淺談橋梁管理系統(tǒng)的功能與發(fā)展趨勢(shì)

羅曉英

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,交通行業(yè)在全國(guó)范圍內(nèi)的鋪展亦很迅猛。由于橋梁自建成投入使用之后,會(huì)受到各種荷載、人為因素或環(huán)境因素的影響,使得其在使用過程中出現(xiàn)各種各樣的問題。而由于建造年代不同,橋梁設(shè)計(jì)時(shí)所采用的規(guī)范和流程各有不同,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平在設(shè)計(jì)上就有差距,加之運(yùn)營(yíng)過程中遇到的影響因素各不相同,每座橋梁運(yùn)營(yíng)中的狀態(tài)和出現(xiàn)的問題都將有所差異,這就給橋梁的管理帶來了問題。

橋梁結(jié)構(gòu)作為交通運(yùn)輸動(dòng)脈中的咽喉,隨著其發(fā)展也出現(xiàn)了群體橋梁的概念,在一定區(qū)域內(nèi)或一定路網(wǎng)上的橋梁被稱為群體橋梁。相似的環(huán)境以及類似的等級(jí)要求使得同類群體橋梁便于進(jìn)行管理,以便從宏觀上確保群體橋梁的運(yùn)營(yíng)滿足使用要求。然而,傳統(tǒng)的管理方法越來越不能滿足此類要求,管理者需要發(fā)展更加系統(tǒng)合理的管理方法,橋梁管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 橋梁管理系統(tǒng)的發(fā)展過程

橋梁管理系統(tǒng)是一個(gè)較新的領(lǐng)域,它是伴隨著橋梁工程技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而興起的,集橋梁工程技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學(xué)、統(tǒng)計(jì)科學(xué)等各類學(xué)科于一身[1]。

1968年,美國(guó)聯(lián)邦公路局研發(fā)了世界上第一個(gè)橋梁管理系統(tǒng)的雛形“國(guó)家橋梁檔案數(shù)據(jù)庫(kù)”。自此,橋梁管理系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)得到了充分的重視和應(yīng)用,很多國(guó)家陸續(xù)開發(fā)出了適合于自己國(guó)家的橋梁管理系統(tǒng)并投入應(yīng)用。

如美國(guó)國(guó)家公路交通協(xié)會(huì)的產(chǎn)品PONTIS,截至 2002年10月,美國(guó)已有39個(gè)州或地區(qū)的交通部門使用了該系統(tǒng),還有7個(gè)非美國(guó)的機(jī)構(gòu)使用了該軟件?？梢哉fPONTIS是目前世界上技術(shù)最先進(jìn)、功能最齊全、使用最廣泛的橋梁管理系統(tǒng)。BRIDGIT是在“美國(guó)國(guó)家高速公路合作研究項(xiàng)目”下開發(fā)的,與PONTIS不同,BRIDGIT先從項(xiàng)目級(jí)橋梁開始管理,然后再歸納管理策略形成網(wǎng)絡(luò)級(jí)橋梁的最佳策略。BRIDGIT可以得到橋梁在運(yùn)營(yíng)未來一段時(shí)間內(nèi)使用狀態(tài)降低的概率,并對(duì)未受保護(hù)構(gòu)件和受保護(hù)的構(gòu)件系統(tǒng)的退化建立模型。另外,BRIDGIT在評(píng)估和預(yù)測(cè)橋梁狀態(tài)的過程中還同時(shí)考慮了環(huán)境、交通量和可能對(duì)橋面板、路面等有所影響的因素。

歐洲已有十幾個(gè)國(guó)家擁有了自己的橋梁管理系統(tǒng),這些橋梁管理系統(tǒng)投入使用的時(shí)間從幾年到二十幾年不等,且具有不同的功能和完善程度。

我國(guó)橋梁管理系統(tǒng)的研究開發(fā)工作起步較晚,但也已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了很多橋梁管理系統(tǒng),如中國(guó)公路橋梁管理系統(tǒng),同濟(jì)大學(xué)橋梁系、公路規(guī)劃研究所也開發(fā)了自己的橋梁管理系統(tǒng)[2]。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的是中國(guó)公路橋梁管理系統(tǒng),是為干線公路橋梁管理而設(shè)計(jì)的一套綜合管理系統(tǒng)。

2 橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用及功能

橋梁管理系統(tǒng)是跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的系統(tǒng)工程,除工程技術(shù)意義上的橋梁信息外還涉及這些信息的存儲(chǔ)、管理、統(tǒng)計(jì)分析。其中還包括了使用這些信息進(jìn)行橋梁狀態(tài)評(píng)估、橋梁運(yùn)營(yíng)管理決策支持、橋梁地理信息應(yīng)用等多個(gè)方面的內(nèi)容。計(jì)算機(jī)技術(shù)為橋梁管理系統(tǒng)提供了開發(fā)工具和運(yùn)行平臺(tái),地理信息系統(tǒng)為橋梁空間信息的管理、查詢等提供了更加直觀有效的方式,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則為橋梁管理系統(tǒng)的跨區(qū)域發(fā)展提供了技術(shù)支持。

近年來,橋梁管理系統(tǒng)在橋梁運(yùn)營(yíng)管理中起到了非常重要的作用,解決橋梁運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的諸多問題,避免更大的損失和危害發(fā)生是其廣泛應(yīng)用的目的。橋梁管理者需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,并準(zhǔn)確了解橋梁狀態(tài)信息,預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)橋梁的狀況。橋梁管理系統(tǒng)為此類工作提供了一個(gè)可操作的平臺(tái),它可以讓橋梁管理部門根據(jù)所提供的信息對(duì)已建橋梁進(jìn)行維護(hù)、改進(jìn)以及維修加固,從而使橋梁保證其安全性與適用性。

