韓鵬

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200092)

基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的裝配式鋼梁應(yīng)急保通體系研究

韓鵬

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司,上海市 200092)

以風(fēng)險(xiǎn)事件后橋梁“快速保通”需求為出發(fā)點(diǎn),綜合論述了庫(kù)存裝配式鋼梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立、快速搭設(shè)保通技術(shù)儲(chǔ)備,以及快速保通協(xié)同工作體系等方面的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。研究表明,基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立應(yīng)急保通信息化管理體系,是現(xiàn)代橋梁智慧化運(yùn)維管理工作的重要后端,可在確保區(qū)域裝配式鋼梁相關(guān)倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、架設(shè)和多部門協(xié)同工作的同時(shí),高效實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備的“共享型”應(yīng)用。

裝配式鋼梁；貝雷梁；應(yīng)急保通；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

在龐大的公路交通體系中,以中小跨度橋梁為代表的橋梁網(wǎng)絡(luò),承擔(dān)了道路跨河、跨線關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)乃至長(zhǎng)大線路的交通任務(wù)。作為道路交通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),橋梁安全運(yùn)維是保障人民生命財(cái)產(chǎn)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展的重要因素,也是道路、交通、航道等部門的共同訴求。交通量提高、橋梁安全狀況變化、區(qū)域化管理任務(wù)加重,客觀上對(duì)橋梁運(yùn)維管理工作的信息化提升提出要求。

橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,面臨來(lái)自交通負(fù)荷、運(yùn)營(yíng)環(huán)境等復(fù)雜條件的作用,存在材料劣化、地基沉降等因素造成的漸變型風(fēng)險(xiǎn),以及來(lái)自車輛（船舶）撞擊、車輛超荷、危險(xiǎn)品泄漏、自然和地質(zhì)災(zāi)害等突發(fā)型事件的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)遭受嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)事件的橋梁,以及大量技術(shù)狀況評(píng)定為四、五類的中小型橋梁,在病害發(fā)生的情況下,盡可能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、迅速的保通是應(yīng)急搶險(xiǎn)的首要目標(biāo)?；趲?kù)存裝配式鋼梁（即“戰(zhàn)備梁”）實(shí)現(xiàn)損傷橋梁的快速化保通,是城市交通應(yīng)急保障體系的高效解決方案。

裝配式鋼梁結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng),拆裝和運(yùn)輸便捷,構(gòu)件通用性強(qiáng),可廣泛應(yīng)用于橋梁和其它有跨越需求的工程的應(yīng)急搶修,并可用于在工程施工中搭設(shè)臨時(shí)通道。但同時(shí),從城市應(yīng)急管理的角度,當(dāng)前裝配式鋼梁的日常倉(cāng)儲(chǔ)、調(diào)用、維護(hù)尚未體系化。一方面,裝配式鋼梁由應(yīng)急物資倉(cāng)庫(kù)、施工裝備企業(yè)等部門所有,日常以租賃等方式提高設(shè)備利用率,但庫(kù)存節(jié)段數(shù)量、零件類型、裝配機(jī)具配套量等,難以滿足城市風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急需求；另一方面,交通設(shè)施管理部門對(duì)庫(kù)存裝配式鋼梁的分布、類型、運(yùn)輸方式等信息,尚不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的集約化管理,在風(fēng)險(xiǎn)事件后,常需臨時(shí)聯(lián)系調(diào)配、構(gòu)建運(yùn)輸和架設(shè)方案,時(shí)效性、系統(tǒng)性有待于提高,客觀上對(duì)裝配式鋼梁的信息化綜合管理技術(shù)提出需求。

基于現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能巡檢技術(shù)、云平臺(tái)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),為橋梁區(qū)域化安全運(yùn)維管理提供從風(fēng)險(xiǎn)感知、病害巡查,到綜合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算管理,到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)（告）警、應(yīng)急保通、維修養(yǎng)護(hù)全過(guò)程的產(chǎn)業(yè)化智慧服務(wù),成為中小型橋梁區(qū)域化管理的破局之道[1]。

基于橋梁物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立裝配式鋼梁應(yīng)急保通信息化管理體系,可長(zhǎng)期實(shí)時(shí)掌握區(qū)域內(nèi)裝備式鋼梁等應(yīng)急裝備的位置和技術(shù)信息,為橋梁應(yīng)急搶險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐,以平臺(tái)化管理實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事件后多部門高效協(xié)同工作,是橋梁智慧化運(yùn)維管理工作的重要后端。技術(shù)構(gòu)架見(jiàn)圖1。

