国内外桥梁养护标准化及信息化综述

来源:用户上传      作者:陈欣 耿晓丽 江瑞龄 杨泽刚

　　摘   要：针对当前我国面临着桥梁病害快速增长、养护力量长期不足的严峻形势，本综述深入调研和梳理了国内外桥梁养护标准化和信息化的现状，对比了国内外差异，并对我国桥梁管养标准化和信息化工作进行了展望，以标准化为先导，有效开展桥梁管养信息化建设，对我国高速公路桥梁管养和维护具有积极的指导意义。
　　关键词：桥梁  养护  标准化  信息化  系统
　　1  引言
　　交通是“诗和远方”离不开的纽带，而桥梁是交通工程中的关键性枢纽，是公路通行的“咽喉”。随着服役年限的增长，环境侵蚀、材料老化、荷载效应和突变效应等因素的综合作用，导致桥梁结构的损伤积累和抗力衰减，极端情况下将引发灾难性突发事故。如何科学的开展桥梁管养，确保桥梁的安全运营，一直是国内外桥梁管养机构的核心工作。
　　随着信息技术的进步，管养信息化为大势所趋。《“十三五”国家信息化发展规划》将“到2020年我国信息化能力跻身国际前列”作为发展目标;《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中将“提升交通发展智能化水平”作为“十三五”期间重要任务之一;《“十三五”公路养护管理发展纲要》将养护转型作为公路养护管理的发展目标。
　　国内外桥梁管养信息化建设的实践表明，信息技术只是手段，依据完善的养护标准化成果，结合信息技术，结合养护工作实际环境开展的信息化，才能真正实现降本增效、科学管养的建设目标。
　　2 我国桥梁养护标准化及信息化
　　为加强桥梁养护管理水平，我国制定了“预防为主，防治结合”的养护原则，确立了“科学决策、全面规划、协调发展、系统管理、加强养护、积极改善、提高质量、依法治桥、保证畅通”的桥梁养护工作的指导方针，充分重视公路桥梁的养护管理工作。
　　2.1 标准化现状
　　我国在标准化方面制定有《公路工程标准体系》（JTG 1001-2017）[1]，其在《公路工程标准体系》（JTG A01-2002）[2]的基础上，对公路养护方面进行了补充完善，修订之后的公路养护标准体系如图1所示。其中，通用板块由基础、安全、绿色、智慧等模块组成，公路养护板块由综合、检测评价、养护决策、养护设计、养护施工和造价等模块构成，公路养护的监理参照公路建设阶段的监理的相关标准。目前，交通运输部门已经围绕该体系制定了一系列规范、标准，例如通用安全类标准有《公路养护安全作业规程》[3]，江苏省制定了《高速公路养护工程施工安全技术规程》地方标准;综合标准有正在编制《公路养护工程质量检验评定标准》;养护造价方面交通运输部正修订《公路养护工程预算编制导则》，正组织编制《公路桥梁加固工程预算定额》;而养护决策方面暂未形成成熟的标准文件。
　　2.2 信息化现状
　　在信息化方面，以桥梁管理系统的研发与应用为主要表现。1992年交通部基本建成公路桥梁管理系统，目前我国较成熟的公路桥梁管理系统有干线公路桥梁管理系统CBMS、高速公路桥梁管理系统CEBMS和网络版路桥管理系统CBMS3000。CBMS提供桥况登记、数据录入管理、查询统计、评价决策、加固对策、资金分配、维修检查计划和年度报告等综合管理功能，系统按照子系统（6个）、模块（50余个）、功能（100余项）分级分部方式设计，并在子系统中提供了“旧桥加固对策支持方案”和“桥梁使用功能评估”两个应用性模块[11]。其他各省如江苏、广东、四川、江西和山西等[12]，也结合各自桥梁管养工作的特点，研究开发出了各自的管理系统，并对数据的利用和管理的提升开展了积极探索。
