公路橋梁工程養護決策與造價控制優化選型研究

張玉明、魏雄偉

（南昌旭日公路橋梁工程有限公司，江西南昌 330200）

0 引言

公路橋梁是現代交通運輸系統中的重要基礎設施之一，對保障交通運輸與經濟社會發展起重要作用。然而，由于長期使用和自然環境等因素的影響，公路橋梁逐漸出現磨損、老化和損壞等問題，需要進行及時有效的養護工作。

1 公路橋梁工程養護的重要性和挑戰

1.1 公路橋梁工程養護的重要性

公路橋梁是現代交通系統的重要組成部分，然而由于長期的使用和自然環境的侵蝕，公路橋梁往往會出現老化和損壞的問題，需要進行養護工作，以確保橋梁的安全運行和延長其使用壽命。橋梁養護決策模式邏輯如圖1 所示。

圖1 橋梁養護決策模式邏輯

首先，公路橋梁工程養護的重要性在于保障交通安全。橋梁是道路交通的關鍵節點，承載著大量車輛和行人。如果橋梁存在結構損壞或功能失效的問題，會對交通安全造成嚴重威脅。及時進行養護和維修，修復橋梁的結構缺陷和病害，能夠有效防止交通事故發生，保障人民的生命財產安全。

其次，公路橋梁工程養護對保障交通暢通至關重要。橋梁在交通網絡中起到關鍵的樞紐作用，橋梁發生病害會對交通產生影響，在交通繁忙的城市道路和高速公路上，如果因病害嚴重需要封閉交通進行處治可能會導致交通擁堵。而通過合理的養護決策和及時施工，能夠最大程度地減少對交通的干擾，保障交通暢通，提高道路運輸效率。

最后，公路橋梁工程養護也對環境保護也有重要意義。橋梁損壞和老化不僅會對交通安全產生影響，還可能對環境產生污染和破壞。例如，橋梁結構中的鋼筋可能會銹蝕，釋放有害物質到周圍環境中；橋面瀝青層破損可能導致污水滲漏等。通過定期的養護和維修，可以有效避免這些問題發生，減少對環境的不良影響，維護生態環境的穩定性。

1.2 公路橋梁工程養護面臨的挑戰

公路橋梁工程養護是確保橋梁安全運行和延長使用壽命的重要工作，然而在實踐中也面臨著一些挑戰。

首先，公路橋梁的數量大且分布廣泛，使得養護工作的范圍廣、難度大。公路橋梁覆蓋城市、鄉村、山區等不同地區，因地理環境存在差異，故其結構和使用條件也存在差異，這意味著養護工作需要面對各種不同的問題，如橋梁老化、損傷、結構疲勞等問題。為了確保養護工作的有效性，需要進行全面、細致的調查和評估，以了解每座橋梁的具體養護需求。

其次，公路橋梁養護工作涉及的技術和專業知識較為復雜。橋梁結構復雜，涉及多種材料和構件，對養護人員的技術水平和專業知識有較高的要求。養護人員需要具備豐富的工程經驗和專業知識，能夠準確判斷橋梁的結構狀況，進而采取適當的養護措施。

最后，資源的合理配置和利用也是公路橋梁養護面臨的挑戰之一。養護工作需要大量的人力、物力和財力投入，對資源的需求較高。為避免資源浪費，需要進行充分的規劃和調度，確定養護工作的優先級，確保資源有效利用，進而提高養護工作的綜合效益。

2 公路橋梁養護決策

公路橋梁長期受到交通負荷、自然環境和材料老化等因素的影響，結構會逐漸損壞，容易出現安全隱患，科學合理的養護決策，對確保橋梁的安全性、可靠性和可持續性有重要作用。

2.1 養護需求評估與分析

2.1.1 橋梁結構狀況評估方法

橋梁結構狀況評估是了解橋梁損壞和老化程度的重要手段。通過定期檢查和評估橋梁的結構狀況，可以掌握橋梁的結構健康狀況，發現和評估潛在的問題。常用的評估方法包括視覺檢查、無損檢測技術和結構健康監測等。

2.1.2 橋梁養護需求分析指標

橋梁養護需求分析指標是確定養護策略的依據。根據橋梁結構狀況評估結果，可以確定一系列養護需求分析指標，如結構承載能力、安全裕度、結構完整性、功能完善性等。這些指標能夠客觀地反映橋梁的養護需求，為后續的養護決策提供重要參考。

