淺談橋梁管理系統的功能與發展趨勢

羅曉英

0 引言

隨著國家經濟的飛速發展,交通行業在全國范圍內的鋪展亦很迅猛。由于橋梁自建成投入使用之后,會受到各種荷載、人為因素或環境因素的影響,使得其在使用過程中出現各種各樣的問題。而由于建造年代不同,橋梁設計時所采用的規范和流程各有不同,導致結構的技術水平在設計上就有差距,加之運營過程中遇到的影響因素各不相同,每座橋梁運營中的狀態和出現的問題都將有所差異,這就給橋梁的管理帶來了問題。

橋梁結構作為交通運輸動脈中的咽喉,隨著其發展也出現了群體橋梁的概念,在一定區域內或一定路網上的橋梁被稱為群體橋梁。相似的環境以及類似的等級要求使得同類群體橋梁便于進行管理,以便從宏觀上確保群體橋梁的運營滿足使用要求。然而,傳統的管理方法越來越不能滿足此類要求,管理者需要發展更加系統合理的管理方法,橋梁管理系統應運而生。

1 橋梁管理系統的發展過程

橋梁管理系統是一個較新的領域,它是伴隨著橋梁工程技術和計算機技術的發展而興起的,集橋梁工程技術、信息技術、管理科學、統計科學等各類學科于一身[1]。

1968年,美國聯邦公路局研發了世界上第一個橋梁管理系統的雛形“國家橋梁檔案數據庫”。自此,橋梁管理系統在全世界范圍內得到了充分的重視和應用,很多國家陸續開發出了適合于自己國家的橋梁管理系統并投入應用。

如美國國家公路交通協會的產品PONTIS,截至 2002年10月,美國已有39個州或地區的交通部門使用了該系統,還有7個非美國的機構使用了該軟件。可以說PONTIS是目前世界上技術最先進、功能最齊全、使用最廣泛的橋梁管理系統。BRIDGIT是在“美國國家高速公路合作研究項目”下開發的,與PONTIS不同,BRIDGIT先從項目級橋梁開始管理,然后再歸納管理策略形成網絡級橋梁的最佳策略。BRIDGIT可以得到橋梁在運營未來一段時間內使用狀態降低的概率,并對未受保護構件和受保護的構件系統的退化建立模型。另外,BRIDGIT在評估和預測橋梁狀態的過程中還同時考慮了環境、交通量和可能對橋面板、路面等有所影響的因素。

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

我國橋梁管理系統的研究開發工作起步較晚,但也已經開發并應用了很多橋梁管理系統,如中國公路橋梁管理系統,同濟大學橋梁系、公路規劃研究所也開發了自己的橋梁管理系統[2]。目前國內應用最為廣泛的是中國公路橋梁管理系統,是為干線公路橋梁管理而設計的一套綜合管理系統。

2 橋梁管理系統的應用及功能

橋梁管理系統是跨學科、跨領域的系統工程,除工程技術意義上的橋梁信息外還涉及這些信息的存儲、管理、統計分析。其中還包括了使用這些信息進行橋梁狀態評估、橋梁運營管理決策支持、橋梁地理信息應用等多個方面的內容。計算機技術為橋梁管理系統提供了開發工具和運行平臺,地理信息系統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,網絡技術則為橋梁管理系統的跨區域發展提供了技術支持。

