作品来源：2025届智能建造专业本科毕业设计

设计人：农萧宇、胡筱敏

指导老师：骆剑彬、张鹤、关振长

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作品介绍

随着城市化进程的加速，桥梁作为城市交通的重要组成部分，其安全性和耐久性直接关系到城市的正常运转和居民的生命财产安全。为了更好地维护已投入使用的桥梁，确保其安全运营并延长使用寿命，福通桥梁健康监测系统应运而生。该系统基于先进的 B/S 架构，融合了物联网、大数据、BIM 技术以及现代化的 Web 开发框架，为桥梁的健康监测和运维管理提供了一套高效、智能且可视化的解决方案。

1 系统背景与意义

福通桥梁位于福建省福清市，是一座具有重要交通意义的拱梁组合桥。由于其规模大、技术复杂且施工难度高，对桥梁的健康监测提出了极高的要求。传统的桥梁监测方式主要依赖人工巡检，存在效率低下、数据时效性不足以及成本高昂等问题，难以满足现代桥梁精细化管理的需求。因此，借助信息技术构建智能化的桥梁健康监测系统，成为保障桥梁安全运营的必然选择。

福通桥梁健康监测系统旨在通过实时采集和分析桥梁的结构变形、应力、索力、温度等关键数据，结合环境因素监测，实现对桥梁健康状态的全面评估和预警。系统不仅能够有效预防桥梁安全事故的发生，还能为桥梁的维护和修复提供科学依据，助力实现桥梁使用寿命的延长与运维成本的优化。

图1 福通桥梁效果图

2 系统架构与技术选型

图2 系统架构图

福通桥梁健康监测系统采用 B/S（浏览器/服务器）架构，以 Web 浏览器为客户端，用户无需安装额外软件，只需通过浏览器即可随时随地访问系统，实现对桥梁健康状态的远程监测和管理。系统整体架构分为用户层、交互层、业务功能层和数据层，各层之间通过标准化接口进行数据交互，确保系统的高效运行和可扩展性。

在技术选型方面，系统前端基于 Vue.js 框架结合 TypeScript 开发，利用 Element-Plus 组件库提升界面美观性和用户体验。后端采用 Django 框架，通过 Django REST Framework 创建 RESTful API 实现业务逻辑。数据库选用 MySQL，确保数据的高效存储和管理。此外，系统还集成了 BIMFace 三维轻量化建模技术、DataEase 数据可视化工具以及百度地图开放平台 API，为用户提供直观的三维模型展示、数据可视化大屏和桥梁位置地图等功能。

图3 福通桥梁健康监测系统技术栈

3 系统功能模块设计

福通桥梁健康监测系统包含七大核心功能模块，各模块协同工作，实现对桥梁健康监测的全面覆盖与精细化管理。

图4 福通桥梁健康监测系统功能模块

（1） 数据管理模块

数据管理模块是系统的基础支撑模块，负责对桥梁的静态设计参数和动态监测数据进行统一管理。模块提供多源数据接入通道，实现传感器数据的自动化采集和结构化存储。用户可以通过多维度、多层次的数据检索功能，快速查询目标数据，并进行数据的维护与更新，确保数据的时效性和准确性。此外，模块还设计了标准化的数据接口，支持系统间的信息共享与业务协同。

（2）实时监测模块

实时监测模块是系统的核心功能之一，能够实时采集并展示桥梁各类传感器的监测数据，如应力、位移、振动等关键参数。通过可视化图表和交互表格相结合的方式，用户可以直观地观察数据的变化趋势，并支持数据刷新与历史数据回溯。模块还具备异常预警机制，基于阈值判断与智能算法，对异常数据进行实时分析与预警，确保桥梁的安全运行。

（3）设备管理模块

设备管理模块围绕桥梁监测设备的全生命周期管理展开，构建了完善的传感器运维管理体系。模块包含传感器类型管理、传感器信息管理和传感器阈值管理等功能。用户可以在此模块中完成传感器设备的基础信息录入、类型分类配置及阈值参数设定等工作，确保传感器设备的稳定运行和规范化管理。