2.2 養護策略制訂

2.2.1 預防性養護策略

預防性養護策略是在橋梁使用過程中，基于橋梁結構的特點和使用環境，采取定期清潔、防水涂層維護、腐蝕防護等措施，以延緩結構老化過程和預防橋梁損壞。

2.2.2 維修性養護策略

維修性養護策略是根據橋梁的結構狀況和養護需求，制訂相應的維修方案，如對具體損壞部位的維修、更換和加固等措施。

2.2.3 應急性養護策略

應急性養護策略是針對突發事件或緊急情況制訂緊急養護方案，以快速恢復橋梁的功能性和安全性。通過制訂不同類型的養護策略，可以有針對性地滿足不同橋梁的養護需求，保障橋梁運行的安全性和可靠性。

2.3 決策支持系統

2.3.1 數據收集與處理

數據收集與處理是決策支持系統運作的基礎。通過收集和整理與橋梁相關的各類數據，包括結構評估數據、養護記錄、環境數據等，能夠為養護決策提供必要的支持。

2.3.2 模型建立與優化

模型建立與優化是決策支持系統的核心環節。建立養護決策支持模型，將橋梁的結構狀況、養護需求和策略等因素納入其中，并考慮不同決策方案的成本和效益，通過模型優化求解，可以得出最佳的養護決策方案。

2.3.3 決策結果評估與選擇

決策結果評估與選擇是決策支持系統的重要組成部分。評估內容包括經濟評價、風險評估和可持續性評估等，通過評估各種決策方案的效果和風險，并根據特定的目標和約束條件，有助于選擇最合適的養護決策方案，保證決策的科學性和可行性。

綜上所述，公路橋梁養護決策涉及養護需求評估與分析、養護策略制訂和決策支持等多個方面。科學合理的養護決策可以提高橋梁的安全性和可靠性，延長其使用壽命，為公路交通運輸提供可靠的保障。因此，在實際工程實施中，需要綜合考慮各種因素，制訂最優的養護決策方案，以更好地滿足公路橋梁的養護需求。

3 公路橋梁工程養護決策與造價控制優化選型方法

3.1 多目標決策優化方法

多目標決策優化方法在公路橋梁養護決策與造價控制中發揮著重要作用，可以幫助決策者在養護目標和造價控制之間作出最佳選擇，對保障公路橋梁的安全性和可靠性有重要意義。常用的多目標決策優化方法如下。

3.1.1 線性規劃和整數規劃

線性規劃和整數規劃是數學優化方法中的經典技術，可以有效解決公路橋梁養護決策與造價控制問題。線性規劃適用于目標函數和約束條件均為線性關系的問題，而整數規劃在線性規劃的基礎上增加了變量的整數約束條件。通過建立數學模型，將養護目標和造價控制目標轉化為目標函數和約束條件，可以利用線性規劃和整數規劃方法求解最優決策方案，這種方法在實際工作中有廣泛的適用性和可行性[1]。

3.1.2 多目標規劃

公路橋梁養護決策往往涉及多個目標，如安全性、可靠性和經濟性等。在這種情況下，多目標規劃方法可以提供更全面的解決方案。多目標規劃方法是指綜合考慮多個目標，通過建立多目標優化模型，得到一組平衡的最優解集合。該解集可以為決策者提供不同的選擇，便于其根據具體需求和偏好進行最終決策。

3.1.3 遺傳算法和粒子群算法

除了傳統的數學規劃方法，啟發式算法也被廣泛應用于多目標決策優化。其中，遺傳算法和粒子群算法是常見的啟發式算法。遺傳算法能夠模擬自然界的進化原理，通過迭代的方式不斷優化解的質量，進而找到最優解或接近最優解的解集。粒子群算法則能模擬鳥群或魚群的群體行為，通過粒子之間的協作和信息交流尋找最優解。這些算法能夠處理復雜的決策問題，且具有較強的全局搜索能力。

