黄侨：大跨斜拉桥梁的养护与管理（一）

大跨斜拉桥梁的养护与管理
转自中国桥梁网

黄侨 任远

摘 要 介绍了现有桥梁养护管理系统的发展情况和研究现状，剖析了大跨度桥梁养护管理系统在管理模式、数据来源、桥梁评估、病害分析和维修决策等方面存在的问题，并针对这些问题给出了部分对策。以数字化斜拉桥养护管理系统DBMS为例，讨论了该系统在以下几个方面的研究进展，包括大跨度桥梁的数据采集、综合评估方法研究、病害维修知识库的建立、桥梁主动养护维修理念以及预测分析等。通过DBMS的实时运行，可以全面把握桥梁结构的运营状态，并提前了解桥梁在未来时期的危险或较危险的工作状态，为进一步的养护维修提供科学的依据，从而推动桥梁的养护管理水平。
关键词 大跨度桥梁；养护管理；评估；病害；维修

0 引言
随着（此词被过滤）经济的发展，特别是桥梁结构分析理论、计算机技术、土木建筑材料、结构检测技术和桥梁施工技术的巨大进步，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代化品位和科技含量比较高的大跨径桥梁被建造出来。然而，随着大型桥梁设计的轻柔化、结构设计的日趋复杂化以及桥梁安全事故的频频发生，大跨度桥梁的安全维护问题也越来越受到各国政府的重视。在桥梁结构的运营阶段，如何对其进行科学的管理、合理的制订养护维修计划、实时的了解桥梁的运营状态，以提高桥梁的服务水平，保障人民的生命财产安全已成为目前大型桥梁的管理者们面临的最为紧迫的问题。因而有必要建立一个系统化、智能化、数字化的桥梁养护管理系统，辅助管理部门对现有桥梁进行有效的管理。

桥梁管理系统最早于 1968 年出现在美国，主要用于存储国家桥梁的档案数据；随后在美国被广泛使用的桥梁管理系统为PONTIS和BRIDGIT，这两个系统具有桥梁数据存储、状态评估、退化预测、费用效益分析以及优化决策等功能；在欧洲，典型的桥梁管理系统是丹麦目前使用的DANBRO、法国的Edouard、英国的NATS等[1]；亚洲有日本的道路公用桥梁管理系统，韩国的SHBMS等。

我国桥梁管理系统的开发始于上个世纪 80 年代初期，其中较为典型的是交通部的CBMS2000[2]，该系统主要针对中小桥梁进行管理，它包括数据管理、统计查询、评价决策、费用模型、维修计划和GIS应用六个子系统，具有较综合的信息采集、评估、费用计算及决策功能；1995 年-1998 年，同济大学开发了基于GIS平台的上海市桥梁管理系统[3]，该系统是我国第一个城市桥梁管理系统，其部分功能涉及到桥梁养护管理问题，如可依据桥梁的技术状况预估模型，做出养护需求分析并制定出桥梁维修计划。针对大跨度桥梁我国也自主开发了一些相应的养护管理系统：2000 年，海沧大桥养护管理系统(BMMS)问世并投入使用， BMMS将特大型桥梁的管养任务划分为桥梁结构、附属设施、交通操作三大部分，建立了一整套完备的桥梁养护管理制度[4]；交通部公路科学研究所开发了“南京二桥综合管理系统”，对南汊斜拉桥、北汊特大桥、全线桥梁、公路、沿线设施以及竣工等文档进行有效地管理，其中南汊斜拉桥管理系统主要完成南汊斜拉桥的日常养护、维修计划以及结构实时监测等管理[5]；除此之外，还有大佛寺长江大桥健康监测系统、东海大桥健康监测系统、南京三桥养护管理系统、文晖大桥健康监测与评估管理系统等，都是针对大跨度桥梁开发的管理系统。

总的来说，桥梁管理系统的发展经历了三个阶段：最初的桥梁管理系统只是用简单的电子数据库来代替繁杂的桥梁管理资料；其后管理系统中除桥梁数据库外，还包括桥梁检测、养护及维修信息，涵盖各桥梁构件的检测细节和详细的等级划分以及维修历史等；近年来较先进的管理系统增添了维护决策功能，即制订维护策略、进行维护优化等。到目前为止，大跨度桥梁养护管理系统的研究取得了一定的成绩，但是由于它是一个复杂的系统工程，无论国内或国外，该领域的研究仍处于基础性探索阶段，诸多关键技术问题仍没有得到解决。

