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1、合 肥 市 桥 梁 安 全 监 测 诊 断系 统 建 设 方 案2014年11月目录第一章 项目概述.131.1 项目名称.131.2 建设单位.131.3 建设背景.131.3.1 桥梁安全现状.131.3.2 桥梁管理现状.161.3.3 桥梁健康监测系统的发展.171.4 建设目标与原则.181.4.1 建设目标.181.4.2 建设原则.181.5 建设内容.191.6 建设周期.201.6.1 一期工程.201.6.2 后续工程.211.7 项目投资与资金来源.211.8 效益及风险.221.8.1 效益分析.221.8.2 风险分析.231.9 方案编制依据.241.10 结论与建
2、议.24第二章 现状与需求分析.252.1 现状分析.252.2 需求分析.252.2.1 用户分析.252.2.2 系统功能性需求分析.262.2.3 系统非功能性需求分析.27第三章 总体设计方案.293.1 设计目标及原则.2913.1.1 系统总体设计目标.293.1.2 系统总体设计原则.293.2 体系架构.303.3 系统整体架构.313.4 技术路线.333.5 系统先进性.343.5.1 桥梁全生命周期的实时安全评估技术.343.5.2 多源信息融合的科学预警方法.343.5.3 结构力学理论与大数据理论的有效结合.343.5.4 主流信息技术和标准的集成应用.35第四章 监
3、测系统设计.374.1 安全监测整体设计与实现.374.1.1 监测内容.374.1.2 监测方案设计原则与方法.404.1.3 监测设备性能指标.444.1.4 供电网络设计.494.2 G206立交监测方案.524.2.1 工程概况.524.2.2 监测方案设计.544.2.3 监测点数目和位置设计.554.2.4 测点布置汇总.684.3 繁华大道东延工程监测方案.714.3.1 工程概况.714.3.2 监测方案设计.754.3.3 监测点数目和位置设计.764.3.4 测点布置汇总.894.4 金寨路高架监测方案.914.4.1 工程概况.914.4.2 监测方案设计.9624.4.
4、3 监测点数目和位置设计.1014.4.4 测点布置汇总.1214.5 派河大桥监测方案.1254.5.1 工程概况.1254.5.2 监测方案设计.1304.5.3 监测点数目和位置设计.1334.5.4 测点布置情况汇总.1394.6 环巢湖路跨南泗河大桥监测方案.1414.6.1 工程概况.1414.6.2 监测方案设计.1424.6.3 主桥监测方案.1434.6.4 引桥监测方案.1534.6.5 测点布置汇总.157第五章 传输网络建设方案.1595.1 传输网络设计与实现.1595.1.1 网络设计原则.1595.1.2 传输网络设备安装要求.1595.1.3 传输网络整体架构.
5、1605.2 派河大桥网络设计方案.1635.2.1 传感器类型及数量.1635.2.2 网络硬件设备布设.1645.3 繁华大道东延工程.1665.3.1 传感器类型及数量.1665.3.2 网络硬件设备布设.1675.4 环巢湖路跨南泗河大桥.1695.4.1 传感器类型及数量.1695.4.2 网络硬件设备布设.1705.5 G206路立交桥.1725.5.1 传感器类型及数量.17235.5.2 网络硬件设备布设.1725.6 金寨路高架桥.1755.6.1 传感器类型及数量.1755.6.2 网络硬件设备.1765.6.3 网络硬件布设及架构.180第六章 应用系统设计.1836.1
6、 桥梁基本信息管理.1836.2 监测信息显示系统.1846.2.1 桥梁三维可视化.1856.2.2 接入信息显示.1856.2.3 查询信息显示.1866.3 预测预警系统.1866.3.1 超载报警模块.1876.3.2 结构安全分级预警模块.1886.3.3 极端荷载预警模块.1896.4 分析评估系统.1906.4.1 业务描述.1906.4.2 功能组成与设计实现.1906.5 决策辅助系统.2006.5.1 维护维修决策模块.2016.5.2 智能辅助方案模块.2026.5.3 预警信息发布管理模块.2026.5.4 事件处理及统计分析模块.2046.5.5 反馈信息管理.205