3.2 橋梁養護決策與造價控制的耦合優化方法

橋梁作為交通基礎設施的重要組成部分，需要定期對其進行養護和維護工作，以確保其正常運行和延長使用壽命。然而，養護決策和造價控制往往被單獨考慮，缺乏綜合性和系統性。為了提高養護效果和降低成本，需要建立一種耦合優化方法，將養護決策和造價控制作為一個整體進行考慮。

第一，建立共同優化模型是實現養護決策和造價控制耦合優化的關鍵。該模型將養護策略、養護周期、養護工作量、材料成本等因素納入考慮，通過綜合分析這些因素之間的相互關系，確定最佳的綜合效果。養護決策應考慮橋梁的結構狀況、使用環境和安全性等因素，造價控制則需要合理評估養護成本和可行性。

第二，對建立的共同優化模型進行敏感性分析和參數調整是關鍵。通過對模型中的各項參數進行調整，可以評估不同因素對養護決策和造價控制結果的影響程度。例如，調整養護周期和工作量可以探索最佳的養護時間和頻率，以平衡養護效果和成本控制。此外，敏感性分析還可以幫助發現模型中的不確定性，進而修正和優化模型，使其更符合實際情況。

養護決策與造價控制的耦合優化方法能夠帶來多方面作用。一方面，通過綜合考慮養護決策和造價控制，可以在保證養護效果的前提下降低成本，提高資源利用效率。另一方面，耦合優化可以幫助決策者更全面地理解和分析橋梁養護問題，使決策更科學、更合理。該方法還可以提供不同方案的比較和評估，為決策者提供多樣化的選擇。

然而，共同優化模型的建立面臨一些挑戰。

第一，需要準確的數據和專業的技術知識支持。

第二，決策者對不同因素的權重和偏好可能存在差異，如何在模型中進行合理權衡和靈活調整是一個復雜的問題。因此，需要從這兩個角度出發，有效解決數據采集和信息共享等方面的問題，同時實現對不同權重的靈活調整。

3.3 案例研究和實證分析

3.3.1 養護決策與造價控制優化的實施過程

為了探究養護決策與造價控制的耦合優化方法在實際橋梁工程中的應用，需要結合具體的公路橋梁工程進行研究。以下為某工程耦合優化方法的實施過程：

第一步，收集該橋梁工程的結構狀況、使用環境、歷史維護記錄等相關數據。這些數據是建立決策模型和進行優化的基礎。

第二步，根據收集到的數據，建立養護決策與造價控制的決策模型。該模型應包括養護策略、養護周期、養護工作量、材料成本等決策變量，并將橋梁結構的特點和安全要求等納入考慮范圍。

第三步，根據實際需求，確定目標函數和約束條件。目標函數可以是最小化總成本、最大化養護效果等，約束條件包括預算限制、養護周期限制等。

第四步，利用適當的優化算法，如遺傳算法、模擬退火算法等，對決策模型進行求解，得到最優的養護決策和造價控制方案。

第五步，根據求解得到的最優方案制訂實施方案，確定養護的具體工作內容、時間計劃和成本控制措施等[2]。

3.3.2 結果評估和比較分析

制訂實施方案后，需要對決策方案進行評估和比較分析。主要考慮以下三個方面的指標：

一是評估養護方案對橋梁結構的維護效果，如延長使用壽命、提高結構強度等，可以采用結構監測數據、評估報告等評估手段。

二是比較優化方案與傳統方法或其他對比方案的成本差異。考慮養護工作量、材料成本、人工成本等，評估成本控制的效果。

三是分析優化方案對工期的影響，包括養護周期、工作計劃等方面。比較優化方案與傳統方法的工期差異，評估工期安排的合理性。

通過對這些指標進行評價和比較分析，可以驗證養護決策與造價控制耦合優化方法的有效性和優越性。如果通過優化選型方法得到的方案在養護效果、成本控制和工期安排等方面均優于傳統方法或其他對比方案，則認為該優化選型方法有效。

4 結語

總之，在公路橋梁工程養護工作中，通過養護需求評估與分析、養護策略制訂和決策支持系統的建立，可以有效地實現公路橋梁工程養護決策優化和造價控制，多目標決策優化方法和耦合優化方法能夠為養護決策提供靈活、高效的工具，進而選出最優養護決策方案。以期文章所述優化選型方法能為公路橋梁工程養護決策與造價控制優化工作提供參考，為公路橋梁的安全性和可靠性提供保障。