文

橋梁的安全性能和安全保障能力對交通大動脈的暢通至關重要，一旦損壞，將嚴重影響交通功能的正常發(fā)揮和人民群眾的生命財產安全，甚至可能會導致重要交通干線或城市交通癱瘓。

隨著我國橋梁服役期的不斷延長，其安全性、耐久性及維護管理的問題日益嚴重，安全保障問題也日益突出。本專題調研了國內外橋梁結構安全保障科技發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢，分析了我國橋梁安全保障技術、措施和政策的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，并在此基礎上提出關于我國橋梁安全保障政策、技術和措施方面的思考。

現(xiàn)狀與問題

影響橋梁安全的因素

公路、鐵路橋梁往往所處的地形、地質、水文條件復雜，氣候環(huán)境多變，加上地震、斷層破碎帶、滑坡、泥石流等多種災害頻發(fā)，以及近年來交通量的猛增，超載、超限和橋梁本身的自然老化等因素影響，使大量橋梁結構處于亞健康或危險狀態(tài)，橋梁安全隱患大。橋梁的安全風險問題將越來越受到人們的重視，迫切需要建立合理的安全風險預測、評估和保障機制，以提高橋梁的抗風險能力，保證橋梁在運營期間的安全。

影響橋梁安全的因素總的來說可以歸結為人為因素和自然因素兩類。人為因素包括設計和施工失誤，船舶、車輛撞擊，超載和故意破壞等；自然因素包括地震、洪水、風雨、漂流物撞擊、環(huán)境惡化及其他未知因素等。

為了研究各種不利因素對橋梁事故的影響，筆者通過查閱大量的文獻、書籍共收集了國內外916例橋梁事故資料，其中，國內橋梁為376例，國外橋梁為540例，初步統(tǒng)計、分析這些數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)橋梁事故往往由多種不利因素的共同作用引起。國內外橋梁事故原因基本相同，施工、碰撞、超載和水害所占比例最大，且國內因施工、超載及水害導致的橋梁事故比例均高于國外。

橋梁事故調查分析

從1900年至2015年，國外橋梁的事故次數(shù)隨著第二次世界大戰(zhàn)后交通基礎設施的大規(guī)模建設明顯增加。國內橋梁事故在20世紀60年代以前數(shù)量極少，隨著國家交通基礎設施建設的發(fā)展，橋梁事故開始增多。尤其是在2000年至2010年之間，橋梁事故次數(shù)急劇增加，遠高于同時期國外的橋梁事故。

調查發(fā)現(xiàn)，國內外常規(guī)橋梁（跨度較小者）的事故次數(shù)最多，國內拱橋事故數(shù)量高于國外，國外懸索橋事故數(shù)量遠高于國內。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是國內拱橋數(shù)量遠高于國外（而國外懸索橋發(fā)展早于我國），在發(fā)展初期由于設計經驗相對不足、運營時間長、經歷橋梁事故風險較多等原因所致。

截至通車時，世界上跨徑最大的鋼桁梁斜拉橋——貴黔高速公路鴨池河大橋。

通過對具有明確開通年份和事故年份的橋梁分析，發(fā)現(xiàn)國內橋梁被破壞時服役時間超過50年的約占5.8%，服役時間超過100年的只占0.6%，遠低于國外橋梁。同時這些橋梁的平均服役時間僅為23.8年，遠不及國外事故橋梁的平均服役時間（40年）。

橋梁技術現(xiàn)狀與發(fā)展預測

預測橋梁技術狀況退化的方法主要有兩種，一種是基于橋梁結構歷年技術狀況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計等數(shù)學方法預測；另一種是通過研究影響橋梁結構技術狀況因素與橋梁退化的時變關系，從而預測橋梁結構的退化情況。

