橋梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護排序方法與優(yōu)化方法

■宗建國，李偉平

■1.江西省高速公路投資集團景德鎮(zhèn)管理中心養(yǎng)護應(yīng)急所，江西 景德鎮(zhèn) 333000;2.江西省高速公路投資集團景德鎮(zhèn)管理中心三清山收費站，江西 景德鎮(zhèn) 333000

在橋梁施工中普遍存在著一種現(xiàn)象，那就是施工之后的養(yǎng)護費用遠遠超過了原先的養(yǎng)護預(yù)算，所以在保證養(yǎng)護質(zhì)量的前提下，如何提高養(yǎng)護效率，將低養(yǎng)護成本降低，已經(jīng)成為目前橋梁施工中首要面臨的額問題。以此，本文就橋梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護排序方法與優(yōu)化方法進行如下分析。

1 排序方法的基本介紹

目前，橋梁護養(yǎng)排序方法主要有兩個方面，其一，許多可選護養(yǎng)方案之間的排序;其二，路網(wǎng)內(nèi)各橋梁之間各養(yǎng)護方案之間的排序。不論采取哪一種，共同目標都是通過使用有限的護養(yǎng)資金，發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益及社會效益。但目前，在橋梁管理系統(tǒng)中，主要采用的護養(yǎng)方式為路網(wǎng)內(nèi)各橋梁之間各養(yǎng)護方案之間的排序，該方案根據(jù)排序指標，又分為兩種，以下就一一介紹。

1.1 以技術(shù)為參數(shù)的排序方法

這種排序方式主要以橋梁設(shè)計者的施工經(jīng)驗和技術(shù)水平為基礎(chǔ)，在幾種主要技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，制訂出相應(yīng)的優(yōu)化方案，然后將它們排序，進而得到項目優(yōu)化排序。這種排序方式主要適合于資金較弱、施工管理及技術(shù)條件較差的橋梁施工。一般情況下，在施工這種方法時，主要考慮的技術(shù)參數(shù)為橋梁總體性能及路況技術(shù)等級。

1.2 以經(jīng)濟為參數(shù)的排序方法

目前，在橋梁修建中，養(yǎng)護資金本身短缺，再加上資金使用沒有規(guī)劃性，使得利用效率極低。以此，橋梁管理系統(tǒng)的主要任務(wù)就是將有限的資金應(yīng)用到整個橋梁護養(yǎng)中，實現(xiàn)資金使用效率最大化。所以，該系統(tǒng)在進行橋梁護養(yǎng)費用的安排時，應(yīng)首先考慮到護養(yǎng)技術(shù)的可行性，然后再分析經(jīng)濟效率，這樣，才能將護養(yǎng)時間和護養(yǎng)方案進行優(yōu)化。以經(jīng)濟作為參數(shù)的排序方法，能夠充分考慮到工程初期施工費用及經(jīng)濟效益，并能夠?qū)⒏黜椖康慕?jīng)濟效率相互比較，得出優(yōu)化結(jié)果，不僅省去了大量計算步驟，而且避免了排序中的主觀隨意性。

2 ALARP風險決策準則

該準則是由英國國家健康安全委員會提出的，是決策中滿意準則的主要體現(xiàn)。具體的實施步驟為，首先確定衡量風險的指標，之后根據(jù)其代表值及函數(shù)特點，確定相應(yīng)的風險水平，從而為制訂合理的風險對策奠定了基礎(chǔ)。該法則的基本使用原理是，將風險水平劃分成兩個水平，一種是接受水平，另一種是不可接受水平，二者所對應(yīng)的兩個區(qū)域分別是風險接受區(qū)域和分先不接受區(qū)域。如果一個指標落到風險不可接受區(qū)域，則說明風險極大，不可接受，否則，可以接受。在兩個區(qū)域中間的部分被稱作風險控制區(qū)域，也就是說，指標的風險可以通過一定措施控制，是屬于可容忍的風險。以下就ALARP風險決策準則進行簡單分析。

2.1 ALARP決策準則下的CPI/CPD方法

由上面的兩種排序方法的可知，以經(jīng)濟作為參數(shù)比以技術(shù)作為參數(shù)的排序方式更加優(yōu)越，應(yīng)在橋梁護養(yǎng)中廣泛應(yīng)用。但目前，我國橋梁整體管理水平較為落后，管理系統(tǒng)的研發(fā)才剛剛起步，并缺少護養(yǎng)決策中需要的經(jīng)濟參數(shù)，所以，在現(xiàn)階段，以經(jīng)濟作為參數(shù)的養(yǎng)護方案很難建立。筆者在假定橋梁結(jié)構(gòu)退化形式為線形，并結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)特點，制訂具體的養(yǎng)護方案以及技術(shù)評定結(jié)果及預(yù)測結(jié)果等。