1 裝配式鋼梁信息調(diào)研和數(shù)據(jù)庫(kù)建立

針對(duì)高負(fù)荷的公路交通干線,在風(fēng)險(xiǎn)事件后,快速“保通”是應(yīng)急搶險(xiǎn)的首要任務(wù)。在此目標(biāo)要求下,需要針對(duì)庫(kù)存的裝配式鋼橋進(jìn)行整體的信息調(diào)研,以保證應(yīng)對(duì)緊急事件時(shí),能夠做到快速、安全的資源調(diào)配和結(jié)構(gòu)架設(shè)。庫(kù)存裝配式鋼梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)包含如下關(guān)鍵要素:

圖1 應(yīng)急保通體系技術(shù)構(gòu)架

（1）庫(kù)存裝配式鋼梁構(gòu)件信息

包含裝配式節(jié)段、結(jié)構(gòu)部件、配件尺寸型號(hào)、承載能力、庫(kù)存位置、數(shù)量；支座等連接構(gòu)件信息等。

（2）裝配式鋼梁運(yùn)輸信息

針對(duì)不同跨度、不同類型的橋梁,裝配式鋼梁的運(yùn)輸方式有所不同,例如采用開(kāi)放式貨車、廂式貨車或船運(yùn)；根據(jù)結(jié)構(gòu)需求和運(yùn)輸路徑需求,采用大型貨車整體運(yùn)送或小型貨車零擔(dān)運(yùn)送。需對(duì)各種構(gòu)件、整體式梁體可采用的運(yùn)輸方式進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì),以針對(duì)工程地點(diǎn)、橋梁類型、損傷程度不同、緊急程度不同的事件,采用最合適的運(yùn)輸方式。

（3）庫(kù)存裝配式鋼梁裝配方式信息

不同跨度、不同類型的裝配式鋼梁,其裝配方式、操作規(guī)程和所需工具不同,應(yīng)對(duì)其信息進(jìn)行調(diào)研,確保在緊急事件應(yīng)對(duì)中,能夠做到庫(kù)存工具充足,或應(yīng)急響應(yīng)機(jī)構(gòu)所轄范圍內(nèi)能夠做到工具和機(jī)械的高效、充足調(diào)配。

（4）現(xiàn)有應(yīng)急響應(yīng)人力資源信息

各橋梁所屬轄區(qū)內(nèi),應(yīng)急搶險(xiǎn)人員配置；工作方式、規(guī)程；人員作息和緊急調(diào)配方式；可用于裝配式鋼梁運(yùn)輸、安裝等工作的技術(shù)和相關(guān)工作人員信息。

（5）與橋位相關(guān)的運(yùn)輸路徑

與轄區(qū)各橋梁相關(guān)的應(yīng)急運(yùn)輸路徑,如是否可供大型運(yùn)輸車輛通行,是否有輔道可供應(yīng)急搶險(xiǎn)車輛進(jìn)入工程場(chǎng)地,沿途車輛限高、轉(zhuǎn)彎半徑、車道寬度、車輛限行政策等條件是否滿足？針對(duì)不同的損傷模式,若需不同的裝配式鋼梁,則如何選取最合適、高效的運(yùn)輸路徑？

2 庫(kù)存裝配式鋼梁快速搭設(shè)保通技術(shù)

城市橋梁應(yīng)急體系主要面對(duì)的是數(shù)量巨大,分布廣泛的中小型橋梁,在交通量日益增大的時(shí)期,“快速”是最主要的要求,因而,與之相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備,均以該要求為基本目標(biāo)。

（1）庫(kù)存裝配式鋼梁的快速選取和調(diào)配

根據(jù)病害橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和病害特點(diǎn),快速選取裝配梁結(jié)構(gòu)模式、構(gòu)件類型等,以及與快速保通相關(guān)的技術(shù)規(guī)程的選取。

