桥梁安全保障的思考

文

桥梁的安全性能和安全保障能力对交通大动脉的畅通至关重要，一旦损坏，将严重影响交通功能的正常发挥和人民群众的生命财产安全，甚至可能会导致重要交通干线或城市交通瘫痪。

随着我国桥梁服役期的不断延长，其安全性、耐久性及维护管理的问题日益严重，安全保障问题也日益突出。本专题调研了国内外桥梁结构安全保障科技发展的现状与趋势，分析了我国桥梁安全保障技术、措施和政策的现状及面临的挑战，并在此基础上提出关于我国桥梁安全保障政策、技术和措施方面的思考。

现状与问题

影响桥梁安全的因素

公路、铁路桥梁往往所处的地形、地质、水文条件复杂，气候环境多变，加上地震、断层破碎带、滑坡、泥石流等多种灾害频发，以及近年来交通量的猛增，超载、超限和桥梁本身的自然老化等因素影响，使大量桥梁结构处于亚健康或危险状态，桥梁安全隐患大。桥梁的安全风险问题将越来越受到人们的重视，迫切需要建立合理的安全风险预测、评估和保障机制，以提高桥梁的抗风险能力，保证桥梁在运营期间的安全。

影响桥梁安全的因素总的来说可以归结为人为因素和自然因素两类。人为因素包括设计和施工失误，船舶、车辆撞击，超载和故意破坏等；自然因素包括地震、洪水、风雨、漂流物撞击、环境恶化及其他未知因素等。

为了研究各种不利因素对桥梁事故的影响，笔者通过查阅大量的文献、书籍共收集了国内外916例桥梁事故资料，其中，国内桥梁为376例，国外桥梁为540例，初步统计、分析这些数据，发现桥梁事故往往由多种不利因素的共同作用引起。国内外桥梁事故原因基本相同，施工、碰撞、超载和水害所占比例最大，且国内因施工、超载及水害导致的桥梁事故比例均高于国外。

桥梁事故调查分析

从1900年至2015年，国外桥梁的事故次数随着第二次世界大战后交通基础设施的大规模建设明显增加。国内桥梁事故在20世纪60年代以前数量极少，随着国家交通基础设施建设的发展，桥梁事故开始增多。尤其是在2000年至2010年之间，桥梁事故次数急剧增加，远高于同时期国外的桥梁事故。

调查发现，国内外常规桥梁（跨度较小者）的事故次数最多，国内拱桥事故数量高于国外，国外悬索桥事故数量远高于国内。出现这一现象的原因是国内拱桥数量远高于国外（而国外悬索桥发展早于我国），在发展初期由于设计经验相对不足、运营时间长、经历桥梁事故风险较多等原因所致。

截至通车时，世界上跨径最大的钢桁梁斜拉桥——贵黔高速公路鸭池河大桥。

通过对具有明确开通年份和事故年份的桥梁分析，发现国内桥梁被破坏时服役时间超过50年的约占5.8%，服役时间超过100年的只占0.6%，远低于国外桥梁。同时这些桥梁的平均服役时间仅为23.8年，远不及国外事故桥梁的平均服役时间（40年）。

桥梁技术现状与发展预测

预测桥梁技术状况退化的方法主要有两种，一种是基于桥梁结构历年技术状况统计数据，采用概率统计等数学方法预测；另一种是通过研究影响桥梁结构技术状况因素与桥梁退化的时变关系，从而预测桥梁结构的退化情况。

截至2016年底，全国公路桥梁技术状况等级表（座）。

《公路桥涵养护规范》（JTG H11 2004）根据缺损状况将桥梁构件分为5个等级，假设我国现有桥梁管理养护政策和措施保持不变，那么桥梁技术水平的弱化程度和趋势应该总体保持不变。以该阶段桥梁技术状况分析，如果保持当时的桥梁建设速度和技术手段，并且维持当前的桥梁管理养护措施及投入，我国现役桥梁整体技术状况随着时间的推移，大量桥梁劣化效应显著，技术状况等级会严重下降。

经过30年左右，部分一类桥将下降至二类，二类桥又有一部分将劣化成三类，这样“一增一减”使得总体上二类桥的变化幅度较小，而三类桥迅速增加。三、四、五类桥梁所占比例增加，病害或承载能力不足的状况相应增多，桥梁安全保障运营的形势将十分严峻。

