桥梁综合管控平台的研发与应用

史文秀

(1.山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司) 太原市 030032； 2.桥梁工程防灾减灾山西省重点实验室 太原市 030032)

0 引言

截止2017年底，山西省高速公路通车里程5335km，其中桥梁近6284座，2019年新开通了长临高速、运保高速、神苛高速进一步增大了养护管理工作量。目前的养护工作主要存在以下问题：事务繁多，信息传递速度慢，工作效率低下；基层工作难以有效监管；应急事件无法掌控，难以正确决策；报表统计费时费力，难以统一，准确度较低；养护成本较难控制。因此，大体量公路资产的统一管理、统一决策，必须建立省级的综合性数据平台进行数据处理分析[1]，依靠先进的、综合的智慧管控平台进行线上智能监管[2-3]，走科学管养之路。

依托山西省交通运输厅科技项目《桥梁运维数据库建设与跨库融合技术研究》，介绍“山西省桥梁综合管控平台”的研发核心和应用情况，体现了平台的先进性和适用性。

1 平台框架及优势

“山西省桥梁综合管控平台”采用B/S架构开发[4-5]。面向省级的桥梁养护管理、病害调查[6]、科学决策，包含三个终端、六大模块、二十四项功能(图1)，可满足管理、养护、检测人员的需求。与同类平台相比，存在以下优势：

图1 平台框架图

(1)开发了参数化建模和自动编号功能，实现装配式梁桥、整体现浇梁桥、连续刚构桥、圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、斜拉桥等桥型的参数化建模和自动编号。

(2)开发了病害展开图自动生成功能，实现了除悬臂施工梁桥外所有梁式桥的病害[7]展开图自动生成。

(3)开发了病例管理功能，服务于全寿命周期养护管理，实现了历史病害追踪、统计，满足了系统长期应用的要求。

(4)开发了专家协助功能，现场记录的病害标度达到4、5时，短信通知公司设定的专家联系现场进行远程问诊，专家团队均为正高级工程师或部门负责人。

2 业务逻辑

2.1 定期检查

定期检查作业需要由养护单位、检测单位共同完成。养护单位主要负责基础信息维护、项目委托和报告验收确认；检测单位主要负责项目指派和技术状况评定。除病害采集使用“桥易检APP”外，基本均使用“山西省桥梁综合管控平台”WEB客户端完成相关操作。

图2 定期检查流程图

通过智能技术状况评定和自动检测报告生成，应用本平台可在不影响外业工作效率的前提下，减少95%以上的内业工作，仅需确认、下载、审核、调整即可完成内业工作。尤其是病害展开图的自动生成，节省内业工作平均不低于1d/桥。同时，系统报告模块依据桥梁养护标准化具体要求进行定制，包含了病害呈现和数据统计，保证了报告的准确度和深度。

2.2 经常检查

经常检查作业由养护单位独立完成，流程包含任务指派、病害采集、任务审核三个步骤。其中病害采集使用“桥梁养护管理”微信小程序。录入流程与定期检查病害录入相同，通过信息化工具引导养护工作向专业化前进。同时，WEB客户端自动生成了经常检查报表，简化了养护人员的内业工作，保证了数据的准确性和完整性。

2.3 养护决策咨询

养护决策咨询由咨询单位独立完成。采用基于层次分析法的决策模型开展分析计算，流程包含选择养护单位、选择决策参数、选择决策目标三个步骤。该模块主要建立在病害采集、技术状况评定、维修对策管理、桥梁决策模型四项功能基础上，通过维修优先级排序和养护经费预测实现了常规维修策略和特殊维修策略下的养护资源分配优化。同时，实现了构件库、病害库、检查库、维修库数据的跨库融合。

3 数据统计

3.1 基础信息

平台使用了自由定制的基础信息统计模式，支持用户自定义X轴和分组方式，以及按照数量、长度两种方式进行统计，可自定义选择四类统计图表作为常列统计项进行显示。同时兼顾了养护、检测等不同用户的需求，显著提高了适用性。

