公路桥梁工程养护决策与造价控制优化选型研究

张玉明、魏雄伟

（南昌旭日公路桥梁工程有限公司，江西南昌 330200）

0 引言

公路桥梁是现代交通运输系统中的重要基础设施之一，对保障交通运输与经济社会发展起重要作用。然而，由于长期使用和自然环境等因素的影响，公路桥梁逐渐出现磨损、老化和损坏等问题，需要进行及时有效的养护工作。

1 公路桥梁工程养护的重要性和挑战

1.1 公路桥梁工程养护的重要性

公路桥梁是现代交通系统的重要组成部分，然而由于长期的使用和自然环境的侵蚀，公路桥梁往往会出现老化和损坏的问题，需要进行养护工作，以确保桥梁的安全运行和延长其使用寿命。桥梁养护决策模式逻辑如图1 所示。

图1 桥梁养护决策模式逻辑

首先，公路桥梁工程养护的重要性在于保障交通安全。桥梁是道路交通的关键节点，承载着大量车辆和行人。如果桥梁存在结构损坏或功能失效的问题，会对交通安全造成严重威胁。及时进行养护和维修，修复桥梁的结构缺陷和病害，能够有效防止交通事故发生，保障人民的生命财产安全。

其次，公路桥梁工程养护对保障交通畅通至关重要。桥梁在交通网络中起到关键的枢纽作用，桥梁发生病害会对交通产生影响，在交通繁忙的城市道路和高速公路上，如果因病害严重需要封闭交通进行处治可能会导致交通拥堵。而通过合理的养护决策和及时施工，能够最大程度地减少对交通的干扰，保障交通畅通，提高道路运输效率。

最后，公路桥梁工程养护也对环境保护也有重要意义。桥梁损坏和老化不仅会对交通安全产生影响，还可能对环境产生污染和破坏。例如，桥梁结构中的钢筋可能会锈蚀，释放有害物质到周围环境中；桥面沥青层破损可能导致污水渗漏等。通过定期的养护和维修，可以有效避免这些问题发生，减少对环境的不良影响，维护生态环境的稳定性。

1.2 公路桥梁工程养护面临的挑战

公路桥梁工程养护是确保桥梁安全运行和延长使用寿命的重要工作，然而在实践中也面临着一些挑战。

首先，公路桥梁的数量大且分布广泛，使得养护工作的范围广、难度大。公路桥梁覆盖城市、乡村、山区等不同地区，因地理环境存在差异，故其结构和使用条件也存在差异，这意味着养护工作需要面对各种不同的问题，如桥梁老化、损伤、结构疲劳等问题。为了确保养护工作的有效性，需要进行全面、细致的调查和评估，以了解每座桥梁的具体养护需求。

其次，公路桥梁养护工作涉及的技术和专业知识较为复杂。桥梁结构复杂，涉及多种材料和构件，对养护人员的技术水平和专业知识有较高的要求。养护人员需要具备丰富的工程经验和专业知识，能够准确判断桥梁的结构状况，进而采取适当的养护措施。

最后，资源的合理配置和利用也是公路桥梁养护面临的挑战之一。养护工作需要大量的人力、物力和财力投入，对资源的需求较高。为避免资源浪费，需要进行充分的规划和调度，确定养护工作的优先级，确保资源有效利用，进而提高养护工作的综合效益。

2 公路桥梁养护决策

公路桥梁长期受到交通负荷、自然环境和材料老化等因素的影响，结构会逐渐损坏，容易出现安全隐患，科学合理的养护决策，对确保桥梁的安全性、可靠性和可持续性有重要作用。

2.1 养护需求评估与分析

2.1.1 桥梁结构状况评估方法

桥梁结构状况评估是了解桥梁损坏和老化程度的重要手段。通过定期检查和评估桥梁的结构状况，可以掌握桥梁的结构健康状况，发现和评估潜在的问题。常用的评估方法包括视觉检查、无损检测技术和结构健康监测等。

2.1.2 桥梁养护需求分析指标

桥梁养护需求分析指标是确定养护策略的依据。根据桥梁结构状况评估结果，可以确定一系列养护需求分析指标，如结构承载能力、安全裕度、结构完整性、功能完善性等。这些指标能够客观地反映桥梁的养护需求，为后续的养护决策提供重要参考。

