中小跨徑拱橋技術(shù)狀況智能評估系統(tǒng)研究

李 傲，袁帥華

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,湘潭411201)

參 考 文 獻(xiàn)

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中小跨徑拱橋技術(shù)狀況智能評估系統(tǒng)研究

李 傲，袁帥華

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,湘潭411201)

以橋梁健康檢測與技術(shù)狀況評定為實(shí)踐背景，開發(fā)了一套針對中小跨徑拱橋技術(shù)狀況智能評定的系統(tǒng)，研究可行的智能化管理方法，建立完整可靠的橋梁信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)方便了橋梁管理者對橋梁基本信息的管理.

橋梁檢測；橋梁評估系統(tǒng)；技術(shù)狀況評定

1 橋梁技術(shù)狀況評定系統(tǒng)研制開發(fā)的意義

橋梁是一個(gè)由多構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)，每一構(gòu)件的損壞都會影響橋梁的正常運(yùn)營，而影響橋梁老化、缺損的因素眾多，運(yùn)輸工具的大型化、車輛超載現(xiàn)象的頻繁化都會加劇橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況下降，加上傳統(tǒng)的人工管理方式效率的低下均會使橋梁得不到及時(shí)的養(yǎng)護(hù)而不能滿足正常的運(yùn)營狀態(tài)[1].就橋梁自身的健康狀況而言，橋梁技術(shù)狀況評定的意義在于，通過對其技術(shù)狀況的評定管理人員能夠及時(shí)了解他的性能及服務(wù)狀況水平，根據(jù)其結(jié)構(gòu)性能及服務(wù)狀況水平正確的采取養(yǎng)護(hù)管理措施，對技術(shù)狀況較差的橋梁采取及時(shí)的措施，如加固，拆除重建等，使在役橋梁始終保持一個(gè)良好的運(yùn)營狀況.

目前國內(nèi)橋梁管理部門對橋梁管理的手段比較落后，還停留在以傳統(tǒng)的人工整理的方法來對橋梁的資料進(jìn)行管理.由于橋梁資料較多，管理手段的繁瑣和效率低下，養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，這些都會促使橋梁的技術(shù)狀況水平隨著時(shí)間的推移而下降，給橋梁管理者帶來了諸多不便；防止安全事故的發(fā)生、使二三類橋梁能得到及時(shí)的養(yǎng)護(hù)維修管理是橋梁管理部門非常關(guān)注的問題.隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工整理資料的方法慢慢被取締.橋梁評定系統(tǒng)能夠?qū)⒋罅康臉蛄盒畔⒋娣诺綌?shù)據(jù)庫中，管理效率得到了提高，橋梁評定系統(tǒng)中的技術(shù)狀態(tài)評估功能，可以使橋梁的技術(shù)狀態(tài)很直觀的顯示在橋梁管理者的面前；橋梁評定系統(tǒng)可以很好的規(guī)劃橋梁資金的分配，使在役橋梁始終保持健康的服役狀態(tài).

2 橋梁技術(shù)狀況評定方法的分析

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)工程也得到了不斷的完善，目前較多的系統(tǒng)評定方法和理論都被嘗試著用于橋梁的技術(shù)狀況評定中，并且建立了對應(yīng)的橋梁評定模型，目前國內(nèi)較為常用的橋梁技術(shù)狀況評定的方法主要有[2]：①外觀勘察的綜合評定方法；②基于人工智能評定方法；③基于荷載試驗(yàn)的評定方法；④基于《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)的評定方法.

2.1 外觀勘察的綜合評定方法

外觀勘察的綜合評定方法[2]，主要是讓有經(jīng)驗(yàn)的橋梁工作者對在役橋梁進(jìn)行現(xiàn)場觀測，通過定性的文字描述對其進(jìn)行扣分，然后根據(jù)相應(yīng)規(guī)劃給定的評分規(guī)則和權(quán)重給與評分，得出其所處的類別.《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)給出了橋梁各部件的權(quán)重，并將橋梁總體技術(shù)狀況評定等級分為1類、2類、3類、4類、5類，每一等級對應(yīng)著橋梁相應(yīng)的服役水平.這類評定方法需要橋梁工作者通過對其橋梁大量的文字描述，根據(jù)其描述得出橋梁所處的類別，但是每個(gè)橋梁工作者的經(jīng)驗(yàn)不同得出的結(jié)論有所差別.

