铁路桥梁设备运维单元化管理研究与应用

李 林,郭心全,沈 鹍,吴 霞,李 娟

（中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所,北京 100081）

0 引言

截至2022 年底，我国铁路运营里程达15.5 万千米，其中高速铁路运营里程达4.2 万千米[1]。桥梁是铁路的重要技术设备，广泛存在于我国已建成或正在建设的铁路项目中。根据2022 年铁路工务专业统计数据显示，我国铁路桥梁总数约9.3 万座，累计长度3.2 万千米，铁路桥梁总里程约占铁路总里程的21%。桥梁设备的质量状态是列车正常运行的关键[2]，随着列车的大提速、运输强度的提高和桥梁设备使用期限的延长，桥梁设备病害问题已然成为制约铁路快速发展的关键。随着设备快速增加，从业人员的不断减少，对桥梁设备进行信息化建设工作势在必行。进一步加深信息化建设水平，使得系统具备准确定位病害位置、比较与评估设备历史状态数据等功能，有助于及时发现设备安全隐患，对于桥梁设备精准运维有着重要意义。

针对当前桥梁设备管理弊端和《“十四五”铁路科技创新规划》（以下简称：十四五铁路规划）[3]要求，研究提出了桥梁设备单元化管理建设方案，并基于桥隧子系统进行了设备单元化管理。桥梁设备单元化管理是指将空间上连续分布的桥梁设备划分成多个连续分布的较小单元，从而实现从空间位置方面研究设备状态变化规律的管理方法。经应用实践表明：桥梁设备单元化管理能够更全面地掌握每一个设备单元的台账数据，更精准地定位病害位置，更精确地找到设备的安全隐患，有助于提升安全生产检查的精确度和桥梁设备快速维修保养水平，进一步提高桥梁设备的精细化管理水平。

1 桥梁设备信息管理及应用现状

目前由于投入不足，我国桥梁设备维修保养工作未能有效地预防和控制病害的发生或减缓其发展过程，新增的桥梁病害仍呈增长趋势。为了有针对性地进行设备保养和维修，提高投资准确率，桥梁设备管理部门需要依据秋季设备大检查（简称：秋检）数据汇总的病害库和劣化率，精确地安排铁路桥梁设备大修计划。鉴于目前的桥梁养修能力，需要以更加精细化的桥梁设备管理为前提。

1.1 设备信息管理现状

目前桥梁设备台账信息录入于铁路工务设备管理系统，该系统由铁路工务管理信息系统（Permanent Way Mangement Information System，PWMIS）系统演变而来，对桥梁设备分主次表进行管理，其中主表用于对设备整体数据进行管理，次表用于对桥梁设备按照孔别进行分段管理。

1.2 设备信息应用现状

桥梁设备台账信息主要用于掌握桥梁设备资产和生产作业。工务安全生产管理信息系统桥隧子系统（简称：桥隧子系统）是在全路推广的管理工务桥梁设备生产作业组织流程的应用系统，系统已实施近5 年[4]，系统中桥梁设备健康状态管理方法虽然对保持良好的设备状态质量、保证行车安全和不间断运行起到一定作用，但依然存在可进一步改善的方面。例如：现有的桥梁设备状态评定方法，主要是结合每年秋检数据对整座桥梁设备按照检测项目（包括明桥面、钢梁、混凝土梁、支座、墩台基础等）分别评定其等级，并以劣化程度最严重项目的等级，作为整座桥梁设备的劣化等级。显然，这种粗放式的基于整座设备的状态评定方法对于长大桥梁设备是不合理的，且难以实现对桥梁病害位置的精确定位[5-6]。当前，桥隧子系统内部积累的大量桥梁设备秋检数据显示，病害桥梁约占桥梁总数的20%，且新生病害仍在不断增长[7]。考虑上述实际情况，若仍采用既有状态评定方法则难以为桥梁设备的维护提供科学合理的状态依据。

2 桥梁设备单元划分设计

为了满足铁路运输发展和行车安全的需要，铁路桥梁设备必须具有更高的承载力、更好的完整性和更强的抗灾能力，这对桥梁设备管理提出了更高的要求。针对当前桥梁设备管理弊端和十四五铁路规划要求，提出了桥梁设备单元化建设方案，并基于桥隧子系统进行了设备单元化管理。在进行单元化建设时，需明确桥梁设备单元划分原则，为保证单元划分的合理性和科学性，方便后期组织生产作业[8-10]，必须要全面考虑影响单元划分的各类因素，例如：桥梁设备的工程建设结构、材质、常见病害产生部位及原因、维修保养标准等。

对现有桥梁设备台账进行核定，处理台账数据问题，建立桥梁设备单元划分原则，基于该划分原则并依托系统划分桥梁设备单元，实现桥梁设备单元化管理和应用。桥梁设备单元划分流程如图1 所示。

图1 桥梁设备单元划分

桥梁单元依据线路类型、设备分类、材质、孔数和维修长度五个指标进行划分。其中线路类型含普速和高速；设备分类含小桥、中桥、大桥和特大桥；材质含圬工、钢梁和结合；孔数含单孔和多孔；维修长度与孔数相关，例如：1 孔、2 孔、5 孔等，都可以视作维修长度。