现有安全保障体系

为保证桥梁在服役期的正常使用，我国在设计、施工、运营、管理养护等各阶段都出台了相应的规范和技术措施。

政策法规

我国桥梁管理体制（截至2016年底）

桥梁检测、评定与加固规范（规程）体系。

我国按照“统一领导、分级管理”的原则建立公路管理体制，公路建设、养护和管理的事权均以地方为主。桥梁后期的管理养护制度是保证桥梁安全使用的基础，根据《中华人民共和国公路法》及各部委颁布的管理条例，我国桥梁管理体制主要由交通运输部，各省、自治区、直辖市交通运输厅，地市级交通运输局，以及县级公路管理部门四部分构成。

我国从20世纪70年代开始研究旧桥加固改造技术。《公路桥梁技术状况评定标准》于2011年9月实施，对公路桥梁的养护、检查、评定、加固技术都做了较全面的说明。

桥梁养护检测与监测是保障桥梁安全运营的重要措施。定期检测是保障桥梁安全运营的重要制度和措施。同时，桥梁监测已作为定期检测的重要补充措施，得到了行业内的广泛应用。

在应急保障方面，依据《中华人民共和国公路法》《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国道路交通安全法》和交通运输部的《公路桥梁养护管理工作制度》，为有效应对公路桥梁可能出现的重大事故，及时采取应急控制措施，保障人民群众的生命财产安全，各地方政府和管理部门根据自身情况制定了相应的应急预案和配套措施。

技术措施

桥梁结构的安全保障方法主要包括桥梁检查与技术状况评定、桥梁养护管理、桥梁检测与承载力评估、桥梁维修加固和结构健康监测等。

桥梁检查与技术状况评定是一项为了了解投入使用后桥梁技术状况的工作。主要通过检查桥梁缺陷和损伤，分析其产生的主要原因，以及评价其对桥梁质量和承载能力的影响。桥梁检查主要分为经常检查、定期检查和特殊检查。

桥梁检测与承载力评估技术是判定桥梁安全性的重要手段和依据，也是桥梁评定最核心的内容，主要涉及检测、荷载试验、评定方法、检测仪器设备及桥梁承载力评估等内容。

近年来，随着桥梁技术状况评定、结构检测与承载力评估技术的逐步定量化、科学化，桥梁的维修与加固技术也取得了长足的发展与进步，形成了较成熟的旧桥维修与加固计算方法和技术手段。

同时，建立桥梁结构长期健康监测系统，获取桥梁结构的工作环境信息，实时了解包括环境温度、风荷载和车辆荷载的变化；获取桥梁结构的响应特征信息，实时掌握桥梁结构的工作状况和健康状况，也是保证桥梁结构安全运营的有效方法。桥梁健康监测系统是近年来国内外土木工程领域的研究热点，我国桥梁监测技术已得到了广泛应用，大部分已建和在建的大型跨江、跨海大桥均安装了桥梁健康监测系统。

不足之处

总体来看，我国桥梁安全保障政策、法规和技术均发挥了良好的作用，但和发达国家相比还有一定差距。

首先，近年来，我国针对桥梁表观缺陷的做法虽然较多，但对于桥梁内部缺陷的检测和评估还不够；其次，桥梁的人工检测、检查居多，而系统化、信息化、网络化保障仍不足；其三，针对个体桥梁检测、检查居多，而宏观角度的区域桥梁整体安全性判别、寿命预测不足；除此之外，还包括针对个体桥梁提出专门的加固方案与研究居多，但从国家高度启动全面装备化、快速提升桥梁承载力的计划不足。同时，我国从事公路桥梁安全保障的技术人员不足，执法力度不够，也使得安全保障的相关规章制度和监管难以顺利推行。

国外桥梁安全保障计划

·美国：桥梁长期性能研究计划

2008年，美国联邦公路局下属的基础设施研究与发展办公室，与美国各州的交通部门、其他联邦机构等发起了“桥梁长期性能研究计划”(LTBP)，计划用20年时间建立详细的桥梁健康数据库，开展桥梁结构性能基础理论和应用技术研究，从而提高美国公路运输资产的安全性、长寿命和可靠性。2015年12月，奥巴马签署的《修复美国地面交通法》为美国2016财年至2020财年的交通基础设施建设提供3050亿美元融资，法案中加大了对LTBP的支持力度。

