中美桥梁总体技术状况评价指标计算方法对比

张立奎， 孙莉

(1.安徽省交通控股集团有限公司， 安徽 合肥 230000；2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司， 安徽 合肥 230088)

桥梁技术状况评定是桥梁养护管理中的重要一环。只有了解桥梁的实际状况，才能及时采取合理有效的养护维修措施，从而提高桥梁服务水平，延长桥梁使用寿命，并节约养护费用。JTG/T H21—2011《公路桥梁技术状况评定标准》[1](以下简称“评定标准”)的总则第一条即指出：桥梁技术状况评定的目的是通过全面描述桥梁各部件的缺陷，评价桥梁技术状况，记录桥梁基本特征，建立健全桥梁技术档案，提供进行桥梁养护、维修和加固的决策支持，使桥梁长期处于良好的工作状态，最终体现在对运营的桥梁进行有效管理和状况监控。

桥梁技术状况评定是一个复杂的综合评价问题，涉及的因素较多。该文参照中美标准或规范建立一个表征桥梁总体技术状况的指标，从结构性能或功能上评价其桥梁的健康程度，如“评定标准”中的桥梁总体技术状况评分Dr。这些总体评价指标进一步帮助桥梁管理者决策在所辖桥梁中，哪些桥梁劣化严重并急需维修。

1 桥梁总体技术状况评价指标的计算方法

一般来说，单座桥梁的总体技术状况评价指标主要基于该桥各结构构件的技术状况数据来进行计算[2]。就其计算方法来说，各国采用的具体方法不尽相同。文献[2]、[3]分别调研了英美等发达国家或地区采用的桥梁总体技术状况评价指标，根据其计算方法将它们分为以下4类：

(1) 比例法。该方法根据桥梁构件现有的技术状况数据与新桥的相应数据的比例来进行计算，其代表有表1中美国加州采用的BHI(Bridge Health Index)、加拿大安大略省采用的BCI(Bridge Condition Index)，下文将做更具体的解释。

(2) 加权平均法。该方法综合考虑桥梁所有构件的技术状况评分，以及它们对桥梁结构完整性影响程度的不同(即不同的权重)，其代表有表1中英国采用的PIAv(Performance Indicator)、澳大利亚维多利亚州采用的BCN(Bridge Condition Number)，“评定标准”中的Dr也属于该类。

(3) 技术状况最差构件法。该方法采用技术状况最差的桥梁构件的评分，来评估桥梁的总体技术状况，其代表有表1中英国采用的PICrit，“评定标准”中的单项控制指标也属于该类。

(4) 定性描述。该方法不采用得分数据来报告桥梁的总体技术状况，而用描述性的词如“差”、“较好”、“完好”等来说明；代表有表1中澳大利亚新南威尔士州采用的BHI。

根据上述分类可以看出：“评定标准”采用了定量方法中加权平均法和技术状况最差构件法的组合评定方法，它们与另一种定量方法，即比例法具体有哪些不同，比例法有哪些是可以学习和借鉴的地方则值得探讨。该文从这个思路出发，基于一个计算示例，讨论“评定标准”中的Dr和美国加州桥梁健康指数BHI在计算方法上的异同点。

表1 英美等国采用的桥梁总体技术状况评价指标

2 中美桥梁总体技术状况评价指标的示例计算

2.1 计算示例

假设一跨径25 m的简支梁桥，桥宽12 m，采用钢混组合梁，I形钢梁共4片。根据AASHTO Manual for Bridge Element Inspection[5](基于构件的桥梁检查手册2019年第二版，以下简称“AASHTO MBEI-2”)记录的桥梁构件及病害数据如表2所示。

而按照“评定标准”，桥梁构件和病害数据则记录如表3所示。由于“评定标准”与“AASHTO MBEI-2”记录桥梁构件病害情况的方法不同，且实际中还涉及检查人员的主观判断，这两种记录方法分别对该示例桥梁的病害情况都进行了相对准确的表达。由于该组数据未完全覆盖一座桥梁上的所有构件，但在各部位中给出了代表性的构件，根据“评定标准”，调整了部件的权重。

