李 傲，袁帥華

(湖南科技大學 土木工程學院,湘潭411201)

參 考 文 獻

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中小跨徑拱橋技術狀況智能評估系統(tǒng)研究

李 傲，袁帥華

(湖南科技大學 土木工程學院,湘潭411201)

以橋梁健康檢測與技術狀況評定為實踐背景，開發(fā)了一套針對中小跨徑拱橋技術狀況智能評定的系統(tǒng)，研究可行的智能化管理方法，建立完整可靠的橋梁信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)方便了橋梁管理者對橋梁基本信息的管理.

橋梁檢測；橋梁評估系統(tǒng)；技術狀況評定

1 橋梁技術狀況評定系統(tǒng)研制開發(fā)的意義

橋梁是一個由多構件組成的結構，每一構件的損壞都會影響橋梁的正常運營，而影響橋梁老化、缺損的因素眾多，運輸工具的大型化、車輛超載現(xiàn)象的頻繁化都會加劇橋梁結構的技術狀況下降，加上傳統(tǒng)的人工管理方式效率的低下均會使橋梁得不到及時的養(yǎng)護而不能滿足正常的運營狀態(tài)[1].就橋梁自身的健康狀況而言，橋梁技術狀況評定的意義在于，通過對其技術狀況的評定管理人員能夠及時了解他的性能及服務狀況水平，根據(jù)其結構性能及服務狀況水平正確的采取養(yǎng)護管理措施，對技術狀況較差的橋梁采取及時的措施，如加固，拆除重建等，使在役橋梁始終保持一個良好的運營狀況.

目前國內(nèi)橋梁管理部門對橋梁管理的手段比較落后，還停留在以傳統(tǒng)的人工整理的方法來對橋梁的資料進行管理.由于橋梁資料較多，管理手段的繁瑣和效率低下，養(yǎng)護維修不及時，這些都會促使橋梁的技術狀況水平隨著時間的推移而下降，給橋梁管理者帶來了諸多不便；防止安全事故的發(fā)生、使二三類橋梁能得到及時的養(yǎng)護維修管理是橋梁管理部門非常關注的問題.隨著信息技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工整理資料的方法慢慢被取締.橋梁評定系統(tǒng)能夠將大量的橋梁信息存放到數(shù)據(jù)庫中，管理效率得到了提高，橋梁評定系統(tǒng)中的技術狀態(tài)評估功能，可以使橋梁的技術狀態(tài)很直觀的顯示在橋梁管理者的面前；橋梁評定系統(tǒng)可以很好的規(guī)劃橋梁資金的分配，使在役橋梁始終保持健康的服役狀態(tài).

2 橋梁技術狀況評定方法的分析

隨著信息技術的發(fā)展，系統(tǒng)工程也得到了不斷的完善，目前較多的系統(tǒng)評定方法和理論都被嘗試著用于橋梁的技術狀況評定中，并且建立了對應的橋梁評定模型，目前國內(nèi)較為常用的橋梁技術狀況評定的方法主要有[2]：①外觀勘察的綜合評定方法；②基于人工智能評定方法；③基于荷載試驗的評定方法；④基于《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)的評定方法.

2.1 外觀勘察的綜合評定方法

外觀勘察的綜合評定方法[2]，主要是讓有經(jīng)驗的橋梁工作者對在役橋梁進行現(xiàn)場觀測，通過定性的文字描述對其進行扣分，然后根據(jù)相應規(guī)劃給定的評分規(guī)則和權重給與評分，得出其所處的類別.《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)給出了橋梁各部件的權重，并將橋梁總體技術狀況評定等級分為1類、2類、3類、4類、5類，每一等級對應著橋梁相應的服役水平.這類評定方法需要橋梁工作者通過對其橋梁大量的文字描述，根據(jù)其描述得出橋梁所處的類別，但是每個橋梁工作者的經(jīng)驗不同得出的結論有所差別.

2.2 基于人工智能評定

人工智能評定的方法主要包括以下幾種[3][4]：神經(jīng)網(wǎng)絡評估法、模糊理論評估法、特爾斐專家評估法.

神經(jīng)網(wǎng)絡評估法和模糊理論評估法通常結合在一起用于橋梁的技術狀況評定中，這兩種方法結合在一起可以發(fā)揮各自的優(yōu)點，大大加強了對信息的處理.

特爾斐專家評估法是通過橋梁專家多輪的匿名打分，把每輪的打分反饋給專家進行分析作為下一輪打分的依據(jù)，如此反復來得出評定結果.此類方法的缺點在于過程太過于繁瑣，且專家的主觀判斷會給評定結果帶來很大的影響與橋梁管理系統(tǒng)的客觀性不相符合.

