橋梁工程運營維護方法論

鳳懋潤，趙正松

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橋梁工程運營維護方法論

鳳懋潤1，趙正松2

(1. 交通運輸部，北京100736；2. 交通運輸部科學研究院，北京 100029)

工程全壽命周期包括規(guī)劃、建造和運營維護三個主要階段。橋梁工程竣工驗收之后進入運營階段，該階段工作主要包括工程維護與工程運行。本文以我國跨江海橋梁工程為典型案例，通過案例研究法系統(tǒng)闡述了橋梁工程運營階段的主要問題、方法和方法論。本文認為，為了達到橋梁百年“養(yǎng)生”維護的目的，“預防性養(yǎng)生”涵蓋健康性檢查、預防性養(yǎng)護、延續(xù)性再造，是保障橋梁工程長期處于良好使用狀況的系統(tǒng)性維護方法；橋梁工程災禍風險防治，需要加強運用“社會管理”方法以保障“人-車-橋”系統(tǒng)安全有序的運行；“工程評估”是對工程價值的再認識，是提升工程認知與再實踐的經(jīng)驗源泉。最終，工程對民生的貢獻要由社會和百姓做出評判。

橋梁；工程；方法論；運營；養(yǎng)生維護；社會管理；工程評估

引言

橋梁工程竣工驗收（一般在交工驗收后2年）標志著工程正式投入運營，國際標準一般要求特大型橋梁工程有百年使用壽命，重要工程則提升至120年、150年，愿景的研究目標則瞄準了200年。工程的服務(wù)期一般都遠遠長于其規(guī)劃與建造期，工程的效益是在百年服務(wù)期中發(fā)揮、積累和顯現(xiàn)出來的。從這一層面出發(fā)而言，以維護和管理為主要任務(wù)的工程“運營”實質(zhì)上是工程建造的延續(xù)過程。

1 百年“養(yǎng)生”維護

——“預防性養(yǎng)生”涵蓋健康性檢查、預防性養(yǎng)護、延續(xù)性再造，是保障橋梁工程長期處于良好使用狀況的系統(tǒng)性維護方法。

大橋建成通車只是發(fā)揮其生命價值的起點，只有保證大橋的健康與安全，才能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。服役期內(nèi)的長大型橋梁在載荷疲勞效應(yīng)、環(huán)境腐蝕和材料老化等因素的耦合作用下，將不可避免地出現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)損傷積累和抗力衰減，從而降低其抵抗災變的能力。這些損傷若不能得到及時的發(fā)現(xiàn)和修復，輕則影響行車安全和縮短橋梁使用壽命，重則導致橋梁突然破壞和倒塌。

橋梁工程養(yǎng)生觀的重要體現(xiàn)是“健康性檢查”、“預防性養(yǎng)護”、“延續(xù)性再造”。

“健康性檢查”的核心是掌握橋梁的健康狀況，確保橋梁的安全運行，是正常開展橋梁養(yǎng)護工作的基礎(chǔ)，是保證橋梁養(yǎng)護得以科學開展的前提。

“預防性養(yǎng)護”的核心是采用“最佳成本效益”的養(yǎng)護措施，強調(diào)養(yǎng)護管理的主動性、計劃性、合理性。適時開展“預防性養(yǎng)護”，延長工程使用壽命，能夠提高資金使用效益，保持橋梁較高的服務(wù)水平。

“延續(xù)性再造”的核心是循環(huán)經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展理念。橋梁工程面臨復雜的自然條件和地質(zhì)環(huán)境，創(chuàng)新技術(shù)首次在工程中應(yīng)用也會暴露出一些新問題（建造的隱患或認識之外的新挑戰(zhàn)），這些情況需要采用對應(yīng)的再建造技術(shù)與方法予以解決，繼續(xù)保障和提升工程的服務(wù)水準。

傳統(tǒng)上，健康性檢查通過人工目測檢查或借助便攜式儀器測量得到的信息而進行，通常可分為經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查。經(jīng)常檢查主要以目測方式配合簡單工具進行；定期檢查主要以目測結(jié)合儀器檢查方式進行；特殊檢查應(yīng)采用專業(yè)儀器設(shè)備，檢查周期視檢查內(nèi)容而定，通過檢測或試驗的方法，結(jié)合理論分析，對橋梁的缺損狀況、病害成因、承載能力或抗災能力做出科學明確的判定，并根據(jù)檢測結(jié)果提出針對性的維修處置措施建議。