截至2016年底，全國公路橋梁技術狀況等級表（座）。

《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG H11 2004）根據(jù)缺損狀況將橋梁構件分為5個等級，假設我國現(xiàn)有橋梁管理養(yǎng)護政策和措施保持不變，那么橋梁技術水平的弱化程度和趨勢應該總體保持不變。以該階段橋梁技術狀況分析，如果保持當時的橋梁建設速度和技術手段，并且維持當前的橋梁管理養(yǎng)護措施及投入，我國現(xiàn)役橋梁整體技術狀況隨著時間的推移，大量橋梁劣化效應顯著，技術狀況等級會嚴重下降。

經過30年左右，部分一類橋將下降至二類，二類橋又有一部分將劣化成三類，這樣“一增一減”使得總體上二類橋的變化幅度較小，而三類橋迅速增加。三、四、五類橋梁所占比例增加，病害或承載能力不足的狀況相應增多，橋梁安全保障運營的形勢將十分嚴峻。

現(xiàn)有安全保障體系

為保證橋梁在服役期的正常使用，我國在設計、施工、運營、管理養(yǎng)護等各階段都出臺了相應的規(guī)范和技術措施。

政策法規(guī)

我國橋梁管理體制（截至2016年底）

橋梁檢測、評定與加固規(guī)范（規(guī)程）體系。

我國按照“統(tǒng)一領導、分級管理”的原則建立公路管理體制，公路建設、養(yǎng)護和管理的事權均以地方為主。橋梁后期的管理養(yǎng)護制度是保證橋梁安全使用的基礎，根據(jù)《中華人民共和國公路法》及各部委頒布的管理條例，我國橋梁管理體制主要由交通運輸部，各省、自治區(qū)、直轄市交通運輸廳，地市級交通運輸局，以及縣級公路管理部門四部分構成。

我國從20世紀70年代開始研究舊橋加固改造技術?！豆窐蛄杭夹g狀況評定標準》于2011年9月實施，對公路橋梁的養(yǎng)護、檢查、評定、加固技術都做了較全面的說明。

橋梁養(yǎng)護檢測與監(jiān)測是保障橋梁安全運營的重要措施。定期檢測是保障橋梁安全運營的重要制度和措施。同時，橋梁監(jiān)測已作為定期檢測的重要補充措施，得到了行業(yè)內的廣泛應用。

在應急保障方面，依據(jù)《中華人民共和國公路法》《中華人民共和國安全生產法》《中華人民共和國道路交通安全法》和交通運輸部的《公路橋梁養(yǎng)護管理工作制度》，為有效應對公路橋梁可能出現(xiàn)的重大事故，及時采取應急控制措施，保障人民群眾的生命財產安全，各地方政府和管理部門根據(jù)自身情況制定了相應的應急預案和配套措施。

技術措施

橋梁結構的安全保障方法主要包括橋梁檢查與技術狀況評定、橋梁養(yǎng)護管理、橋梁檢測與承載力評估、橋梁維修加固和結構健康監(jiān)測等。

橋梁檢查與技術狀況評定是一項為了了解投入使用后橋梁技術狀況的工作。主要通過檢查橋梁缺陷和損傷，分析其產生的主要原因，以及評價其對橋梁質量和承載能力的影響。橋梁檢查主要分為經常檢查、定期檢查和特殊檢查。

橋梁檢測與承載力評估技術是判定橋梁安全性的重要手段和依據(jù)，也是橋梁評定最核心的內容，主要涉及檢測、荷載試驗、評定方法、檢測儀器設備及橋梁承載力評估等內容。

近年來，隨著橋梁技術狀況評定、結構檢測與承載力評估技術的逐步定量化、科學化，橋梁的維修與加固技術也取得了長足的發(fā)展與進步，形成了較成熟的舊橋維修與加固計算方法和技術手段。

