基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺的裝配式鋼梁應(yīng)急保通體系研究

韓鵬

(上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司,上海市 200092)

基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺的裝配式鋼梁應(yīng)急保通體系研究

韓鵬

(上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司,上海市 200092)

以風(fēng)險事件后橋梁“快速保通”需求為出發(fā)點,綜合論述了庫存裝配式鋼梁信息數(shù)據(jù)庫建立、快速搭設(shè)保通技術(shù)儲備,以及快速保通協(xié)同工作體系等方面的關(guān)鍵技術(shù)要點。研究表明,基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺建立應(yīng)急保通信息化管理體系,是現(xiàn)代橋梁智慧化運維管理工作的重要后端,可在確保區(qū)域裝配式鋼梁相關(guān)倉儲、運輸、架設(shè)和多部門協(xié)同工作的同時,高效實現(xiàn)技術(shù)裝備的“共享型”應(yīng)用。

裝配式鋼梁；貝雷梁；應(yīng)急保通；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

在龐大的公路交通體系中,以中小跨度橋梁為代表的橋梁網(wǎng)絡(luò),承擔(dān)了道路跨河、跨線關(guān)鍵節(jié)點乃至長大線路的交通任務(wù)。作為道路交通的關(guān)鍵節(jié)點,橋梁安全運維是保障人民生命財產(chǎn)和區(qū)域經(jīng)濟正常發(fā)展的重要因素,也是道路、交通、航道等部門的共同訴求。交通量提高、橋梁安全狀況變化、區(qū)域化管理任務(wù)加重,客觀上對橋梁運維管理工作的信息化提升提出要求。

橋梁在運營過程中,面臨來自交通負荷、運營環(huán)境等復(fù)雜條件的作用,存在材料劣化、地基沉降等因素造成的漸變型風(fēng)險,以及來自車輛（船舶）撞擊、車輛超荷、危險品泄漏、自然和地質(zhì)災(zāi)害等突發(fā)型事件的風(fēng)險。

針對遭受嚴重風(fēng)險事件的橋梁,以及大量技術(shù)狀況評定為四、五類的中小型橋梁,在病害發(fā)生的情況下,盡可能實現(xiàn)簡便、迅速的保通是應(yīng)急搶險的首要目標(biāo)?；趲齑嫜b配式鋼梁（即“戰(zhàn)備梁”）實現(xiàn)損傷橋梁的快速化保通,是城市交通應(yīng)急保障體系的高效解決方案。

裝配式鋼梁結(jié)構(gòu)承載能力強,拆裝和運輸便捷,構(gòu)件通用性強,可廣泛應(yīng)用于橋梁和其它有跨越需求的工程的應(yīng)急搶修,并可用于在工程施工中搭設(shè)臨時通道。但同時,從城市應(yīng)急管理的角度,當(dāng)前裝配式鋼梁的日常倉儲、調(diào)用、維護尚未體系化。一方面,裝配式鋼梁由應(yīng)急物資倉庫、施工裝備企業(yè)等部門所有,日常以租賃等方式提高設(shè)備利用率,但庫存節(jié)段數(shù)量、零件類型、裝配機具配套量等,難以滿足城市風(fēng)險應(yīng)急需求；另一方面,交通設(shè)施管理部門對庫存裝配式鋼梁的分布、類型、運輸方式等信息,尚不能實現(xiàn)實時的集約化管理,在風(fēng)險事件后,常需臨時聯(lián)系調(diào)配、構(gòu)建運輸和架設(shè)方案,時效性、系統(tǒng)性有待于提高,客觀上對裝配式鋼梁的信息化綜合管理技術(shù)提出需求。

基于現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能巡檢技術(shù)、云平臺數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺,為橋梁區(qū)域化安全運維管理提供從風(fēng)險感知、病害巡查,到綜合數(shù)據(jù)存儲、運算管理,到風(fēng)險預(yù)（告）警、應(yīng)急保通、維修養(yǎng)護全過程的產(chǎn)業(yè)化智慧服務(wù),成為中小型橋梁區(qū)域化管理的破局之道[1]。