2.2 养护策略制订

2.2.1 预防性养护策略

预防性养护策略是在桥梁使用过程中，基于桥梁结构的特点和使用环境，采取定期清洁、防水涂层维护、腐蚀防护等措施，以延缓结构老化过程和预防桥梁损坏。

2.2.2 维修性养护策略

维修性养护策略是根据桥梁的结构状况和养护需求，制订相应的维修方案，如对具体损坏部位的维修、更换和加固等措施。

2.2.3 应急性养护策略

应急性养护策略是针对突发事件或紧急情况制订紧急养护方案，以快速恢复桥梁的功能性和安全性。通过制订不同类型的养护策略，可以有针对性地满足不同桥梁的养护需求，保障桥梁运行的安全性和可靠性。

2.3 决策支持系统

2.3.1 数据收集与处理

数据收集与处理是决策支持系统运作的基础。通过收集和整理与桥梁相关的各类数据，包括结构评估数据、养护记录、环境数据等，能够为养护决策提供必要的支持。

2.3.2 模型建立与优化

模型建立与优化是决策支持系统的核心环节。建立养护决策支持模型，将桥梁的结构状况、养护需求和策略等因素纳入其中，并考虑不同决策方案的成本和效益，通过模型优化求解，可以得出最佳的养护决策方案。

2.3.3 决策结果评估与选择

决策结果评估与选择是决策支持系统的重要组成部分。评估内容包括经济评价、风险评估和可持续性评估等，通过评估各种决策方案的效果和风险，并根据特定的目标和约束条件，有助于选择最合适的养护决策方案，保证决策的科学性和可行性。

综上所述，公路桥梁养护决策涉及养护需求评估与分析、养护策略制订和决策支持等多个方面。科学合理的养护决策可以提高桥梁的安全性和可靠性，延长其使用寿命，为公路交通运输提供可靠的保障。因此，在实际工程实施中，需要综合考虑各种因素，制订最优的养护决策方案，以更好地满足公路桥梁的养护需求。

3 公路桥梁工程养护决策与造价控制优化选型方法

3.1 多目标决策优化方法

多目标决策优化方法在公路桥梁养护决策与造价控制中发挥着重要作用，可以帮助决策者在养护目标和造价控制之间作出最佳选择，对保障公路桥梁的安全性和可靠性有重要意义。常用的多目标决策优化方法如下。

3.1.1 线性规划和整数规划

线性规划和整数规划是数学优化方法中的经典技术，可以有效解决公路桥梁养护决策与造价控制问题。线性规划适用于目标函数和约束条件均为线性关系的问题，而整数规划在线性规划的基础上增加了变量的整数约束条件。通过建立数学模型，将养护目标和造价控制目标转化为目标函数和约束条件，可以利用线性规划和整数规划方法求解最优决策方案，这种方法在实际工作中有广泛的适用性和可行性[1]。

3.1.2 多目标规划

公路桥梁养护决策往往涉及多个目标，如安全性、可靠性和经济性等。在这种情况下，多目标规划方法可以提供更全面的解决方案。多目标规划方法是指综合考虑多个目标，通过建立多目标优化模型，得到一组平衡的最优解集合。该解集可以为决策者提供不同的选择，便于其根据具体需求和偏好进行最终决策。

3.1.3 遗传算法和粒子群算法

除了传统的数学规划方法，启发式算法也被广泛应用于多目标决策优化。其中，遗传算法和粒子群算法是常见的启发式算法。遗传算法能够模拟自然界的进化原理，通过迭代的方式不断优化解的质量，进而找到最优解或接近最优解的解集。粒子群算法则能模拟鸟群或鱼群的群体行为，通过粒子之间的协作和信息交流寻找最优解。这些算法能够处理复杂的决策问题，且具有较强的全局搜索能力。

3.2 桥梁养护决策与造价控制的耦合优化方法

桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，需要定期对其进行养护和维护工作，以确保其正常运行和延长使用寿命。然而，养护决策和造价控制往往被单独考虑，缺乏综合性和系统性。为了提高养护效果和降低成本，需要建立一种耦合优化方法，将养护决策和造价控制作为一个整体进行考虑。