（4）项目管理模块

项目管理模块聚焦于桥梁工程信息的全流程管理，为项目信息的数字化与业务流程的规范化提供保障。模块提供项目基础信息录入、编辑与查询功能，涵盖项目名称、负责人、建设周期、进度计划等核心要素。同时，构建了项目文档管理系统，支持图纸、报告、合同等文件的上传、存储、分类管理与版本控制，方便工程师进行档案的管理和查阅。

（5）统计分析模块

统计分析模块通过对监测数据的汇总分析，为桥梁的健康评估和决策提供数据支撑。模块运用统计学方法生成均值、方差、极值等统计指标，并形成标准化报表。用户可以通过折线图、柱状图、条形图等可视化手段直观展示分析结果，提升数据的可读性。此外，模块还支持统计报表的导出功能，方便用户进行进一步的数据分析和研究。

（6）地图可视化模块

地图可视化模块基于百度地图开放平台 API，通过调用地图服务，在系统中嵌入交互地图界面。用户可以在页面上实现地图浏览、缩放、平移、定位等基础操作。模块还支持在地图上精准标注桥梁地理位置，结合经纬度数据实现空间定位可视化，帮助用户快速了解桥梁的具体方位。

（7）BIM 管理模块

BIM 管理模块依托广联达 BIMFace 引擎，实现了桥梁三维模型的轻量化展示和交互操作。用户可以通过浏览器直接访问桥梁的三维模型，进行模型的旋转、缩放、剖切等操作，并支持构件级细节查看。模块还提供了“漫游模式”功能，用户可以模拟实地巡检路径，在三维模型中自由导航，实现模型空间与数据点位的可视化关联，增强监测的直观性和便捷性。

4 系统数据库设计

在桥梁健康监测系统里，数据主要分为两大类：静态数据和动态数据。

静态数据记录着桥梁的 “固定档案”，比如桥梁的具体工程参数（像桥长、桥面板厚这些），还有通车的规定参数（比如车道设计、设计速度）等等。这些数据相对固定，反映了桥梁和系统的基本特征，是整个监测管理的基础信息支撑。

动态数据是指随时间变化而变化的数据，在本系统中，主要就是桥梁上所布设传感器的具体监测数据。传感器数据的接收会进行分层处理。先从底层通过 Thingsboard 平台实时接收分布于桥梁各部位的传感器数据流，再将混乱大量的数据流进行整理分类，然后存储至配套的数据库中（该数据库由课题协作团队开发维护）。

图5 桥梁健康监测系统数据库

桥梁健康监控管理系统数据库的具体功能如下：

（1）桥梁分段信息查询：可以手动或者使用 EXCEL 表格将桥梁原始静态数据及外业采集的健康监测数据导入桥梁技术信息及外业检测数据库，并可进行简单的数据更新、查询、删除等操作。

（2）部分页面的数据需要外键连接：本系统目标是做到由crud页面完成重要信息的增删改查，然后其余页面调用已通过crud页面输入存储的数据进行显示。主要需要用作外键连接的数据有：①传感器类型②传感器统计报表数据③项目信息④传感器阈值管理。

图6 福通桥梁健康监测系统ER图

以下是数据库各功能模块表一览：

表1 传感器类型表

表2 监测点信息表

表3 监测点阈值管理表

表4 预警信息表

表5 动挠度传感器数据表

表6 智能索传感器数据表

表7 应变传感器数据表

表8 统计报表

表9 项目信息表

桥梁健康监测系统的数据库表主要分为以下三类：

(1)信息配置表：传感器信息配置表记录传感器类型、维护单位等信息；监测点信息配置表涵盖监测点编号、传感器安装时间等内容，且以传感器类型作为外键关联传感器类型表；项目信息配置表用于记录项目静态信息。此外，系统还设有项目信息表与项目档案库表，由于仅涉及单一项目，项目档案库表未设置外键关联。

