浅谈桥梁管理系统的功能与发展趋势

罗晓英

0 引言

随着国家经济的飞速发展,交通行业在全国范围内的铺展亦很迅猛。由于桥梁自建成投入使用之后,会受到各种荷载、人为因素或环境因素的影响,使得其在使用过程中出现各种各样的问题。而由于建造年代不同,桥梁设计时所采用的规范和流程各有不同,导致结构的技术水平在设计上就有差距,加之运营过程中遇到的影响因素各不相同,每座桥梁运营中的状态和出现的问题都将有所差异,这就给桥梁的管理带来了问题。

桥梁结构作为交通运输动脉中的咽喉,随着其发展也出现了群体桥梁的概念,在一定区域内或一定路网上的桥梁被称为群体桥梁。相似的环境以及类似的等级要求使得同类群体桥梁便于进行管理,以便从宏观上确保群体桥梁的运营满足使用要求。然而,传统的管理方法越来越不能满足此类要求,管理者需要发展更加系统合理的管理方法,桥梁管理系统应运而生。

1 桥梁管理系统的发展过程

桥梁管理系统是一个较新的领域,它是伴随着桥梁工程技术和计算机技术的发展而兴起的,集桥梁工程技术、信息技术、管理科学、统计科学等各类学科于一身[1]。

1968年,美国联邦公路局研发了世界上第一个桥梁管理系统的雏形“国家桥梁档案数据库”。自此,桥梁管理系统在全世界范围内得到了充分的重视和应用,很多国家陆续开发出了适合于自己国家的桥梁管理系统并投入应用。

如美国国家公路交通协会的产品PONTIS,截至 2002年10月,美国已有39个州或地区的交通部门使用了该系统,还有7个非美国的机构使用了该软件。可以说PONTIS是目前世界上技术最先进、功能最齐全、使用最广泛的桥梁管理系统。BRIDGIT是在“美国国家高速公路合作研究项目”下开发的,与PONTIS不同,BRIDGIT先从项目级桥梁开始管理,然后再归纳管理策略形成网络级桥梁的最佳策略。BRIDGIT可以得到桥梁在运营未来一段时间内使用状态降低的概率,并对未受保护构件和受保护的构件系统的退化建立模型。另外,BRIDGIT在评估和预测桥梁状态的过程中还同时考虑了环境、交通量和可能对桥面板、路面等有所影响的因素。

欧洲已有十几个国家拥有了自己的桥梁管理系统,这些桥梁管理系统投入使用的时间从几年到二十几年不等,且具有不同的功能和完善程度。

我国桥梁管理系统的研究开发工作起步较晚,但也已经开发并应用了很多桥梁管理系统,如中国公路桥梁管理系统,同济大学桥梁系、公路规划研究所也开发了自己的桥梁管理系统[2]。目前国内应用最为广泛的是中国公路桥梁管理系统,是为干线公路桥梁管理而设计的一套综合管理系统。

2 桥梁管理系统的应用及功能

桥梁管理系统是跨学科、跨领域的系统工程,除工程技术意义上的桥梁信息外还涉及这些信息的存储、管理、统计分析。其中还包括了使用这些信息进行桥梁状态评估、桥梁运营管理决策支持、桥梁地理信息应用等多个方面的内容。计算机技术为桥梁管理系统提供了开发工具和运行平台,地理信息系统为桥梁空间信息的管理、查询等提供了更加直观有效的方式,网络技术则为桥梁管理系统的跨区域发展提供了技术支持。

近年来,桥梁管理系统在桥梁运营管理中起到了非常重要的作用,解决桥梁运营过程中出现的诸多问题,避免更大的损失和危害发生是其广泛应用的目的。桥梁管理者需要及时发现问题、解决问题,并准确了解桥梁状态信息,预测未来一段时间内桥梁的状况。桥梁管理系统为此类工作提供了一个可操作的平台,它可以让桥梁管理部门根据所提供的信息对已建桥梁进行维护、改进以及维修加固,从而使桥梁保证其安全性与适用性。