實例1黃埔大橋養(yǎng)護管理實踐

黃埔大橋在養(yǎng)護管理實踐中，充分整合了各方資源，在預防性管理理論指導下，推行了主體結(jié)構(gòu)“一站式”養(yǎng)護總承包管理模式?！耙徽臼健钡木C合養(yǎng)護是按照“建、養(yǎng)、運一體”的管理思路，圍繞養(yǎng)護質(zhì)量和安全責任終身制目標，在管理單位的統(tǒng)籌下，由養(yǎng)護主體單位牽頭、聯(lián)合相關(guān)專業(yè)生產(chǎn)單位形成養(yǎng)護聯(lián)合體，實現(xiàn)養(yǎng)護檢查、評估、設(shè)計、施工、監(jiān)理、驗收等業(yè)務(wù)過程資源共享的管理模式。[1]另一方面，日常養(yǎng)護檢查、定期質(zhì)量檢測、長期健康監(jiān)測是落實橋梁養(yǎng)護質(zhì)量與安全管理的三項并行并相互補充的措施。黃埔大橋綜合集成各類養(yǎng)護管理的手段與方法，定期對橋梁養(yǎng)護質(zhì)量及運行狀況進行綜合評估與反饋，形成開展專項橋梁養(yǎng)護決策的基礎(chǔ)性依據(jù)，從而構(gòu)建起了“三位一體”養(yǎng)護質(zhì)量管理模式（如圖1所示）。

依據(jù)檢查結(jié)果，橋梁技術(shù)狀況等級評定分為一至五類。一類橋的技術(shù)狀況處于完好或良好狀態(tài)，僅需對橋梁進行保養(yǎng)維護；而五類橋的技術(shù)狀況處于危險狀態(tài)，部分重要構(gòu)件出現(xiàn)嚴重缺損，橋梁承載能力明顯降低并直接危及橋梁安全。[2]通過預防性管理理論和“三位一體”養(yǎng)護技術(shù)的有效執(zhí)行，黃埔大橋橋梁結(jié)構(gòu)本體和養(yǎng)護工作的質(zhì)量問題得到了很好的解決，大橋自運營以來長期處于一類橋梁技術(shù)等級，同時其養(yǎng)護成本明顯低于地方和全國的平均水平。

隨著近年來傳感、通訊和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)在橋梁，尤其是大型橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為對傳統(tǒng)人工檢查方式有益和必要的補充。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)利用布設(shè)于橋梁上的傳感設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性分析，達到監(jiān)測、檢測結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的。這相當于為橋梁增加了一套神經(jīng)系統(tǒng)。在橋上布設(shè)的各類傳感器類似于神經(jīng)末梢，感知各種信息，再通過有線、無線的傳輸方式（類似于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）傳回后方計算機（相當于大腦），通過分析來得到結(jié)論。

據(jù)不完全統(tǒng)計，當今，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)已在全世界超過300座大型橋梁上得到應(yīng)用，僅在中國就已有超過100座大橋建有規(guī)模各異的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。

實例2 杭州灣跨海大橋的維護管理探索與實踐

杭州灣跨海大橋全長36公里，設(shè)計使用壽命100年，大橋于2008年5月建成通車，總投資134億元。通車以來，大橋共通行各類車輛超過6000萬輛次，日均通行約3.4萬輛次，未發(fā)生重大安全事故，交通事故發(fā)生率、傷亡率、直接經(jīng)濟損失等指標達到了發(fā)達國家高速公路運營管理水平（如圖2所示）。[3]

杭州灣大橋的維護工作針對實際情況，按照《公路橋梁和隧道工程設(shè)計安全風險評估指南》對地震、風災、船撞、火災、暴雨、冰雪、大霧、基礎(chǔ)沖刷、地下水采集導致地面沉降、無節(jié)制圍涂、車輛超載、危險品運輸?shù)仁畮追N風險導致的21 類事件的風險等級進行評估。

杭州灣大橋所處的自然環(huán)境惡劣。杭州灣是世界三大強潮海域之一，潮差大、流速快，北岸記載的最大潮差為7.57米，橋軸線附近2001年實測最大流速為4.25米/秒；海水、海風腐蝕性極強，海水鹽度平均為23.5‰；海域多臺風、大風、暴雨、大霧、團霧、冰凍等惡劣天氣，對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性損害極大。經(jīng)過對大橋各主要構(gòu)件的易損點進行分析研究，杭州灣大橋制定了養(yǎng)護重點，除去常規(guī)的典型易損點，將大橋獨有的、易于發(fā)生的預制墩濕接頭開裂、鋼管樁承臺開裂、鋼管樁銹蝕、海中平臺樁基沖刷等現(xiàn)象置于重中之重的監(jiān)控之中。

杭州灣跨海大橋的養(yǎng)護在“技術(shù)先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理”的理念引領(lǐng)下，實施了“預防性養(yǎng)護、智能化管理、高科技應(yīng)用”“三管齊下”的方法：

第一，在大橋檢查、檢測、保養(yǎng)、維修等方面積極吸取先進的技術(shù)手段，提高大橋養(yǎng)護的質(zhì)量和效率。積極落實預防性養(yǎng)護，將“事后被動式”檢測、維修、加固的傳統(tǒng)管養(yǎng)技術(shù)提升為“主動、預防式”的養(yǎng)護維修管理方式，節(jié)約了管養(yǎng)成本，保障大橋達到預期的使用壽命。

