国内外桥梁技术状况评定方法对比

孙 莉，陶 鹏

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

引言

在桥梁的养护管理中，基于桥梁检查结果的技术状况评定，是桥梁状态评估、维修加固、工程规划、养护资金分配和安全与应急管理等工作的主要依据。目前在国内，公路桥梁技术状况的评定主要遵循《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011，简称《评定标准》）。《评定标准》自2011 年9 月1日开始实施，经过多年的使用，工程人员和学者们普遍反映存在问题[1-2]：（1）检测指标即病害的扣分顺序对桥梁构件技术状况评分的计算结果影响较大；（2）某一桥梁构件上同时存在多种轻微病害时扣分太严重；（3）构件划分不明确；（4）部件权重不尽合理；（5）构件类型、桥梁结构类型不全面；（6）病害标度评定标准不细致。

为使桥梁技术状况评定的结果更加合理准确，研究人员尝试提出解决方案，如建议对构件病害扣分值按从大到小进行排列，统一按照从大到小的顺序计算；多种轻微病害叠加时，选择标度大即更严重的一个病害进行计算；基于病害的发展趋势对扣分值进行修正；通过大量的举例说明桥梁构件的划分方法等。总体来说，目前大部分中文文献所给出的建议均是在《评定标准》方法的基础上，修正其中的某一项或几项内容，对保证桥梁技术状况评定的前后延续性有意义[3]，但未跳出现有方法框架。

1 概述

1.1 对比分析评分方法

介绍在计算美国AASHTOWareTM 桥梁管理软件所采用的桥梁健康指数BHI 和英国高速公路局（Highways Agency）所采用的桥梁技术状况性能指标PI 时桥梁部件评分的计算方法，并将它们与《评定标准》的方法进行对比。

1.2 对比分析内容

目前各国在进行桥梁技术状况指标的计算时，大部分都基于构件层级的数据来开展[4]。但各国相关标准、规范或手册对桥梁构件的定义不尽相同。《评定标准》定义桥梁构件为组成桥梁结构的最小单元，如一片梁、一个桥墩；而桥梁部件指结构中同类构件的统称，如梁、桥墩。总体来说，桥梁部件主要按其承担的功能划分，不再区分材料、工法、构件形式等其他因素；而构件则是部件的实例，根据具体桥梁的结构组成，一类部件可离散成多个构件。

在进行BHI 计算时，其构件划分遵循《Manual for Bridge Element Inspection》（MBEI-2—2019）[5]；而关于PI 的计算，ATKINS[6]给出了标准桥梁构件表。这两者关于桥梁构件的定义更接近于《评定标准》中定义的部件，为使对比与分析是针对同一对象，将主要围绕《评定标准》定义的桥梁部件这一层级的评分展开。

1.3 计算示例

假设需对一跨径30 m 的简支预应力混凝土小箱梁桥的主梁进行评分。主梁共采用4 片梁，各片小箱梁的尺寸及病害数据见表1。各类病害的标度依据《评定标准》确定，其他未涉及的检测指标均假定无相关病害。

表1 计算示例桥梁构件尺寸及病害数据

基于工程经验，表1 描述的主梁部件，从定性的角度看，可认为其功能基本良好，材料有局部轻度的缺损，即根据《评定标准》的表3.2.4，可初步评定为2 类。

2 主梁部件评分计算

2.1 依据《评定标准》的主梁部件评分

《评定标准》中桥梁构件的技术状况评分，总体采用的是扣分法，通过将某一类桥梁部件离散成一定数量的桥梁构件，对其中每一个桥梁构件，评价其各种检测指标的标度，然后根据扣分规则和计算规则，计算出其技术状况评分。部件评分则是在构件评分的基础上，根据所包含构件的得分平均值、最低构件得分值和随构件数量而变的系数，计算得出。

将计算示例中的主梁按表1 划分成4 个评分构件，依据《评定标准》进行构件评分计算时，按扣分值从大到小的顺序计算，病害叠加时仍单独计，则构件与部件的评分结果见表2，表中Ui是关于扣分值的计算变量。

表2 据《评定标准》将主梁划分为4 个构件评分结果

如果不对主梁作进一步划分，将其按1 个构件进行评分，可认为各类检测指标依据《评定标准》的标度均为2，则按扣分值从大到小的顺序计算，病害叠加时仍单独计，评分结果见表3。由于只有一个构件，构件评分即部件评分。

表3 据《评定标准》将主梁划分为1 个构件评分结果

2.2 基于美国健康指数BHI 的计算方法的主梁部件评分

用0～100 的数字评分，来反映桥梁的剩余价值[4]。

式中：TEVi—桥梁构件的原始价值；TEQi—桥梁构件按统计标准的工程量；FCi—桥梁构件单位失效成本；CEVi—桥梁构件的现有价值QCSij—桥梁构件某种技术状况标度下的统计工程量；WFij—某种技术状况标度的权重系数。

将公式变换后，公式中的TEVi/ΣTEVi类似于权重系数，由构件的工程量和失效成本计算出，因此，桥梁BHI 也可解释为所包含的桥梁构件的健康指数的加权平均。

MBEI-2—2019[5]定义了各类桥梁构件的计量单位，如按长度、面积或个数来计，要求在桥梁检查时，对每一类桥梁构件，确定其处于不同技术状况标度的构件数量，即通过计量这种连续方式将构件进一步细分。