表2 基于AASHTO MBEI-2的病害统计数据

表3 基于“评定标准”的病害统计数据

2.2 加州桥梁健康指数BHI的计算

加州桥梁健康指数BHI因最早由美国加州交通部发展和提出而得名，其发展的背景是加州交通部认为，美国联邦政府所推荐的桥梁总体技术状况评价指标“充分度SR”(Sufficiency Rating，在美国已不再使用[3])在桥梁结构技术状况数据的基础上，还综合了桥梁使用和对公共安全的影响数据，因此它不是桥梁技术状况的纯粹指标；此外其中的技术状况数据较粗略，仅按桥面板、上部结构和下部结构对桥梁进行评估，评定分级仅描述了病害的严重性，而未对严重程度进行量化。

在桥梁管理信息化和基于构件的桥梁检查等理念兴起和发展的背景下，加州交通部提出了BHI评价指标。它用0～100的数字评分，来反映桥梁的剩余价值，计算公式如下：

BHI=(∑CEVi/∑TEVi)×100

(1)

TEVi=TEQi×FCi

(2)

CEVi=∑(QCSij×WFij)×FCi

(3)

WFij=1-(标度-1)/(最高标度-1)

(4)

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

根据上述公式，得到2.1节计算示例的BHI结果如表4所示，因“AASHTO MBEI-2”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为1～4，WF数值分别为1.0、0.67、0.33和0。

表4 计算示例的BHI计算结果

2.3 “评定标准”中的桥梁总体技术状况评分Dr的计算

“评定标准”中Dr的计算为一种分层综合评定法，具体公式参考文献[1]的“4.1节桥梁技术状况评定计算”。得到2.1节计算示例的Dr结果如表5所示。

表5 计算示例的Dr计算结果

3 对比与分析

通过前述示例说明和桥梁总体技术状况评价指标的分别计算，可以看出：

(1) 从用于计算的技术状况数据来说，BHI主要基于两类数据计算：桥梁构件的病害技术状况数据与构件的失效成本。其技术状况数据通过引入构件的统计工程量，不仅记录了病害的严重性，还对严重程度进行了量化。而桥梁构件的失效成本，一般可根据构件的维护成本或更换成本来预估。

Dr的计算则主要基于构件的技术状况数据，没有引入经济指标。相比来说，采用“评定标准”的方法记录的构件病害技术状况数据，首先构件划分显得粗略，如计算示例中的混凝土桥面板和钢梁，被放在一起进行评价；其次“评定标准”突出的是某一个构件上某种病害的严重程度，而“AASHTO MBEI-2”则为某一类构件上某种病害的不同严重程度情况的分布。在“评定标准”中，病害如果不和构件结合，则无法评定其标度；而“AASHTO MBEI-2”中，病害的技术状况标度则更强调病害本身的严重程度。

(2) 从计算方法上来说，BHI的计算较为直接，即由桥梁构件的现有总价值与原始总价值的比值得出。如果对BHI的计算公式进行变换，可以得到：

(5)

式中:TEVi/∑TEVi，类似于一个权重系数，由构件的工程量和失效成本计算得出，这样BHI也可以解释为构件的健康指数的加权平均。不论公式的变换如何，BHI的计算均为构件数据的直接计算，不同于Dr计算的分层综合评定法。计算Dr时，在最底层计算中单个构件即需由其所有病害情况计算出一个技术状况评分，病害数据没有在同类构件中进行统计考虑。权重系数分别在部件和部位层级考虑，“评定标准”给出了不同类型桥梁各部件权重以及部位权重的推荐值，可以认为它们均为经验值。

(3) 从计算结果来说，虽然从总分看，BHI=76.4与Dr=75.5差别不大，但其分数组成则有很大的不同。BHI中得分最高的构件是“107-钢梁”，最低的则是“300-伸缩缝”，仅0.57；但Dr中，钢梁和桥面板一起只有约24分，而伸缩缝则达到11.2分，综合此计算示例的情况分析，可以认为Dr中钢梁得分偏低，而伸缩缝得分则被大大高估。

4 结语

通过对比中美桥梁总体技术状况评价指标的计算方法，从基础病害数据、指标的计算公式和计算结果等方面分析了它们的异同点，可以为桥梁的技术状况评定提供一些新思路。同时可以看到：中国的“评定标准”所采用的分层综合评定法，更依赖于定性评价如构件检测指标的扣分制、经验参数如权重系数的经验值等，在定量分析和计算方面还有待进步。