7、6.6 巡检数据管理系统.2056.7 运维管理系统.2076.7.1 传感器管理子系统.2076.7.2 视频监控设备管理子系统.2086.7.3 前端网络传输设备管理子系统.20946.8 配置管理系统.2096.8.1 系统配置管理.2096.8.2 系统日志管理.2096.8.3 用户管理.2106.8.4 角色及权限管理.2106.9 数据库与数据管理系统.2106.9.1 数据库系统.2116.9.2 数据管理系统.212第七章 IT基础支撑与场所建设.2177.1 基础支撑.2177.1.1 主机与存储系统.2177.1.2 图像接入与管理系统.2197.1.3 预警发布硬件支持
8、系统.2207.2 场所建设.2217.2.1 监控大厅设计.2217.2.2 会商室.2247.2.3 机房.2247.2.4 其它.225第八章 服务模式.2278.1 传感器标定校准服务.2278.2 传感设施运维服务.2278.3 安全运行监测与预警服务.2278.4 安全运行综合信息查询服务.2278.5 监测数据分析定制化服务.2288.5.1 安全评估报告服务.2288.5.2 安全运行分析报告服务.2298.5.3 信息推送服务.229第九章 项目预算.错误!未定义书签。9.1 前端数据采集及传输系统费用.错误!未定义书签。59.2监控中心费用.错误!未定义书签。9.3软件开发
9、费用.错误!未定义书签。9.4方案设计费用.错误!未定义书签。9.5运营及维护费.错误!未定义书签。9.6报价汇总.错误!未定义书签。6图目录图 1.3.1-1城市公路桥梁.13图 131-2美国明尼苏达州1-35公路大桥坍塌、哈尔滨阳明滩大桥垮塌14图 1.3.1-3城市公路桥梁.15图 131-4城市公路桥梁.15图 1.321桥梁人工安全检测.17图 1.3.3-1桥梁健康监测技术.18图 161-1合肥市桥梁安全监测诊断系统一期工程桥梁分布图.21图3.1.2-1信息服务体系示意图.31图3.121合肥市桥梁安全监测诊断系统整体框架.32图3.122 系统运行流程图.33图4.1.2-
10、1传感器优化布设理论.43图4.1.2-2传感器优化布设算法实现流程.43图4.1.4-1太阳能供电系统结构流程图.51图4.2.1-1 G206立交总览图.52图421-2 G206立交主桥及匝道编号示意图.54图4 2 2-1 汤口路主线桥及A、B 匝道桥联的监测位置(单位：厘米).55图4.2.3-1汤口路左幅联桥(TKZ)竖向位移测点布置.59图4.2.3-2汤口路左幅联桥(TKZ)加速度测点布置.59图4.2.3-3汤口路左幅联桥(TKZ)应变测点布置.60图4 2 3-4 汤口路左幅联桥(TKZ)温度与地震动测点布置.60图423-5汤口路左幅联桥(TKZ)地磅测点布置.61图4.
11、2.3-6汤口路右幅联桥(TKY)竖向位移测点布置.62图4 2 3-7 汤口路右幅联桥(TKY)加速度测点布置.62图4.2.3-8汤口路右幅联桥(TKY)应变测点布置.63图42 3-9 汤口路右幅联桥(TKY)温度测点布置.63图4.2.3-10汤口路A 匝道联桥(4-7号墩)测点布置.65图4.2.3-11汤口路B 匝道联桥(7-10号墩)测点布置.677图431-1繁华大道东延工程总览图.71图4 3 1-2 繁华大道东延工程主桥桥型布置图（单位：厘米）.72图43 1-3 主桥主梁标准断面图（单位：厘米）.72图43 1-4 繁华大道东延工程主桥横断面图（单位：厘米）.72图43
12、1-5 繁华大道东延工程施工照片.73图4 3 1-6 繁华大道东延工程引桥标准横断面图（单位：厘米）.75图4 3 3-1 繁华大道东延工程主桥及引桥结构示意图.79图4 3 3-2 繁华大道东延工程主桥斜拉索内力测点布置图.80图43 3-3 繁华大道东延工程主桥塔倾角测点布置图.81图4 3 3-4 繁华大道东延工程主梁挠度（竖向位移）测点布置图.82图4.3.3-5繁华大道东延工程主桥上部结构应变测点布置图.83图433-6繁华大道东延工程主桥上部结构加速度测点布置图.84图433-7繁华大道东延工程主桥上部结构温度测点布置图.85图433-8繁华大道东延工程引桥上部结构加速度测点布置