基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺建立裝配式鋼梁應(yīng)急保通信息化管理體系,可長期實時掌握區(qū)域內(nèi)裝備式鋼梁等應(yīng)急裝備的位置和技術(shù)信息,為橋梁應(yīng)急搶險提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐,以平臺化管理實現(xiàn)風(fēng)險事件后多部門高效協(xié)同工作,是橋梁智慧化運維管理工作的重要后端。技術(shù)構(gòu)架見圖1。

1 裝配式鋼梁信息調(diào)研和數(shù)據(jù)庫建立

針對高負荷的公路交通干線,在風(fēng)險事件后,快速“保通”是應(yīng)急搶險的首要任務(wù)。在此目標(biāo)要求下,需要針對庫存的裝配式鋼橋進行整體的信息調(diào)研,以保證應(yīng)對緊急事件時,能夠做到快速、安全的資源調(diào)配和結(jié)構(gòu)架設(shè)。庫存裝配式鋼梁信息數(shù)據(jù)庫應(yīng)包含如下關(guān)鍵要素:

圖1 應(yīng)急保通體系技術(shù)構(gòu)架

（1）庫存裝配式鋼梁構(gòu)件信息

包含裝配式節(jié)段、結(jié)構(gòu)部件、配件尺寸型號、承載能力、庫存位置、數(shù)量；支座等連接構(gòu)件信息等。

（2）裝配式鋼梁運輸信息

針對不同跨度、不同類型的橋梁,裝配式鋼梁的運輸方式有所不同,例如采用開放式貨車、廂式貨車或船運；根據(jù)結(jié)構(gòu)需求和運輸路徑需求,采用大型貨車整體運送或小型貨車零擔(dān)運送。需對各種構(gòu)件、整體式梁體可采用的運輸方式進行調(diào)研統(tǒng)計,以針對工程地點、橋梁類型、損傷程度不同、緊急程度不同的事件,采用最合適的運輸方式。

（3）庫存裝配式鋼梁裝配方式信息

不同跨度、不同類型的裝配式鋼梁,其裝配方式、操作規(guī)程和所需工具不同,應(yīng)對其信息進行調(diào)研,確保在緊急事件應(yīng)對中,能夠做到庫存工具充足,或應(yīng)急響應(yīng)機構(gòu)所轄范圍內(nèi)能夠做到工具和機械的高效、充足調(diào)配。

（4）現(xiàn)有應(yīng)急響應(yīng)人力資源信息

各橋梁所屬轄區(qū)內(nèi),應(yīng)急搶險人員配置；工作方式、規(guī)程；人員作息和緊急調(diào)配方式；可用于裝配式鋼梁運輸、安裝等工作的技術(shù)和相關(guān)工作人員信息。

（5）與橋位相關(guān)的運輸路徑

與轄區(qū)各橋梁相關(guān)的應(yīng)急運輸路徑,如是否可供大型運輸車輛通行,是否有輔道可供應(yīng)急搶險車輛進入工程場地,沿途車輛限高、轉(zhuǎn)彎半徑、車道寬度、車輛限行政策等條件是否滿足？針對不同的損傷模式,若需不同的裝配式鋼梁,則如何選取最合適、高效的運輸路徑？

2 庫存裝配式鋼梁快速搭設(shè)保通技術(shù)

城市橋梁應(yīng)急體系主要面對的是數(shù)量巨大,分布廣泛的中小型橋梁,在交通量日益增大的時期,“快速”是最主要的要求,因而,與之相應(yīng)的技術(shù)儲備,均以該要求為基本目標(biāo)。

（1）庫存裝配式鋼梁的快速選取和調(diào)配

根據(jù)病害橋梁的結(jié)構(gòu)特點和病害特點,快速選取裝配梁結(jié)構(gòu)模式、構(gòu)件類型等,以及與快速保通相關(guān)的技術(shù)規(guī)程的選取。

