供可靠的決策咨詢。
2、管理系統的開發是一個循序漸進的過程。即使對于一個最簡單的第二類橋梁管理系統，它的建立、完善直到成功運用，至少需要十年的時間。這一方面是由于橋梁管理系統建立與實施需要與之相適應的管理體制、管理方法和管理手段以及一定的技術設備和技術人員等條件，而新體制的建立、運行以及技術條件的創造都需要一定的時間；另一方面在管理系統中，模型建立和標準的完善都需要大量的數據積累，這也是短時間內難以得到的。因此，在系統建立初期，我們應該注重的是數據采集的方法及質量，確保數據的完整性和實用性，為系統的各項功能提供良好的數據基礎，而不需要將注意力放在繁多的功能模塊上。
3、橋梁管理系統的開發與研究必須與本地區橋梁管理部門的實際情況相適應。由于各地區的管理體制、管理方法及管理手段都不相同，各系統的目標、功能以及系統所采用的模式也有所區別。另外，不同地區其經濟條件，設備條件、管理水平的差異都很大，對系統功能設計的繁簡程度、精度的要求都不盡相同。所以每一個成功的管理系統都具有很強的地方特征。
1.2工程背景
上海市地處水網地區，河流縱橫，橋梁數量眾多。市區橋梁除黃浦江上的大橋和浦東新區的新建橋梁以及內環線高架、南北高架上的立交橋以外，現有橋梁共1051座。不同時期的橋梁都是按當時的設計荷載標準設計、修建的，因此很多橋梁的荷載等級，行車道寬度都已經嚴重不適應目前的交通要求。近年來交通量、車輛軸載的不斷增加，加之各種環境因素的影響，橋梁的病害情況日趨嚴重，損壞速率也正逐年加快。
根據《上海市橋梁情況調查報告》可將上海市橋梁損壞的主要病害類型歸納為以下幾個方面：
•橋梁伸縮縫的損害：在現有橋梁中約占50%的橋梁伸縮縫都存在著不同程度的損傷，有些嚴重的即影響行車的舒適性，又會由于滲水、振動等因素對其它結構產生破壞作用。
•橋面鋪裝的損壞：橋面鋪裝由于受到輪荷載的直接作用，也是受環境因素影響最大的部位，因此歷來是損壞率極高部位。近年來隨著交通量的不斷增長，橋面鋪裝的損壞從程度到范圍上都日漸增加。對橋面的檢查、養護及維修已成為橋梁公務所最主要的工作內容之一。
•通航河道對橋梁的影響：這里主要是指船舶撞擊對橋墩的傷害。蘇州河是上海市主要的通航河道，由于通航等級的不斷提高，船只對橋梁的撞擊次數也逐年上升。這使得橋梁公務所近年來對橋墩的養護維修工作也日漸繁忙。
•軟土地基對橋梁的不良影響：上海市是典型的軟土地基地區。市區內橋梁由于墩臺沉降而引起的橋梁損壞相當普遍。因此橋梁養護、管理部門對橋梁墩臺的沉降、伸縮縫的拉伸量等應做到定期檢測、連續觀察，發現問題及時處理。
據統計，在這些市區橋梁中狀態良好的只占28.5%；一般損壞的占63.7%；嚴重損壞的占4.1%；還有6.1%已經成為危橋，需要關閉交通，退出工作。由此可見，目前僅需要大修改建及重建的橋梁就占到市區橋梁總數的10％以上，所以，上海市的橋梁檢測、養護以及大中修及改建計劃的安排、有限資金的合理使用等橋梁管理工作將會十分的繁重。
1.3管理背景
1.3.1管理體制
上海市市政工程管理處，受上海市市政局的行業、業務領導，同時也接受建設部的行業技術指導。上海市橋梁公務所是市政管理處的下屬單位，負責市區內所有橋梁的檢查、檢測、養護、維修等管理工作，其日常的工作內容還包括：重車過橋管理、橋孔管理、管線過橋管理、橋位附近的建筑管理和新建橋梁設計參與以及橋梁基礎資料的收集和管理等。它是橋梁管理計劃的具體實施層。
另外，各區縣也有其各自的區一級橋梁公務所，實施對本區內所有橋梁的各項技術管理工作。它在業務上受上海市市政工程管理處的行業指導，在行政上受各區縣建設局的領導。
1.3.2管理方式及手段
目前，上海市橋梁管理工作的方法及手段都還相當落后，與目前繁重的橋梁管理工作不相適應；也與現代科學的管理要求不相適應。具體表現在：