第二，大橋建立了四套大型智能化管理系統(tǒng)，除了健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)外，還有橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)、平臺匝道橋智能化實時監(jiān)測系統(tǒng)和特大型橋梁智能化機電管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基本覆蓋了全橋所有設(shè)施設(shè)備，極大地提升了大橋的養(yǎng)護管理監(jiān)控水平。

第三，研究開發(fā)了“惡劣天氣下特大型橋梁交通安全事件智能分析及預警系統(tǒng)”，從而彌補了人工監(jiān)管和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，將傳統(tǒng)的道路視頻監(jiān)控技術(shù)提升到了新的層次，真正實現(xiàn)了主動監(jiān)控和自動管理。

目前，杭州灣跨海大橋的維護基本實現(xiàn)了全覆蓋、全方位、全時段的監(jiān)控管理，養(yǎng)護管理的信息通過智能化系統(tǒng)得到統(tǒng)一整合，管理機構(gòu)可以方便、快捷、實時地掌握大橋的運營狀況，養(yǎng)護與管理的技術(shù)水準得到了提升。

基礎(chǔ)理論、數(shù)值仿真與模型試驗是現(xiàn)代橋梁工程技術(shù)進步的三大推動力。大型橋梁的力學特性和結(jié)構(gòu)特點，以及所處的特定環(huán)境在設(shè)計階段難于被完全掌控。健康監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，相當于在橋梁現(xiàn)場建立了現(xiàn)場實驗室，可提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息，可對檢驗理論、仿真和模型試驗結(jié)果的準確性，以及修正和優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析理論與構(gòu)造設(shè)計發(fā)揮重要作用。健康監(jiān)測技術(shù)正逐步成為橋梁工程進步的第四大推動力。

實例3 江陰長江大橋“延續(xù)性再造”實例——破解常規(guī)檢測無法發(fā)現(xiàn)的病因

江陰大橋于1999年建成，2003年發(fā)現(xiàn)主橋伸縮縫存在運動障礙（此為特大型索橋的常見病、多發(fā)?。M管采用了設(shè)置標尺定期觀測伸縮量的方式進行人工檢查，但病因一直未能找到。2005年大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)升級改造時增設(shè)了梁端拉繩式位移計，通過該傳感器的實測數(shù)據(jù)與其他橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)：大跨懸索橋與斜拉橋的梁體縱橋向運動形態(tài)上具有很大差異，江陰大橋（懸索橋）的1385米長鋼箱梁體在縱向上不僅隨溫度變化而伸縮，而且由于車輛、風的激勵作用產(chǎn)生每天累積達到近百米的往復震蕩位移和較大的沖擊加速度。大約兩年的累積位移就能消耗完伸縮縫滑塊的磨耗層，使滑塊失靈，造成伸縮縫損壞。作為首座超千米大橋，上述情況是當初設(shè)計時未能預見的，亦是國外伸縮縫廠家未遇到過的。2006年，江陰大橋?qū)嵤┥炜s縫更換時改進了滑塊材料，同時安裝梁端縱向阻尼器等技術(shù)措施，使得大橋至今運行狀態(tài)良好。這一“延續(xù)性再造”的經(jīng)驗有效指導了隨后建造的特大型索橋的體系設(shè)計和伸縮縫技術(shù)標準要求。

主纜是懸索橋的“生命線”，作用是承擔橋面荷載和將其傳遞給置身于地基的錨錠。兩根直徑近1米粗的主纜一般由2-3萬根5毫米粗細的高強度鋼絲捆綁而成。主纜鋼絲的防腐成為世界性的難題。雖然采用了多層防腐措施，但運行了幾十年的國外橋梁局部“解剖”（開纜檢查）檢測發(fā)現(xiàn)，鋼絲銹蝕情況十分嚴重。日前，江陰大橋在自主研發(fā)的除濕系統(tǒng)基礎(chǔ)上完成了對主纜的防腐改造，通過在封閉的主纜內(nèi)部輸送干空氣以進行除濕，為保證主纜永久性的干燥環(huán)境作了新的實踐探索。

眾所周知，我國400米以上跨徑的特大型橋梁建設(shè)只有20多年的歷史，首座跨徑超千米的江陰長江公路大橋只有15周歲。因此，橋梁維護期的養(yǎng)護與管理工作還在探索中前行，一批跨江海橋梁正在不斷創(chuàng)造著新的經(jīng)驗。