（2）裝配式鋼梁快速架設(shè)方式研究

以“應(yīng)急保通”作為基本目標(biāo),應(yīng)力求做到將“庫存”的構(gòu)件快速架設(shè),保證暢通。對不同類型、跨徑和地質(zhì)條件的橋梁,其快速架設(shè)需要的技術(shù)方法不同。在對大量工程進行普查的基礎(chǔ)上,對不同結(jié)構(gòu)特點、地質(zhì)條件以及周邊場地特點的橋梁進行歸類,并針對不同類型、不同等級的損傷或病害,給出不同的架設(shè)方式,如整跨吊裝架設(shè)或構(gòu)件組裝等。

（3）裝配式鋼梁架設(shè)承載力研究

對現(xiàn)有的裝配式鋼梁,其本身的搭建方式和承載能力,可參照操作規(guī)程來確定。但對具體工程,則應(yīng)考察架設(shè)裝配式鋼梁之后,原有結(jié)構(gòu)的承載能力,如既有橋墩承載力,上跨現(xiàn)有結(jié)構(gòu)時,支承位置處結(jié)構(gòu)的承載能力等。

在緊急事件條件下,詳細計算的時間不夠充裕,因而可通過預(yù)先調(diào)查研究,給定預(yù)案,以便在應(yīng)急條件下使用。

3 快速保通協(xié)同工作體系

公路交通體系除城市和主干線橋梁外,大量農(nóng)橋、水利橋也是重要的組成部分。很多橋梁目前仍存在歸屬不明確,監(jiān)管不到位等問題,要滿足應(yīng)急保通這一基本需求,尚存在部門協(xié)調(diào)、人員調(diào)配、資金支持、責(zé)權(quán)劃歸等方面的問題。應(yīng)力求在多部門的協(xié)調(diào)下,建立較為明確的規(guī)章制度和協(xié)同工作規(guī)程,保證在緊急事件下能夠做到整體快速響應(yīng)。

（1）橋梁歸屬和管轄調(diào)查

在主管部門的領(lǐng)導(dǎo)下,對各中小橋梁進行信息收集,了解其歸屬和管轄部門,力求在主管部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下,在“應(yīng)急保通”這一共同目標(biāo)的引導(dǎo)下,實現(xiàn)各部門的協(xié)同工作。

（2）應(yīng)急工作機制的建立

在緊急事件發(fā)生后,管理部門迅速調(diào)配相關(guān)管轄和技術(shù)力量,實現(xiàn)工程、交通、航運、水務(wù)等相關(guān)部門的迅速響應(yīng)和協(xié)同工作。對工程技術(shù)人員,確保全時有人值守崗位,緊急情況下確保有效調(diào)動人力資源。

4 相關(guān)風(fēng)險要素

針對快速應(yīng)急保通需求,實現(xiàn)快速、緊急行動,這將同時給人員安全和工作質(zhì)量帶來一定的風(fēng)險。力求在以完備的規(guī)章制度予以保障的同時,通過建立善后保障機制,來應(yīng)對可能存在的風(fēng)險。主要包括工作中的人身安全風(fēng)險；運輸和裝配中的設(shè)備、構(gòu)件安全風(fēng)險；設(shè)備、構(gòu)件儲備充足性；協(xié)同工作有效性等帶來的風(fēng)險等。針對一系列可能存在的風(fēng)險,建立相應(yīng)的善后保障和補償機制。

5 庫存需求分析示例

裝配式鋼梁通常是以標(biāo)準(zhǔn)段形式整體倉儲,同時,根據(jù)組合形式的不同,具備不同的最大跨越能力。用于應(yīng)急搶險時,一般不具備在橋跨中部設(shè)置支點的條件,因而,需利用既有橋墩或者“梁上架梁”的方式實現(xiàn)損傷橋跨的直接跨越。需根據(jù)區(qū)域橋梁的單跨統(tǒng)計特征,確定裝配式鋼梁庫存數(shù)量和組合形式需求,在滿足應(yīng)急需求的前提下,降低庫存總量,提高非搶險時段的裝備利用率,在“應(yīng)急儲備”和“資源利用”之間尋求平衡。