2.2 基于人工智能評定

人工智能評定的方法主要包括以下幾種[3][4]：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估法、模糊理論評估法、特爾斐專家評估法.

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估法和模糊理論評估法通常結(jié)合在一起用于橋梁的技術(shù)狀況評定中，這兩種方法結(jié)合在一起可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，大大加強(qiáng)了對信息的處理.

特爾斐專家評估法是通過橋梁專家多輪的匿名打分，把每輪的打分反饋給專家進(jìn)行分析作為下一輪打分的依據(jù)，如此反復(fù)來得出評定結(jié)果.此類方法的缺點(diǎn)在于過程太過于繁瑣，且專家的主觀判斷會給評定結(jié)果帶來很大的影響與橋梁管理系統(tǒng)的客觀性不相符合.

2.3 基于荷載試驗(yàn)的評定

荷載試驗(yàn)的評定方法就是通過對橋梁進(jìn)行動載和靜載試驗(yàn)，在試驗(yàn)荷載作用下通過試驗(yàn)儀器采取橋梁的相關(guān)參數(shù)如撓度、應(yīng)變、頻率、裂縫、振型等，再結(jié)合理論的手段從強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面對橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行分析.此類方法試驗(yàn)費(fèi)用較高，很難普及到每座橋梁，此外這種方法可能會導(dǎo)致病害的加劇.

2.4 基于《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》的評定

《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)中將橋梁分為三個(gè)部分，分別為橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)，本標(biāo)準(zhǔn)按不同的橋型進(jìn)行橋梁評定分類，并細(xì)化不同橋型的部件分類；根據(jù)不同橋型的部件類型制定評定細(xì)則，將評定指標(biāo)進(jìn)行細(xì)分并提出了量化標(biāo)準(zhǔn)；提出了5類橋技術(shù)狀況單項(xiàng)控制指標(biāo)；改進(jìn)了橋梁技術(shù)狀況的評定模型.此類方法的優(yōu)點(diǎn)在于，評定標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重按規(guī)劃給定事先輸入技術(shù)狀況評定系統(tǒng)中，工作人員可以通過現(xiàn)場檢測資料與計(jì)算機(jī)相結(jié)合對橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行評定，減少了人主觀因素的影響和橋梁管理者的養(yǎng)護(hù)成本.

3 橋梁技術(shù)狀況評定方法的選定

在綜合考慮系統(tǒng)功能的需求和計(jì)算機(jī)對評定過程實(shí)現(xiàn)的可能性的基礎(chǔ)上，本文采取基于《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)的計(jì)算機(jī)評定法作為系統(tǒng)的評定方法.《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)中橋梁的技術(shù)狀況評定是采用了分層綜合評定與5類橋梁單項(xiàng)控制指標(biāo)相結(jié)合的方法，依次從橋梁的構(gòu)件，部件，橋面系，上部結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評定，最后根據(jù)橋梁橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況對橋梁進(jìn)行總體技術(shù)狀況評定.

《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)中技術(shù)狀況評定指標(biāo)及技術(shù)狀況評定工作的流程如圖1所示.

圖1 橋梁技術(shù)狀況評定指標(biāo)

4 橋梁評定系統(tǒng)軟件開發(fā)

4.1 軟件開發(fā)工具

中小跨徑拱橋技術(shù)狀況評定系統(tǒng)選取了Microsoft Visual Studio作為其工具集和開發(fā)平臺.VS是當(dāng)前Windows程序開發(fā)應(yīng)用最廣的平臺，VS是一個(gè)幾乎完善的開發(fā)工具集，包含了全部軟件生命周期中所需要的絕大多數(shù)工具，如UML工具，代碼管理工具，集成開發(fā)環(huán)境(IDE)等.目標(biāo)代碼在微軟支持的全部平臺中均可應(yīng)用，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework等平臺.