實例4 特大型橋梁工程規(guī)范化、制度化建設(shè)是優(yōu)化養(yǎng)護管理的基礎(chǔ)性工作

江陰大橋養(yǎng)管單位15年來始終致力于探索與構(gòu)建特大橋梁的維護制度和維護規(guī)范，編制了《江陰大橋維護手冊》，建立了一套維護“法案”。根據(jù)懸索橋的特點，主橋被分成纜索、鋼箱梁、錨固系統(tǒng)、塔及附屬結(jié)構(gòu)五大部位，各部位的檢查頻率和要求按照《維護手冊》的規(guī)定執(zhí)行，并根據(jù)每次的檢查結(jié)果和構(gòu)件的維修或更新反饋，不斷對手冊進行更新，現(xiàn)已更新至第3版。通過對檢查頻率及部分內(nèi)容的調(diào)整，既沒有增加新的資源消耗，又能全面動態(tài)地把握橋梁結(jié)構(gòu)各部件的技術(shù)狀況，確保了橋梁的安全運營。

2009年建成通車的西堠門海峽大橋創(chuàng)造了世界鋼箱梁懸索橋的跨越新紀錄（跨徑1650米），而且創(chuàng)制了分體式鋼箱梁結(jié)構(gòu)新型式，2015年該橋獲得了國際咨詢工程師聯(lián)合會（FIDIC）“杰出項目獎”和國際橋梁協(xié)會（IABSE）“國際杰出結(jié)構(gòu)獎”。大橋的維護工作從最基礎(chǔ)的制度建設(shè)入手，針對舟山跨海五座大橋（含西堠門橋）各橋特點，先后編制了《大橋巡檢養(yǎng)護手冊》、《舟山跨海大橋突發(fā)事件應(yīng)急預案》、《舟山跨海大橋營運安全生產(chǎn)操作規(guī)程》、《舟山跨海大橋施工安全作業(yè)手冊》、《舟山跨海大橋重要部位安全管理制度》和《大橋內(nèi)部管理制度匯編》等多項管理制度，為特大跨徑跨海大橋管養(yǎng)提供了扎實的基礎(chǔ)。

2012年舟山跨海大橋組建了全國首個大橋管養(yǎng)專家技術(shù)委員會，30余名橋梁專家通過定期召開專家咨詢會的形式，為大橋維護工作提供權(quán)威、專業(yè)、前沿的技術(shù)支撐，對運營維護中重大技術(shù)方案、關(guān)鍵技術(shù)難題、質(zhì)量控制標準、科研課題等進行咨詢指導。

2 災禍風險防治

——“社會管理”是保障“人-車-橋”系統(tǒng)安全有序運行的方法。

工程投入服務(wù)后，運營管理成為保障工程構(gòu)造物可持續(xù)服務(wù)的重要內(nèi)容。公路交通運輸系統(tǒng)（共路、多車行、多人行）有別于鐵路交通運輸系統(tǒng)（專軌、專車行），前者的系統(tǒng)開放性高于后者，熵增引致的復雜度更高，必須引入社會系統(tǒng)運行管理方法，才能有序的引導運行。近些年來，嚴重超載車輛壓垮橋梁、違規(guī)行駛密集重車壓翻橋梁、危險品運輸車輛橋上爆炸摧毀橋梁，以及船舶偏航撞塌非通航孔橋梁、非法采砂挖空橋墩基礎(chǔ)導致坍塌等惡性安全事故不斷出現(xiàn)。各類事故的深刻教訓是：無論是路橋的使用者，還是運輸管理的執(zhí)法者，若有法不依、有章不循，法規(guī)將成為一紙空文，運輸將處于“無序”狀態(tài)，最終導致“亂象”叢生，基礎(chǔ)設(shè)施的“生存”環(huán)境惡化（如圖3所示）。

按照維護管理工作制度，當出現(xiàn)“突發(fā)事件”時（橋梁損毀中斷交通；大型、特大型橋梁出現(xiàn)嚴重病害危及橋梁安全；車輛或船舶與橋梁設(shè)施相撞，造成嚴重后果），橋梁管養(yǎng)單位和交通主管部門在接獲有關(guān)信息后要立即上報上級機關(guān)直至交通運輸部，同時啟動應(yīng)急預案，組織開展應(yīng)急處置管理。

橋梁工程投入運營后就進入了“人（使用者）-車（輛）-橋（梁）”的工程系統(tǒng)活動，這一活動中加入了橋梁工程本體之外的使用者駕駛的車輛，這就使得工程維護管理工作要涵蓋社會人在內(nèi)。沒有對“人-車-橋”工程系統(tǒng)的特定管理，這一工程系統(tǒng)的活動就會陷于混亂狀態(tài)，不可能順利延續(xù)其職能。服務(wù)于使用者的交通工程社會管理被視為該類工程的“斡件”。

發(fā)展中國家的發(fā)展實踐表明，在交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，并對經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮越來越大的支撐作用的同時，加強“社會管理”這一斡件建設(shè)以創(chuàng)造有序環(huán)境，是交通安全暢通、社會長治久安的根本保障。人這一因素是斡件建設(shè)的核心，提高社會人的科學素養(yǎng)、守法意識、社會責任感等綜合素質(zhì)已經(jīng)成為構(gòu)建“人-車-橋”工程系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