2 现有大跨度桥梁养护管理系统存在的问题
2.1 管理模式方面
大型桥梁的生命过程一般包括总体规划、设计施工和运营管理这三个阶段。受经济和技术条件的限制，人们往往把主要精力放在设计施工阶段，而对运营管理阶段的桥梁维护重视不足，我国“重建轻养”的现象仍较严重。桥梁管理部门停留在落后的管理模式和管理手段上，缺少科学的指导思想、系统的检测评价方法。现行的桥梁养护规范，如《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)，《城市桥梁养护技术规范》(CJJ 99-2003)等都是针对中小桥梁制定的，这种仅对桥梁的外观状态和正常使用性能进行的定性、粗框的安全评价方法，对大跨度桥梁是不适用的。

一些现有的大跨度桥梁管理系统的基本模式沿袭中小桥梁，其主要功能是存储桥梁有关的数据，养护管理的核心是修补危害桥梁结构运营的部分，包括重新涂刷、修补铺装的凹陷以及因交通事故而损坏的一些设施等，其实质是消极的防御型。这对于大跨度桥梁，仅仅通过已往简单的养护措施和技术手段显然是不恰当和不够的。由于缺少对桥梁长期性能变化的科学预测，因此桥梁的养护、维修和管理并未达到理想的效果。

2.2 数据来源方面
一些桥梁管理系统的数据大多来源于常规的人工目测检查或便携式仪器测量得到的信息，但人工检查方法在实际应用中具有一定的局限性。而另一方面很多大跨度桥梁养护管理系统却又过分依赖桥梁健康监测的数据。经过近二十年的积极探索，人们在桥梁健康监测领域取得了一些成果，但应该清醒的认识到，由于桥梁结构本身的复杂性和不确定性，以及受到很多客观条件的限制，目前桥梁健康监测系统的研究仅仅处于起步阶段，其在核心技术方面和理论方面均存在许多问题尚未彻底解决，例如：大量原始数据的实时处理、有限传感器的优化布置、桥梁结构性能的变化对结构指纹的改变的不敏感、监测系统本身的稳定性、抗干扰性和耐久性不足、损伤识别中的损伤指标对结构损伤不敏感、桥梁的健康监测尚无统一的标准和规范等问题，致使桥梁结构健康监测系统的使用效果受到影响。

2.3 桥梁评估方面
现有养护管理系统对大跨度桥梁进行评估，主要根据对桥梁状况的定性了解和工程师的经验来进行，即常提到的“传统经验法”[6]。但具有丰富专业知识和评估经验的工程技术人员十分有限，且这种方法所采用的调查手段及判断准则与专家个人的知识水平和经验直接相关，在不同的背景下，不同的专家对同一问题的评估结果也会出现一些偏差。最近美国联邦公路局的调查表明，由人工目测检查做出的评估结果有 56%是不恰当的。故这种方法已不能适应大型桥梁养护管理的需要。为了改变这些不足，减少人们评估决策时的主观随意性，国内外许多研究机构已对桥梁评估问题展开研究并取得不同程度的进展，但这些方法始终没有很好的应用到大跨度桥梁养护管理系统中，并对其进行实际工程的验证。

2.4 病害分析和维修决策方面
大跨度桥梁在长期的使用过程中难免会发生各种各样的病害，病害的原因可能是使用、维护不当、车祸、船舶撞击事故等人为因素，也可能是环境腐蚀、地震、台风等自然灾害所致。然而，大跨度桥梁的病害分析理论与实际的研究还很缺乏，桥梁的病害分析也只限于表面病害状况，并没有在理论上通过桥梁的结构特性对其产生病害的原因进行分析。

另外，养护管理系统中对于大跨度桥梁的维修策略仅仅局限于中小桥梁的维修手段，维修决策过程中由于受经验的限制，缺乏对桥梁病害类型及其程度的定量化，经常导致桥梁养护及维修方案的不合理，最终使桥梁总体状况进一步恶化；另一方面桥梁的养护资金往往不能满足完成桥梁所有的维修处治的需求，资源分配方面缺乏客观的评判标准和科学的决策手段，仅仅凭主观判断来分配，桥梁维修经济分析与优化的理论研究方面尚处于基础性探索阶段。

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