桥梁评估系统及应用

陈祎权

广州地铁集团有限公司 广东 广州 510000

[摘 要]既有桥梁的日常检修及评估易受维护人员技能水平、检修经验等主观因素影响，且需花费大量人力进行数据处理、归纳和总结工作，不利于及时客观分析处理病害。现基于现有维修规程和技术规范建立一桥梁评估系统，录入桥梁基础信息及评估标准，定期对该桥结构承载力、性能退化、结构监测成果等进行客观评估和评分，以掌握运营桥梁结构状态和提出桥梁养护维修建议。

[关键词]既有桥梁；评估；系统；

1. 背景

随着近几十年我国交通的飞速发展，既有桥梁数量庞大，运营期间其结构状态监控面临着巨大挑战，而目前国内外内桥梁检测评估也存在以下不足：一是需预先判断桥梁病害大概位置，难以做到整体评估、把握全桥安全状态；二是要求检测人员有较高的专业技能水平，受检修人员主观影响较大；三是受专业检修人员数量限制且检测设备费用高昂，不利于大规模开展；四是评估总结等内业耗时较长，时效性低，不利于及时响应桥梁病害。五是现虽有桥梁评估相关标准和系统，但暂无集监测、检修、评估总结和后期维修指导于一体管理的系统，不利于分析处理病害。

2. 意义

桥梁工程结构在环境侵蚀、材料老化和荷载疲劳效应等灾害因素的共同作用下，将不可避免地发生结构损伤和抗力衰减。现建立一套桥梁结构监测与评估分析系统，通过对日常数据和维护资料进行分析处理，具有以下意义：

一是优化维管体系。及时发现桥梁结构现存的缺陷与质量衰变，客观评估其在所处环境条件下的可能发展趋势及其对结构安全运营构成的可能潜在威胁，实现对该桥结构承载力、运营状况和性能退化的长期监测和评估，掌握桥梁的运营状态，并编制桥梁养护维修和加固建议。

二是验证计算理论。通过桥梁结构维护的响应档案，验证桥梁的计算假定和理论模型，进一步了解掌握运营条件下桥梁结构变化规律，弥补理论缺陷。

三是降低运维成本。减少了日常检修受检修人员专业水平和数量的限制，减少人力成本；缩短内业处理评估时间，减少时间成本。

3. 总体设计

   1. 评估方法

桥梁分项状态评定和综合状态评定采用的BCI状态指数的基础分值为100分。整座（段）桥梁的技术状况指数BCI ，根据桥面系、上部结构和下部结构的技术状况指数加权求和得到，其桥梁状况指数分别用BCI_m 、BCI_S 、BCI_x 和BCI 表示。

式中w_m 、w_s 、w_x ——桥面系、上部结构和下部结构的权重，参照表1。

表1 桥梁结构组成部分的权重

桥梁分项结构扣除各项病害相应分值后，即得到分项的状态指数BCI。

桥面系状况指数BCI_m 的计算，通过其各结构分项分值加权求和得到：

I_m ——桥面系第i 类结构分项总扣分值；

I_w ——桥面系第i 类结构分项的权重，参照表2。

表2 桥面系各结构单体的权重

上部结构状态评定分跨（连续梁桥分联）进行，每跨（联）的k BCI 通过其各结构分项分值加权求和得到。计算公式为：

S_i ——上部结构第i 类结构分项的总扣分值；

w_i ——上部结构第i 类结构分项的权重，参照表3、表4；

n ——上部结构总分项数。

全桥上部结构的s BCI 按以下公式计算：

m ——桥梁跨（联）数；

表3 一般结构桥梁上部结构各分项权重

表4 斜拉桥上部结构各分项权重

下部结构的状态评定逐墩（台）进行，每墩的BCIλ通过扣除其各结构分项损坏的分值，并加权求和得到。计算公式为：

BCI_λ ——第λ墩（台）的技术状况指数；

I_x ——下部结构第i类结构分项的总扣分值；

I_w ——下部结构第i类结构分项的权重，参照表5；

m ——墩（台）数。

表5 下部结构各单体权重

1. 2. 系统构成

系统由前台和后台构成，通过输入技术标准桥梁基础信息搭建系统后台基础框架，其设计方案及工作流程如下图：

1. 3. 系统功能

1. 桥梁监测管理

导入桥梁常规监测数据。保证了数据的时效性，及时了解桥梁安全状态，异常监测信息的自诊断功能，可进行数据的加密和压缩传输，对配置专用测控软件的采集设备，具备软件运行平台及相应的通信协议与接口。

