基于風險管理的跨海懸索橋養(yǎng)護管理

1、基于風險管理的跨海懸索橋養(yǎng)護管理        前言 橋梁管理系統(tǒng)是國民經濟高速發(fā)展和交通運輸大幅度增長后，對道路和橋梁安全使用和適時實施維護管理而提出來的。橋梁管理系統(tǒng)經歷了從簡單到復雜，從單項數據處理到多項數據、多知識綜合處理的人工智能的發(fā)展過程。經過近半個世紀的努力，目前，美國、加拿大、南非、英國、丹麥、澳大利亞、日本以及我國等國家和地區(qū)已經建立了成熟的橋梁管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對于改善橋梁維護和管理水平，確保車輛和行人橋上通行安全，最合理地利用有限的維護資金起到了很好的作用 。面對橋梁養(yǎng)護管理工作這一復雜的系統(tǒng)

2、工程，這些工程應用仍沒有有效克服如下關鍵問題：）功能較為簡單，不能適應跨海懸索橋養(yǎng)護管理模式和業(yè)務流程。）缺乏一套嚴格遵照規(guī)范的病害描述用語，導致后期數據庫檢索效率低下、數據統(tǒng)計可信度不足。）沒有提出針對橋梁具體部件病害影響程度評估的系統(tǒng)方法，相關工作仍然需要依賴于檢測工程人員基于經驗和理論素養(yǎng)的主觀判斷來進行。由此導致橋梁評分值上下浮動空間較大，橋梁等級確定較為隨意化。）雖然是電子化管理系統(tǒng)，但實質是傳統(tǒng)的基于經驗的巡檢養(yǎng)護管理的簡單電子化，仍然沒有擺脫管理目標不明確，管理內容不標準，管理程序不規(guī)范的弊病。風險管理理念在軍事、原子能以及航空航天領域應用廣泛。威脅橋梁結構安全并影響其發(fā)揮使用功

3、能的是橋梁在生命周期內面臨的來自于材料老化、結構退化、特殊事件、人為因素等的危險，只要為這些危險建立科學合理的管理機制，就能夠實現預期的目的，即保障橋梁的結構安全，并使橋梁能正常發(fā)揮其使用功能。2 巡檢養(yǎng)護管理模式養(yǎng)護維修的類型分為退化性維修（任其劣化，沒有維修）、更正性維修（出現劣化后維修）、計劃性維修（出現劣化前較少的維修）和條件性維修（出現劣化前消除劣化），如圖 所示。更正性維修又稱為被動維修，因為它是等待問題嚴重到會危及局部或者整體的安全才來實施維修；條件性維修又稱為主動維修，根據損傷、結構評分和經濟指標來設定條件，一旦條件滿足就實施維修。按照國外的研究和工程應用成果，綜合考慮橋梁的服

4、務水平（與技術狀態(tài)密切相關）和維修費用，科學合理的巡檢養(yǎng)護的原則是：制定合理的預防性養(yǎng)護和條件養(yǎng)護頻率，使常規(guī)保養(yǎng)以最低的經濟成本達到合格的養(yǎng)護標準。根據以往的巡檢養(yǎng)護積累的數據，其具體指標為條件性維修占維修總量的 ，計劃性的養(yǎng)護維修占維修總量的 ，更正性維修占維修總量的 ，而且原則上只能由特殊事件觸發(fā)。3 橋梁風險管理所謂結構危險，是指結構在其生命周期內由于結構材料老化、結構退化、外部荷載的作用、外部特殊事件和人為破壞等對結構安全和生命安全帶來損失的不確定性。危險概率是指危險發(fā)生的可能性，危險的嚴重度則是指每種危險發(fā)生導致的危害程度，通常可以用對結構安全的影響程度和范圍以及人生命的影響來度量

5、 。通過分析橋梁在其生命周期內危險發(fā)生的概率及其危害程度，評估橋梁危險的關鍵度，并根據危險的關鍵度來制定相應的管理策略，從而實現橋梁的風險管理。橋梁風險管理機制的制定，需要開展以下工作。）橋梁結構危險性分析。危險性分析中將運用最新的結構損傷機理的知識并結合跨海懸索橋大橋的環(huán)境特點和結構構造特征來進行。危險性分析包括總體危險性分析和詳細危險性分析。總體危險性分析的目的在于識別跨海懸索橋所有結構物在生命周期內可能遭受的所有危險，在此基礎上，根據危險對結構的影響程度、發(fā)生的可能性和可探測性來度量這些危險的水平，進而識別出每種類型結構單元最關鍵的危險，然后定義適用的控制措施。詳細的危險性分析是針對每種