同時，建立橋梁結構長期健康監(jiān)測系統(tǒng)，獲取橋梁結構的工作環(huán)境信息，實時了解包括環(huán)境溫度、風荷載和車輛荷載的變化；獲取橋梁結構的響應特征信息，實時掌握橋梁結構的工作狀況和健康狀況，也是保證橋梁結構安全運營的有效方法。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)是近年來國內外土木工程領域的研究熱點，我國橋梁監(jiān)測技術已得到了廣泛應用，大部分已建和在建的大型跨江、跨海大橋均安裝了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。

不足之處

總體來看，我國橋梁安全保障政策、法規(guī)和技術均發(fā)揮了良好的作用，但和發(fā)達國家相比還有一定差距。

首先，近年來，我國針對橋梁表觀缺陷的做法雖然較多，但對于橋梁內部缺陷的檢測和評估還不夠；其次，橋梁的人工檢測、檢查居多，而系統(tǒng)化、信息化、網絡化保障仍不足；其三，針對個體橋梁檢測、檢查居多，而宏觀角度的區(qū)域橋梁整體安全性判別、壽命預測不足；除此之外，還包括針對個體橋梁提出專門的加固方案與研究居多，但從國家高度啟動全面裝備化、快速提升橋梁承載力的計劃不足。同時，我國從事公路橋梁安全保障的技術人員不足，執(zhí)法力度不夠，也使得安全保障的相關規(guī)章制度和監(jiān)管難以順利推行。

國外橋梁安全保障計劃

·美國：橋梁長期性能研究計劃

2008年，美國聯(lián)邦公路局下屬的基礎設施研究與發(fā)展辦公室，與美國各州的交通部門、其他聯(lián)邦機構等發(fā)起了“橋梁長期性能研究計劃”(LTBP)，計劃用20年時間建立詳細的橋梁健康數(shù)據(jù)庫，開展橋梁結構性能基礎理論和應用技術研究，從而提高美國公路運輸資產的安全性、長壽命和可靠性。2015年12月，奧巴馬簽署的《修復美國地面交通法》為美國2016財年至2020財年的交通基礎設施建設提供3050億美元融資，法案中加大了對LTBP的支持力度。

該計劃主要用于資助研究橋梁性能劣化機理，促進橋梁劣化和預測模型的發(fā)展，促進無損檢測和評估技術發(fā)展，量化橋梁的養(yǎng)護維修和加固效率，優(yōu)化橋梁養(yǎng)護作業(yè)，孕育下一代橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)，為政府制定相關政策提供依據(jù)等。

通過收集美國橋梁不同時間的病害情況，分析實施LTBP前后美國橋梁的技術狀況，發(fā)現(xiàn)美國橋梁實施LTBP后，納入國家高速公路系統(tǒng)（NHS）數(shù)據(jù)庫管理橋梁的結構病害被控制在3%至4%，這說明，針對自身的經濟發(fā)展特點和建設技術，重視橋梁安全保障、充分利用舊橋的承載潛力，積極采取先進的技術和方法，盡量掌握目前橋梁安全狀況，提出橋梁安全保障和長壽命計劃非常必要。

·日本：基礎設施長壽命化基本計劃

2013年11月，日本政府針對橋梁、堤壩、學校等公共設施的老化情況，制定保障基礎設施的“基礎設施長壽命化基本計劃”。要求日本各省廳及自治體于2016年之前制定整體的維持管理體制及中長期行動計劃，一方面通過檢查、修繕確保安全；另一方面因為人口減少等原因，對于確定不需要的基礎設施應立即廢止或拆除。該計劃特別指出了采用傳感器、機器人、非破壞性檢查技術等提高檢查和修補的水平，以保證在2030年時，由性能退化所導致的重要基礎設施的重大事故為零。

日本基礎設施預防性養(yǎng)護方法

面臨的挑戰(zhàn)

橋梁作為公路的咽喉，是經濟發(fā)展的重要紐帶之一。近年來，隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，交通量和大噸位車量也隨之增加，橋梁也擔負著日益沉重的荷載和交通量。因此，交通運輸對橋梁安全通行能力的要求也越來越高。