2. 桥梁监测预警

当测控软件监测的应力、变形值超出设定的安全限值时，自动发出预警信息。预警信息应包含测点编号及位置、监测值和预警值。

3. 桥梁检测工单

可根据检测标准对桥梁生成检测工单，可按照结构生成上部结构监测工单、下部结构检测工单等，检测工单数据可以显示在手机上，检测人员可直接通过手机App来获取工作内容并填写工作记录提交。实现无纸化办公，方便保存溯源。

4. 桥梁检测评估

根据检测标准进行处理、计算并给出检测评分结果。根据桥梁状况指数BCI值和桥梁综合评定的状态分为五级，BCI为90～100 时，评为一级；BCI为80～89，评为二级；BCI为66～79，评为三级；BCI为50～65，评为四级； BCI小于50，评为五级。

评定为一级表明桥梁存在轻微病害，不影响正常功能，应进行日常巡检、保养；评定为二级表明桥梁存在中等病害，应进行日常养护维修，并加强检查；评定为三级表明桥梁存在较重病害，宜进行专项评估或专项修，有些病害需加强观测并根据其变化情况采取相应的措施；评定为四级及以上时表明桥梁存在严重病害，可立即启动专项评估或专项修。

5. 生成评估报告

可满足于多种标准且可根据技术标准的修编对评估体系进行修改调整，并按照要求形成标准的检修台账报表、总结，内容包括监测内容、方法、测点位置及数量、设备等；出现预警信息经对标研判给予是否需要进行专项检查的建议。

4. 系统应用

在某新建高架桥区段应用桥梁评估系统，检测人员手机安装桥梁运营检查APP，携带手机开展检测作业，并根据APP上工单指引填写和提交对应工单。

在后台可立即接收并和可根据设定的评估方法生成高架桥区段检测结果。评价结果基本吻合桥梁结构现状。

5. 结论

桥梁评估系统评估依据、方法基于现有规范标准，相对科学可行；“傻瓜式”问题确认方式，对标规程为检测人员提供指引，弥补人员水平、技能不足造成的主观影响；自动生成评估总结报告功能有效减少现场检测和内业工作时间，减少耗费在检修台账整理、数据分析处理上的人力成本。检修任务提醒功能多样化，可防止漏检漏修。离线使用和保存，解决部分偏远区域网络信号差无法记录的问题。

整体上能为桥梁安全评估，提供及时、可靠的信息以掌握桥梁的关键性安全和质量指标，为后期地铁桥梁的维护及新的桥梁建设积累经验。但评估方法和系统设计还存在有待完善的地方:（1）需提高普适性，暂未能处理城际铁路或地铁线路区间不同类型桥梁的评分权重问题，缺少对整个区间评价的功能；（2）验证评估方法上存在遗漏，需进一步在不同程度桥梁病害的个例上验证评估结论；（3）系统操作界面不够简洁，不便于操作；（4）暂未实现系统接入功能，不方便与企业软件实现对接，减少重复工作。

参考文献

1、GB 50157-2013 《地铁设计规范》

2、DB11/T 718—2010 《城市轨道交通设施养护维修技术规范》

3、JTG/T H21-2011 《公路桥梁技术状况评定标准》

4、TB/T 2820.2.2-1997 《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》

5、TG/GW103-2010 《铁路桥隧建筑物维修规则》

6、既有桥梁数字化运维管理平台集成研究[J].吴华勇.上海建设科技,2020(04):81-84.

7、既有中小桥梁安全性能监测与评估系统的研究与应用[J].庄侃,郭跃,顾萍.上海公路,2003(02):32-33+38.

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