2.3 基于荷載試驗的評定

荷載試驗的評定方法就是通過對橋梁進行動載和靜載試驗，在試驗荷載作用下通過試驗儀器采取橋梁的相關參數(shù)如撓度、應變、頻率、裂縫、振型等，再結合理論的手段從強度、剛度、穩(wěn)定性等方面對橋梁的技術狀況進行分析.此類方法試驗費用較高，很難普及到每座橋梁，此外這種方法可能會導致病害的加劇.

2.4 基于《公路橋梁技術狀況評定標準》的評定

《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)中將橋梁分為三個部分，分別為橋面系、上部結構、下部結構，本標準按不同的橋型進行橋梁評定分類，并細化不同橋型的部件分類；根據(jù)不同橋型的部件類型制定評定細則，將評定指標進行細分并提出了量化標準；提出了5類橋技術狀況單項控制指標；改進了橋梁技術狀況的評定模型.此類方法的優(yōu)點在于，評定標準和權重按規(guī)劃給定事先輸入技術狀況評定系統(tǒng)中，工作人員可以通過現(xiàn)場檢測資料與計算機相結合對橋梁的技術狀況進行評定，減少了人主觀因素的影響和橋梁管理者的養(yǎng)護成本.

3 橋梁技術狀況評定方法的選定

在綜合考慮系統(tǒng)功能的需求和計算機對評定過程實現(xiàn)的可能性的基礎上，本文采取基于《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)的計算機評定法作為系統(tǒng)的評定方法.《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)中橋梁的技術狀況評定是采用了分層綜合評定與5類橋梁單項控制指標相結合的方法，依次從橋梁的構件，部件，橋面系，上部結構，下部結構進行評定，最后根據(jù)橋梁橋面系、上部結構、下部結構的技術狀況對橋梁進行總體技術狀況評定.

《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)中技術狀況評定指標及技術狀況評定工作的流程如圖1所示.

圖1 橋梁技術狀況評定指標

4 橋梁評定系統(tǒng)軟件開發(fā)

4.1 軟件開發(fā)工具

中小跨徑拱橋技術狀況評定系統(tǒng)選取了Microsoft Visual Studio作為其工具集和開發(fā)平臺.VS是當前Windows程序開發(fā)應用最廣的平臺，VS是一個幾乎完善的開發(fā)工具集，包含了全部軟件生命周期中所需要的絕大多數(shù)工具，如UML工具，代碼管理工具，集成開發(fā)環(huán)境(IDE)等.目標代碼在微軟支持的全部平臺中均可應用，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework等平臺.

4.2 軟件開發(fā)語言

在確定了系統(tǒng)開發(fā)應用的軟件開發(fā)平臺及工具集后，就必須選擇與之相匹配的的系統(tǒng)開發(fā)語言.不同的編程軟件有不同的語言與之對應，有些編程軟件甚至有多種語言與之相適應，而C sharp語言是與Visual Studio軟件平臺的適用性最強.C#(即C sharp)是一種綜合了C++與Java語言特點并對此進行了優(yōu)化的面向微軟Visual Studio的語言，也是目前編程語言中使用最多的一種語言之一.

C sharp語言是在與Visual Studio 2002版本一起發(fā)布的，而且.NET中間語言也適應C#[5].和其他語言相比，C#在較多方面均有較大的改進.比如C#在開始設計時就是為了能使其比其他語言更加簡單明了、更加適應時代的需求的開發(fā)語言.在C#中能夠較好的代碼移植到其他編程語言中.這樣C#就能被更加廣泛的運用.這樣的改進和對Visual Studio具有較強的適應性，因此C#已經(jīng)變成了程序員最喜歡的開發(fā)語言之一，因此在本文中運用C#開發(fā)語言作為中小跨徑拱橋技術狀況評定系統(tǒng)的開發(fā)語言.

4.3 軟件數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具

中小跨徑拱橋技術狀況評定系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫采用的是Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫.SQL Server是微軟公司研制的軟件后臺數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫軟件.其作用主要是能夠對數(shù)據(jù)的進行保存、查詢、更改以及刪除等.SQL Server自身的處理數(shù)據(jù)水平的成熟和能夠很好的適應Visual Studio軟件工具集，這也是本文使用SQL Server來作為軟件的數(shù)據(jù)庫的原因.

4.4 軟件功能介紹

中小跨徑拱橋技術狀況智能評定系統(tǒng)軟件主要由登錄界面、主界面兩部分組成.

4.4.1 登錄界面

系統(tǒng)運行后，首先呈現(xiàn)的是用戶登錄界面(如圖2所示)，在用戶登錄界面用戶需輸入正確的用戶名與密碼才能獲得使用本系統(tǒng)的權限，兩者中任何一項錯誤系統(tǒng)就會出現(xiàn)提示，當兩者均輸入正確才可進入系統(tǒng)的主界面.