近年來,橋梁管理系統在橋梁運營管理中起到了非常重要的作用,解決橋梁運營過程中出現的諸多問題,避免更大的損失和危害發生是其廣泛應用的目的。橋梁管理者需要及時發現問題、解決問題,并準確了解橋梁狀態信息,預測未來一段時間內橋梁的狀況。橋梁管理系統為此類工作提供了一個可操作的平臺,它可以讓橋梁管理部門根據所提供的信息對已建橋梁進行維護、改進以及維修加固,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中最基本的信息,也是橋梁管理系統最基本的功能。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運行的可靠性,是橋梁管理系統的基礎。橋梁技術狀態評估功能：根據橋梁狀態的檢查結果,依據標準對橋梁的技術狀態進行分析評級。這些技術狀態包括橋梁的缺損狀態、承載力狀態、功能適應性狀態、抗震能力狀態等。評估的結果是橋梁管理部門對橋梁進行維修加固的重要依據,是整個橋梁運營管理的數據基礎,是橋梁管理系統的關鍵部分。橋梁技術狀況的預測功能：根據橋梁技術狀態評估的結果預測橋梁狀態退化的趨勢以避免重大事故的發生,并幫助橋梁管理者制定出有效的養護方案和費用分析模型,從而降低橋梁管理成本。橋梁輔助決策功能：根據橋梁檢查和狀態評估預測結果,同時考慮技術、材料、經濟、環境等因素,以節省養護資金和提高管理效率為目的選擇合適的養護對策。

3 橋梁管理系統的發展趨勢

3.1 數據交換與共享

橋梁數據作為橋梁管理系統的基礎,若采集以及整理的效率低下便會影響整個橋梁管理系統運作的效率。隨著橋梁建設事業的蓬勃發展,收集到了越來越多的橋梁狀態數據。依據這些數據可以對橋梁的狀態進行評估和預測,橋梁管理系統也可以為橋梁健康監測系統提供最新的結構信息,為橋梁健康監測系統的工作提供指導。因此,橋梁管理系統和橋梁健康監測系統之間的數據交換和共享是勢在必行的。只是因不同系統之間數據格式和內容之間的差異,使得現有橋梁管理系統中,真正能做到與橋梁健康監測系統進行數據交換和共享的非常少。橋梁管理系統與橋梁健康監測系統之間的數據交換和共享,將會是未來橋梁管理系統的一個發展方向。

3.2 結合信息技術

信息技術的發展極大的推動了橋梁管理系統的進步,隨著信息行業新技術的不斷出現,橋梁管理系統結合這些新的信息技術得到更大的發展[4]。橋梁管理系統可以結合網絡發展出更大的適用范圍,創建出功能更齊全的系統。而現有橋梁管理系統只局限于某個地區或某項功能的應用,今后的橋梁管理系統將綜合更多的功能,盡量擴充其適用范圍。

3.3 提高狀態評估預測方法

正確的橋梁狀態評估預測結果可以為橋梁的養護部門提供恰當的養護維修幫助。雖然現有橋梁管理系統已經有很多狀態評估和預測方法,卻鮮有可發揮實際作用的。評估預測結果的可信性常無法保障,限制了橋梁管理系統的應用范圍。因此,開發出更加準確、實用的評估預測方法也將是橋梁管理系統的重要任務。

3.4 開發災害管理功能

據研究,自然災害和人為災害,如風、地震、洪水、海浪、船撞、爆炸、車撞等對橋梁狀態的破壞最大[5]。現有橋梁管理系統對橋梁災害狀態的管理主要是通過間接管理橋梁的缺損狀況、承載力狀態和功能適應性等進行,而非采用專門的災害管理系統。

4 結語

作為交通運輸動脈的橋梁,其運營狀況關乎整個社會的經濟發展和人民生活的品質。為了確保橋梁結構在運營過程中的安全及舒適性,通常需要通過有效的管理來實現,橋梁管理系統正是為了這樣的目標應運而生。然而,因橋梁管理系統發展時間短,且現有的管理系統所考慮到的內容還有諸多不足,仍需要采用很多的研究與開發對其進行完善。

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

[2]郭 瑞.城市橋梁管理系統關鍵問題研究[D].上海：同濟大學,2004.

[3]肖 萍.橋梁技術狀況評價與預測[D].西安：長安大學,2003.

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

[5]趙立巖.橋梁抗震管理系統研究[D].上海：同濟大學,2006.

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