6、類型的結構單元，按照識別的關鍵危險分析其損傷發(fā)生的部位即巡檢點可能的表現形式，考慮不同類型損傷的成因和發(fā)展特點確定巡檢頻率，根據相關規(guī)范確定評分方法、損傷出現后的養(yǎng)護措施、檢查的通道和方法。危險性分析還要分析施工缺陷對結構的影響，特殊事件和特殊維修過程（易損件的更換）等對結構安全的影響，這樣才能實現橋梁生命周期的全部危險的無遺漏分析，進而實現橋梁生命周期的全部危險的無遺漏管理。）將結構危險性分析與量化管理理念運用于橋梁結構巡檢養(yǎng)護管理。量化管理理論是一種從目標出發(fā)，使用科學、量化的手段進行管理組織體系設計和為具體工作建立標準的理論，它涵蓋策略制定、組織體系建設、對具體工作進行量化管理等多個方面

7、，是一種整體解決具體問題的系統(tǒng)性的量化管理理論。根據橋梁巡檢養(yǎng)護管理的目標，將全橋巡檢養(yǎng)護管理分解到全部單元的巡檢養(yǎng)護管理，再進一步細化每類單元的管理，即在可操作的結構單元層次上建立整個結構的巡檢養(yǎng)護方案，每種類型的單元可能發(fā)生的危險、發(fā)生危險的部位和特征、描述損傷的方法和參數、巡檢的方法和通道以及工具、巡檢的頻率、易損件的更換、特殊事件的響應和檢查方法。）定義橋梁養(yǎng)護管理的其他內容。這些內容是實現橋梁風險管理的基本保障，他們包括但不限于：橋梁巡檢養(yǎng)護管理的組織、參與人員和公司的職責及要求、巡檢養(yǎng)護的安全制度等。4 養(yǎng)護管理系統(tǒng)基于風險管理的跨海懸索橋養(yǎng)護管理系統(tǒng)由巡檢養(yǎng)護手冊和電子化巡檢養(yǎng)護

8、管理系統(tǒng)組成。巡檢養(yǎng)護手冊是巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)的綱領性文件，對所有內容進行定義和描述。電子化巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)是巡檢養(yǎng)護手冊的電子化版本，它的主要功能在于記錄和管理橋梁損傷信息，分析報告橋梁的技術狀況?？绾宜鳂螂娮踊斯ぱ矙z系統(tǒng)的實施是個復雜的工程，其總體設計流程圖見圖。開發(fā)跨海懸索橋養(yǎng)護管理系統(tǒng)主要工作分為以下 個部分：）結構解析和資產清單。根據大橋的工程特點，將結構離散為主纜、吊索、索夾、鞍座、加勁梁、橋塔、錨碇、索塔、支座和伸縮縫等不同類型的單元（根據青島海灣大橋橋梁結構形式不同，分別進行結構解析），在此基礎上，擴展為資產清單。）結構危險性分析。在結構解析的基礎上，首先進行總體危險性分析，進而進行

9、詳細的危險性分析，定義巡檢類型，以及每種單元的巡檢頻率和巡檢養(yǎng)護表單，建立橋梁損傷的評分系統(tǒng)等。）巡檢養(yǎng)護手冊。包括大橋的工程描述、巡檢通道的定義、巡檢養(yǎng)護組織、施工巡檢記錄、各種類型的巡檢、特殊事件后的巡檢、非結構物的巡檢養(yǎng)護等，集中體現了風險管理的理念和成果。）電子化巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)集成。前期工作是數據庫準備，主要包括硬件系統(tǒng)的架設。電子化人工巡檢系統(tǒng)的定制、巡檢圖紙的繪制、巡檢養(yǎng)護表單以及大橋初始狀態(tài)信息等資料，后期進行中心數據庫的錄入，以及軟件調試、直至系統(tǒng)成功投入使用。5 巡檢養(yǎng)護手冊巡檢養(yǎng)護手冊是巡檢養(yǎng)護管理的指導文件，是結構危險性分析的成果，巡檢養(yǎng)護手冊必須包括以下內容。）橋梁工程概