•管理方式落后，缺乏科學的管理意識，不重視橋梁早期的病害檢查，重建輕養，把主要精力都放在危橋和損壞嚴重的橋梁上，難以做到防患于未然。缺乏科學、系統、規范的管理方法必然會造成一定程度的人員和資金的浪費。
•橋梁的定期檢查工作無標準可循，沒有將日常巡檢、定期檢查、橋梁特檢三級檢查制度明確定義、分工。大部分的橋梁檢查工作都停留在橋梁巡檢上，對橋梁的結構損傷和各種典型病害沒有詳盡的描述。
•職工素質有待進一步培訓，養護管理在橋梁基礎知識及計算機操作技能上都應該不斷接受專業培訓，使得每一個管理者都能跟的上現代管理體制的要求。
•專業檢測設備也應適當添置，以提高檢測質量，使得更多的損傷數據項能夠從定性描述轉為量化描述，使數據更加真實、客觀。
•歷史資料管理混亂，由于橋梁檔案資料的長期人工管理，造成了資料不全，統計方法不一，準確性差等管理缺陷；而工作量大，效率低，查詢和檢索都極其困難也是人工管理所難以解決的問題。
•投資決策方式落后，由于對投資項目沒有一個全面、客觀的評價數據，主要是管理人員憑經驗對實際情況的判定來安排投資計劃，很難保證資金的合理分配。
•實施過程中缺少信息反饋。
第二章系統的結構與功能
2.1系統的目標設計
《上海市橋梁管理系統》作為網級管理系統，它的設計目標就是協助上海市市政工程管理處及所屬各級橋梁公務所對現有橋梁實行科學有效的管理和養護工作。其具體內容包括以下幾個方面：
1、提供不同管理層所需要的各種數據支持
2、建立全面完善的橋梁現有技術狀況檢測系統
3、對橋梁及其各部位的使用狀況進行評價并排序
4、完成各種查詢、統計分析及報表輸出
5、對不同損壞程度的橋梁提出維修方案建議
2.2系統的組織結構
根據設計目標，本系統由：檔案管理子系統，技術狀況檢測系統，評價及對策子系統，統計查詢子系統，重車過橋咨詢管理以及各類報表輸出等六大功能模塊組成。它們分別實現了靜態數據資料及和各類文檔的管理；野外橋梁調查、檢測；橋梁使用性能的評價；簡單對策建議、重車過橋咨詢以及各類查詢統計、報表輸出等功能。
2.3各子系統功能概述
檔案管理子系統主要包括靜態數據庫的建立，數據項的輸入輸出，圖片顯示，特檢信息及維修信息的建立和輸出等模塊。
技術狀況檢測系統主要是建立一整套完整的檢測方法，手段及規程，對橋梁結構進行系統、科學的外觀檢查，采集橋梁結構缺損數據。使管理者對它有一個全面的了解。為下一步評價和管理工作提供有力的數據支持。
評價決策子系統包括了動態數據庫的建立，動態數據的輸入輸出，各部位及各構件的評價、評分以及橋梁使用性能排序，橋梁的功能指數分析等。
養護管理子系統根據橋梁各部位評分值及各構件的損壞狀況確立兩個層次的維修對策分析，為不同層次的管理者服務。
統計查詢模塊是利用系統設計的統計及查詢功能，完成日常管理工作中所需要的各項統計、查詢工作。
重車過橋咨詢管理子系統中建立了一個重車過橋歷史數據庫，系統包括數據庫的輸入輸出以及重車過橋可能性顯示兩部分內容
報表功能主要是包括用戶常用的各類數據輸出。
第三章橋梁技術狀況監測
3.1概述
橋梁的現有技術狀態是橋梁結構的內在技術因素如設計施工、材料質量與外在環境因素如交通、荷載、氣候、環境污染、特殊事故等共同作用的結果。而現有技術狀態又直接反映橋梁的使用性能及安全性，是一系列的動態變量，一般隨使用年限的增加而逐年下降。
橋梁管理部門首先應對所轄范圍內橋梁結構物的安全負責，而且，還應該詳細了解橋梁結構物每一不同部位的詳細資料，為確定相應的養護維修對策做好準備。
