技术和数据是长大桥梁管养的未来

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长大桥梁面临的管养挑战

我国长大桥梁数量多，超大跨径桥梁管养难度大。中国改革开放四十多年来，交通事业取得了长足发展。截至2018年底，高速公路通车里程达14.26万公里，其中特大桥超过3000座，大桥超过54000座。桥梁的结构安全风险是公路安全可靠运营的关键一环，以科学合理的投入确保桥梁安全服役、可靠耐久是桥梁养护的核心问题。巨大的存量规模带来了管养压力，同时也给超大跨径桥梁带来了管养难度。

特大桥（座）（长度1000米或跨径150米）

大桥（座）（长度百米以上、千米以下或跨径40米以上、150米以下）

桥型种类多，技术复杂，不同的桥型适用不同的建设条件。同时新技术、新材料、新工艺的不断发展与进步，迈向桥梁建设强国的目标等，都对桥梁管养技术进步提出了更高的要求。

构件类型多，检测评定与维护决策面临挑战。桥梁种类各异且构件类型繁多，使用功能、工作条件、材料类型、重要程度等各异，检测、评估、维护等技术各不相同。也正是这些原因，桥梁的技术状态很难用一个简单的分数来衡量，整座桥梁的准确评估难度较大，也很难对未来的技术状态发展做出科学预测，由此，养护科学决策面临挑战。

大跨径桥梁检测盲区多，难以精准掌握技术状态。大跨径桥梁可能存在较多的检测盲区或者难度较大的检测区域，例如：隐蔽、深埋、高耸、包裹等情况，甚至存在不可更换、不可探测且难以确保百年服役寿命的特殊情况，很难精确把握构件及整桥技术状态。

数据归集困难，价值低，评估难度大。我们总是希望基于更多的数据获得桥梁技术状态演变的规律，也存在各种各样获取数据的渠道，但总体上存在难以获得、难以理解、归集困难、大量错误和价值偏低的问题，这给进一步的评估和决策带来了困难。在数据标准化、数据有效积累、数据管理和价值挖掘方面仍有大量工作要做。

另外，行业在建养衔接上尚有短板，建养一盘棋、全寿命周期的总体考虑还不充分。设计环节缺少全面的“养护设计”，建设环节缺少对后期运维的统筹考虑。一座大桥能否以合理的管养安全服役百年，很大程度是设计建造阶段的“基因”决定的。

综上所述，长大桥梁在管养中面临特殊而又突出的难题，针对这些问题，以下简单介绍管养政策、检测手段、评估决策三个方面的应对措施。

政策上的应对措施

在制度层面，长大桥梁执行的管养制度分为三个层级：第一个层级是交通运输部颁布实施的行业标准；第二个层级是各省份交通主管部门根据自身情况，在满足行业标准基础上实施的地方标准；第三个层级是长大桥梁管养单位制定的标准，是结合自身需求制定的相关企业标准。其中，第二个层级主要是江苏、浙江、广东等交通较为发达、长大桥梁管养压力较大的区域编制的地方标准；第三个层级主要是特色管养单位例如杭州湾跨海大桥、江阴长江大桥等编制的企业级管养标准。

在行业标准层面，从2004年开始，《公路桥涵养护规范》颁布实施，《规范》将桥梁作为重点养护对象从公路养护相关标准中独立出来。后续又发布实施了《公路桥梁养护管理工作制度》《公路桥梁技术状况评定标准》《关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》《公路长大桥隧养护管理和安全运行若干规定》等相关制度标准，发展完善了长大桥梁管养标准体系。

为了督促制度落实，同时加强行业技术指导，自2011年起，由交通运输部组织实施全国干线公路养护管理大检查（简称“国检”）制度，每年从全国抽查40座桥梁，检查内容包括桥梁的技术状态和各项管理制度的落实情况。自“国检”以来，全国桥梁垮塌事故明显降低，各省桥梁规范化管养水平逐步提升，相应也促进了长大桥梁管养技术和规范化程度的提升。

几种常用的检测技术与手段

实施“国检”制度后的桥梁垮塌事故发生率曲线示意

检测是获得结构状态最直接有效的手段，针对不同的目的有不同的检测技术和手段，也催生了大量的高科技装备，但最普遍常见的仍是借助简单工具的目视检测。随着数据标准化程度的提高、数据管理技术的不断进步，病害及状态的时间轴变化将发挥更大的价值，目视检测也会更加重要。这里简单介绍几种其他适用长大桥梁的检测技术与手段。

长期结构监测技术。交通运输部在《公路工程特殊结构桥梁项目设计文件编制办法》中，要求在新建长大桥项目中采用结构检测技术对结构进行运营期监测。从十几年的发展实践来看，很多长大桥梁上都安装了可进行长期结构性能监测的传感器感知系统。在气象监测、变形监测等方面取得了不错的效果，在数据层面支撑了桥梁的技术状态评估，但也存在建设和维护成本过高、性价比低的问题，数据的价值与期待之间尚有距离。但随着通信技术和感知技术的进步及传感器低成本化，这项技术在桥梁技术状态监测与评估中依然前景广阔。