3.2 病害信息

平台提供了按照路线路段、养护单位和具体桥梁进行不同桥型下不同病害的病害信息统计功能，包含了病害数量(个/条)、病害总计(cm/cm2)、数量发生率(病害数量/桥梁数量)、总计发生率(病害总计/桥长总计)，用以通过不同的形式评价桥梁建设和养护的质量，并能为区域的养护维修工程提供准确工程量。

4应用情况

4.1 病害采集

2020年，“山西省桥梁综合管控平台”及“桥易检APP”全面应用于省级高速公路桥梁定期检查，完成检测项目29项，评定桥梁3724座，病害累计235459条。根据系统使用记录统计，检测速度25.82m/人/h，0.92跨/人/h，可见使用“桥易检APP”进行现场检测时检测速度与传统书面记录方式没有明显区别，信息化检测手段不影响现场检测进度，不增加外业工作成本。

4.2 病害统计

对4.1所述235459条病害进行统计，具体分布情况见表1。由其可见，上部承重构件、上部一般构件、支座、墩台、伸缩缝病害占比较大，其他部分总计8.12%。伸缩缝病害中裂缝占比94.03%，锚固区缺陷占比5.09%，失效占比0.88%，其他部件具体见图3～图6。

图6 墩台病害统计

表1 不同位置部件病害数量及占比

图3 上部承重构件病害统计

根据图3、图4，不超限裂缝(最大缝宽小于等于0.2mm)为上部结构的主要病害，包含横向裂缝、竖向裂缝等受力裂缝以及其他裂缝。对于70座三类桥，横向裂缝2330条，竖向裂缝4324条，裂缝总计9909条，各自占比23.5%及43.6%。对于一类、二类桥，主要为腹板、马蹄等的纵向裂缝。

图4 上部一般构件病害统计

根据图5，老化变质、开裂为支座的主要病害。根据图6，不超限裂缝(最大缝宽小于等于0.3mm)是墩台的主要病害，钢筋锈蚀亦占相当比例。

图5 支座病害统计

4.3 养护分析

目前，针对上部结构超限裂缝(最大缝宽大于0.2mm)、下部结构超限裂缝(最大缝宽大于0.3mm)，认为其为受力裂缝，采用裂缝注胶的方式进行修复；针对其他不超限裂缝，认为其为温缩裂缝等非受力裂缝，采用裂缝封闭的方式进行修复。然而，三类桥上部承重构件中竖向裂缝、横向裂缝占比67.1%，超限裂缝却仅占2.7%。显然，仅将超限裂缝认定为受力裂缝进行裂缝注胶维修不合理，跨中腹板竖向裂缝、底板横向裂缝等不超限受力裂缝采用裂缝封闭方式修复后，随着荷载的反复作用，尤其是重载交通的作用，再次开裂的概率很高。封闭后裂缝再次崩开的现象(图7)也证明了以上判断。

图7 裂缝封闭后胶体局部开裂

因此，检测工程师在病害调查过程中需加强对受力裂缝的判断和标识，以指导养护维修。

老化变质、开裂为支座的主要病害，表明橡胶支座的材料性能存在明显缺陷，需加强在建设过程中的质量控制。

5 结论

综上所述，可得以下结论：

(1)“山西省桥梁综合管控平台”及“桥易检APP”的应用，在不增加外业检测成本的前提下，实现了智能技术状况评定、自动检测报告生成、定制化病害统计分析、养护决策分析，应用情况良好，是适应信息化时代的积极探索。

(2)省级高速公路桥梁定期检查病害统计情况表明，受力裂缝占比远超超限裂缝，仅将超限裂缝认定为受力裂缝进行裂缝注胶维修不合理，检测工程师在病害调查过程中需加强对受力裂缝的判断和标识，以指导养护维修。