（2）裝配式鋼梁快速架設(shè)方式研究

以“應(yīng)急保通”作為基本目標(biāo),應(yīng)力求做到將“庫(kù)存”的構(gòu)件快速架設(shè),保證暢通。對(duì)不同類型、跨徑和地質(zhì)條件的橋梁,其快速架設(shè)需要的技術(shù)方法不同。在對(duì)大量工程進(jìn)行普查的基礎(chǔ)上,對(duì)不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地質(zhì)條件以及周邊場(chǎng)地特點(diǎn)的橋梁進(jìn)行歸類,并針對(duì)不同類型、不同等級(jí)的損傷或病害,給出不同的架設(shè)方式,如整跨吊裝架設(shè)或構(gòu)件組裝等。

（3）裝配式鋼梁架設(shè)承載力研究

對(duì)現(xiàn)有的裝配式鋼梁,其本身的搭建方式和承載能力,可參照操作規(guī)程來(lái)確定。但對(duì)具體工程,則應(yīng)考察架設(shè)裝配式鋼梁之后,原有結(jié)構(gòu)的承載能力,如既有橋墩承載力,上跨現(xiàn)有結(jié)構(gòu)時(shí),支承位置處結(jié)構(gòu)的承載能力等。

在緊急事件條件下,詳細(xì)計(jì)算的時(shí)間不夠充裕,因而可通過(guò)預(yù)先調(diào)查研究,給定預(yù)案,以便在應(yīng)急條件下使用。

3 快速保通協(xié)同工作體系

公路交通體系除城市和主干線橋梁外,大量農(nóng)橋、水利橋也是重要的組成部分。很多橋梁目前仍存在歸屬不明確,監(jiān)管不到位等問(wèn)題,要滿足應(yīng)急保通這一基本需求,尚存在部門協(xié)調(diào)、人員調(diào)配、資金支持、責(zé)權(quán)劃歸等方面的問(wèn)題。應(yīng)力求在多部門的協(xié)調(diào)下,建立較為明確的規(guī)章制度和協(xié)同工作規(guī)程,保證在緊急事件下能夠做到整體快速響應(yīng)。

（1）橋梁歸屬和管轄調(diào)查

在主管部門的領(lǐng)導(dǎo)下,對(duì)各中小橋梁進(jìn)行信息收集,了解其歸屬和管轄部門,力求在主管部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下,在“應(yīng)急保通”這一共同目標(biāo)的引導(dǎo)下,實(shí)現(xiàn)各部門的協(xié)同工作。

（2）應(yīng)急工作機(jī)制的建立

在緊急事件發(fā)生后,管理部門迅速調(diào)配相關(guān)管轄和技術(shù)力量,實(shí)現(xiàn)工程、交通、航運(yùn)、水務(wù)等相關(guān)部門的迅速響應(yīng)和協(xié)同工作。對(duì)工程技術(shù)人員,確保全時(shí)有人值守崗位,緊急情況下確保有效調(diào)動(dòng)人力資源。

4 相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)要素

針對(duì)快速應(yīng)急保通需求,實(shí)現(xiàn)快速、緊急行動(dòng),這將同時(shí)給人員安全和工作質(zhì)量帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。力求在以完備的規(guī)章制度予以保障的同時(shí),通過(guò)建立善后保障機(jī)制,來(lái)應(yīng)對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。主要包括工作中的人身安全風(fēng)險(xiǎn)；運(yùn)輸和裝配中的設(shè)備、構(gòu)件安全風(fēng)險(xiǎn)；設(shè)備、構(gòu)件儲(chǔ)備充足性；協(xié)同工作有效性等帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)等。針對(duì)一系列可能存在的風(fēng)險(xiǎn),建立相應(yīng)的善后保障和補(bǔ)償機(jī)制。

5 庫(kù)存需求分析示例

裝配式鋼梁通常是以標(biāo)準(zhǔn)段形式整體倉(cāng)儲(chǔ),同時(shí),根據(jù)組合形式的不同,具備不同的最大跨越能力。用于應(yīng)急搶險(xiǎn)時(shí),一般不具備在橋跨中部設(shè)置支點(diǎn)的條件,因而,需利用既有橋墩或者“梁上架梁”的方式實(shí)現(xiàn)損傷橋跨的直接跨越。需根據(jù)區(qū)域橋梁的單跨統(tǒng)計(jì)特征,確定裝配式鋼梁庫(kù)存數(shù)量和組合形式需求,在滿足應(yīng)急需求的前提下,降低庫(kù)存總量,提高非搶險(xiǎn)時(shí)段的裝備利用率,在“應(yīng)急儲(chǔ)備”和“資源利用”之間尋求平衡。

