技術和數(shù)據(jù)是長大橋梁管養(yǎng)的未來

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長大橋梁面臨的管養(yǎng)挑戰(zhàn)

我國長大橋梁數(shù)量多，超大跨徑橋梁管養(yǎng)難度大。中國改革開放四十多年來，交通事業(yè)取得了長足發(fā)展。截至2018年底，高速公路通車里程達14.26萬公里，其中特大橋超過3000座，大橋超過54000座。橋梁的結構安全風險是公路安全可靠運營的關鍵一環(huán)，以科學合理的投入確保橋梁安全服役、可靠耐久是橋梁養(yǎng)護的核心問題。巨大的存量規(guī)模帶來了管養(yǎng)壓力，同時也給超大跨徑橋梁帶來了管養(yǎng)難度。

特大橋（座）（長度1000米或跨徑150米）

大橋（座）（長度百米以上、千米以下或跨徑40米以上、150米以下）

橋型種類多，技術復雜，不同的橋型適用不同的建設條件。同時新技術、新材料、新工藝的不斷發(fā)展與進步，邁向橋梁建設強國的目標等，都對橋梁管養(yǎng)技術進步提出了更高的要求。

構件類型多，檢測評定與維護決策面臨挑戰(zhàn)。橋梁種類各異且構件類型繁多，使用功能、工作條件、材料類型、重要程度等各異，檢測、評估、維護等技術各不相同。也正是這些原因，橋梁的技術狀態(tài)很難用一個簡單的分數(shù)來衡量，整座橋梁的準確評估難度較大，也很難對未來的技術狀態(tài)發(fā)展做出科學預測，由此，養(yǎng)護科學決策面臨挑戰(zhàn)。

大跨徑橋梁檢測盲區(qū)多，難以精準掌握技術狀態(tài)。大跨徑橋梁可能存在較多的檢測盲區(qū)或者難度較大的檢測區(qū)域，例如：隱蔽、深埋、高聳、包裹等情況，甚至存在不可更換、不可探測且難以確保百年服役壽命的特殊情況，很難精確把握構件及整橋技術狀態(tài)。

數(shù)據(jù)歸集困難，價值低，評估難度大。我們總是希望基于更多的數(shù)據(jù)獲得橋梁技術狀態(tài)演變的規(guī)律，也存在各種各樣獲取數(shù)據(jù)的渠道，但總體上存在難以獲得、難以理解、歸集困難、大量錯誤和價值偏低的問題，這給進一步的評估和決策帶來了困難。在數(shù)據(jù)標準化、數(shù)據(jù)有效積累、數(shù)據(jù)管理和價值挖掘方面仍有大量工作要做。

另外，行業(yè)在建養(yǎng)銜接上尚有短板，建養(yǎng)一盤棋、全壽命周期的總體考慮還不充分。設計環(huán)節(jié)缺少全面的“養(yǎng)護設計”，建設環(huán)節(jié)缺少對后期運維的統(tǒng)籌考慮。一座大橋能否以合理的管養(yǎng)安全服役百年，很大程度是設計建造階段的“基因”決定的。

綜上所述，長大橋梁在管養(yǎng)中面臨特殊而又突出的難題，針對這些問題，以下簡單介紹管養(yǎng)政策、檢測手段、評估決策三個方面的應對措施。

政策上的應對措施

在制度層面，長大橋梁執(zhí)行的管養(yǎng)制度分為三個層級：第一個層級是交通運輸部頒布實施的行業(yè)標準；第二個層級是各省份交通主管部門根據(jù)自身情況，在滿足行業(yè)標準基礎上實施的地方標準；第三個層級是長大橋梁管養(yǎng)單位制定的標準，是結合自身需求制定的相關企業(yè)標準。其中，第二個層級主要是江蘇、浙江、廣東等交通較為發(fā)達、長大橋梁管養(yǎng)壓力較大的區(qū)域編制的地方標準；第三個層級主要是特色管養(yǎng)單位例如杭州灣跨海大橋、江陰長江大橋等編制的企業(yè)級管養(yǎng)標準。