短期结构监测技术。短期结构监测技术近几年得到了比较广泛的应用，可快速完成部署，连续几个月采集数据，业主不需要购买监测系统而是购买数据服务，大大降低了运营成本。由于更具针对性且布置了更多的传感器实现更多数据的连续采集，可以针对更加具体的问题甚至聚焦某条裂缝的发展变化，可以描绘温度场、湿度场的变化，还可以在荷载试验时快速高效捕获海量数据等，数据更加全面准确。短期结构监测技术已成为大跨径桥梁综合评估的重要检测手段，且在重点风险源识别排查、特殊情况应急监测中具有极高的应用价值。

组图：短期结构监测技术可具体针对温度场、湿度场的变化进行监测。

高耸结构检测技术。高耸结构内部检测可以通过检修通道抵近检查，但外部检查难以人工抵近，一般采用高清摄像、无人机、缆索机器人等实现常规检测，在确保检测质量的同时可以大幅节约成本。

隐蔽结构检测技术。深埋、遮挡、包裹、水下等隐蔽结构检测是长大桥梁养护经常碰到的难题，技术的进步使得部分此类问题已得到有效解决，例如：水下机器人取代人工探摸检测水下结构，斜拉索通过“开窗”实现钢丝检测，主缆通过全景式观察窗实现日常目视可检。还有部分关键构件不可检的情况，例如：主缆有黏结预应力锚固系统锚下钢丝锈蚀等。

荷载试验。通常情况下，长大桥在运营一段时间后，需要全面检测评定，荷载试验是必不可少的评定手段之一。通过特定荷载条件下结构响应情况，与理论值、既往荷载试验结果进行比对，全面评定结构承载能力状况。荷载试验需要封闭交通以施加预定的荷载，获得精确的结构响应值。一种新的不中断交通自由流荷载试验技术也在发展中，尽管结果还不够精确，但持续性观测所获得的大数据通过分析可能会使结果具有足够的使用价值。

数据管理技术。获取数据是所有检测技术的根本目的，各种各样的数据需要科学有序管理，才能发挥更大价值，才能积累沿时间轴变化带来的价值。这项技术是软性的，但却是至关重要的，包含了一系列数据的标准化和信息化建设，要使不同时期、不同单位采集的检测数据在时间轴上具有可比性，形成统一的数据汇聚平台。以往，对这项技术缺少重视，数据的标准化程度不够，难以跟踪研究，数据仅能发挥当期价值，造成严重的资源浪费。

隐蔽结构检测技术的逐步推广应用，在一定程度上缓解了长大桥养护难度。

苏通大桥通车十年全桥评估荷载测试

应用于长大桥检测的数据管理平台

基于数据的决策与评估

长大桥养护分类分级专项评估系统示意图

通常情况下，桥梁的检查通常分为经常检查、定期检查、专门检查和应急检查。在检查基础上，可以对桥梁进行一般评定，根据评定的结果将桥梁分级，根据分级的结果确定需要采取的维修对策。如果桥梁的分级较低，还需要进行适应性评定，进一步决定需要采取的维修对策。上述技术路径更多的还是基于管理的需求，而不是基于技术的需求，更加适用于中小桥梁。而对于大跨径桥梁，面对具体的问题，由于结构复杂、构件繁多，这样的决策支持技术路径显然还不够全面准确，也不够科学合理。

对于长大桥梁，较为适用的是分类分级的专项评估方法，将评估内容分为宏观受力、耐久性能、易损性能和使用性能四个方面开展专项评估，针对不同的专项广泛收集检测数据完成专项评估，在专项评估基础上进行综合评定，然后有针对性提供决策支持和维修处置建议，这样的评定方法数据更加全面，结论也更加准确合理。但对于专项评估，广泛的数据归集融合十分重要，为了规避难以获得、难以理解、归集困难、大量错误和价值偏低的问题，持续性开展检测数据管理是重要前提。在此基础上，将不同时期、不同项目、来自不同参与单位的数据融合分析，结合补充检测、短期结构监测和荷载试验等进行专项评估。

根据杭州湾跨海大桥、江阴长江大桥、苏通大桥、润扬大桥等多座长大桥梁实践，基于广泛的数据积累，通过专项评估进行综合评定，是长大桥梁管养决策支持的重要技术发展方向。可进一步在以下四个方面重点研究：统一的数据平台与数据融合归集；新型智能检测装备与人工智能数据处理；短期监测技术与自由流荷载试验；构件层级劣化评定与专项评估。

综上所述，长大桥梁管养有其特殊性，面临越来越多的管养挑战。要更多地依靠技术进步来应对，减小压力，以合理的投入确保桥梁在一定的技术状态下服役百年；要更多地依靠数据，重视数据基础建设，重视数据积累，发挥数据在决策支持中的基础性作用。

分类分级专项评估是长大桥养护决策未来的支撑