從“安全交通”的理念與需求出發(fā)，開展“防御性監(jiān)控”是維護和管理的新內(nèi)涵。“防御性監(jiān)控”的核心思想是利用現(xiàn)代科技手段實時監(jiān)控和預警風險。實時監(jiān)控對大橋有可能造成危害的風險源（如超載車輛、危險品運輸、違規(guī)行駛行為、偏航行船、橋區(qū)挖沙行為等），有利于盡早發(fā)現(xiàn)和消除風險威脅。橋梁工程的安全預警系統(tǒng)和應(yīng)急機制建設(shè)也正在研制中，確立“點-線-面”的空間聯(lián)防理念，橋梁“點”的安全保障要由“線、面”來保障，利用現(xiàn)代信息技術(shù)實現(xiàn)區(qū)域性安全管控，有助于保障橋梁工程“點”安全的萬無一失。

實例5 黃埔大橋運營安全管理——“三巡兩檢一控制”

黃埔大橋運營安全管理中的“三巡”包括：（1）管養(yǎng)單位的監(jiān)控應(yīng)急中心和安全監(jiān)管部門利用高清視頻和流媒體技術(shù)，對道路安全風險點和危險源進行不間斷巡查和監(jiān)管；（2）路政部門根據(jù)工作規(guī)程規(guī)定頻率不定時地對現(xiàn)場交通安全、周邊環(huán)境安全、養(yǎng)護作業(yè)安全等進行現(xiàn)場巡查，發(fā)現(xiàn)隱患及時排除；（3）養(yǎng)護作業(yè)單位根據(jù)養(yǎng)護規(guī)范和養(yǎng)護手冊規(guī)定頻率不定時地對運營環(huán)境、養(yǎng)護質(zhì)量、構(gòu)建設(shè)施等進行現(xiàn)場巡查，發(fā)現(xiàn)隱患及時排除?！皟蓹z”指管養(yǎng)單位的養(yǎng)護工程部門對養(yǎng)護作業(yè)單位的養(yǎng)護質(zhì)量和運營安全進行經(jīng)常性的管理檢查，以及管養(yǎng)單位或監(jiān)督部門定期組織對養(yǎng)護質(zhì)量和運營安全的考核監(jiān)督檢查?！耙豢刂啤敝腹莛B(yǎng)單位根據(jù)安全風險評估內(nèi)容及責任要求，對工程重點結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部位、風險區(qū)域、重大危險源等按照“查原因、立整改、追責任、受教育、促提升”的“五不放過”原則，建立“一事一檔”進行管理，同時對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位采取專項技術(shù)和安全保障設(shè)施，確保結(jié)構(gòu)主體運營的高度安全。

“三巡兩檢一控制”管理技術(shù)有效地解決了橋梁運營環(huán)境的安全問題。黃埔大橋通過“三巡兩檢一控制”和“三位一體”管理及其具體技術(shù)內(nèi)容和聯(lián)系，構(gòu)建了橋梁運營安全管理技術(shù)體系，并開發(fā)了橋梁運營安全應(yīng)急調(diào)度管理系統(tǒng)，實施以預防為主、與快速救援相結(jié)合的防災、減災、治災方法和技術(shù)對策。

實例6 江蘇省長大橋梁健康監(jiān)測“數(shù)據(jù)中心”發(fā)揮“防御性監(jiān)控”作用

國際橋協(xié)（IABSE）的調(diào)查研究表明，盡管科技進步使得船舶的裝備水平、安全監(jiān)督管理水平，以及橋梁的建設(shè)與管理水平等有了長足的進步，但歷年來船撞橋事故仍不斷發(fā)生，且自20世紀80年代以來事故次數(shù)甚至還呈增長態(tài)勢。近130年世界各地發(fā)生了143例橋梁垮塌事故。統(tǒng)計表明，船舶撞擊是導致各類橋梁垮塌事故的第三大因素。但更多時候，船舶的撞擊只是使橋梁受損而非垮塌（例如，武漢長江大橋自1957年建成至1999年，40年間被撞70余次），但這些損傷仍需得到及時檢測，同時應(yīng)及時判定是否限制橋上交通、進行整修維護，并及時追查肇事船只。

江蘇省建立了全國首個區(qū)域橋梁數(shù)據(jù)中心——江蘇省長大橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)中心，該中心利用梁端水平轉(zhuǎn)角幅值、報警啟動后首周期峰谷值和橫橋1階自功率譜密度幅值三個指標構(gòu)建了船撞主梁報警指標體系，可以很好地識別出船舶所帶來的異常結(jié)構(gòu)響應(yīng)。該體系經(jīng)江陰大橋和潤揚大橋的實際數(shù)據(jù)檢驗，效果良好。此外，該中心利用江陰長江大橋、蘇通長江大橋等多座跨江大橋?qū)崪y的2005~2012年15次臺風數(shù)據(jù)，建立了基于長期實測的華東地區(qū)強/臺風譜模型，能夠更加準確地進行跨江大橋在強/臺風作用下的影響分析與可能損傷分析，并對未來類似橋梁的抗風設(shè)計起到了重要的指導作用。