(2)数据更新类表：由应变传感器表、智能索传感器表和动挠度传感器表组成，主要用于存储应力、波长、温度等三类传感器的原始监测数据，并与测点信息表建立关联关系。

(3)风险预警类表：主要用于存储各传感器的预警信息，通过这些信息判断监测点的工作状态，为桥梁健康状况评估提供依据。

5 系统页面操作简介

在本地正常运行打开项目后，用浏览器打开 http://localhost:8080/。并在登录界面输入正确的用户名和密码框后可以进入系统。预设账号是 superadmin，初始密码为 admin123456。用户登录界面如图所示。

图7 登陆界面截图

5.1 系统首页

图8 系统主界面

首页作为系统网站的核心展示界面，将系统最具统计代表性的健康状态数据集成于可视化模块中，通过直观的图表与精准的统计结果，为用户搭建起高效的监测全局视图。

页面主要包含以下核心模块：

①项目概况

②桥梁模型展示（BIMFACE）

③动态显示栏

④桥梁位置地图（百度地图API）

⑤传感器历史统计值（统计折线图）

⑥历史健康评分统计

⑦今日预警情况

其布局如图所示。

一、项目概况

图9  项目概况卡片截图

卡片整理显示了桥梁的基本信息，将项目名称、建设时间、地理位置、设计参数等呈现给用户。

二、桥梁模型展示（BIMFACE）

图10  桥梁模型展示卡片截图

“桥梁模型展示”卡片可通过页面对模型进行拖动，根据分类选中构件，开展模型漫游模式等多样的基础BIM模型展示功能（如图10）。

三、动态显示栏

在“动态显示栏”模块组件内集合了环境天气、预警数量情况、设备在线率、桥梁健康评分几大部分，将每日动态的系统监测基础数据直观地通过图表展示出来。

四、桥梁位置地图

图15 桥梁位置地图卡片

此卡片通过调用百度地图API展示桥梁的具体方位。卡片地图支持拖动及缩放。

五、传感器历史统计值（统计折线图）

图16 传感器历史统计值卡片

在这个模块卡片，使用多选择器配合数据库数据筛选，可以精确直观地观察到指定时间内某类传感器某个测点的总体统计数据变化趋势。

六、历史健康评分统计

图21 百度地图示例中心

如图21，在这个卡片基于历史健康评分数-据进行色彩分级，安全得分越高的对应的显示颜色色调越绿。

七、今日预警情况

图22 今日预警情况卡片

“今日预警情况”模块以展示桥梁近期预警的具体情况为核心内容（如图22）。它以表格的形式呈现“预警时间”、“传感器类型”、“位置”、“预警等级”以及“预警信息”等关键信息。