13、图.86图4 3 3-9 繁华大道东延工程引桥上部结构竖向位移测点布置图.87图4.3.3-10繁华大道东延工程引桥上部结构应变测点布置图.88图4.4.1-1金寨路高架桥总览图.91图4.4.1-2金寨路高架桥主线桥与匝道（施工标段）示意图.94图4.4 2 1 金寨路高架桥监测桥联的位置情况.99图4.4 2 2 监测桥联的现场情况.100图4.4.3-1 金寨高架桥跨习友路口联桥竖向位移测点布置图.105图44 3-2 金寨高架桥跨习友路口联桥加速度测点布置图.106图44 3-3 金寨高架桥跨习友路口联桥应变与温度测点布置图.107图4.4.3-4金寨高架桥跨祁门路口联桥竖向位移测点布
14、置图.108图44.3-5金寨高架桥跨祁门路口联桥加速度测点布置图.109图4 4 3-6 金寨高架桥跨祁门路口联桥应变与温度测点布置图.110图44.3-7金寨高架桥跨东流路口联桥竖向位移测点布置图.111图44 3-8 金寨高架桥跨东流路口联桥加速度测点布置图.112图4.4.3-9金寨高架桥东流路口联应变测点布置图.1138图4.4.3-10金寨高架桥东流路口联温度测点布置图.114图4.4.3-11金寨高架桥跨望江东路口联桥竖向位移测点布置图.115图4 4 3-1 2金寨高架桥跨望江东路口联桥加速度测点布置图.116图4.4.3-13金寨高架桥跨望江东路口联桥应变与温度测点布置图.1
15、17图4.4.3-14习友路上金寨高架桥匝道第二联桥竖向位移测点布置图.118图4.4.3-15习友路上金寨高架桥匝道第二联桥加速度测点布置图.119图4 4 3-1 6习友路上金寨高架桥匝道第二联桥应变与温度测点布置图.120图4.5.1-1派河大 桥效果图.125图4.5.1-2派河大 桥建成图.126图4 5 2-1派河大桥主桥及引桥监测示意图.130图4 5 3-1派河大桥主桥挠度测点布置图.133图4.5.3-2派河大桥主桥加速度测点布置图.134图4 5 3-3派河大桥主桥加速度测点布置图.135图4 5 3-4派河大桥主桥吊杆拉力测点布置图.136图4 5 3-5派河大桥主桥温度
16、与地面加速度测点布置图.137图4 5 3-6派河大桥引桥测点布置.138图4.6.1-1环巢湖路跨南观河大桥总览图.141图4 6 1-2环巢湖路跨南洲河大桥主桥示意图.141图4 6 1-3环巢湖路跨南观河大桥主桥桥墩.142图4 6 1-4环巢湖路跨南观河大桥引桥示意图.142图4 6 3-1环巢湖路跨南观河大桥总体结构.145图4 6 3-2环巢湖路跨南观河大桥主桥位移传感器布置图.146图4 6 3-3环巢湖路跨南观河大桥主桥倾角传感器布置图.147图4 6 3-4环巢湖路跨南观河大桥主桥索力传感器布置图.148图4 6 3-5环巢湖路跨南观河大桥主桥应变传感器布置图.149图4 6
17、 3-6环巢湖路跨南观河大桥主桥加速度传感器布置图.150图4 6 3-7环巢湖路跨南沈河大桥主桥温度传感器布置图.151图4 6 4-1环巢湖路跨南观河大桥引桥竖向位移传感器布置.155图4 6 4-2环巢湖路跨南观河大桥引桥加速度传感器布置图.1569图5.1.3-1系统整体架构图.161图5.2 2 1 派河大桥网络所需硬件设备布设示意图.166图5.3 2 1 网络所需硬件设备布设示意图.169图5.4 2 1 网络所需硬件设备布设示意图.171图5.5 2 1 网络所需硬件设备布设示意图.175图5.6.3-1东流路口和祁门路口网络硬件布设示意图.180图5.6.3-2望江东路口网络
18、硬件布设示意图.181图5 6 3-3 习友路口网络硬件布设示意图.181图6-1应用系统结构图.183图621-1桥梁三维可视化示意图.185图622-1信息显示示意图.185图623-1预警发布系统示意图.187图6.4.1-1安全评估系统业务描述示意图.190图6.4 2 1 数据分析流程图.192图6.4 2 1 决策辅助系统架构图.201图6.5.3-1预警信息发布流程.203图6.5.3-2预警发布手段示意图.203图653-3信息发布详图详图.204图655-1运维管理系统架构图.207图6.7.1-1传感器状态显示示意图.208图7.1.1-1主机存储架构图.217图7.1 2
19、 1 图像接入系统整体架构图.21910表目录表2 2 1用户列表.25表4.1-1桥梁主构件的内力、位移监测部位.40表4.1-2传感器选择准则.47表4.1-3主要监测设备一览指标.48表4.2-1汤口路左幅联桥(TKZ)测点布置情况汇总.68表4.2-2汤口路右幅联桥(TKY)测点布置情况汇总.68表4.2-3汤口路A匝道测点布置情况汇总.69表4.2-4汤口路B匝道测点布置情况汇总.69表4.3-1繁华大道东延工程测点布置结果汇总表.89表4.4-1金寨路高架桥测点布置结果汇总表.121表4.5-1派河大 桥传感器列表.139表4.6-1环巢湖路跨南洲河大桥传感器位置列表.157表5