綜上所述，路橋設(shè)施安全管理應(yīng)該包括基礎(chǔ)設(shè)施硬件建設(shè)、軟件建設(shè)和運營秩序斡件建設(shè)三方面，對于維護工程方法的整體結(jié)構(gòu)來說，硬件、軟件和斡件都是不可或缺的，三者互相滲透，互相影響，因此必須將三者相互配合、相互作用、相互整合。人-車-橋交通系統(tǒng)的集成管理、路橋使用者與管理者的集成管理、社會人科學認知與規(guī)則意識的集成教育等構(gòu)成了交通現(xiàn)代化建設(shè)的新的嚴峻的挑戰(zhàn)。

3 工程后期評估

——“工程評估”是對工程價值的再認識，是提升工程認知與再實踐的經(jīng)驗源泉。工程對民生的貢獻最終要由社會和百姓做出評判。

橋梁百年服務(wù)期交通運輸?shù)陌踩珪承惺菍崿F(xiàn)橋梁工程造物的最大效益。地球不會永無止境地給予人類“造物”的機會，所以，每個工程機會都極其寶貴。只有人類工程活動真正符合自然規(guī)律，實現(xiàn)與自然環(huán)境、社會環(huán)境的和諧發(fā)展，工程才能根本地、長遠地造福于人類和社會。工程后評價是對工程論證決策的檢驗和對工程實踐成果的再認識?？茖W公正的后評估是推動工程進步最有價值的總結(jié)。

實例7 江陰大橋全面體檢——大橋建設(shè)質(zhì)量與工程效益的后評估

江陰大橋在通車15周年之際，對全橋結(jié)構(gòu)狀況進行了一次全面的檢測與評估。動力特性測試數(shù)據(jù)與成橋荷載試驗對比結(jié)果表明，主橋振型、頻率數(shù)據(jù)良好，大橋整體性能未發(fā)生明顯變化；由靜載試驗數(shù)據(jù)可知，主梁應(yīng)力、主纜變形、主梁變形和吊索力未見異常。新獲取的關(guān)鍵參數(shù)與通車初期的相關(guān)參數(shù)高度吻合。檢測表明主橋結(jié)構(gòu)整體受力處于良好狀況，整個橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠。

江陰大橋運營的15年，正是我國經(jīng)濟快速發(fā)展的黃金15年。大橋剛剛開通時，每天的交通流量約為1.4萬輛。如今，江陰大橋平均每天的交通流量達到7萬輛，是開通初期的5倍。特別是國家實行節(jié)假日小客車免費放行以后，高峰日流量達到了14萬輛，已經(jīng)超出了大橋的設(shè)計標準。15年來，大橋累計通行的車輛已經(jīng)達到了2.2億輛，通過大橋的客車和貨車比例約為3︰1。按每輛車載客6人粗略統(tǒng)計，15年內(nèi)有13.2億人次通過大橋，幾乎相當于每個中國人都在江陰大橋上通過一次。

大橋的建設(shè)使得兩岸經(jīng)濟得到了快速的發(fā)展。通車初期，江蘇省委、省政府就做出了兩岸聯(lián)動開發(fā)的戰(zhàn)略決策，將不同的地域經(jīng)濟融合在一起，促進區(qū)域社會發(fā)展。1999年江陰、靖江兩地的國民生產(chǎn)總值（GDP）合計是396億元；截至2013年，兩地的GDP合計已達4360億元，整整增長了10倍，這與大橋?qū)Ω纳仆顿Y環(huán)境、拉動經(jīng)濟發(fā)展的貢獻密不可分。

實例8 蘇通大橋經(jīng)濟社會效益后評估

連接蘇州與南通兩市的蘇通大橋于2008年建成通車，結(jié)束了“南通南不通”的歷史。大橋?qū)㈤L江南北兩岸原本割離、獨立的公路網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)結(jié)在一起，改變了南通一直以來受長江天塹阻隔的不利條件，縮短了南通與上海、蘇南之間的時空距離，使南通融入了上?！耙恍r都市圈”，并逐步成為整個華東路網(wǎng)的南北交通要沖。

蘇通大橋建成通車后的五年間（2008年～2013年），南通的區(qū)位條件得到了巨大的改善，大橋?qū)δ贤ń?jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生了一系列積極的影響。南通經(jīng)濟總量迅速躍升，在全國大中城市的排位前移了2位；地方公共財政預算收入提升2.6倍，位居全國地級市第5位。上海、蘇南龐大的市場需求也促進了南通農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進程，南通源源不斷地向上海和蘇南提供優(yōu)質(zhì)農(nóng)副產(chǎn)品，每年銷往上海的農(nóng)產(chǎn)品年均成交額達60多億元。與此同時，上海、蘇南等先進地區(qū)的產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了跨江向北的梯度轉(zhuǎn)移，特別是在合作共建園區(qū)方面成效顯著。上海、蘇南在南通落戶的企業(yè)和項目累計達322個。這一地區(qū)先后建設(shè)了蘇通科技產(chǎn)業(yè)園、錫通科技產(chǎn)業(yè)園、上海市北高新（南通）科技城等12個跨江合作園區(qū)（如圖6所示）。[4]