该计划主要用于资助研究桥梁性能劣化机理，促进桥梁劣化和预测模型的发展，促进无损检测和评估技术发展，量化桥梁的养护维修和加固效率，优化桥梁养护作业，孕育下一代桥梁养护管理系统，为政府制定相关政策提供依据等。

通过收集美国桥梁不同时间的病害情况，分析实施LTBP前后美国桥梁的技术状况，发现美国桥梁实施LTBP后，纳入国家高速公路系统（NHS）数据库管理桥梁的结构病害被控制在3%至4%，这说明，针对自身的经济发展特点和建设技术，重视桥梁安全保障、充分利用旧桥的承载潜力，积极采取先进的技术和方法，尽量掌握目前桥梁安全状况，提出桥梁安全保障和长寿命计划非常必要。

·日本：基础设施长寿命化基本计划

2013年11月，日本政府针对桥梁、堤坝、学校等公共设施的老化情况，制定保障基础设施的“基础设施长寿命化基本计划”。要求日本各省厅及自治体于2016年之前制定整体的维持管理体制及中长期行动计划，一方面通过检查、修缮确保安全；另一方面因为人口减少等原因，对于确定不需要的基础设施应立即废止或拆除。该计划特别指出了采用传感器、机器人、非破坏性检查技术等提高检查和修补的水平，以保证在2030年时，由性能退化所导致的重要基础设施的重大事故为零。

日本基础设施预防性养护方法

面临的挑战

桥梁作为公路的咽喉，是经济发展的重要纽带之一。近年来，随着我国经济的迅猛发展，交通量和大吨位车量也随之增加，桥梁也担负着日益沉重的荷载和交通量。因此，交通运输对桥梁安全通行能力的要求也越来越高。

“世界第一高桥”杭瑞高速公路北盘江大桥（桥面至江面垂直高度565米）于2016年12月29日建成通车。

挑战一：基础设施“高龄化陷阱”

国外的统计资料表明，美国和欧洲的桥梁事故从20世纪60年代开始增多，桥梁垮塌多出现在服役的50年至100年间，大量基础设施结构逐步达到设计寿命，老化、劣化现象逐步显现。测算表明，按照现有维护管理理念和技术，由于费用急剧增长，2020年后，日本将没有任何新建基础设施的经济能力。美国的桥梁结构劣化严重，维护、改修及更新费用急剧膨胀，也面临如何合理解决对1万亿美元的公路桥梁资产进行可持续维护管理的问题。

我国的交通基础设施规模世界第一，基础设施建设投资占GDP比例远高于发达国家，面临的“基础设施陷阱”问题更加突出。由于设计标准的差异、桥龄老化和运输量快速增长等原因，我国二十世纪六七十年代修建的大量桥梁随着结构的老化，将面临较大的垮塌风险。

挑战二：建设标准不统一，建设质量参差不齐

国外的桥梁设计规范相对较为统一。我国自20世纪50年代开始采用《公路工程设计准则》到2015年采用的《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2015），共使用了6版规范。特别是20世纪80年代前依据旧标准建设的在役桥梁，技术标准低，重建轻养，技术改造资金不足，技术状况普遍偏差。

新规范调整了荷载标准，提高了我国公路桥梁的安全水平，但部分桥梁设计荷载不能反映实际运行车辆的荷载特征，在一定程度上给桥梁的养护管理带来了不便，也给桥梁带来一定的安全隐患。另外，早期修建的桥梁（少筋混凝土结构等），如壳体桥、少筋微弯板组合梁桥、二铰板拱和双曲拱桥等，均存在结构上的先天不足，也存在一定的安全隐患。

挑战三：超载现象严重，地区差异大，劣化规律难以掌控

我国公路的超载现象普遍存在，超载会增加桥梁结构的负担，带来一系列的疲劳与耐久性问题，容易造成桥梁结构损伤、早期破坏，甚至压垮桥梁。同时，我国地域辽阔，沿海地区存在钢筋锈蚀、保护层层离或剥落等耐久性问题。

除此之外，西北、华北地区季节性河流多、温差较大，存在桥梁下部结构磨蚀等问题；东北等寒冷地区存在混凝土桥梁结构的冻融损伤等问题；南方地区存在基础冲刷和水毁问题。不同服役环境下桥梁的结构劣化趋势不同，很难准确预测，也加大了我国桥梁安全保障的难度。