“世界第一高橋”杭瑞高速公路北盤江大橋（橋面至江面垂直高度565米）于2016年12月29日建成通車。

挑戰(zhàn)一：基礎設施“高齡化陷阱”

國外的統(tǒng)計資料表明，美國和歐洲的橋梁事故從20世紀60年代開始增多，橋梁垮塌多出現(xiàn)在服役的50年至100年間，大量基礎設施結構逐步達到設計壽命，老化、劣化現(xiàn)象逐步顯現(xiàn)。測算表明，按照現(xiàn)有維護管理理念和技術，由于費用急劇增長，2020年后，日本將沒有任何新建基礎設施的經濟能力。美國的橋梁結構劣化嚴重，維護、改修及更新費用急劇膨脹，也面臨如何合理解決對1萬億美元的公路橋梁資產進行可持續(xù)維護管理的問題。

我國的交通基礎設施規(guī)模世界第一，基礎設施建設投資占GDP比例遠高于發(fā)達國家，面臨的“基礎設施陷阱”問題更加突出。由于設計標準的差異、橋齡老化和運輸量快速增長等原因，我國二十世紀六七十年代修建的大量橋梁隨著結構的老化，將面臨較大的垮塌風險。

挑戰(zhàn)二：建設標準不統(tǒng)一，建設質量參差不齊

國外的橋梁設計規(guī)范相對較為統(tǒng)一。我國自20世紀50年代開始采用《公路工程設計準則》到2015年采用的《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60—2015），共使用了6版規(guī)范。特別是20世紀80年代前依據(jù)舊標準建設的在役橋梁，技術標準低，重建輕養(yǎng)，技術改造資金不足，技術狀況普遍偏差。

新規(guī)范調整了荷載標準，提高了我國公路橋梁的安全水平，但部分橋梁設計荷載不能反映實際運行車輛的荷載特征，在一定程度上給橋梁的養(yǎng)護管理帶來了不便，也給橋梁帶來一定的安全隱患。另外，早期修建的橋梁（少筋混凝土結構等），如殼體橋、少筋微彎板組合梁橋、二鉸板拱和雙曲拱橋等，均存在結構上的先天不足，也存在一定的安全隱患。

挑戰(zhàn)三：超載現(xiàn)象嚴重，地區(qū)差異大，劣化規(guī)律難以掌控

我國公路的超載現(xiàn)象普遍存在，超載會增加橋梁結構的負擔，帶來一系列的疲勞與耐久性問題，容易造成橋梁結構損傷、早期破壞，甚至壓垮橋梁。同時，我國地域遼闊，沿海地區(qū)存在鋼筋銹蝕、保護層層離或剝落等耐久性問題。

除此之外，西北、華北地區(qū)季節(jié)性河流多、溫差較大，存在橋梁下部結構磨蝕等問題；東北等寒冷地區(qū)存在混凝土橋梁結構的凍融損傷等問題；南方地區(qū)存在基礎沖刷和水毀問題。不同服役環(huán)境下橋梁的結構劣化趨勢不同，很難準確預測，也加大了我國橋梁安全保障的難度。

挑戰(zhàn)四：信息化程度偏低、橋梁數(shù)據(jù)庫資料不完善

雖然橋梁信息化建設取得了很多成就，但目前我國缺乏全國統(tǒng)一的橋梁信息化管理系統(tǒng)，缺乏公開的橋梁事故數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，缺乏統(tǒng)一的監(jiān)測系統(tǒng)設計標準和規(guī)范，結構健康狀態(tài)評價理論尚不完善。橋梁安全保障的基礎就是摸清現(xiàn)狀，但我國信息化程度偏低，也給橋梁安全保障帶來一定的難度。