桥梁单元划分原则如下：

原则1：五孔一单元，同一个单元材质必须相同；

原则2：一孔存在不同行别按一孔计算；

原则3：一孔存在不同行别，且桥梁种类不一样，按照材质进行划分。

依托桥隧子系统对桥梁设备设置默认划分和自定义划分两种方式。

（1）默认划分。默认划分以ω表示默认值，即一单元所需孔数，默认为5，同种材质最后一单元孔数不足默认值ω则自成一个单元。第i单元起始位置孔数为上一单元终止孔数+1，终止位置孔数Li如公式（1）所示，其中第一个单元起始位置孔数L0值为1；ki（i=1,2,3,……）表示划分第i单元时相同材质的桥梁桥孔数量。

以京广线1123 号（汉水）大桥为例，该桥共10 孔，其中1 孔材质为圬工，2～8 孔材质为钢梁，9～10 孔材质为圬工，划分效果如表1 所示。

表1 京广线1123 号（汉水）桥

（2）自定义划分。自定义划分方法是在默认划分的基础上提供自定义设置单元起始和终止位置，且可自定义默认值以适应于各铁路局集团公司工务站段实际情况。

3 应用实践

围绕当前铁路桥梁设备管理的新需求，将单元化建设方法引入到铁路桥梁设备管理方面，推动桥梁设备由粗放型管理向精细化管理转变。

3.1 单元划分

基于桥梁设备既定单元划分规则，依托桥隧子系统实现桥梁设备单元划分，桥梁设备整座、单元分级管理，精细化评定设备质量状态，并依据桥梁结构特性提供自定义单元划分和自动默认划分功能。以广州铁路局集团公司长沙工务段为例，桥梁单元划分系统实现如图2 和图3 所示。

图2 桥隧子系统单元划分

图3 桥梁单元自定义划分

单元划分后，管理对象由传统的设备整体转变成若干设备单元，可以起到“精准定位，细化目标”的效果。尤其针对长大桥梁设备的，设备单元化管理更方便定位病害位置，更高效地辅助设备安全生产作业。

3.2 统计分析

根据全路桥梁设备单元划分所遇问题抽象统计，以单位为导向，结合设备单元历史状态信息，统计当前桥梁设备单元划分时出现的设备台账维护问题（含台账数据缺失、数据不准等），可反向提高设备台账数据精确度，保障源头数据的高质量，使得设备掌控更准确。

以组织机构及线路信息为导向，依据桥梁设备单元划分结果和桥梁检查病害库自动汇总桥梁设备单元数、劣化数和单元劣化率。通过分析设备单元病害发生机理和演化规律，能够更合理地评定整个桥梁健康状态和各个部位的劣化等级，有针对性地安排维修作业，及时消除安全隐患。

4 应用效果

桥梁设备单元化已于2022 年相继在全国各铁路局集团公司工务桥梁管理部门进行了部署应用，经现场实际应用表明，桥梁设备单元化管理功能可实现对现场设备的实际状态进行精准分析、准确评价，有针对性辅助下达维修保养计划，具体效果如下：

4.1 源头数据更准确

根据全路桥梁设备单元划分所遇问题抽象统计，以单位为导向，结合设备单元历史状态信息，统计当前桥梁设备单元划分时出现的设备台账维护问题（含台账数据缺失、数据不准等），反向提高设备台账数据精确度、完善设备信息，避免了因数据准确性问题导致的错误决策，保障了源头数据的高质量，使得设备掌控更准确。

4.2 生产作业更高效

以组织机构及线路信息为导向，依据桥梁设备单元划分结果和桥梁检查病害库自动汇总桥梁设备单元数、劣化数和单元劣化率。通过研究每个设备单元的劣化率，可以找出设备单元的病害发生机理和演化规律，能够更合理地评定整个桥梁健康状态和各个部位的劣化等级，有助于快速掌握设备状态、准确定位设备病害、及时发现设备安全隐患，针对性地安排维修作业，及时消除安全隐患，高效的辅助设备安全生产作业。

4.3 设备管理更精细

当前，我国铁路发展迅速，长大桥梁越来越多，这对桥梁信息化管理提出了更高的要求，整座设备管理和评价已经不能满足要求。桥梁设备单元化管理将长大桥梁切割为小的单元，有助于桥梁设备管理的精细化，提升设备管理效能。

4.4 设备检查更精确

对于长大桥梁切分为小的单元进行管理，使得设备检查落到桥梁单元上，能够精确化的检查桥梁设备，提高设备检查的效率。

4.5 隐患定位更精准

桥梁设备单元化管理可以使得设备管理精细化和设备检查精确化，进而提高设备安全隐患的精确定位，有助于高效地制定桥梁设备大维修计划，辅助及时消除隐患，提升桥梁设备质量。

5 结束语

新时代国内城市化进展迅速，各地区的铁路桥梁工程项目逐渐增多[11]。精细化设备管理对后期桥梁设备运营养护维修至关重要。该文旨在将单元化管理理念引入到桥梁设备管理方面，推进桥梁设备管理方式由传统粗放式管理向精细化管理方向转变。通过分析当前桥梁设备管理弊端和十四五铁路规划要求，提出了桥梁设备单元化建设方案，并依托桥隧子系统实现了在全国铁路范围的应用，经过现场实际应用表明桥梁设备单元化管理可以使桥梁设备管理精细化、定位精准化、检查精确化，有助于全面分析各类桥梁病害问题产生的根源和演变机理，更高效地安排维修工作，辅助及时消除设备安全隐患，提高设备安全生产检查的精准度。