20、2 1派河大桥传感器类型、数量汇总表.163表5.3-1繁华大道东延工程传感器类型、数量汇总表.166表5.4-1环巢湖路跨南泗河大桥传感器类型、数量汇总表.169表6.3-1根据实测自振频率评定桥梁结构技术状态的评判标准.188表6.3-2用阻尼比值评定桥梁技术状况的评判标准.189表6 4 1立交桥及跨河桥构件分类.196表6.4-2桥梁完好状况评估标准.197表6 4 3根据实测自振频率评定桥梁结构技术状态的评判标准.198表6.4-4用阻尼比值评定桥梁技术状况的评判标准.199表6.9-1主要存储与模型相关的数据.211表6.9-2事件信息数据库.212表7.1-1服务器及存储的配置要
21、求表.217表7.1-2图像接入系统性能指标.219表7.1-3警情发布系统硬件配置.22011表7.2-1大屏设备配置.221表7.2-2席位设计.222表7.2-3席位硬件设备配置.223表7.2-4视频矩阵设备配置.223表7.2-5会商室硬件配置.224表7.2-6机房设备配置.224表7.2-7其它设备配置.225表9.1-1前端数据采集及传输系统费用.错误!未定义书签。表9.2-1监控中心费用.错误!未定义书签。表9.3-1软件开发费用.错误!未定义书签。表9 4 1方案设计费用.错误!未定义书签。表9.5-1运营及维护费.错误!未定义书签。表9 6 1系统报价汇总.错误!未定义书
22、签。12第一章项目概述1.1 项目名称项目名称：合肥市桥梁安全监测诊断系统.1.2 建设单位本项目的建设单位主要包括：合肥市人民政府、合肥市交通运输局、合肥市重点工程建设管理局和合肥市城乡建设委员会、市政工程管理处.1.3 建设背景1.3.1 桥梁安全现状公路桥梁作为城市大型基础建设,是城市生命线工程的重要组成部分.其安全稳定是确保交通畅通的基础，对于国民经济的持续、稳定发展起着重要作用.一旦出现安全事故，不但对人民的 生命和财产安全造成重大 损失，还可能导致部分交通网络瘫痪，造成巨大社会影响.据2013年统计,我国公路桥梁达73.53万座、3977.8 0万米，已超越美国成为世界第一桥梁大国
23、.其中，特大 桥 梁3075座.根据规划,2020年，我国桥梁将达 到8 0万座.因此,桥梁结构的安全状况是政府和公众都非常关注问题.图1.3.1-1城市公路桥梁13近些年,国内外重大 桥梁安全事故频发.依据国外经验,设计平均寿命为75年的桥梁实际使用寿命平均为40年左右.(1)美国：桥梁70万座，调查51.4万座,40%以上有不同程度 的损伤,9.8万座桥梁结构强度降低,应停止使用或限载，占总数的19%;(2)日本：1956年以前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力明显不足，据统计此类桥梁约有5500座,其中4500座属于混凝土桥梁.相比国外的情况，我国交通超限问题严重，使得我国桥梁的损伤和老化
24、的速度更加迅速,据我国上世纪9 0年代统计，我国桥梁的平均服役年限仅为25年左右.而我国目前40%的桥梁始建于上世纪90年代之前,据专家估计我国有约14%的桥梁存在严重问题.近年来，国内外已经发生了多起由于桥梁坍塌引起的重特大事故.据统计国内不到两个月就会发生一起公路桥梁坍塌事件,2013年国内桥梁坍塌事故达23起.这些事故造成了重大的人员伤亡和经济损失，因而引起了公众舆论的关注,产生了极坏的社会影响.2007年8月，美国明尼苏达州1-35公路大桥坍塌,死亡7人,79人受伤,被埋在钢筋水泥废墟中的失踪者约为20人.据当地警方透露,当时在坍塌桥面上有5 0T 00辆汽车.2012年8月，通车仅9
25、个月的哈尔滨阳明滩大桥桥面垮塌，至少3死5伤,损失19亿元.图L3.1-2美国明尼苏达州1-35公路大桥坍塌、哈尔滨阳明滩大桥垮塌142011年七月中上旬，仅8天时间就有4起桥梁坍塌事故发生,20 1 1年7月1 1日，江苏盐城境内的通榆河桥突然发生坍塌，所幸未造成人员伤亡;201 1年7月1 4日，福建武夷山公馆大桥发生整体坍塌，当场造成1人死亡,2 2人受伤;201 1年7月1 5日，杭州钱塘江三桥引桥部分桥面突然塌落，所幸未造成人员伤亡;201 1年7月1 9日，北京怀柔宝山寺白河桥发生坍塌，所幸无人员伤亡.图1.3.1-3城市公路桥梁2011/07/14福建武夷山公馆大 桥、2011/