完善的橋梁管理系統(tǒng)具有的功能較多[3]。橋梁信息管理功能：可收集到橋梁管理系統(tǒng)中最基本的信息,也是橋梁管理系統(tǒng)最基本的功能。這些信息包括橋梁的檔案信息、橋梁的歷史記錄信息、橋梁的災(zāi)害信息、橋梁的模型信息等。橋梁信息的管理直接決定了橋梁管理系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,是橋梁管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估功能：根據(jù)橋梁狀態(tài)的檢查結(jié)果,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)橋梁的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)級(jí)。這些技術(shù)狀態(tài)包括橋梁的缺損狀態(tài)、承載力狀態(tài)、功能適應(yīng)性狀態(tài)、抗震能力狀態(tài)等。評(píng)估的結(jié)果是橋梁管理部門對(duì)橋梁進(jìn)行維修加固的重要依據(jù),是整個(gè)橋梁運(yùn)營(yíng)管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),是橋梁管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。橋梁技術(shù)狀況的預(yù)測(cè)功能：根據(jù)橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估的結(jié)果預(yù)測(cè)橋梁狀態(tài)退化的趨勢(shì)以避免重大事故的發(fā)生,并幫助橋梁管理者制定出有效的養(yǎng)護(hù)方案和費(fèi)用分析模型,從而降低橋梁管理成本。橋梁輔助決策功能：根據(jù)橋梁檢查和狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果,同時(shí)考慮技術(shù)、材料、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素,以節(jié)省養(yǎng)護(hù)資金和提高管理效率為目的選擇合適的養(yǎng)護(hù)對(duì)策。

3 橋梁管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)交換與共享

橋梁數(shù)據(jù)作為橋梁管理系統(tǒng)的基礎(chǔ),若采集以及整理的效率低下便會(huì)影響整個(gè)橋梁管理系統(tǒng)運(yùn)作的效率。隨著橋梁建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,收集到了越來越多的橋梁狀態(tài)數(shù)據(jù)。依據(jù)這些數(shù)據(jù)可以對(duì)橋梁的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè),橋梁管理系統(tǒng)也可以為橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供最新的結(jié)構(gòu)信息,為橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作提供指導(dǎo)。因此,橋梁管理系統(tǒng)和橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享是勢(shì)在必行的。只是因不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容之間的差異,使得現(xiàn)有橋梁管理系統(tǒng)中,真正能做到與橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享的非常少。橋梁管理系統(tǒng)與橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享,將會(huì)是未來橋梁管理系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。

3.2 結(jié)合信息技術(shù)

信息技術(shù)的發(fā)展極大的推動(dòng)了橋梁管理系統(tǒng)的進(jìn)步,隨著信息行業(yè)新技術(shù)的不斷出現(xiàn),橋梁管理系統(tǒng)結(jié)合這些新的信息技術(shù)得到更大的發(fā)展[4]。橋梁管理系統(tǒng)可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展出更大的適用范圍,創(chuàng)建出功能更齊全的系統(tǒng)。而現(xiàn)有橋梁管理系統(tǒng)只局限于某個(gè)地區(qū)或某項(xiàng)功能的應(yīng)用,今后的橋梁管理系統(tǒng)將綜合更多的功能,盡量擴(kuò)充其適用范圍。

3.3 提高狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)方法

正確的橋梁狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果可以為橋梁的養(yǎng)護(hù)部門提供恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)維修幫助。雖然現(xiàn)有橋梁管理系統(tǒng)已經(jīng)有很多狀態(tài)評(píng)估和預(yù)測(cè)方法,卻鮮有可發(fā)揮實(shí)際作用的。評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果的可信性常無法保障,限制了橋梁管理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。因此,開發(fā)出更加準(zhǔn)確、實(shí)用的評(píng)估預(yù)測(cè)方法也將是橋梁管理系統(tǒng)的重要任務(wù)。

3.4 開發(fā)災(zāi)害管理功能

據(jù)研究,自然災(zāi)害和人為災(zāi)害,如風(fēng)、地震、洪水、海浪、船撞、爆炸、車撞等對(duì)橋梁狀態(tài)的破壞最大[5]?，F(xiàn)有橋梁管理系統(tǒng)對(duì)橋梁災(zāi)害狀態(tài)的管理主要是通過間接管理橋梁的缺損狀況、承載力狀態(tài)和功能適應(yīng)性等進(jìn)行,而非采用專門的災(zāi)害管理系統(tǒng)。

4 結(jié)語

作為交通運(yùn)輸動(dòng)脈的橋梁,其運(yùn)營(yíng)狀況關(guān)乎整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的品質(zhì)。為了確保橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過程中的安全及舒適性,通常需要通過有效的管理來實(shí)現(xiàn),橋梁管理系統(tǒng)正是為了這樣的目標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生。然而,因橋梁管理系統(tǒng)發(fā)展時(shí)間短,且現(xiàn)有的管理系統(tǒng)所考慮到的內(nèi)容還有諸多不足,仍需要采用很多的研究與開發(fā)對(duì)其進(jìn)行完善。

[1]杜 江.橋梁管理的信息化方案研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2003.

[2]郭 瑞.城市橋梁管理系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2004.

[3]肖 萍.橋梁技術(shù)狀況評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2003.

[4]于大濤,廖朝華.歐洲現(xiàn)有橋梁的評(píng)估[J].中外公路,2001(5)：35-37.

[5]趙立巖.橋梁抗震管理系統(tǒng)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2006.

[6]霍 超.淺談橋梁管理系統(tǒng)[J].山西建筑,2009,35(14)：365-366.