基于桥梁物联网平台的装配式钢梁应急保通体系研究

韩鹏

(上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司,上海市 200092)

基于桥梁物联网平台的装配式钢梁应急保通体系研究

韩鹏

(上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司,上海市 200092)

以风险事件后桥梁“快速保通”需求为出发点,综合论述了库存装配式钢梁信息数据库建立、快速搭设保通技术储备,以及快速保通协同工作体系等方面的关键技术要点。研究表明,基于桥梁物联网平台建立应急保通信息化管理体系,是现代桥梁智慧化运维管理工作的重要后端,可在确保区域装配式钢梁相关仓储、运输、架设和多部门协同工作的同时,高效实现技术装备的“共享型”应用。

装配式钢梁；贝雷梁；应急保通；物联网

0 引言

在庞大的公路交通体系中,以中小跨度桥梁为代表的桥梁网络,承担了道路跨河、跨线关键节点乃至长大线路的交通任务。作为道路交通的关键节点,桥梁安全运维是保障人民生命财产和区域经济正常发展的重要因素,也是道路、交通、航道等部门的共同诉求。交通量提高、桥梁安全状况变化、区域化管理任务加重,客观上对桥梁运维管理工作的信息化提升提出要求。

桥梁在运营过程中,面临来自交通负荷、运营环境等复杂条件的作用,存在材料劣化、地基沉降等因素造成的渐变型风险,以及来自车辆（船舶）撞击、车辆超荷、危险品泄漏、自然和地质灾害等突发型事件的风险。

针对遭受严重风险事件的桥梁,以及大量技术状况评定为四、五类的中小型桥梁,在病害发生的情况下,尽可能实现简便、迅速的保通是应急抢险的首要目标。基于库存装配式钢梁（即“战备梁”）实现损伤桥梁的快速化保通,是城市交通应急保障体系的高效解决方案。

装配式钢梁结构承载能力强,拆装和运输便捷,构件通用性强,可广泛应用于桥梁和其它有跨越需求的工程的应急抢修,并可用于在工程施工中搭设临时通道。但同时,从城市应急管理的角度,当前装配式钢梁的日常仓储、调用、维护尚未体系化。一方面,装配式钢梁由应急物资仓库、施工装备企业等部门所有,日常以租赁等方式提高设备利用率,但库存节段数量、零件类型、装配机具配套量等,难以满足城市风险应急需求；另一方面,交通设施管理部门对库存装配式钢梁的分布、类型、运输方式等信息,尚不能实现实时的集约化管理,在风险事件后,常需临时联系调配、构建运输和架设方案,时效性、系统性有待于提高,客观上对装配式钢梁的信息化综合管理技术提出需求。

基于现代传感技术、智能巡检技术、云平台数据数据管理技术的桥梁物联网平台,为桥梁区域化安全运维管理提供从风险感知、病害巡查,到综合数据存储、运算管理,到风险预（告）警、应急保通、维修养护全过程的产业化智慧服务,成为中小型桥梁区域化管理的破局之道[1]。

基于桥梁物联网平台建立装配式钢梁应急保通信息化管理体系,可长期实时掌握区域内装备式钢梁等应急装备的位置和技术信息,为桥梁应急抢险提供数据和技术支撑,以平台化管理实现风险事件后多部门高效协同工作,是桥梁智慧化运维管理工作的重要后端。技术构架见图1。

1 装配式钢梁信息调研和数据库建立

针对高负荷的公路交通干线,在风险事件后,快速“保通”是应急抢险的首要任务。在此目标要求下,需要针对库存的装配式钢桥进行整体的信息调研,以保证应对紧急事件时,能够做到快速、安全的资源调配和结构架设。库存装配式钢梁信息数据库应包含如下关键要素:

图1 应急保通体系技术构架

（1）库存装配式钢梁构件信息

包含装配式节段、结构部件、配件尺寸型号、承载能力、库存位置、数量；支座等连接构件信息等。

（2）装配式钢梁运输信息

针对不同跨度、不同类型的桥梁,装配式钢梁的运输方式有所不同,例如采用开放式货车、厢式货车或船运；根据结构需求和运输路径需求,采用大型货车整体运送或小型货车零担运送。需对各种构件、整体式梁体可采用的运输方式进行调研统计,以针对工程地点、桥梁类型、损伤程度不同、紧急程度不同的事件,采用最合适的运输方式。

（3）库存装配式钢梁装配方式信息

不同跨度、不同类型的装配式钢梁,其装配方式、操作规程和所需工具不同,应对其信息进行调研,确保在紧急事件应对中,能够做到库存工具充足,或应急响应机构所辖范围内能够做到工具和机械的高效、充足调配。

（4）现有应急响应人力资源信息

各桥梁所属辖区内,应急抢险人员配置；工作方式、规程；人员作息和紧急调配方式；可用于装配式钢梁运输、安装等工作的技术和相关工作人员信息。

（5）与桥位相关的运输路径

与辖区各桥梁相关的应急运输路径,如是否可供大型运输车辆通行,是否有辅道可供应急抢险车辆进入工程场地,沿途车辆限高、转弯半径、车道宽度、车辆限行政策等条件是否满足？针对不同的损伤模式,若需不同的装配式钢梁,则如何选取最合适、高效的运输路径？

2 库存装配式钢梁快速搭设保通技术

城市桥梁应急体系主要面对的是数量巨大,分布广泛的中小型桥梁,在交通量日益增大的时期,“快速”是最主要的要求,因而,与之相应的技术储备,均以该要求为基本目标。

（1）库存装配式钢梁的快速选取和调配

根据病害桥梁的结构特点和病害特点,快速选取装配梁结构模式、构件类型等,以及与快速保通相关的技术规程的选取。

（2）装配式钢梁快速架设方式研究

以“应急保通”作为基本目标,应力求做到将“库存”的构件快速架设,保证畅通。对不同类型、跨径和地质条件的桥梁,其快速架设需要的技术方法不同。在对大量工程进行普查的基础上,对不同结构特点、地质条件以及周边场地特点的桥梁进行归类,并针对不同类型、不同等级的损伤或病害,给出不同的架设方式,如整跨吊装架设或构件组装等。