在行業(yè)標準層面，從2004年開始，《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》頒布實施，《規(guī)范》將橋梁作為重點養(yǎng)護對象從公路養(yǎng)護相關標準中獨立出來。后續(xù)又發(fā)布實施了《公路橋梁養(yǎng)護管理工作制度》《公路橋梁技術狀況評定標準》《關于進一步加強公路橋梁養(yǎng)護管理的若干意見》《公路長大橋隧養(yǎng)護管理和安全運行若干規(guī)定》等相關制度標準，發(fā)展完善了長大橋梁管養(yǎng)標準體系。

為了督促制度落實，同時加強行業(yè)技術指導，自2011年起，由交通運輸部組織實施全國干線公路養(yǎng)護管理大檢查（簡稱“國檢”）制度，每年從全國抽查40座橋梁，檢查內容包括橋梁的技術狀態(tài)和各項管理制度的落實情況。自“國檢”以來，全國橋梁垮塌事故明顯降低，各省橋梁規(guī)范化管養(yǎng)水平逐步提升，相應也促進了長大橋梁管養(yǎng)技術和規(guī)范化程度的提升。

幾種常用的檢測技術與手段

實施“國檢”制度后的橋梁垮塌事故發(fā)生率曲線示意

檢測是獲得結構狀態(tài)最直接有效的手段，針對不同的目的有不同的檢測技術和手段，也催生了大量的高科技裝備，但最普遍常見的仍是借助簡單工具的目視檢測。隨著數(shù)據(jù)標準化程度的提高、數(shù)據(jù)管理技術的不斷進步，病害及狀態(tài)的時間軸變化將發(fā)揮更大的價值，目視檢測也會更加重要。這里簡單介紹幾種其他適用長大橋梁的檢測技術與手段。

長期結構監(jiān)測技術。交通運輸部在《公路工程特殊結構橋梁項目設計文件編制辦法》中，要求在新建長大橋項目中采用結構檢測技術對結構進行運營期監(jiān)測。從十幾年的發(fā)展實踐來看，很多長大橋梁上都安裝了可進行長期結構性能監(jiān)測的傳感器感知系統(tǒng)。在氣象監(jiān)測、變形監(jiān)測等方面取得了不錯的效果，在數(shù)據(jù)層面支撐了橋梁的技術狀態(tài)評估，但也存在建設和維護成本過高、性價比低的問題，數(shù)據(jù)的價值與期待之間尚有距離。但隨著通信技術和感知技術的進步及傳感器低成本化，這項技術在橋梁技術狀態(tài)監(jiān)測與評估中依然前景廣闊。

短期結構監(jiān)測技術。短期結構監(jiān)測技術近幾年得到了比較廣泛的應用，可快速完成部署，連續(xù)幾個月采集數(shù)據(jù)，業(yè)主不需要購買監(jiān)測系統(tǒng)而是購買數(shù)據(jù)服務，大大降低了運營成本。由于更具針對性且布置了更多的傳感器實現(xiàn)更多數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，可以針對更加具體的問題甚至聚焦某條裂縫的發(fā)展變化，可以描繪溫度場、濕度場的變化，還可以在荷載試驗時快速高效捕獲海量數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)更加全面準確。短期結構監(jiān)測技術已成為大跨徑橋梁綜合評估的重要檢測手段，且在重點風險源識別排查、特殊情況應急監(jiān)測中具有極高的應用價值。

組圖：短期結構監(jiān)測技術可具體針對溫度場、濕度場的變化進行監(jiān)測。

高聳結構檢測技術。高聳結構內部檢測可以通過檢修通道抵近檢查，但外部檢查難以人工抵近，一般采用高清攝像、無人機、纜索機器人等實現(xiàn)常規(guī)檢測，在確保檢測質量的同時可以大幅節(jié)約成本。

隱蔽結構檢測技術。深埋、遮擋、包裹、水下等隱蔽結構檢測是長大橋梁養(yǎng)護經常碰到的難題，技術的進步使得部分此類問題已得到有效解決，例如：水下機器人取代人工探摸檢測水下結構，斜拉索通過“開窗”實現(xiàn)鋼絲檢測，主纜通過全景式觀察窗實現(xiàn)日常目視可檢。還有部分關鍵構件不可檢的情況，例如：主纜有黏結預應力錨固系統(tǒng)錨下鋼絲銹蝕等。