4.2 軟件開發(fā)語言

在確定了系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的軟件開發(fā)平臺及工具集后，就必須選擇與之相匹配的的系統(tǒng)開發(fā)語言.不同的編程軟件有不同的語言與之對應(yīng)，有些編程軟件甚至有多種語言與之相適應(yīng)，而C sharp語言是與Visual Studio軟件平臺的適用性最強(qiáng).C#(即C sharp)是一種綜合了C++與Java語言特點(diǎn)并對此進(jìn)行了優(yōu)化的面向微軟Visual Studio的語言，也是目前編程語言中使用最多的一種語言之一.

C sharp語言是在與Visual Studio 2002版本一起發(fā)布的，而且.NET中間語言也適應(yīng)C#[5].和其他語言相比，C#在較多方面均有較大的改進(jìn).比如C#在開始設(shè)計(jì)時(shí)就是為了能使其比其他語言更加簡單明了、更加適應(yīng)時(shí)代的需求的開發(fā)語言.在C#中能夠較好的代碼移植到其他編程語言中.這樣C#就能被更加廣泛的運(yùn)用.這樣的改進(jìn)和對Visual Studio具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此C#已經(jīng)變成了程序員最喜歡的開發(fā)語言之一，因此在本文中運(yùn)用C#開發(fā)語言作為中小跨徑拱橋技術(shù)狀況評定系統(tǒng)的開發(fā)語言.

4.3 軟件數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具

中小跨徑拱橋技術(shù)狀況評定系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫采用的是Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫.SQL Server是微軟公司研制的軟件后臺數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫軟件.其作用主要是能夠?qū)?shù)據(jù)的進(jìn)行保存、查詢、更改以及刪除等.SQL Server自身的處理數(shù)據(jù)水平的成熟和能夠很好的適應(yīng)Visual Studio軟件工具集，這也是本文使用SQL Server來作為軟件的數(shù)據(jù)庫的原因.

4.4 軟件功能介紹

中小跨徑拱橋技術(shù)狀況智能評定系統(tǒng)軟件主要由登錄界面、主界面兩部分組成.

4.4.1 登錄界面

系統(tǒng)運(yùn)行后，首先呈現(xiàn)的是用戶登錄界面(如圖2所示)，在用戶登錄界面用戶需輸入正確的用戶名與密碼才能獲得使用本系統(tǒng)的權(quán)限，兩者中任何一項(xiàng)錯(cuò)誤系統(tǒng)就會出現(xiàn)提示，當(dāng)兩者均輸入正確才可進(jìn)入系統(tǒng)的主界面.

圖2 用戶登錄界面

4.4.2 系統(tǒng)主界面

在驗(yàn)證了正確的用戶信息之后，會彈出主界面窗口(如圖3所示)，主界面窗口內(nèi)容包括項(xiàng)目、橋梁基本信息、權(quán)重計(jì)算、橋梁技術(shù)狀況評定、橋梁評定記錄表和幫助六個(gè)部分，六個(gè)主菜單下面還包含著子菜單，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊任意主菜單，就會出現(xiàn)子菜單供用戶選擇，主菜單下所包含的子菜單如圖4所示.

圖3 系統(tǒng)主窗口界面

圖4 系統(tǒng)菜單添加

4.4.3 橋梁技術(shù)狀況評定界面

技術(shù)狀況評定采用《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21-2011)進(jìn)行研制開發(fā)，系統(tǒng)首先將不同類型拱橋的相應(yīng)部件、各構(gòu)件可能存在的病害、檢測指標(biāo)所能達(dá)到的最高等級及扣分值等存儲在數(shù)據(jù)庫中.用戶點(diǎn)擊橋梁技術(shù)狀況評定菜單后，用戶可以輸入選擇自己所需要評定的拱橋類型(如圖5所示),點(diǎn)擊下一步進(jìn)入選擇部位的界面.