26、07/11江苏盐城通榆河桥图1.3.1-4城市公路桥梁2011/07/15杭州钱塘江三桥引桥、2011/07/19北京怀柔宝山寺白河桥可以预见在未来几年中，我国必将迎来大范围的桥梁老化现象，公路桥梁正逐步进入风险高发期,如不加以控制，大部分桥梁将提前达到使用寿命.连续发生的多起桥梁倒塌事故敲响了我国桥梁安全使用的警钟.桥梁事故的原因非常复杂，总结以往案例，事故原因大致可分为6类：(1)环境侵蚀：在长达几十年甚至上百年的服役期间,环境侵蚀对桥梁结构和表面的累加效应，致使桥梁出现结构抗力衰减,使其抵抗自然灾害、甚至正常15使用环境作用的能力下降；(2)桥梁结构设计不当：一些事故案例显示，支座设计的
27、不合理可能导致偏载时桥面重心落不到支点上,进而发生安全事故；(3)施工质量问题：施工过程中，偷工减料和不按施工标准实施成为桥梁事故的重要原因之一；(4)养护不及时：在桥梁发生损伤后，如不对其进行相应的养护和维修,随着损伤的发展,桥梁寿命会大大降低，同时也增加了桥梁事故发生的几率；(5)灾难性突发事件：意外碰撞桥体，火灾等突发事件和风灾、地震等自然灾害引发桥梁事故；(6)超载超限车辆：超载超限对桥梁结构损害作用非常大，桥梁承载的交通载荷超过安全负载能力的一倍时，桥梁即可能发生损毁.1.3.2桥梁管理现状目前，合肥市大部分基础建设的安全管理手段主要靠定期的专业人员巡检.针对公路桥梁,巡检周期一般为
28、一年,一些重点桥梁巡检周期为三个月，一些损伤严重的桥梁可能达到一月一检.然而,此类人工巡检方式具有明显不足：(1)人工检测频率限制,检测区间内的桥梁变化无法实时掌握,导致检测结果往往比损伤出现滞后,不能及时对损伤预警；(2)人工检测主观性强,有些参数需要凭借经验估计,无法对桥梁的安全性进行全面、科学、准确的评估；(3)缺乏实时监测数据，无法了解损伤的发展情况；(4)人工检测设备成本昂贵、体积庞大，检测时需要对路面长时间封闭,干扰桥梁正常运行.16(5)人工检测需要多个政府职能部门的相互协调与配合，在一定程度上增加了操作的复杂性.某些大 型桥梁进行检测需要检测人员高空作业，存在安全隐患.图1.3
29、.2-1桥梁人工安全检测1.3.3桥梁健康监测系统的发展20世纪80年代后期,桥梁健康监测系统开始应用于桥梁,其以桥梁结构为平台，通过对桥梁结构的实时监测，将得到的桥梁结构信息进行分析、诊断，对于桥梁可能发生的危险事故进行提前预测预警,在桥梁安全性灾难来临前预警,将减少桥梁安全事故的发生以及事故引起的人员伤亡和经济损失.如下图所示,现有桥梁监测系统核心功能主要包括三个部分：(1)全面获取桥梁当前的运营状态；(2)对桥梁结构的损伤进行诊断，评估桥梁结构的安全性、耐久性和可用性,为桥梁养护、维修和管理提供决策依据；(3)桥梁安全事故发生前进行预测预警,减少损失.17传结息输心关集信传中相采态时推用
30、器状实培利感构并给监测对异常行为探S测，分析、鉴修定、评估损伤断是否对结构或材料造成影响的过程。预测预警基于监测、诊断和模型分析，对建设实体未来损伤以及失效可能性及造成的结果的预测过程图1.3.3-1桥梁健康监测技术为解决公路桥梁当前风险隐患高和管养方式不足的问题,建立起一套能够实时掌控桥梁安全使用现状,给出科学管养依据,并能够提前预警的桥梁结构安全健康监测系统,显得愈加迫切与必要.1.4建设目标与原则1.4.1 建设目标建立合肥桥梁安全监测系统的建设目标是实现对城市桥梁安全运行的全时空、全生命周期的监测与管理.通过对使用中桥梁结构的静动态监测和跟踪检查,及时查明结构现存缺陷与质量衰变,并评估
31、分析其在所处环境条件下的可能发展势态及其对结构安全运营造成的可能潜在威胁,为养护需求、养护措施等决策提供科学依据，以达到运用有限的养护资金获得最佳养护效果，确保结构安全运营的目的.也即设定结构的健康预警线，当桥梁结构处于“亚健康”状态时,及时提醒管理者进行针对性的检查,并加强相应的养护维修.1.4.2 建设原则合肥市桥梁安全监测诊断系统方案的建设将遵循实用性、集成性、开放性和可扩展性原则.(1)实用性原则：监测诊断系统的框架设计将以适应现实系统运行环境和现有体制、工作机制为目标，满足现实情况下的合肥市桥梁实际监控的具体要求.所提出的技术方案和提供的基础产品都是较为成熟的，并将设计方便的人18机