完善的桥梁管理系统具有的功能较多[3]。桥梁信息管理功能：可收集到桥梁管理系统中最基本的信息,也是桥梁管理系统最基本的功能。这些信息包括桥梁的档案信息、桥梁的历史记录信息、桥梁的灾害信息、桥梁的模型信息等。桥梁信息的管理直接决定了桥梁管理系统运行的可靠性,是桥梁管理系统的基础。桥梁技术状态评估功能：根据桥梁状态的检查结果,依据标准对桥梁的技术状态进行分析评级。这些技术状态包括桥梁的缺损状态、承载力状态、功能适应性状态、抗震能力状态等。评估的结果是桥梁管理部门对桥梁进行维修加固的重要依据,是整个桥梁运营管理的数据基础,是桥梁管理系统的关键部分。桥梁技术状况的预测功能：根据桥梁技术状态评估的结果预测桥梁状态退化的趋势以避免重大事故的发生,并帮助桥梁管理者制定出有效的养护方案和费用分析模型,从而降低桥梁管理成本。桥梁辅助决策功能：根据桥梁检查和状态评估预测结果,同时考虑技术、材料、经济、环境等因素,以节省养护资金和提高管理效率为目的选择合适的养护对策。

3 桥梁管理系统的发展趋势

3.1 数据交换与共享

桥梁数据作为桥梁管理系统的基础,若采集以及整理的效率低下便会影响整个桥梁管理系统运作的效率。随着桥梁建设事业的蓬勃发展,收集到了越来越多的桥梁状态数据。依据这些数据可以对桥梁的状态进行评估和预测,桥梁管理系统也可以为桥梁健康监测系统提供最新的结构信息,为桥梁健康监测系统的工作提供指导。因此,桥梁管理系统和桥梁健康监测系统之间的数据交换和共享是势在必行的。只是因不同系统之间数据格式和内容之间的差异,使得现有桥梁管理系统中,真正能做到与桥梁健康监测系统进行数据交换和共享的非常少。桥梁管理系统与桥梁健康监测系统之间的数据交换和共享,将会是未来桥梁管理系统的一个发展方向。

3.2 结合信息技术

信息技术的发展极大的推动了桥梁管理系统的进步,随着信息行业新技术的不断出现,桥梁管理系统结合这些新的信息技术得到更大的发展[4]。桥梁管理系统可以结合网络发展出更大的适用范围,创建出功能更齐全的系统。而现有桥梁管理系统只局限于某个地区或某项功能的应用,今后的桥梁管理系统将综合更多的功能,尽量扩充其适用范围。

3.3 提高状态评估预测方法

正确的桥梁状态评估预测结果可以为桥梁的养护部门提供恰当的养护维修帮助。虽然现有桥梁管理系统已经有很多状态评估和预测方法,却鲜有可发挥实际作用的。评估预测结果的可信性常无法保障,限制了桥梁管理系统的应用范围。因此,开发出更加准确、实用的评估预测方法也将是桥梁管理系统的重要任务。

3.4 开发灾害管理功能

据研究,自然灾害和人为灾害,如风、地震、洪水、海浪、船撞、爆炸、车撞等对桥梁状态的破坏最大[5]。现有桥梁管理系统对桥梁灾害状态的管理主要是通过间接管理桥梁的缺损状况、承载力状态和功能适应性等进行,而非采用专门的灾害管理系统。

4 结语

作为交通运输动脉的桥梁,其运营状况关乎整个社会的经济发展和人民生活的品质。为了确保桥梁结构在运营过程中的安全及舒适性,通常需要通过有效的管理来实现,桥梁管理系统正是为了这样的目标应运而生。然而,因桥梁管理系统发展时间短,且现有的管理系统所考虑到的内容还有诸多不足,仍需要采用很多的研究与开发对其进行完善。

[1]杜 江.桥梁管理的信息化方案研究[D].广州：华南理工大学,2003.

[2]郭 瑞.城市桥梁管理系统关键问题研究[D].上海：同济大学,2004.

[3]肖 萍.桥梁技术状况评价与预测[D].西安：长安大学,2003.

[4]于大涛,廖朝华.欧洲现有桥梁的评估[J].中外公路,2001(5)：35-37.

[5]赵立岩.桥梁抗震管理系统研究[D].上海：同济大学,2006.

[6]霍 超.浅谈桥梁管理系统[J].山西建筑,2009,35(14)：365-366.