要對橋梁結構物進行卓有成效的管理，就必須建立一整套完善且切實可行的技術狀況監測系統，監測數據用來建立橋梁的現有技術狀況數據庫。所有的評價、分析都必須建立在對分析對象全面了解的基礎上，而監測系統正是管理人員對管理對象了解和認識的途徑，也可以說它是整個橋梁管理系統的基石。
對橋梁技術狀態監測系統的研究，迄今已有近30年的歷史了。世界各國為了適應本國橋梁管理系統的使用需要，從70年代起都分別研究了各自具有本國特色的監測規程。1976年，由西方二十四國的經濟合作和發展組織（OECD）刊登了第一篇關于橋梁檢查的報告，推薦了一套系統檢查和評定橋梁的方法。隨后，英國運輸部以BE4/77的形式發行了一部關于干道和高速公路上橋梁檢查的標準，在1981年召開的“關于道路橋梁管理國際會議”；1982年召開的“國際橋梁結構會議”上也都陸續有許多國家分別提交了各自的現有橋梁檢查、維修方法和規程。
到面前為止，美國聯邦公路局的系統最為完善。該局曾建立了世界上第一個橋梁管理系統“國家橋梁檔案數據庫（NBI）”并保證它的正常運行，專門制定了“橋梁檢查標準”；“橋梁養護檢查手冊”；“橋梁檢查人員培訓手冊”；“結構檢查與加固卡片”等規程，監測內容不但包括了結構狀況，功能狀況還包括了安全性、重要性以及環境因素等各方面數據。
我國交通部在1986年編制的《公路養護技術規范》以及1991年建設部頒布的《城市道路橋梁養護規范》中對均橋梁技術狀況監測及評價的內容、方法、周期等都做了相應的規定。監測的主要內容有兩項：一是橋梁靜態數據（橋梁卡片）；二是結構缺損數據（動態信息）。規范將橋梁檢查分為經常檢查，定期檢查和特殊檢查三類。檢查人員要求經驗豐富的專職橋梁養護工程師參加。除特殊檢查外，定期檢查和經常檢查（日常巡檢）主要以目測觀察為主，輔以必要的測量儀器，望遠鏡，照相機等現場使用器材，當場填寫“橋梁定期檢查表格”；“橋梁經常檢查表格”等表格，記錄各部件的缺損狀況并作出技術狀況評價，實地判斷缺損原因，估計維修范圍及方式。
每一個具體的橋梁管理系統都會根據自己的情況建立一套與之相適應的技術狀況監測系統。上海市橋梁管理系統中的監測部分是在交通部《公路養護技術規范》、建設部《城市道路橋梁養護規范》的基礎上，借鑒了國外的先進經驗，將橋梁結構劃分為一些基本構件，分別對其進行檢查和觀測，并在觀測指標的制定上，盡可能做到全面、細致、客觀和量化，可操作性強，降低對檢測人員技術素質的要求。值得一提的是，本系統把傳統的現場評估改變成為計算機識別。現場監測人員只須客觀描述構件的缺損狀況，由系統操作員將數據輸入計算機，計算機便可自動判別構件的缺損等級，這樣即統一了等級評定標準也大大地提高了基本數據和及評價結果的準確性和客觀性。
3.2橋梁缺損狀態的監測
橋梁的缺損狀態，是指橋梁結構各分部，各構件在使用過程中的材料缺陷、裂縫、變形、位移等不同程度的損傷狀況。它是衡量橋梁技術狀況的決定性因素，是橋梁管理部門分析及選擇橋梁維修對策手段、建立使用狀況預測模型以及進行養護維修項目排序的關鍵指標。
3.2.1基本構件
基本構件即組成橋梁結構最基本的構成單元
由于橋梁是由多部位、多構件所組成的復雜結構物。所以我們要對它進行詳細的觀測及評價，必須將其主要的構成元素分離開來，分別進行觀測和評價，這就引出了基本構件劃分的概念。
3.2.2劃分原則
橋梁結構物的各種構件分別是由不同材料所組成的，構件材料的性質直接影響構件的使用性能。另外，由于構件的結構形式、受力形式以及損壞方式的不同，對它們的調查方法、評價指標都會大不相同。
因此，基本構件的劃分必須滿足以下的幾項基本原則：（1）材料的一致性；（2）結構形式的一致性；（3）破壞方式的一致性。當構件劃分滿足了上述條件，我們對其進行觀測，評價以及確定維修對策分析時，工作就會變得單一，明確和易于操作了。
3.2.3構件類型