圖2 用戶登錄界面

4.4.2 系統(tǒng)主界面

在驗證了正確的用戶信息之后，會彈出主界面窗口(如圖3所示)，主界面窗口內(nèi)容包括項目、橋梁基本信息、權重計算、橋梁技術狀況評定、橋梁評定記錄表和幫助六個部分，六個主菜單下面還包含著子菜單，用鼠標點擊任意主菜單，就會出現(xiàn)子菜單供用戶選擇，主菜單下所包含的子菜單如圖4所示.

圖3 系統(tǒng)主窗口界面

圖4 系統(tǒng)菜單添加

4.4.3 橋梁技術狀況評定界面

技術狀況評定采用《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTGT H21-2011)進行研制開發(fā)，系統(tǒng)首先將不同類型拱橋的相應部件、各構件可能存在的病害、檢測指標所能達到的最高等級及扣分值等存儲在數(shù)據(jù)庫中.用戶點擊橋梁技術狀況評定菜單后，用戶可以輸入選擇自己所需要評定的拱橋類型(如圖5所示),點擊下一步進入選擇部位的界面.

圖5 拱橋類型選擇

本文以鋼筋混凝土拱橋中的雙曲拱橋面系中的主拱圈為例，對其進行技術狀況的評定(如圖6、圖7所示).

圖6 評定部位選擇

圖7 評定部件選擇

在技術狀況評定界面中，用戶根據(jù)所需評定拱橋構件個數(shù)對其進行編號，當構件編號下面選項里可選的構件個數(shù)少于拱橋部件中構件的實際個數(shù)，用戶可以點擊上面的添加構件按鈕進行添加.根據(jù)現(xiàn)場檢查的結果在界面中相應評定指標的下面輸入評定標度，待所有構件的信息輸入完成后點擊完成，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)庫中事先編寫好的公式進行計算得出該部件的最終得分(如圖8所示).

圖8 部件評定結果

點擊確定按鈕后系統(tǒng)會自動返回圖7所示的界面，用戶可以選擇上部結構中其他部件進行評定，步驟與主拱圈的評定過程相同.上部結構中所有部件都評定完成后，系統(tǒng)后返回圖3，當用戶將橋面系，上部結構，下部結構全部評定完成后，系統(tǒng)會將其評定的信息自動保存到數(shù)據(jù)庫中，再根據(jù)其評定結果得出拱橋的總體技術狀況及建議(如圖9、圖10所示).

圖9 總體技術狀況評定

圖10 橋梁建議

5 結 語

橋梁技術狀況的評定是橋梁評估中最重要的環(huán)節(jié)之一.本文以本文以橋梁健康檢測與技術狀況評定為實踐背景，開發(fā)了一套針對中小跨徑拱橋技術狀況智能評定的系統(tǒng)，系統(tǒng)以SQL Server數(shù)據(jù)庫來對拱橋的基本數(shù)據(jù)進行管理，以Visual Studio作為的開發(fā)平臺及開發(fā)工具，C#語言作為開發(fā)語言來實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能.該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對拱橋基本信息的管理為橋梁工作者對橋梁的管理提供了方便，通過評定功能能對拱橋的技術狀況進行評定并在此基礎上給出了合理的建議.

參 考 文 獻

[1] 張勁泉,王文濤.橋梁檢測與加固手冊[M]. 北京：人民交通出版社,2007.

[2] 陳 濤.基于web下橋梁管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 安徽工業(yè)大學碩士論文,2013.

[3] 許海濤.橋梁狀況評估技術現(xiàn)狀[J]. 公路與管理,2010.

[4] 趙大亮,李愛群,王 浩,等.既有公路橋梁評估方法研究現(xiàn)狀[J].工程抗震與加固改造,2007.

[5] 徐安東.Visual C#程序設計基礎[M].北京:清華大學出版社,2012.

Study on Intelligent Evaluation System for Small and Medium-span Arch Bridge

LI Ao, YUAN Shuai-hua

( School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology, 411201 Xiangtan, China)

Taking the bridge healthy diagnosis and technical condition evaluation as practice background,a feasible method of intelligent management is studied, and a complete and reliable bridge information management system is established.This paper presents the bridge evaluation system for the medium and small span of arch bridge, which is efficient to manage basic information of bridges by bridge managers.

bridge safety inspection; bridge assessment system; technical condition evaluation

2015-06-10

李 傲(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：橋梁施工監(jiān)控.

U445.7+2

A

1671-119X(2015)03-0083-04