以常用“321鋼橋”為例[2][3],其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度3 m,組合形式分為單排單層（SS）、加強(qiáng)單排單層（SSR）、雙排單層（DS）等10種類型,最大跨越能力見(jiàn)表1。

表1 “321”鋼橋組合形式與最大跨徑

以某區(qū)為例,橋梁管理部門統(tǒng)計(jì)樣本橋梁263座,共計(jì)1 140跨。根據(jù)“321鋼橋”的節(jié)段組合長(zhǎng)度,對(duì)橋跨進(jìn)行分布統(tǒng)計(jì),見(jiàn)圖2。

圖2 橋跨分區(qū)間段統(tǒng)計(jì)條狀圖（長(zhǎng)度單位:m）

同時(shí),根據(jù)組合形式的最大跨越能力,對(duì)區(qū)域橋跨進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。力求滿足大部分橋跨的保通需求,同時(shí)不因組合形式的變化而大幅增大倉(cāng)儲(chǔ)節(jié)段量,見(jiàn)圖3。

圖3 根據(jù)裝配式鋼梁跨越能力統(tǒng)計(jì)適用橋跨數(shù)量

由圖2、圖3可見(jiàn),若以單向單車道保通為最基本目標(biāo),則最大跨越能力24 m的“雙排單層（DS）”可滿足區(qū)域內(nèi)1 031跨橋梁的應(yīng)急保通需求,占總跨數(shù)90.4%。對(duì)此,需配備8×2×2=32個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段,以及相應(yīng)的零部件和裝配、運(yùn)輸機(jī)具。

若儲(chǔ)備最大跨越能力36 m的“加強(qiáng)型雙排單層（DSR）”,可滿足1 127跨需求,占總跨數(shù)98.9%。對(duì)此,需配備12×2×2=48個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段,并同時(shí)儲(chǔ)備節(jié)段所需上、下加強(qiáng)弦桿。

跨越能力近似的“三排單層（TS）”、“雙排雙層（DD）”,由于顯著增加節(jié)段數(shù)量,不作為推薦儲(chǔ)備方案。

綜上可見(jiàn),對(duì)該區(qū)橋梁,以32個(gè)“321鋼橋”標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段作為常態(tài)應(yīng)急儲(chǔ)備,即可基本滿足應(yīng)急保通需求。

在通過(guò)中心管理系統(tǒng)對(duì)庫(kù)存裝配式鋼梁倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、架設(shè)信息進(jìn)行綜合管理的條件下,上述儲(chǔ)備可以“分散存儲(chǔ)、總量保證”的形式,由多處倉(cāng)庫(kù)共同“動(dòng)態(tài)”滿足日常庫(kù)存和應(yīng)急調(diào)配需求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文綜合闡述庫(kù)存裝配式鋼梁信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立、快速搭設(shè)保通技術(shù)儲(chǔ)備,以及快速保通協(xié)同工作體系等方面的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),并以某區(qū)橋梁為示例,根據(jù)橋跨統(tǒng)計(jì)分析,確定了該區(qū)域橋梁應(yīng)急保通所用裝配式鋼梁的倉(cāng)儲(chǔ)需求。

以物聯(lián)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對(duì)庫(kù)存裝配式鋼梁進(jìn)行信息化、集約化管理,可快速、高效實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事件下的資源調(diào)配和多部門協(xié)同響應(yīng)。同時(shí),可對(duì)區(qū)域內(nèi)裝配式鋼梁倉(cāng)儲(chǔ)單位進(jìn)行統(tǒng)籌管理,在滿足應(yīng)急需求的前提下,實(shí)現(xiàn)設(shè)施利用效益最大化,亦為“共享型”經(jīng)濟(jì)模式的具體體現(xiàn)。

[1]韓鵬,唐術(shù)熙,李攀.探索中小橋梁管養(yǎng)的破局之道——橋梁安全運(yùn)維智慧服務(wù)平臺(tái)[J].橋梁雜志,2016(2):72-74.

[2]JT/T 728-2008,裝配式公路鋼橋制造[S].

[3]黃紹金,劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2002.

U445.7

B

1009-7716（2017）07-0197-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.061

2017-04-19

韓鵬（1982-）,男,山東濱州人,工程師,從事橋梁物聯(lián)網(wǎng)研究工作。