根据MBEI-2—2019[5]针对预应力混凝土构件在各种病害类型下技术状况评判的指导原则，计算示例中各处病害的标度也为2。结合MBEI-2—2019[5]对构件上某个部位同时发生多种病害时的处理方法，即处于最差技术状况的病害及数量将计入到构件上，当同一部位多种病害的技术状况标度相同时，可按相关手册给出的推荐病害类别排序，选择排序靠前的病害及数量计入到构件上。因此，计算示例按照MBEI-2—2019[5]的病害情况统计见表4。

MBEI-2—2019[5]已将所有构件技术状况的最高标度统一为4，则对应技术状况标度1～4，WF 数值分别为1.0、0.67、0.33、0。主梁健康指数（未考虑权重）的结果见表4。预应力混凝土小箱梁的构件健康指数（未考虑权重）为98.11。

表4 基于健康指数BHI 的计算方法的主梁部件评分/m2

2.3 基于英国性能指标PI 的计算方法的主梁部件评分

桥梁PI 的计算首先即进行桥梁构件评分ECS 的计算，构件的技术状况从两个维度进行评价[6]：病害的严重性和病害的范围，病害严重性分1～5 级，评价标准分别：1—全新或病害从视觉或功能上对构件无重要影响；2—劣化早期迹象，轻微病害，对构件的功能无削弱；3—中等严重病害，构件功能有一定损失；4—严重病害，构件功能严重受损或接近破坏；5—桥梁构件功能丧失、失效。病害范围分A、B、C、D、E 五等，评价标准分别为：A—无严重病害；B—轻微（病害范围≤构件表面积或长度的5%）；C—中等范围（病害范围达到构件表面积或长度的5%～20%）；D—较大范围（病害范围达到构件表面积或长度的20%～50%）；E—大范围（病害范围超过构件表面积或长度的50%）

如一个构件，对所发生的病害的严重性评价结果为3，病害范围评价结果为C。则根据表5，构件技术状况评分ECS=3.1。

表5 桥梁构件技术状况评分

在计算出构件技术状况评分ECS 后，再根据构件的重要性类别，考虑一个调整评分ECF，进而计算出构件技术状况指标[6]ECI=ECS-ECF。而构件的重要性类别也对应一个构件重要性系数EIF，在此基础上采用加权平均法，全桥的技术状况评分BCS：

将BCS 转换成性能指标PI，在0～100 内的数值（0 为最差，100 为最佳）。

性能指标PI 计算时，构件技术状况评分一般针对文献[6]给出的标准桥梁构件表中的构件，该构件类似于《评定标准》中的部件，在评分时综合该类构件上的所有病害数据，做出一个综合评价，根据文献[7]，对一类构件上发生多种类型的病害时，最终以最差技术状况的病害数据来代表对构件的评价。

如果需要对构件做出更具体的技术状况数据记录，可将构件进一步划分为子构件。ATKINS[6]给出了在计算PI 时桥梁构件进一步细分成子构件的技术状况评估流程和方法，先对子构件分别进行评价，进一步计算构件ECS 时，其严重性总体评价结果取最差子构件的结果代表，而病害范围总体评价则进行加权平均计算，首先将病害范围评价结果A、B、C、D、E 转换成对应的数值0、0、0.1、0.3、0.7，然后基于子构件的特征尺寸与特征尺寸最大值之间的比值计算出权重系数，加权平均计算后获得构件病害范围总体评价结果，而构件ECS 则是严重性总体评价结果和病害范围总体评价结果之和，结果见表6（未考虑基于构件重要性类别的评分调整和权重）。

表6 性能指标PI 计算中桥梁构件技术状况评分

3 对比分析

（1）针对主梁部件，不考虑其在整个结构中的权重，《评定标准》的得分最低，英国PI 计算的得分居中，而美国BHI 计算的得分则最高。与基于工程经验的定性判断结果（2 类）对比，可认为基于英国性能指标PI 的计算方法的主梁部件评分更接近合理值。（2）基于《评定标准》的评分计算，如果仍按4 个构件计算，考虑病害叠加时只计一种，则表2中的U2均为0，最终计算出的部分得分为65，仍为三者中最低。从结果数据看，《评定标准》的评分较为保守。（3）《评定标准》的计算方法需将桥梁部件离散成一定数量的桥梁构件，但其并未给出桥梁构件的划分原则，各构件得分参与部件得分计算时并未考虑权重。与PI 的计算方法相比，其在子构件划分时，引入了一个权重系数，由子构件的特征尺寸如长度、面积等，通过与所有子构件特征尺寸的最大值之间的比值计算出，这也相应给出了子构件划分的一条原则，并使构件评分的计算更为合理。（4）讨论的各种桥梁技术状况评定方法的基础均是各检测指标即病害的标度评定，然后用病害评定结果来代表相应构件的技术状况，BHI 和PI 的计算都用病害的评定结果来直接代表构件的技术状况，在病害叠加时取技术状况最差或严重性影响更不利的病害数据来代表；《评定标准》增加了对病害评分的步骤，并考虑多种病害同时发生时的扣分加大，这也使得其计算结果偏保守。同时，各种技术状况评定方法中病害的标度评定都受检测人员的专业水平和经验影响较大，缺少一定的科学性和严谨性，主观性较强，在未来智能检测技术的发展会为这一问题提供较好的解决方案。

4 结语

基于计算示例，对中、美、英三国相关标准、规范或手册中桥梁技术状况的评分方法进行了对比和分析，结果表明基于《评定标准》的桥梁部件评分存在与合理值相比偏低的情况。为使评分值更接近合理值，可借鉴国外评分方法中关于桥梁构件划分、构件上病害叠加时的处理方法。合理的桥梁技术状况评分值将对桥梁养护决策形成较好地指导。