（3）装配式钢梁架设承载力研究

对现有的装配式钢梁,其本身的搭建方式和承载能力,可参照操作规程来确定。但对具体工程,则应考察架设装配式钢梁之后,原有结构的承载能力,如既有桥墩承载力,上跨现有结构时,支承位置处结构的承载能力等。

在紧急事件条件下,详细计算的时间不够充裕,因而可通过预先调查研究,给定预案,以便在应急条件下使用。

3 快速保通协同工作体系

公路交通体系除城市和主干线桥梁外,大量农桥、水利桥也是重要的组成部分。很多桥梁目前仍存在归属不明确,监管不到位等问题,要满足应急保通这一基本需求,尚存在部门协调、人员调配、资金支持、责权划归等方面的问题。应力求在多部门的协调下,建立较为明确的规章制度和协同工作规程,保证在紧急事件下能够做到整体快速响应。

（1）桥梁归属和管辖调查

在主管部门的领导下,对各中小桥梁进行信息收集,了解其归属和管辖部门,力求在主管部门的统一协调下,在“应急保通”这一共同目标的引导下,实现各部门的协同工作。

（2）应急工作机制的建立

在紧急事件发生后,管理部门迅速调配相关管辖和技术力量,实现工程、交通、航运、水务等相关部门的迅速响应和协同工作。对工程技术人员,确保全时有人值守岗位,紧急情况下确保有效调动人力资源。

4 相关风险要素

针对快速应急保通需求,实现快速、紧急行动,这将同时给人员安全和工作质量带来一定的风险。力求在以完备的规章制度予以保障的同时,通过建立善后保障机制,来应对可能存在的风险。主要包括工作中的人身安全风险；运输和装配中的设备、构件安全风险；设备、构件储备充足性；协同工作有效性等带来的风险等。针对一系列可能存在的风险,建立相应的善后保障和补偿机制。

5 库存需求分析示例

装配式钢梁通常是以标准段形式整体仓储,同时,根据组合形式的不同,具备不同的最大跨越能力。用于应急抢险时,一般不具备在桥跨中部设置支点的条件,因而,需利用既有桥墩或者“梁上架梁”的方式实现损伤桥跨的直接跨越。需根据区域桥梁的单跨统计特征,确定装配式钢梁库存数量和组合形式需求,在满足应急需求的前提下,降低库存总量,提高非抢险时段的装备利用率,在“应急储备”和“资源利用”之间寻求平衡。

以常用“321钢桥”为例[2][3],其标准节段长度3 m,组合形式分为单排单层（SS）、加强单排单层（SSR）、双排单层（DS）等10种类型,最大跨越能力见表1。

表1 “321”钢桥组合形式与最大跨径

以某区为例,桥梁管理部门统计样本桥梁263座,共计1 140跨。根据“321钢桥”的节段组合长度,对桥跨进行分布统计,见图2。

图2 桥跨分区间段统计条状图（长度单位:m）

同时,根据组合形式的最大跨越能力,对区域桥跨进行统计。力求满足大部分桥跨的保通需求,同时不因组合形式的变化而大幅增大仓储节段量,见图3。

图3 根据装配式钢梁跨越能力统计适用桥跨数量

由图2、图3可见,若以单向单车道保通为最基本目标,则最大跨越能力24 m的“双排单层（DS）”可满足区域内1 031跨桥梁的应急保通需求,占总跨数90.4%。对此,需配备8×2×2=32个标准节段,以及相应的零部件和装配、运输机具。

若储备最大跨越能力36 m的“加强型双排单层（DSR）”,可满足1 127跨需求,占总跨数98.9%。对此,需配备12×2×2=48个标准节段,并同时储备节段所需上、下加强弦杆。

跨越能力近似的“三排单层（TS）”、“双排双层（DD）”,由于显著增加节段数量,不作为推荐储备方案。

综上可见,对该区桥梁,以32个“321钢桥”标准节段作为常态应急储备,即可基本满足应急保通需求。

在通过中心管理系统对库存装配式钢梁仓储、运输、架设信息进行综合管理的条件下,上述储备可以“分散存储、总量保证”的形式,由多处仓库共同“动态”满足日常库存和应急调配需求。

6 结语

本文综合阐述库存装配式钢梁信息数据库建立、快速搭设保通技术储备,以及快速保通协同工作体系等方面的关键技术要点,并以某区桥梁为示例,根据桥跨统计分析,确定了该区域桥梁应急保通所用装配式钢梁的仓储需求。

以物联网中心数据管理平台对库存装配式钢梁进行信息化、集约化管理,可快速、高效实现风险事件下的资源调配和多部门协同响应。同时,可对区域内装配式钢梁仓储单位进行统筹管理,在满足应急需求的前提下,实现设施利用效益最大化,亦为“共享型”经济模式的具体体现。

[1]韩鹏,唐术熙,李攀.探索中小桥梁管养的破局之道——桥梁安全运维智慧服务平台[J].桥梁杂志,2016(2):72-74.

[2]JT/T 728-2008,装配式公路钢桥制造[S].

[3]黄绍金,刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京:人民交通出版社,2002.

U445.7

B

1009-7716（2017）07-0197-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.061

2017-04-19

韩鹏（1982-）,男,山东滨州人,工程师,从事桥梁物联网研究工作。