以常用“321鋼橋”為例[2][3],其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度3 m,組合形式分為單排單層（SS）、加強單排單層（SSR）、雙排單層（DS）等10種類型,最大跨越能力見表1。

表1 “321”鋼橋組合形式與最大跨徑

以某區(qū)為例,橋梁管理部門統(tǒng)計樣本橋梁263座,共計1 140跨。根據(jù)“321鋼橋”的節(jié)段組合長度,對橋跨進行分布統(tǒng)計,見圖2。

圖2 橋跨分區(qū)間段統(tǒng)計條狀圖（長度單位:m）

同時,根據(jù)組合形式的最大跨越能力,對區(qū)域橋跨進行統(tǒng)計。力求滿足大部分橋跨的保通需求,同時不因組合形式的變化而大幅增大倉儲節(jié)段量,見圖3。

圖3 根據(jù)裝配式鋼梁跨越能力統(tǒng)計適用橋跨數(shù)量

由圖2、圖3可見,若以單向單車道保通為最基本目標(biāo),則最大跨越能力24 m的“雙排單層（DS）”可滿足區(qū)域內(nèi)1 031跨橋梁的應(yīng)急保通需求,占總跨數(shù)90.4%。對此,需配備8×2×2=32個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段,以及相應(yīng)的零部件和裝配、運輸機具。

若儲備最大跨越能力36 m的“加強型雙排單層（DSR）”,可滿足1 127跨需求,占總跨數(shù)98.9%。對此,需配備12×2×2=48個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段,并同時儲備節(jié)段所需上、下加強弦桿。

跨越能力近似的“三排單層（TS）”、“雙排雙層（DD）”,由于顯著增加節(jié)段數(shù)量,不作為推薦儲備方案。

綜上可見,對該區(qū)橋梁,以32個“321鋼橋”標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段作為常態(tài)應(yīng)急儲備,即可基本滿足應(yīng)急保通需求。

在通過中心管理系統(tǒng)對庫存裝配式鋼梁倉儲、運輸、架設(shè)信息進行綜合管理的條件下,上述儲備可以“分散存儲、總量保證”的形式,由多處倉庫共同“動態(tài)”滿足日常庫存和應(yīng)急調(diào)配需求。

6 結(jié)語

本文綜合闡述庫存裝配式鋼梁信息數(shù)據(jù)庫建立、快速搭設(shè)保通技術(shù)儲備,以及快速保通協(xié)同工作體系等方面的關(guān)鍵技術(shù)要點,并以某區(qū)橋梁為示例,根據(jù)橋跨統(tǒng)計分析,確定了該區(qū)域橋梁應(yīng)急保通所用裝配式鋼梁的倉儲需求。

以物聯(lián)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)管理平臺對庫存裝配式鋼梁進行信息化、集約化管理,可快速、高效實現(xiàn)風(fēng)險事件下的資源調(diào)配和多部門協(xié)同響應(yīng)。同時,可對區(qū)域內(nèi)裝配式鋼梁倉儲單位進行統(tǒng)籌管理,在滿足應(yīng)急需求的前提下,實現(xiàn)設(shè)施利用效益最大化,亦為“共享型”經(jīng)濟模式的具體體現(xiàn)。

[1]韓鵬,唐術(shù)熙,李攀.探索中小橋梁管養(yǎng)的破局之道——橋梁安全運維智慧服務(wù)平臺[J].橋梁雜志,2016(2):72-74.

[2]JT/T 728-2008,裝配式公路鋼橋制造[S].

[3]黃紹金,劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[M].北京:人民交通出版社,2002.

U445.7

B

1009-7716（2017）07-0197-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.061

2017-04-19

韓鵬（1982-）,男,山東濱州人,工程師,從事橋梁物聯(lián)網(wǎng)研究工作。