第一，建立共同优化模型是实现养护决策和造价控制耦合优化的关键。该模型将养护策略、养护周期、养护工作量、材料成本等因素纳入考虑，通过综合分析这些因素之间的相互关系，确定最佳的综合效果。养护决策应考虑桥梁的结构状况、使用环境和安全性等因素，造价控制则需要合理评估养护成本和可行性。

第二，对建立的共同优化模型进行敏感性分析和参数调整是关键。通过对模型中的各项参数进行调整，可以评估不同因素对养护决策和造价控制结果的影响程度。例如，调整养护周期和工作量可以探索最佳的养护时间和频率，以平衡养护效果和成本控制。此外，敏感性分析还可以帮助发现模型中的不确定性，进而修正和优化模型，使其更符合实际情况。

养护决策与造价控制的耦合优化方法能够带来多方面作用。一方面，通过综合考虑养护决策和造价控制，可以在保证养护效果的前提下降低成本，提高资源利用效率。另一方面，耦合优化可以帮助决策者更全面地理解和分析桥梁养护问题，使决策更科学、更合理。该方法还可以提供不同方案的比较和评估，为决策者提供多样化的选择。

然而，共同优化模型的建立面临一些挑战。

第一，需要准确的数据和专业的技术知识支持。

第二，决策者对不同因素的权重和偏好可能存在差异，如何在模型中进行合理权衡和灵活调整是一个复杂的问题。因此，需要从这两个角度出发，有效解决数据采集和信息共享等方面的问题，同时实现对不同权重的灵活调整。

3.3 案例研究和实证分析

3.3.1 养护决策与造价控制优化的实施过程

为了探究养护决策与造价控制的耦合优化方法在实际桥梁工程中的应用，需要结合具体的公路桥梁工程进行研究。以下为某工程耦合优化方法的实施过程：

第一步，收集该桥梁工程的结构状况、使用环境、历史维护记录等相关数据。这些数据是建立决策模型和进行优化的基础。

第二步，根据收集到的数据，建立养护决策与造价控制的决策模型。该模型应包括养护策略、养护周期、养护工作量、材料成本等决策变量，并将桥梁结构的特点和安全要求等纳入考虑范围。

第三步，根据实际需求，确定目标函数和约束条件。目标函数可以是最小化总成本、最大化养护效果等，约束条件包括预算限制、养护周期限制等。

第四步，利用适当的优化算法，如遗传算法、模拟退火算法等，对决策模型进行求解，得到最优的养护决策和造价控制方案。

第五步，根据求解得到的最优方案制订实施方案，确定养护的具体工作内容、时间计划和成本控制措施等[2]。

3.3.2 结果评估和比较分析

制订实施方案后，需要对决策方案进行评估和比较分析。主要考虑以下三个方面的指标：

一是评估养护方案对桥梁结构的维护效果，如延长使用寿命、提高结构强度等，可以采用结构监测数据、评估报告等评估手段。

二是比较优化方案与传统方法或其他对比方案的成本差异。考虑养护工作量、材料成本、人工成本等，评估成本控制的效果。

三是分析优化方案对工期的影响，包括养护周期、工作计划等方面。比较优化方案与传统方法的工期差异，评估工期安排的合理性。

通过对这些指标进行评价和比较分析，可以验证养护决策与造价控制耦合优化方法的有效性和优越性。如果通过优化选型方法得到的方案在养护效果、成本控制和工期安排等方面均优于传统方法或其他对比方案，则认为该优化选型方法有效。

4 结语

总之，在公路桥梁工程养护工作中，通过养护需求评估与分析、养护策略制订和决策支持系统的建立，可以有效地实现公路桥梁工程养护决策优化和造价控制，多目标决策优化方法和耦合优化方法能够为养护决策提供灵活、高效的工具，进而选出最优养护决策方案。以期文章所述优化选型方法能为公路桥梁工程养护决策与造价控制优化工作提供参考，为公路桥梁的安全性和可靠性提供保障。