橋梁長壽命安全保障計劃

隨著時間的推移，大批橋梁工程結構物老化與性能退化的現(xiàn)象將日益突出，部分重大結構將陸續(xù)達到設計使用壽命。我國橋梁在安全保障領域仍面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)，安全保障技術及措施仍然存在不足。盡快在我國實施“橋梁等基礎設施結構安全保障計劃”，構建適合我國國情的橋梁安全保障技術體系和標準，這對于確保我國橋梁結構安全和人民群眾的生命財產安全具有十分重大的意義。因此，本文在現(xiàn)有基礎上，結合我國橋梁的實際情況，對公路橋梁長壽命安全保障提出了思考。

總體目標

到2035年，全面建成管理科學、應急高效的智能化、信息化、立體化橋梁安全保障體系，全面提升重大橋梁結構的綜合安全保障能力和抗風險能力刻不容緩。力爭通過“三步走”實現(xiàn)總體目標。

第一步：摸清現(xiàn)狀階段（2018年至2022年）。分區(qū)域、分橋型、分建造年代，以百年（重要橋梁120年）橋梁為目標，摸清現(xiàn)有在役橋梁與百年橋梁之間的差距，明確提升性能和延長壽命的需求。

第二步：性能提升階段（2023年至2027年）。以百年橋梁為目標，在第一階段的基礎上，全面實施橋梁性能提升計劃，在重點技術領域取得重大突破，橋梁安全保障整體水平明顯提高。

第三步：2028年至2035年，全面建成智能化、立體化、信息化的橋梁安全保障體系，橋梁安全保障綜合實力進入世界強國前列。

具體措施

推動橋梁養(yǎng)護理念由注重建設向管理養(yǎng)護并重轉變。針對我國服役橋梁養(yǎng)護管理和橋梁資產保全增效的技術需求，轉變橋梁養(yǎng)護理念，發(fā)展橋梁預防性養(yǎng)護技術，完善橋梁信息管理系統(tǒng)，推行養(yǎng)護工程師制度，提升橋梁機械化養(yǎng)護能力，構建符合我國國情的橋梁養(yǎng)護技術及裝備體系，以促進我國橋梁技術向“建養(yǎng)并重”轉型。

雅西高速公路臘八斤特大橋

構建信息化、立體化的橋梁檢（監(jiān)）測、評估、加固一體化的橋梁維護體系。針對我國橋梁的檢測需求，發(fā)展并構建服役橋梁高精度化無損檢測技術及裝備體系；針對我國橋梁長期性能研究和長大橋梁運營管理的技術需求，研發(fā)高性能智能傳感器，發(fā)展并構建橋梁健康診斷及性能和抗力衰變監(jiān)測技術體系與標準；針對服役橋梁養(yǎng)護科學決策的技術需求，進一步完善和發(fā)展橋梁技術狀況評定、承載能力和減災防災能力的鑒定方法，構建橋梁安全可靠性評估和使用壽命預測等的理論體系及技術方法；針對服役橋梁病害處置和提高使用荷載等級的實際需求，要完善加固設計理論與方法，研發(fā)快速可靠的加固技術，發(fā)展模式化加固技術和整體替代技術，提高加固后橋梁的安全可靠性。

提高我國橋梁的應急保障能力及水平。加強對極端和偶然橋梁風險因素的預警，構建橋梁在地震等極端條件下的智能化預警評估處置系統(tǒng)；針對災后應急搶通和保通的需求，提升橋梁應急裝備跨越和承載能力，拓展橋梁應急裝備的品種，增強橋梁應急裝備的施工便捷性，以提高我國公路橋梁的應急保障能力及水平。

完善我國橋梁的管理制度。加大特大型橋梁的管養(yǎng)與監(jiān)測，確保重要橋梁的運營狀況實時可控；完善橋梁運營安全管理系統(tǒng)，健全橋梁管理制度、加大對超載等行為的執(zhí)法力度，最大限度杜絕人為因素的安全隱患；引入橋梁事故第三方評價機制；建立健全橋梁事故分析處理數(shù)據(jù)庫。

（本文摘編自中國工程院院刊《中國工程科學》2017年第6期，有刪減，題目為編者所加。）