根據上述原則我們將橋梁的各類構件作了如下劃分：
橋面系（0～29）
【01】橋面鋪裝
【02】橋頭平順
【03】伸縮縫
【04】人行道塊件
【05】欄桿或護欄
上部結構（30～59）
【30】鋼結構物
【31】PC及RC板梁式構件
【33】PC及RC箱型構件
【32】橫向聯系
【33】拱圈
【34】拱上建筑
下部構造（60～99）
【60】蓋梁或臺帽
【61】墩臺身
【62】支座
【63】防落梁裝置
【64】基礎
【65】沖刷
【66】錐護坡
【67】耳背翼墻
【】內數字為編號，隨著系統的不斷擴充和完善，基本構件類型也將會進一步的增加。
3.2.4基本構件的觀測方法
對于基本構件的觀測，需要采用野外實地量測的方式進行。檢查人員在現場填好觀測表格，力求做到每個部件都到位檢查。檢查方法主要以目測為主。對于難以到位檢查的部位和一些少數的數據調查則需要借助數據采集的常規設備和簡單的觀測儀器來進行檢測。
對與橋梁的嚴重病害和缺陷應在損壞部位作出固定標記，作為下次檢查的參照。
對一些典型病害以及一些難以描述的損傷病害都應該拍攝照片，附在現場調查表格的背后。一方面作為存檔資料，另一方面也可以用來完善動態數據的采集類型。每張病害照均應注明照片的拍攝范圍。
3.2.5人員及設備要求
在進行外業數據采集時，要求組成3～4人的外業調查組。組內要求有一名具有一定橋梁專業技術知識和病害處理能力的養護工程技術人員。其余人員，要求具有初中以上文化程度，經過培訓具備識別橋梁類型及構件形式的能力，身體健康，工作認真負責。
采集常規設備：
1.照相機
2.高倍望遠鏡
3.鋼直尺、卷尺、涂料及毛筆
4.放大鏡、裂縫觀測儀及保護層測定儀
5.檢查專用梯
6.常規測量儀器如：經緯儀、水平儀等
7.有條件還可配備各種更為先進的檢查設備如：橋梁監測車、紅外線測距儀等
3.2.6橋梁定期檢查的步驟
橋梁外業檢查小組到達橋位后，對每一座橋應按順序逐構件對其進行檢查，以免發生遺漏。具體檢查部位如下：
（1）到達橋位首先面向橋梁右側拍一張全橋正面照（第一次時）
（2）檢查橋面系統，順序為：橋面鋪裝、伸縮縫、人行道、欄桿、排水系統。檢查同時要填寫好相應的檢查表格。
（3）檢查下部構造，從0號橋臺右側翼墻開始逐墩（臺）依次按順時針方向檢查，每個墩臺的檢查順序為：支座、臺帽（蓋梁）、墩臺身、基礎可見部位。檢查同時要填寫好相應的檢查表格。
（4）檢查上部構造，從第一跨開始逐跨檢查。每一跨應從右側開始依次檢查每一片梁和每一構件。檢查同時要填寫好相應的檢查表格。
（5）檢查防護工程
（6）檢查河床病害
（7）檢查過程中應在損壞較為嚴重的部位，標上帶顏色的涂料、拍照。
（8）在有養護工程師的情況下，由他們給出各構件及部位的印象評分和養護維修對策建議。
3.3各構件的檢測表格及填寫要求
本系統按上述構件的分類，對各類構件都分別設計了不同的檢測表格。每一種表格的檢測內容、范圍均不相同，它們分別為相應的動態數據庫提供數據。
系統同時也對不同的缺損狀況加以定義，力求橋梁檢測工作即方便可行，又規范具體。
3.4小結
橋梁技術狀況監測體系的合理性，是橋梁管理系統的重要基礎。本研究提出了以基本構件為單元的橋梁檢測方法，解決了由于橋梁結構的復雜性，而造成的橋梁損傷類型多樣，缺損部位難以描述等問題。
系統制定了從檢測方法、人員設備要求到檢查步驟以及各構件檢查內容等一系列完整系統的橋梁監測規程，不僅能用于完善《上海市橋梁管理系統》中的動態信息數據庫，也同時為非系統使用者的橋梁檢查工作提供一個很好的參考規程和依據。
本系統每一張檢測表格中的調查數據項，損壞程度劃分級別都分別與相應的動態數據庫、各構件的評價模型有著很好的對應關系，這樣就使得檢測目的更加明確，評價結果也更為合理。