32、界面,易于使用.(2)集成性原则：系统将提供一个集成统一的管理平台，能够将系统管理、数据库管理、网络通讯等系统进行整合集成，形成集数据采集、分析、处理、预测预警为一体的统一集成平台.(3)开放性原则：系统软硬件架构设计遵循业界标准,并提供开放、灵活的传感器信息采集和数据交互接口，可以实现灵活的数据交换功能,既能保证多类型传感器的信息接入，又能保证系统根据实际需求的二次定制开发.(4)可扩展性原则：系统需要具备良好的可扩展性,在一期5座桥梁监控的基础上，可以实现在桥梁管理范围、管理功能、管理数量等方面提供灵活、多样的扩展能力.可以适应新业务、新技术的要求,适应监控诊断系统的未来发展需要,并能与其
33、它基于业界标准的软件进行集成.1.5建设内容为实现以上建设目标，合肥桥梁安全监测系统项目的主要建设内容有：(1)现场建设：包括各类传感器、综合接入网关、交换机、及前端预处理机的布设,管线铺设，以及其它相关附属设施的建设等.(2)监控中心建设：包括值班室、指挥室、监 控 大 厅、装修、家具、显示系统、图像接入系统、综合布线、设备间、监控席位等.(3)数据中心建设：包括数据中心机房、机柜、服务器、存储、网络、通信、UPS、空调等.(4)桥梁安全监测诊断系统软件设计,包括9套子系统.分别是：1套桥梁监测系统：包括桥梁各类信息的集成管理和显示(桥梁基本信息管理)，以及各类传感、视频等采集信息的接入和展
34、示(监测信息显示)；1套数据分析评估系统：基于对桥梁监测信息的接入和分析,实现对桥19梁健康状态的评估,提供对政府相关管理部门的数据服务；1套预测预警系统：对桥梁可能存在的安全隐患进行预测预警,为政府管理者提供交通管制和桥梁养护的决策支持；1套决策辅助系统：包括根据桥梁安全等级等提供维护维修规划及建议、辅助方案生成、预警发布、事件处理记录及统计分析,和反馈信息记录等；1巡检数据管理系统：包含数据的建立、存储、查阅、修改与删除的功能，并且能够实现巡检数据的数字化与纸质化之间的转换与调用；1 套运维管理系统：包含前端传感器的运维管理、视频监控设备的运维管理和运营环境的运维管理等；1套配置管理系统：
35、主要分为对系统的配置管理，系统日志管理，以及对用户,角色及权限的管理等；1套基础数据管理系统：数据管理作为系统基础支撑功能,用于桥梁基本信息、相关模型、预案库、事件信息和历史记录等相关数据的存储，实现监测及其它桥梁相关数据的交互共享和备份管理；1套对外服务系统：建立将桥梁安全监测方面的信息整合在一起的信息门户，并提供对移动终端App的服务.提供业务支持软件,数据库管理软件.1.6 建设周期本项目按照建设总体目标分期完成,并随着桥梁安全监测诊断的业务需求提升,随着相关技术的发展进行不断完善和提高.1.6.1 一期工程一期工程在2015年9 月30日前完成,实现对如下5座桥梁的安全监测诊断系统的建
36、设.(1)南洲河大桥(滨湖湿地公园东边，跨南渡河)20（2）派河大 桥（徽州大道南终点处延伸4公里左右）（3）G 20 6 立交（繁华大道西终点处延伸5公里左右）（4）繁华大道东延工程（繁华大道东终点处延伸至南观河）（5）金寨路高架桥同 螯华大道穿南整河大桥虢点局X长乐乡I曰:值 、宓台能用体育馆rw i、运）合点工更大罩*南 亚 河 大 桥 而 交 通 局 喧 盛j j *-；&、I，,I金寒盅高架桥（市政管 瞰 管 电I）合肥海洋w界图161-1合肥市桥梁安全监测诊断系统一期工程桥梁分布图:逅 克（市 交 通 耐 阚翁山有林公d1.6.2后续工程根据一期工程的实施情况，实现对合肥市交通局、
37、重点局、市政管理处负责管辖的主要公路桥梁监测诊断系统的全面建设.预计在2 0 1 8 年1 2 月底前完成.1.7 项目投资与资金来源本项目一期工程的 建设费用为4 0 5 5.6 5 万元.本项目桥梁安全前端传感器设施、传感网络设备、监测诊断应用系统，所需资金2 5 8 6.0 9 万元，由合肥市人民政府解决.本项目系统运行监控中心硬件建设所需资金9 7 6.3 8 万元，以及场所建设费21用由项目承建单位提供.本项目系统建成后，前端设施的维护服务、传感信息采集服务、桥梁安全监测诊断分析服务，由项目承建单位提供,合肥市人民政府每年提供493.18万元的服务费.1.8效益及风险1.8.1 效益