目前卡片中显示的数据仅为功能展示的示例内容，只是用于演示系统的预警功能和数据呈现方式而非真实预警数据，近期其实并未发生任何真实的预警情况。

5.2 数据大屏

图23 数据大屏

如图23，在系统的首页右上角配置了悬浮的大屏跳转按钮。点击大屏跳转按钮后即可从后台管理系统跳转至公共服务的大屏（如图24）。

或是直接由浏览器打开http://106.55.186.98:8080/#/de-link/S5cOJAlE（云服务器正常使用时）。

图24福通大桥健康数据大屏

图25 实时监控

如图25，健康监测板块仅设 “实时监控” 页面，其核心功能在于展示各传感器详细数据，助力深入分析大桥健康状况。

5.3 项目管理

项目管理部分主要涵盖 “项目信息” 和 “项目档案库”两大核心页面。

5.3.1项目信息

图26 项目信息

如图26项目管理模块的 "项目信息" 页面采用表单式数据输入设计，通过 "输入 - 存储 - 反馈" 闭环实现数据实时更新。

图27 项目信息编辑

如图27可以在这个卡片进行各类项目信息的输入编辑，点击“上传图片”可更改项目图片。

点击”保存更改”后更新的项目信息会即刻反馈到上部的信息显示卡片中，同时首页的项目信息卡片也会相应更新。

5.3.2项目档案

如图28，在项目档案库页面可以上传各类项目文件，系统会存储文件并提供下载，也支持从存储空间中调取文件进行下载。

图28 项目档案库

图29 项目档案库添加文件操作

如图29点击“添加”后即可向系统的项目档案库上传项目相关文件，页面表单信息呈现“添加”弹窗中的输入信息。

5.4 设备管理

设备管理部分主要涵盖 “传感器类型” 、 “传感器信息”、“传感器阈值”三个核心页面。

5.4.1 传感器类型

传感器类型页面主要用于完成对不同类型传感器的分类建档、属性定义及参数设置，为后续数据分析与处理建立统一的数据标准（如图30）。

点击添加即可在系统内注册新的传感器类型。页面支持对表单数据的编辑、删除等等操作。

图30 传感器类型

5.4.2传感器信息

如图31，在“传感器信息”页面里用户可以详细记录和展示每个传感器的具体信息。这个页面可以对具体传感器进行登记、编辑、查询、管理等等增删改查的操作。

图31 传感器信息

5.4.3 传感器阈值

如图32，“传感器阈值管理”页面用于设置和管理传感器的阈值。针对前面已注册过的传感器类型进行阈值数据设定。

图32 传感器信息

5.5 统计报表

如图33，统计报表页面的功能主要是展示各传感器每日监测数据的统计结果。提供每类传感器在每个测点上一天的检测值的均值和方差。

图33 统计报表

统计报表页面会在每日0点自动汇总前一日的数据，并生成详细的统计结果。页面还支持数据的导出功能，可以将统计结果的CSV文件导出下载下来（如图34）。

图34 CSV文件导出下载

5.6后台系统管理

沿用基础框架Dvadmin自带的系统管理功能，支持在后台系统上进行“菜单管理”、“部门管理”、“角色管理”、“用户管理”、“消息中心”等。

5.6.1菜单管理

后台系统的新页面需要通过“菜单管理”页面进行注册配置（如图35）。

点击左下角操作栏按钮可打开菜单配置弹窗，进行新页面的配置并注册边栏目录的相应入口，或者对已有页面的配置信息进行更改（如图36、图37）。

右方卡片是按钮权限配置区域，可通过系统预置的“批量生成”按钮生成默认权限，或者是点击“添加”进行自定义配置。

图35 注册配置

图36 菜单页面配置处           图37 按钮权限配置处

5.6.2部门管理

图38 部门管理

如图38，通过部门管理可以对已有用户进行部门分类，便于实际工程维护工作中的群体信息发送、权限配置等等。

页面按钮点击即可进行新部门注册、用户部门安排、部门设置编辑等操作（如图39、图40）。

图39 部门配置弹窗

图40 用户部门安排弹窗

5.6.3角色管理

图41 角色管理

如图41“角色管理”页面的主要功能是对已有用户的权限进行增删改查。

点击相关按钮即可完成相关配置。

图42 添加角色权限弹窗

5.6.4用户管理

图43 用户管理页面

图44 用户弹窗

“用户管理”界面用于新增用户或对已有用户信息进行编辑，如图44所示。通过设置账号、姓名、角色、手机号码等新增用户。

5.6.5消息中心

“消息中心”页面主要负责工程维护工作中的消息通知和接收工作。在此页面可以查看收到的系统信息，也可以对指定用户、指定角色、指定部门或通知公告进行消息编辑发送。

图45 消息中心页面

图46 消息编辑发送弹窗

6 作品亮点

福通桥梁健康监测系统具有以下显著特点与创新点：

（1）多源数据整合与高效管理：系统采用全流程数字化管理方案，通过 RESTful API 实现数据的标准化交互，确保多源数据的统一管理和高效传输。

（2）三维可视化与交互体验优化：引入 BIMFace 轻量化引擎和 DataEase 数据可视化工具，构建桥梁三维可视化模型，支持模型交互操作和动态数据展示，提升用户的交互体验。

双通道访问机制：系统设计了权限登录管理后台系统和非权限大屏阅读通道，既保障了数据安全，又满足了多方协同工作的需求。

（3）模块化设计与良好的扩展性：系统采用模块化架构设计，各模块独立开发，降低耦合度，便于系统的扩展和维护。

（4）降低使用门槛与提升管理效率：通过数据管理功能前置和操作日志追溯机制，降低系统的使用门槛，提升管理效率。