圖5 拱橋類型選擇

本文以鋼筋混凝土拱橋中的雙曲拱橋面系中的主拱圈為例，對其進(jìn)行技術(shù)狀況的評定(如圖6、圖7所示).

圖6 評定部位選擇

圖7 評定部件選擇

在技術(shù)狀況評定界面中，用戶根據(jù)所需評定拱橋構(gòu)件個(gè)數(shù)對其進(jìn)行編號，當(dāng)構(gòu)件編號下面選項(xiàng)里可選的構(gòu)件個(gè)數(shù)少于拱橋部件中構(gòu)件的實(shí)際個(gè)數(shù)，用戶可以點(diǎn)擊上面的添加構(gòu)件按鈕進(jìn)行添加.根據(jù)現(xiàn)場檢查的結(jié)果在界面中相應(yīng)評定指標(biāo)的下面輸入評定標(biāo)度，待所有構(gòu)件的信息輸入完成后點(diǎn)擊完成，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)庫中事先編寫好的公式進(jìn)行計(jì)算得出該部件的最終得分(如圖8所示).

圖8 部件評定結(jié)果

點(diǎn)擊確定按鈕后系統(tǒng)會自動返回圖7所示的界面，用戶可以選擇上部結(jié)構(gòu)中其他部件進(jìn)行評定，步驟與主拱圈的評定過程相同.上部結(jié)構(gòu)中所有部件都評定完成后，系統(tǒng)后返回圖3，當(dāng)用戶將橋面系，上部結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)全部評定完成后，系統(tǒng)會將其評定的信息自動保存到數(shù)據(jù)庫中，再根據(jù)其評定結(jié)果得出拱橋的總體技術(shù)狀況及建議(如圖9、圖10所示).

圖9 總體技術(shù)狀況評定

圖10 橋梁建議

5 結(jié) 語

橋梁技術(shù)狀況的評定是橋梁評估中最重要的環(huán)節(jié)之一.本文以本文以橋梁健康檢測與技術(shù)狀況評定為實(shí)踐背景，開發(fā)了一套針對中小跨徑拱橋技術(shù)狀況智能評定的系統(tǒng)，系統(tǒng)以SQL Server數(shù)據(jù)庫來對拱橋的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，以Visual Studio作為的開發(fā)平臺及開發(fā)工具，C#語言作為開發(fā)語言來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能.該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對拱橋基本信息的管理為橋梁工作者對橋梁的管理提供了方便，通過評定功能能對拱橋的技術(shù)狀況進(jìn)行評定并在此基礎(chǔ)上給出了合理的建議.

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張勁泉,王文濤.橋梁檢測與加固手冊[M]. 北京：人民交通出版社,2007.

[2] 陳 濤.基于web下橋梁管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 安徽工業(yè)大學(xué)碩士論文,2013.

[3] 許海濤.橋梁狀況評估技術(shù)現(xiàn)狀[J]. 公路與管理,2010.

[4] 趙大亮,李愛群,王 浩,等.既有公路橋梁評估方法研究現(xiàn)狀[J].工程抗震與加固改造,2007.

[5] 徐安東.Visual C#程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012.

Study on Intelligent Evaluation System for Small and Medium-span Arch Bridge

LI Ao, YUAN Shuai-hua

( School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology, 411201 Xiangtan, China)

Taking the bridge healthy diagnosis and technical condition evaluation as practice background,a feasible method of intelligent management is studied, and a complete and reliable bridge information management system is established.This paper presents the bridge evaluation system for the medium and small span of arch bridge, which is efficient to manage basic information of bridges by bridge managers.

bridge safety inspection; bridge assessment system; technical condition evaluation

2015-06-10

李 傲(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：橋梁施工監(jiān)控.

U445.7+2

A

1671-119X(2015)03-0083-04