10、況：對橋梁所有結構進行詳細描述，并提供了全橋的設計信息，實現從設計施工到運營過程的數據信息的傳遞，用于理解和回顧設計標準，為后續(xù)養(yǎng)護工作提供所需的信息。）巡檢養(yǎng)護基礎知識：結構解析的原則以及結構風險評估理念，闡述橋梁巡檢通道，定義了橋梁巡檢的類型，橋梁技術狀況評定體系。）初始巡檢、日常巡檢、定期巡檢、專項巡檢的檢查內容和方法，巡檢所需信息和巡檢的具體要求。）特殊事件管理策略：這部分內容是在結構風險評估的基礎上制定的，用于指導大橋管理人員在橋梁發(fā)生特殊事件后應該如何響應。同時針對可預測事件的安全控制措施也需要規(guī)定。這些內容應根據已獲得的類似事件的處理經驗進行定期更新。）特殊維修管理策略：這部分內

11、容提供了現有特殊維修程序和養(yǎng)護工作的關鍵步驟。目的在于避免不當的維修操作給結構帶來新的損傷。）巡檢養(yǎng)護管理的組織：這部分內容作為養(yǎng)護管理的整體組織框架，記錄業(yè)主為了實現巡檢養(yǎng)護而實施的管理工作。6 電子化巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)電子化巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)是巡檢養(yǎng)護手冊的電子化版本，系統(tǒng)包括軟件和配套數據庫。通過這套系統(tǒng)，可以實現從巡檢養(yǎng)護管理過程中所有信息的采集、分析和整理，建立橋梁養(yǎng)護管理的電子檔案。軟件系統(tǒng)的核心物理構成分為兩部分，系統(tǒng)服務器和平板筆記本電腦。系統(tǒng)服務器上部署有基礎信息維護管理、巡檢管理、報告分析。巡檢用平板電腦上部署有現場巡檢模塊。電子化人工巡檢養(yǎng)護管理系統(tǒng)軟件的數據庫劃分為：結構基本信息庫

12、、損傷知識庫、損傷庫、養(yǎng)護措施庫、評分準則庫、同時包括圖紙、照片、參考文檔等文件數據資料。系統(tǒng)模塊主要功能為：）管理模塊：對橋梁的原始靜態(tài)數據如文檔基本數據，運營期間的動態(tài)數據如損傷信息和管理信息進行歸檔查詢。）巡檢管理模塊：定義巡檢任務日歷，查詢巡檢任務，新建巡檢任務，傳輸任務到巡檢筆記本，合并任務數據到中心數據庫。）現場巡檢模塊： 運行在現場巡檢筆記本上，主要用于記錄損傷的信息包括損傷描述， 圖紙、損傷照片。）報告分析模塊：主要包括損傷查詢分析，損傷評分和任務結構報告，可以對損傷進行統(tǒng)計分析并輸出多種格式報告。電子化人工巡檢養(yǎng)護系統(tǒng)改變了過去人工巡檢存在的各種問題，做到：目的、對象明確，巡

13、檢內容及項目一目了然；通過損傷庫和巡檢表格實現了損傷的規(guī)范化記錄管理，徹底摒除了損傷記錄中的經驗性和隨意性，保證了數據的規(guī)范；損傷判斷及損傷程度判別實現標準化，可以對結構單元或全橋進行基于損傷的巡檢結果的狀況評分；巡檢結果存儲有序，視化程度高；巡檢結果可通過筆錄式筆記本直接傳輸到中心數據庫，大大加快了數據融合的速度；可以在巡檢結束后迅速生成巡檢報告，亦可迅速生成維修計劃建議及費用報告。7 工程應用西堠門大橋的巡檢養(yǎng)護管理系統(tǒng)是基于風險管理理念構建的，通過結構危險性分析，總共評估了 種結構風險，并確定了 種風險需要采用相66 中國工程科學應的措施來實施控制。在單元層次的危險性分析中，為 類單元建立了風險管理策略，并且對陣風、地震、車輛撞擊、火災和特種車輛通過等外部事件和易損件的更換建立了風險管理流程，在此基礎上，形成了西堠門大橋巡檢養(yǎng)護手冊和電子化系統(tǒng)8 結語基于風險管理的跨海懸索橋養(yǎng)護管理運用結構危險性分析技術來評估橋梁生命周期