38、分析合肥市桥梁安全监测诊断系统对保障城市交通安全和促进城市信息化管理都有积极的作用.系统建设具有良好的社会效益和经济效益.(1)社会效益系统将提高桥梁的安全使用等级，降低社会各界对重复建设的质疑，减少桥梁重建对百姓出行的影响，增强 百 姓 出 行 的 安 全 度，体现了党和政府以人为本的执政理念.系统的预警机能通过在桥梁发生危险之前的及时预警，避免桥梁垮塌等恶性事故，保护人民群众的生命安全,维护社会和谐稳定.(2)经济效益桥 梁 检 测 系统的实时性大 大 提 高 了 对 桥 梁 健 康 检 查 的 密 度，减少了检测周期内的危险和盲点，降低了人工检测的人工和时间成本，提高了公路桥梁的正常使用
39、率.超载识别系统提高了对桥梁健康管理的可控性,能辅助交管部门进行交通管制，有效减小管理成本.为桥梁检测加固提供基础数据.通过在最适合的时期进行桥梁加固，可以使得其综合成本最低.系统中大量运用物联网及微电子技术,对提升产业结构、促进数字化城市的发展具有积极的意义.221.8.2风险分析由于桥梁安全监测系统的复杂性和难度较大，突发事件发生的不确定性较 大，桥梁监测技术本身也在不断发展，因此系统建设过程中可能存在着一些不可预见的技术和管理风险,需要在建设中采取有效的手段进行风险的规避和化解.(1)政策风险：本项目符合国家和省政府的相关政策，具有良好的间接经济效益和社会效益,没有政策风险.(2)技术风
40、险：主要来源于桥梁监测传感器等相关技术的成熟度和数据分析系统相关软件的开发.本项目需要进行传感器的选型、安装以及应用软件的开发.不同类型传感器的测量精度是桥梁安全监测的重要保证,相关分析软件的开发能力和售后服务体系是保证项目执行的关键，与合肥市交通局、重点局、市政处等单位实现互联互通和协同是项目的重要组成部分.风险规避措施：本项目需要在传感器购置过程中选择综合实力比较强的厂商,对传感器购置加强调研,充分沟通，以降低风险;对于软件购置和开发,应提出明确的需求并积极协调传感器数据预处理厂商的传感器数据接入，并提高对开发软件生命周期的管理能力，以降低风险;对于与合肥市各政府部门互联互通的方 案，应提
41、出明确的技术标准、要求和实施要求，保证桥梁安全监测数据的互联互通.(3)不确定性因素风险：由于项目涉及土木、计算机软硬件、安全工程等多个专业,体系建设复杂,系统集成过程中如果不能按时满足需求会给本项目的顺利实施带来一定的风险.风险规避措施：在当前形势下，要加强项目全过程的控制和管理，不断提高项目的抗风险能力.并利用项目执行方在其它相关领域安全监控管理的有效经验,为项目的顺利实施提供保障.(4)持续性风险：本项目投资由合肥市政府财政投资和合肥市各政府部门的23投资组成,资金持续性风险较小.本项目在管理、技术、合作等方面存在较小风险.为了应对这些风险，在项目的建设和管理中，要加强专业人员的管理和培
42、训，加强内外部学习和交流.同时在实践中不断发现问题、解决问题,完善项目设计和功能实现,为桥梁健康监控管理工作提供强有力的技术支撑.1.9 方案编制依据依 据 中华人民共和国公路法、公路安全保护条例、中华人民共和国道路交通安全法、建筑施工安全检查标准J G J 5 9-9 9、国 务 院 关于推进物联网有序健康发展的指导意见等相关法律、法规、条例、指导意见等制定本项目方案.1.10 结论与建议桥梁安全监测诊断系统的建设是增强合肥市安全生产运营和政府执政能力建设的需要,建成后可以对合肥市所有的桥梁实现全流程全时段的监测，具有很强的社会效益.本项目建设十分必要且可行,希望合肥市有关部门尽快批复实施.
43、24第二章现状与需求分析2.1 现状分析目前，合肥市桥梁安全问题严峻.2007年 5 月，肥西县的上派河大 桥由于长期有超载大货车通过,导致肥西上派大桥下行桥南端桥梁拉压墩拉杆突然断裂,致使桥梁严重倾斜,险些造成桥梁垮塌事故.止匕外,连接肥西县高店乡和袁店乡的刘坪桥、肥东 的 撮 镇 大 桥、合水路的葛桥等合肥境内多座桥梁均因桥梁安全问题经过大 修.2013年,位于位于合肥市西部，位于长江西路、屯溪路、合作化路 的 汇 合 处 的 五 里 墩 高 架 A3匝道发现桥墩支座老化变形和梁体向曲线外侧偏移和立柱向曲线外侧倾斜等现象，存在垮塌的风险.2.2 需求分析2.2.1 用户分析本项目的用户分为
44、四类，分别是桥梁监管单位、桥梁养护部门，桥梁系统监测人员以及省市级相关领导，本系统为用户提供的服务如下分析表所示：表 2.2-1用户列表序号用户服务内容1省市级相关领导实时提供桥梁安全状态及运营环境状态信息，并能最快的推送报警信息及相关的处置预案给省市相关领导;定期提供全部监测桥梁的安全诊断评估报告，并给出桥梁维护养护建议及相关的统计信息.2桥梁监管单位提供桥梁监管实时的桥梁监测信息和桥梁相关报警信息推送服务，并给出桥梁安全诊断评估报告及管养建议，可根据监管单位需求提供相关的桥梁结构性能的时序演变过程和专项统计分析结果.3桥梁养护单位提供定期或不定期的桥梁健康状态评估，并为桥梁养护部门提供桥梁