由此可見，一座橋，不僅可以改變一座城市，更可以帶動一個區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展、人文交流，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟社會的“一體化”。交通關(guān)鍵結(jié)點的工程建設(shè)，有效地解決了江河湖海、峽谷溝壑等阻斷交通所帶來的瓶頸制約，加快疏通了我國交通路網(wǎng)的血脈。

蘇通長江大橋和杭州灣跨海大橋通車后，公路沿海大通道（Ｇ15沈陽－?？诠罚㈤L江三角洲與環(huán)渤海區(qū)域、珠江三角洲這三個全國最發(fā)達的經(jīng)濟區(qū)域連通起來，長三角地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和區(qū)域聯(lián)動產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。舟山連島工程使舟山本島與陸地連通，使得該地區(qū)不但融入了長三角都市圈，還成為了首個以海洋經(jīng)濟為主題的國家級新區(qū)。這一工程不僅促成了當?shù)貜慕煌┥业浇煌屑~的飛躍，更通過物流、資金流、信息流的匯聚和擴散影響了經(jīng)濟社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，促進了蘇浙滬經(jīng)濟圈的協(xié)同發(fā)展。這也印證了，“科學技術(shù)在當今世界作為第一生產(chǎn)力的作用愈益凸顯，工程科技進步和創(chuàng)新對經(jīng)濟社會發(fā)展的主導作用更加突出，不僅成為推動社會生產(chǎn)力發(fā)展和勞動生產(chǎn)率提升的決定性因素，而且成為推動教育、文化、體育、衛(wèi)生、藝術(shù)等事業(yè)發(fā)展的重要力量?！盵5]

從這些案例中可以清楚地認識到交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展之間相輔相成的關(guān)系。作為高速公路網(wǎng)節(jié)點的橋梁工程建設(shè)為國家經(jīng)濟社會發(fā)展、政治穩(wěn)定起到了重要的支撐作用，同時，中國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，也為橋梁工程的進步提供了歷史機遇。

4 結(jié)語

橋梁開通運營后，工程就開始履行社會服務(wù)職能。無論何種不安全因素導致交通中斷，不僅會嚴重影響工程的服務(wù)水平，而且會造成社會經(jīng)濟效益的直接損失。因此，必須建立起工程“社會成本”和“全壽命成本”的概念，樹立起“建造是生產(chǎn)力，維護管理也是生產(chǎn)力；建造是發(fā)展，維護管理同樣是發(fā)展”的哲學思維與工程理念。

伴隨大量新橋逐年投入運營，我國橋梁維護高峰期日漸到來，發(fā)達國家“基礎(chǔ)設(shè)施在老化，維護與更換的速度已經(jīng)跟不上它們的劣化速度”的狀況近在眼前?！爸亟ㄔO(shè)輕維護管理”會導致服役橋梁“肌體后天失養(yǎng)”而折壽。維護與管理已成為繼大規(guī)模建設(shè)之后的全新課題。

今天，構(gòu)建“數(shù)字橋梁”已經(jīng)變成現(xiàn)實。橋梁信息系統(tǒng)（BrIM）就是以工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，構(gòu)建起工程全生命數(shù)字仿真模擬模型。這一“數(shù)字化”平臺將支撐起“智慧橋梁”的發(fā)展。應(yīng)該說，作為復雜工程系統(tǒng)的橋梁全壽命周期的方法論在認識上有了革命性的提升，被置入了“智能化”的特質(zhì)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的數(shù)字橋梁工程建設(shè)已經(jīng)啟動，展現(xiàn)出了如下特征（圖7）：

在規(guī)劃階段，以經(jīng)濟社會、綜合交通等基礎(chǔ)性“海量數(shù)據(jù)”為基礎(chǔ)，通過大數(shù)據(jù)和建模計算，為交通量預測得出準確度更高的預測和分析結(jié)果，是需求預測方法的革命性創(chuàng)新。

在設(shè)計階段，工程師可以運用高度發(fā)展的計算機輔助手段，進行精準的整體與局部的結(jié)構(gòu)力學仿真計算，模擬工程在地震和臺風襲擊下的表現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的應(yīng)用可以預先逼真地呈現(xiàn)橋梁建成后的外形、功能、對環(huán)境的影響和形成的晝夜景觀等，便于設(shè)計的修改完善和方案決策。