在橋梁修建中，如果是以技術(shù)為一類，則相應(yīng)的養(yǎng)護對策以日常養(yǎng)護為主，也就是前面提到的可忽略區(qū)域，當技術(shù)狀況處在這個區(qū)域中時，養(yǎng)護維修順序作為最后考慮的問題。當技術(shù)狀況在四類以下時，對應(yīng)的養(yǎng)護策略是改建或者重新建造，也就是前面提到的不可接受區(qū)域，當技術(shù)狀況處在這一區(qū)域時，養(yǎng)護順序則作為優(yōu)先考慮的因素。當橋梁技術(shù)在二類至四類之間時，也就是系統(tǒng)定義的ALARP區(qū)域。本文的各個經(jīng)濟參數(shù)是通過該區(qū)域確定的。

本文采用有無對比方法，對橋梁維修之后的性能改善和不考慮維修性能退化的費用進行對比，做出技術(shù)上可行的護養(yǎng)項目的經(jīng)濟對比。該比值用以下公式表示:

式中CPI表示改善橋梁結(jié)構(gòu)需要的費用;CPD表示橋梁不經(jīng)過護養(yǎng)而使用的費用;WR表示橋梁加固所需要的費用;WM表示橋梁改造所需要的費用，通常按照橋梁修建費用的4倍計算;i表示折現(xiàn)率，通常取12%;N表示橋梁不采用護養(yǎng)技術(shù)至技術(shù)狀況不可接受的時間間隔;j表示橋梁采取護養(yǎng)措施之后技術(shù)狀況不可接受區(qū)域的時間延長值。

在實際護養(yǎng)中，可以通過比較w值，確定維修方案，一般情況下，w值越小，表明維修所取得的效率越好，所以，維修方案的優(yōu)化顯得十分重要。橋梁在使用期限內(nèi)的費用分析方法，是最能夠體現(xiàn)橋梁經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的方式，但由于我國現(xiàn)階段護養(yǎng)水平有限，經(jīng)濟資料不足，使得一些可行的經(jīng)濟分析方式不能得到充分應(yīng)用。通過經(jīng)濟參數(shù)排序方式的公式計算得知，該公式中的不同參數(shù)分別反映了橋梁所處的不同技術(shù)狀況;橋梁改造的費用;維修之后，結(jié)構(gòu)性能至不可接受區(qū)域的時間延長值，所以，單就公式來看，對橋梁維修與不維修，都進行了嚴格對比，從比較中得出橋梁的技術(shù)狀況，同時也得到橋梁技術(shù)預(yù)測狀況等。

3 具體事例分析

為了驗證上述公式的可行性及適用性，筆者以兩座橋梁作為例子，對提出的經(jīng)濟參數(shù)進行計算，同時以技術(shù)參數(shù)作為對比，進行輔證。兩座橋的基本情況為，橋梁A和橋梁B，其中橋梁A總長度為5549.86m，寬度為18m，荷載為汽車一超20級，初次檢測年份為1999，技術(shù)狀況評分為69.6，維修費用為209萬元;橋梁 B全長為1409.64m，寬度為12m，荷載為汽車一超20級，初次檢修年份為1999，技術(shù)狀況評分為74.7，維修費用為50萬元。根據(jù)兩座橋梁的基本信息，得知均屬于二類橋，由于橋梁A的技術(shù)狀況低于橋梁B，并且長度較之加長，所以受到損傷的可能性增加，所以應(yīng)當優(yōu)先維修。

在橋梁護養(yǎng)時，除了基本信息之外，還要重視《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》、技術(shù)狀況結(jié)果及技術(shù)狀況退化曲線等，再根據(jù)ALARP維修決策準則，對橋梁的技術(shù)狀況進行評分。如技術(shù)狀況在88分的，屬于第一類，在維修中，是屬于可忽略的一類;當技術(shù)狀況為30分一下時，屬于第五類，也就是屬于不可接受的的一類，不能簡單的維修，而需要改建。

根據(jù)兩座橋梁的基本信息及退化曲線，對提出的各種經(jīng)濟參數(shù)進行排序，結(jié)果為:

由該結(jié)果可知，CPI/CPD經(jīng)濟參數(shù)排序方式在實際使用中具有較高的準確性，應(yīng)在護養(yǎng)中廣泛使用。

4 結(jié)語

我國橋梁在道路施工中的應(yīng)用不斷增加，使得相應(yīng)的養(yǎng)護要求也有所提高，本文就橋梁養(yǎng)護中的排序方式及優(yōu)化方式進行詳細介紹，并采用具體事例進行驗證，希望具有參考價值。

[1]劉延芳.橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護方案優(yōu)先排序方法研究[J].公路，2013，10(4):201-204.

[2]陳翔.回歸測試中的測試用例優(yōu)先排序技術(shù)述評[J].軟件學報，2013，12(8):1696-1712.