　　但由于缺乏完善的养护作业标准、记录标准、数据标准和分析评估标准，加之系统开发单位不具备统筹管养全局的眼光和全面专业的养护技术水平，導致目前开发出来的桥梁养护系统大多是作为数据中心在使用，对实际养护工作难以起到真正的指导和提升作用。并且随着对管养认识的深入和养护要求的提高，每次信息化升级都将面临一系列灾难性的问题，如海量数据的核查修正、新老数据的衔接利用等。
　　3  国外桥梁养护标准化及信息化
　　3.1 美国
　　美国主要采用《公路桥梁技术状况评价与承载能力评定手册》（AASHTO LRFR）[13]作为桥梁检测与评价的主要依据，其次有《桥梁技术状况评价手册》（MCE）[14]、《桥梁检查维护手册》（AASHTO MMIB）[15]和《国家桥梁检查标准》（NBIS）[16]。
　　美国桥梁养护的信息化工作是以一系列标准化文件为基础发展出来的。其桥梁养护信息化已经诞生多个产品，并由专门的公司运营，保证其一直处于不断发展和完善的状态。ASSHTOWare旗下共有ASSHTOWare Project、ASSHTOWare Bridge、ASSHTOWare Pavement、ASSHTOWare Right of Way和ASSHTOWare Safety五大产品。
　　3.2 欧洲
　　德国养护、检测规范主要是德国工业标准DIN1076[17]，DIN107桥梁检查包括一般检查和常规监测，所有桥梁结构均应在每年几乎相同时间段内进行一般检测，主要检查明显的损伤和缺陷。常规监测每年2次，主要针对严重损伤和缺陷进行监测。
　　英国公路桥梁评价标准BD21/01[18]主要用于干线公路桥梁的评价，而用于评价非干线公路桥梁时，则需参阅运输部标准BD34、BA34、BD46、BD50和BA79。
　　在欧洲，典型的路桥管理系统有丹麦的DANBRO系统[19]、法国的Edouard、英国的NATS、挪威的Brutus、芬兰国家公路管理局管理系统[20]等。
　　3.3 日本
　　日本不仅有日本国土交通省（省相当于中国的部）颁布的一系列桥梁检测、养护管理方面的规范、手册以及研究报告，还有针对特定损伤以及预防相关损伤可能导致的事故的规范，同时出版了一系列相关的图书资料。 　　目前日本高速公路的營运管理机构为各高速道路株式会社，各株式会社大多制定有自己的企业标准，严格按照标准开展养护工作，并以此为基础开发各自的桥梁养护管理系统。以阪神高速为例，其智能化养护管理系统启用30多年来已升级改版十余次。
　　3.4 国内外现状对比分析
　　尽管我国在桥梁建设核心技术、桥型与结构体系、材料性能和装备水平、桥梁监测与评估技术、标准规范等方面都取得了长足进步，但在桥梁管养的理念和水平上，仍有很多的不足。表1将我国和美国、日本的桥梁养护从检查标准、评价标准、维修加固标准和信息化实效四个方面进行了比较，为我国桥梁养护的发展提供参考和借鉴。
　　对比表明，目前我国的桥梁养护标准化、信息化体系的完整性还需着重提升，主要有以下几个方面需解决：
　　（1）桥梁检查标准化。
　　养护检测体系大致相同，检测内容略有差别，如美国规范包括专项水下检测和断裂危险构件检查，目前我国的规范中缺少相应的规定。
　　我国检查规范以宏观性条文为主，缺乏检查细则，精细化程度不够。而美国、日本在国家层面除了有宏观概括的规范和标准，也有非常实用的指南或手册，甚至还有图片集，其精细化程度大大领先于我国，对桥梁检查一线人员的工作具有巨大的指引作用。
　　（2）桥梁评价技术。
　　我国公路桥梁评估包括一般性评估和适应性评估;美国采用了结构状态评估、综合性能评估、健全性评估和承载能力评估;日本采用耐负荷指标评估桥梁状况。