在橋梁的制造和架設(shè)階段，可以運用智能化的制造系統(tǒng)在工廠完成部件的加工，采用全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙控技術(shù)，由建設(shè)和管理者監(jiān)督、指揮、操控橋梁的施工。

在橋梁建成交付使用后，可通過日常養(yǎng)護管理系統(tǒng)、健康監(jiān)測系統(tǒng)和資產(chǎn)管理系統(tǒng)保證橋梁安全和正常運行。一旦出現(xiàn)故障和損傷，健康診斷和專家系統(tǒng)會自動報告損傷部位并提出養(yǎng)護對策。

方法論是認識、分析、解決一類問題所規(guī)定的思路與原則。當然，在這一思路與原則之下，要解決具體問題，還得要有具體的技術(shù)、工具和程序，這就是方法論“規(guī)定”下的方法。可以預見，橋梁工程建設(shè)方法將隨著科學技術(shù)的進步而與時俱進，逐步完成由量變到質(zhì)變的提升，而橋梁工程方法論的核心內(nèi)涵——“系統(tǒng)工程思想指導下的技術(shù)與非技術(shù)要素集成辯證統(tǒng)籌論、實踐觀指導下的需求與問題導向的漸進式創(chuàng)新論、可持續(xù)發(fā)展觀指導下的價值工程認識論”也將隨之不斷豐富和完善。

我國已成為世界橋梁大國，橋梁工程實踐者秉承唯物主義世界觀，堅持工程實踐與工程哲學、工程演化論、工程本體論、工程方法論等理論相統(tǒng)一，不斷地探索與應(yīng)用先進的辯證統(tǒng)籌決策、綜合集成構(gòu)建、養(yǎng)生增壽維護和系統(tǒng)社會管理方法，并促使“智能化”決策、建造、維護等工程方法逐步成為現(xiàn)實。在橋梁發(fā)展的征程中，橋梁工作者保持著在實踐中再認識的熱情，踐行著探索并適應(yīng)新環(huán)境的精神，對橋梁工程方法進行著不懈的完善與創(chuàng)新。

致謝

本文的論述依托我國特大型橋梁工程的建設(shè)實踐，特別是江陰大橋、蘇通大橋、泰州大橋、西堠門大橋、杭州灣跨海大橋、廣州黃埔大橋和港珠澳大橋，以及中國企業(yè)參與建設(shè)的美國舊金山新海灣大橋等的技術(shù)成果和建設(shè)經(jīng)驗，在此一并致謝。

[1] 張少錦. 大跨度橋梁建設(shè)與養(yǎng)護技術(shù)[M]. 北京人民交通出版社，2012.

[2] 李昌鑄，張勁泉等. JTG/T H21-2011公路橋梁技術(shù)狀況評定標準[S]. 北京：交通運輸部，2011：5.

[3] 朱國金，沈翔. 七連冠是怎樣養(yǎng)成的—“三解”杭州灣跨海大橋養(yǎng)護管理精髓[N]. 中國交通報，2015-5-11（8）.

[4] 黃鎮(zhèn)東. 路橋建設(shè)釋放中國發(fā)展的潛力[J]. 橋梁，2015, 63(1): 15-16.

[5] 習近平. 我親歷過杭州灣跨海大橋修建全過程[EB/OL]. (2014-06-04 ). [2016-04-15] http://m.thepaper.cn/newsDetail_ forward_1248929.

Operation and Maintenance Methodology in Bridge Engineering

Feng Maorun1, Zhao Zhengsong2

(1. Ministry of Transport of the People’s Republic of China, Beijing 100736, China;2. China Academy of Transportation Sciences, Beijing 100029, China)

Life cycle of an engineering project consists of three main stages, including planning, construction and operation. After completion approval, a bridge project moves to operation stage, including project maintenance and safety operation. This paper takes Chinese sea-crossing bridge projects as typical cases, and systematically illustrates main problems, methods, and methodology in the period of bridge operation and maintenance. This paper argues that to achieve 100 years’ safety operation, “Preventive Maintenance” is the process of bridge project health inspection, preventive maintenance and sustainability rebuilding, and is a system maintenance method to guarantee the long-term good service condition of a project. “Disaster risk prevention” needs the social management method to guarantee the safety and order operation of “people-vehicle-bridge” system. “Project Assessment” is a re-understanding of project value, and is the experience source of engineering understanding improvement and re-practice. The contribution to a society from a project shall be made by the society and people eventually.

bridge; engineering; methodology; operation;maintenance; social management;project assessment

10.3724/SP.J.1224.2016.00644

U445

A

1674-4969(2016)06-0644-10

2016-09-05;

2016-09-15

鳳懋潤（1941-），男，研究生學歷，教授級高級工程師，研究方向為橋梁工程與工程管理。E-mail: fengmr@mot.gov.cn趙正松（1977-），男，雙碩士學歷，高級工程師，研究方向為交通工程經(jīng)濟與管理。E-mail: zhaozhengsong@tsinghua.org.cn