挑战四：信息化程度偏低、桥梁数据库资料不完善

虽然桥梁信息化建设取得了很多成就，但目前我国缺乏全国统一的桥梁信息化管理系统，缺乏公开的桥梁事故数据库系统，缺乏统一的监测系统设计标准和规范，结构健康状态评价理论尚不完善。桥梁安全保障的基础就是摸清现状，但我国信息化程度偏低，也给桥梁安全保障带来一定的难度。

桥梁长寿命安全保障计划

随着时间的推移，大批桥梁工程结构物老化与性能退化的现象将日益突出，部分重大结构将陆续达到设计使用寿命。我国桥梁在安全保障领域仍面临着诸多问题和挑战，安全保障技术及措施仍然存在不足。尽快在我国实施“桥梁等基础设施结构安全保障计划”，构建适合我国国情的桥梁安全保障技术体系和标准，这对于确保我国桥梁结构安全和人民群众的生命财产安全具有十分重大的意义。因此，本文在现有基础上，结合我国桥梁的实际情况，对公路桥梁长寿命安全保障提出了思考。

总体目标

到2035年，全面建成管理科学、应急高效的智能化、信息化、立体化桥梁安全保障体系，全面提升重大桥梁结构的综合安全保障能力和抗风险能力刻不容缓。力争通过“三步走”实现总体目标。

第一步：摸清现状阶段（2018年至2022年）。分区域、分桥型、分建造年代，以百年（重要桥梁120年）桥梁为目标，摸清现有在役桥梁与百年桥梁之间的差距，明确提升性能和延长寿命的需求。

第二步：性能提升阶段（2023年至2027年）。以百年桥梁为目标，在第一阶段的基础上，全面实施桥梁性能提升计划，在重点技术领域取得重大突破，桥梁安全保障整体水平明显提高。

第三步：2028年至2035年，全面建成智能化、立体化、信息化的桥梁安全保障体系，桥梁安全保障综合实力进入世界强国前列。

具体措施

推动桥梁养护理念由注重建设向管理养护并重转变。针对我国服役桥梁养护管理和桥梁资产保全增效的技术需求，转变桥梁养护理念，发展桥梁预防性养护技术，完善桥梁信息管理系统，推行养护工程师制度，提升桥梁机械化养护能力，构建符合我国国情的桥梁养护技术及装备体系，以促进我国桥梁技术向“建养并重”转型。

雅西高速公路腊八斤特大桥

构建信息化、立体化的桥梁检（监）测、评估、加固一体化的桥梁维护体系。针对我国桥梁的检测需求，发展并构建服役桥梁高精度化无损检测技术及装备体系；针对我国桥梁长期性能研究和长大桥梁运营管理的技术需求，研发高性能智能传感器，发展并构建桥梁健康诊断及性能和抗力衰变监测技术体系与标准；针对服役桥梁养护科学决策的技术需求，进一步完善和发展桥梁技术状况评定、承载能力和减灾防灾能力的鉴定方法，构建桥梁安全可靠性评估和使用寿命预测等的理论体系及技术方法；针对服役桥梁病害处置和提高使用荷载等级的实际需求，要完善加固设计理论与方法，研发快速可靠的加固技术，发展模式化加固技术和整体替代技术，提高加固后桥梁的安全可靠性。

提高我国桥梁的应急保障能力及水平。加强对极端和偶然桥梁风险因素的预警，构建桥梁在地震等极端条件下的智能化预警评估处置系统；针对灾后应急抢通和保通的需求，提升桥梁应急装备跨越和承载能力，拓展桥梁应急装备的品种，增强桥梁应急装备的施工便捷性，以提高我国公路桥梁的应急保障能力及水平。

完善我国桥梁的管理制度。加大特大型桥梁的管养与监测，确保重要桥梁的运营状况实时可控；完善桥梁运营安全管理系统，健全桥梁管理制度、加大对超载等行为的执法力度，最大限度杜绝人为因素的安全隐患；引入桥梁事故第三方评价机制；建立健全桥梁事故分析处理数据库。

（本文摘编自中国工程院院刊《中国工程科学》2017年第6期，有删减，题目为编者所加。）