　　从评估方法来看，美国、日本所采用的评估方法均考虑了当前交通量的影响，日本规范直接采用当前交通量作用下实际应力评估桥梁承载能力。美国形成了典型数据库的评估方法，主要包括描述性状态评级和规定性状态评级。
　　桥梁健康状况评价方面，我国制定的《公路桥涵养护规范》桥梁评定人为因素影响较大;之后的《公路桥梁技术状况评定标准》细化了评分标准，但评估理论的基础性研究差距明显，评估决策的科学性、合理性仍需加快提升。桥梁承载力评估方面，现行《公路桥梁承载能力检测评定规程》提高了桥梁承载能力评定的客观性和可操作性，但仍需通过大量的试验与现场调查去不断完善修正。
　　（3）桥梁养护决策技术。
　　欧洲、日本都在国家层面开展了桥梁长期性能的研究，旨在掌握桥梁性能劣化规律，发展桥梁养护决策技术，并取得了可供使用的成果。美国很早就开展了《桥梁管理系统的多目标优化决策技术》研究，建立了桥梁养护决策的定量方法，并将其成果转化为桥梁养护管理系统的功能模块。而我国桥梁养护决策技术一直处于定性阶段，定量决策方面仍然没有质的突破。
　　（4）桥梁养护管理系统。
　　从桥梁养护信息化发展历程来看，美国的做法更值得借鉴。首先，其各类信息化系统的研发都是以标准化为前提进行，随着标准化的完善而不断完善，形成了良好的成长机制。其次，美国桥梁系统的研发由桥梁养护技术委员会指导，由专业的从事工程软件研发的软件公司进行研发，随后进行商业化运营，形成了良好的研发和运营机制。目前的美国桥梁管理系统已经实现了数据管理、劣化预测、全寿命期养护成本分析、预审需求分析、养护措施决策以及标准报表等功能。我国开发了桥梁管理系统，由于国家层面的桥梁数据库不健全，没有实现全国联网;地方性企业和科研机构自行研发的系统较多，但现有产品均未实现普遍性推广应用。我国桥梁信息管理系统尚处于初级阶段，缺少集检测、监测、评估、预判、决策、养护管理于一身的全面信息系统。
　　4  结语及展望
　　4.1 标准化工作展望
　　当前我国面临着桥梁病害快速增长、养护力量长期不足的严峻形势，应以技术创新为引领，在标准化体系建设不断完善的基础上，持续推进养护管理信息化，以此来提高养护科学决策水平，提高管理的效率、质量和精细化程度。
　　桥梁养护标准化的难点一是缺乏标准化基础，二是标准化文件执行不利。针对缺乏标准化基础建议从两方面入手，一方面在国家层面较为宏观的标准化文件的基础上，或者在已有研究成果的基础上，充分考虑系统内面临的养护突出问题，有重点的完善细化相应文件形成指南和手册，增加可操作性和实用性;另一方面要全力打好桥梁养护技术攻关的硬仗，在桥梁评估、养护决策等方面开展技术研究，为制定标准提供可靠依据。
　　统筹开展养护标准化建设工作，完成养护技术体系标准化框架，分阶段成体系开展标准化建设，并向四点目标努力：
　　（1）规范养护作业、确保养护质量，保障营运安全;
　　（2）明确关键指标，避免多个规范引用混乱;
　　（3）填补当前规范空白，消除养护隐患;
　　（4）形成品牌效应，分享养护经验。
　　4.2 信息化工作展望
　　桥梁养护信息化方面应以科学、谨慎的态度，尊重多学科融合的机制，以标准化为基础，同时进行桥梁养护维度的顶层设计和信息系统维度的顶层设计，打造有特色亮点的桥梁养护管理信息系统，桥梁养护管理系统顶层设计框架如图2所示。
　　对比国内外差异，借鉴国外先进经验，以标准化为先导，有效开展桥梁管养信息化建设，实现桥梁从检查、评价、决策、维修、后评估全过程的信息化管理和智能辅助，建成全面适用、务实有效的桥梁养护管理信息系统。
　　参考文献
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