45、的综合诊断及养护、维修的建议及预案.4桥梁监测提供桥梁所有实时监测数据及自动的模型分析结果，能够相对准确的对桥梁外部环境，桥梁结构和超限状况进行自动预25人员测预警，并能够将预警信息通过系统平台最高效的推送给相关人员和部门.2.2.2系统功能性需求分析目前,市委市政府、交管部门、重点局、桥梁管养部门、市政管理等相关部门和领导对此问题高度重视.对于该项目系统功能的设计,需覆盖全市的桥梁安全监测及系统支持,加强对全市重点桥梁的监控和管理,保障合肥市人民生命财产安全和交通安全.其相关需求主要体现在：(1)桥梁健康状态实时监测需求采用科学的优化算法对传感器的位置和数量进行优化设计，以满足监测整个桥梁结
46、构健康状态功能的需求为前提，以尽可能少的传感器反应最全面、最真实的结构响应，对桥梁的环境与外部载荷、结构静态响应和动态相应等参数进行实时监控.(2)安全评估需求利用收集到的监测信息并加以分析处理后对桥梁的健康状况加以评估.评估 的 主要内容包括：桥梁结构性能、运营的安全状态、耐久能力以及使用寿命等.(3)预测预警需求对监测数据进行处理，一旦某段时间内因车流量大幅增加或者大幅度降雪等环境因素造成的桥梁承重荷载大幅度增加,分析桥梁是否超载荷,结构是否安全,并分级提供预警信息,为相关桥梁管理部门决定是否需要进行道路限行等管制措施提供依据.基于监测、诊断和模型分析，对桥梁结构未来损伤以及失效可能性及造
47、成的结果进行预测.(4)决策辅助需求根据数据采集系统的监测数据和桥梁健康评估报告,辅助用户进行决策和26判断,生成巡检养护决议，以定期安排人员进行养护和维护;提供桥梁通行载荷的时序统计信息以及突发事件后桥梁运行状态等信息，辅助交管部门进行合理的警力部署.此外,还可以将系统的数据和信息发送至其它公路部门和高级领导，供相关部门参考，为领导在紧急事态下做出及时、正确的决策提供依据.2.2.3系统非功能性需求分析2.2.3.1系统基本需求 系统稳定性：要求系统软硬件整体及其功能模块具有稳定性,在各种情况下不会出现死机现象,更不能出现系统崩溃现象；容错和自适应性能：对使用人员操作过程中出现的局部错序或可
48、能导致信息丢失的操作能推理纠正或给予正确的操作提示.对于关联信息采用自动套接方式按使用频度为用户预置缺省值；易于维护性：要求系统的数据、业务以及涉及电子地图的维护方便、快捷；安全性：要求保障系统数据安全、不易被侵入、干扰、窃取信息或破坏;可扩展性：系统集成架构能够适应业务变化和未来发展需求,系统从规模上、功能上易于扩展和升级,并预留相应的接口；适应性：系统在操作方式、运行环境、与其它软件的接口以及开发计划等发生变化时，应具有的适应能力；易用性：要遵循界面友好、直观，菜单要简洁，菜单格式、快捷键等要充分考虑用户习惯,满足用户使用方便的原则，用户只要了解实际工作的工作流程，无需复杂的技术培训和繁琐
49、的编程即可很方便地使用.2.2.3.2系统性能需求包括系统的服务响应速度、服务质量等级、安全等级、信息资源使用效率等作业品质的需求:27 应用系统支持并发用户数不小于全部使用用户数的30%;高可靠性：应用系统具有7X 24小 时稳定运行的能力，包括监控数据采集、可靠传输与安全存储，关键业务系统支持集群系统，避免意外的系统宕机；响应时间：系统一般操作响应通常小于1秒;复杂查询响应小于6 秒；安全性：确保应用和数据安全，具有容灾备份措施，系统到应用全面的安全保护；2.2.3.3系统安全需求为确保能够全时空的监测桥梁安全状态,系统设计需提前考虑三方面的安全要求：硬件设备的安全性能；数据传输的安全和稳
50、定性；系统运营环境的高效、稳定、可靠.28第三章总体设计方案3.1 设计目标及原则3.1.1 系统总体设计目标合肥市桥梁安全监测诊断系统的总体设计目标包括以下几点：(1)实时获取桥梁运营过程中的环境荷载、运营荷载、桥梁特征和桥梁响应等结构相关数据(监测数据的种类取决于监测系统部署的传感器种类)；(2)通过数据分析与处理，评估桥梁的结构健康状况，对桥梁的安全性和可用性进行评价；(3)识别桥梁结构损伤的可能性，确定其出现的位置范围，为桥梁的维护管理提供决策依据(损伤识别取决于监测节点的部署密度，监测节点密度较低时,无法获得足够精细的结构监测数据,从而无法对其结构损伤进行识别)；(4)对监测数据的变