荷載試驗。通常情況下，長大橋在運營一段時間后，需要全面檢測評定，荷載試驗是必不可少的評定手段之一。通過特定荷載條件下結構響應情況，與理論值、既往荷載試驗結果進行比對，全面評定結構承載能力狀況。荷載試驗需要封閉交通以施加預定的荷載，獲得精確的結構響應值。一種新的不中斷交通自由流荷載試驗技術也在發(fā)展中，盡管結果還不夠精確，但持續(xù)性觀測所獲得的大數(shù)據(jù)通過分析可能會使結果具有足夠的使用價值。

數(shù)據(jù)管理技術。獲取數(shù)據(jù)是所有檢測技術的根本目的，各種各樣的數(shù)據(jù)需要科學有序管理，才能發(fā)揮更大價值，才能積累沿時間軸變化帶來的價值。這項技術是軟性的，但卻是至關重要的，包含了一系列數(shù)據(jù)的標準化和信息化建設，要使不同時期、不同單位采集的檢測數(shù)據(jù)在時間軸上具有可比性，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)匯聚平臺。以往，對這項技術缺少重視，數(shù)據(jù)的標準化程度不夠，難以跟蹤研究，數(shù)據(jù)僅能發(fā)揮當期價值，造成嚴重的資源浪費。

隱蔽結構檢測技術的逐步推廣應用，在一定程度上緩解了長大橋養(yǎng)護難度。

蘇通大橋通車十年全橋評估荷載測試

應用于長大橋檢測的數(shù)據(jù)管理平臺

基于數(shù)據(jù)的決策與評估

長大橋養(yǎng)護分類分級專項評估系統(tǒng)示意圖

通常情況下，橋梁的檢查通常分為經常檢查、定期檢查、專門檢查和應急檢查。在檢查基礎上，可以對橋梁進行一般評定，根據(jù)評定的結果將橋梁分級，根據(jù)分級的結果確定需要采取的維修對策。如果橋梁的分級較低，還需要進行適應性評定，進一步決定需要采取的維修對策。上述技術路徑更多的還是基于管理的需求，而不是基于技術的需求，更加適用于中小橋梁。而對于大跨徑橋梁，面對具體的問題，由于結構復雜、構件繁多，這樣的決策支持技術路徑顯然還不夠全面準確，也不夠科學合理。

對于長大橋梁，較為適用的是分類分級的專項評估方法，將評估內容分為宏觀受力、耐久性能、易損性能和使用性能四個方面開展專項評估，針對不同的專項廣泛收集檢測數(shù)據(jù)完成專項評估，在專項評估基礎上進行綜合評定，然后有針對性提供決策支持和維修處置建議，這樣的評定方法數(shù)據(jù)更加全面，結論也更加準確合理。但對于專項評估，廣泛的數(shù)據(jù)歸集融合十分重要，為了規(guī)避難以獲得、難以理解、歸集困難、大量錯誤和價值偏低的問題，持續(xù)性開展檢測數(shù)據(jù)管理是重要前提。在此基礎上，將不同時期、不同項目、來自不同參與單位的數(shù)據(jù)融合分析，結合補充檢測、短期結構監(jiān)測和荷載試驗等進行專項評估。

根據(jù)杭州灣跨海大橋、江陰長江大橋、蘇通大橋、潤揚大橋等多座長大橋梁實踐，基于廣泛的數(shù)據(jù)積累，通過專項評估進行綜合評定，是長大橋梁管養(yǎng)決策支持的重要技術發(fā)展方向?？蛇M一步在以下四個方面重點研究：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺與數(shù)據(jù)融合歸集；新型智能檢測裝備與人工智能數(shù)據(jù)處理；短期監(jiān)測技術與自由流荷載試驗；構件層級劣化評定與專項評估。

綜上所述，長大橋梁管養(yǎng)有其特殊性，面臨越來越多的管養(yǎng)挑戰(zhàn)。要更多地依靠技術進步來應對，減小壓力，以合理的投入確保橋梁在一定的技術狀態(tài)下服役百年；要更多地依靠數(shù)據(jù)，重視數(shù)據(jù)基礎建設，重視數(shù)據(jù)積累，發(fā)揮數(shù)據(jù)在決策支持中的基礎性作用。

分類分級專項評估是長大橋養(yǎng)護決策未來的支撐