馮志強 楊蕓 程坤

摘 要：近年來，我國公路橋梁建設取得了很大的成就，大部分的橋梁已進入運營與養(yǎng)護階段。通過分析公路橋梁檢測過程中存在的問題，利用多源信息融合的技術(shù)將養(yǎng)護管理中的經(jīng)常性檢查、定期檢查、特殊檢查或巡查信息進行融合，為運營管理單位提供科學的養(yǎng)護決策，有助于公路橋梁管養(yǎng)水平的提升。

關(guān)鍵詞：信息融合;公路橋梁;檢測;評價

中圖分類號：U446 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）7-0095-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.022

Abstract： Great achievements have been made in the construction of highway bridges in my country， and many bridges have entered the stage of operation and maintenance. By analyzing the problems existing in the inspection process of highways and bridges， the technology of multi-source information fusion is used to integrate the information of regular inspections， regular inspections， special inspections or inspections in the maintenance management， so as to provide scientific maintenance decisions for the operation and maintenance units. Contribute to the improvement of highway bridge management level.

Keywords： information fusion; highway bridge; detection; evaluation

0 引言

公路橋梁為交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展做出了巨大貢獻，橋梁的技術(shù)狀況或承載能力檢測是公路管養(yǎng)單位的重要工作。橋梁檢測的目的在于評價橋梁狀況，最終為制定橋梁養(yǎng)護對策提供依據(jù)和支持。在工程實踐中，常見的橋梁檢查有日常經(jīng)常性檢查、定期檢查和特殊檢查，必要時安排特殊的巡查，通過這些檢查可以及時發(fā)現(xiàn)橋梁在使用過程中出現(xiàn)的病害，并能跟蹤橋梁病害的發(fā)展趨勢[1]。但檢查信息和監(jiān)護建議多是孤立的存在：檢測單位提交檢測報告和養(yǎng)護建議，將每座橋梁的檢測信息錄入系統(tǒng);管養(yǎng)單位想要進行科學決策還需要翻閱資料，不能有效對比管養(yǎng)路段全線橋梁，難以對全線采取綜合的管養(yǎng)措施。有些管養(yǎng)單位建立了綜合的數(shù)據(jù)管理平臺，但相關(guān)檢測信息也較孤立，不能有效幫助養(yǎng)護決策[2]。如何將多源數(shù)據(jù)進行有效融合，成為橋梁檢測專業(yè)技術(shù)人員值得研究的問題。國內(nèi)學者專家也對多元化橋梁檢測信息的綜合應用進行了初步研究，并取得了部分成就，但就工程實踐的深度和廣度還不夠。本研究通過對公路橋梁檢測評價管理進行調(diào)研，詳細分析了公路橋梁經(jīng)常性檢查數(shù)據(jù)、定期檢查數(shù)據(jù)及特殊檢查數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，探討了各類型數(shù)據(jù)在橋梁養(yǎng)護中的作用，并對這些多源數(shù)據(jù)的融合問題進行分析研究，提出將日常的各項檢測信息進行集中共享融合，從而使管養(yǎng)單位技術(shù)人員能夠直觀判斷橋梁目前的技術(shù)狀況，有利于橋梁養(yǎng)護工作的科學決策。

1 信息融合技術(shù)概述

信息融合是指為幫助系統(tǒng)完成某一任務而對多個傳感器提供的信息的協(xié)同利用。信息融合是信息集成過程的某一級，在此級中將不同傳感器信息源綜合成一種表示形式。也就是說，信息融合是將來自不同信息源的信息進行處理，信息集成是將各級信息融合過程進行合成。從信息的角度出發(fā)，橋梁養(yǎng)護工作可描述成一個數(shù)據(jù)采集至數(shù)據(jù)應用的過程[3]。

公路橋梁在使用運營階段養(yǎng)護工作的基礎是檢測數(shù)據(jù)的采集，只有采集完整豐富的病害數(shù)據(jù)，才能建立橋梁檢測的數(shù)據(jù)庫，為橋梁養(yǎng)護決策提供科學依據(jù)。但是從橋梁全壽命周期來看，公路橋梁檢測的數(shù)據(jù)多種多樣。因此，面對繁雜的檢測數(shù)據(jù)，就需建立健全完善的橋梁檢測數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)體系，綜合應用數(shù)據(jù)庫的檢測信息，綜合研判、科學決策，大大提高管養(yǎng)人員的工作效率。

2 橋梁多源檢測數(shù)據(jù)分類

橋梁多源信息內(nèi)容涵蓋橋梁全壽命周期內(nèi)產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息，包括橋梁基礎數(shù)據(jù)庫和橋梁檢測數(shù)據(jù)庫。

對于橋梁的檢測數(shù)據(jù)，從時間歷程上主要分為建設期橋梁檢測和運營期橋梁檢測。其中，建設期檢測涵蓋原材料檢測、橋梁成品檢測、三階段檢測、成橋檢測和交竣工檢測;運營期檢測主要包括經(jīng)常性檢查數(shù)據(jù)、三年一次的定期檢查數(shù)據(jù)，以及根據(jù)需要進行的特殊檢查數(shù)據(jù)（見圖1）。本文重點從橋梁運營期管理養(yǎng)護的角度出發(fā)，對期間多層次檢測體系下的數(shù)據(jù)進行分析。

2.1 經(jīng)常性檢查數(shù)據(jù)

根據(jù)規(guī)定，橋梁日常巡查數(shù)據(jù)的檢測頻率一般為每月一次，特殊情況下應適當增加檢測頻次，由各管養(yǎng)單位根據(jù)養(yǎng)護實際情況綜合確定經(jīng)常性檢查頻次。在公路橋梁經(jīng)常性檢查的過程中，主要以專業(yè)技術(shù)人員目測為主，輔助測距儀、直尺、望遠鏡等工具，觀察并記錄橋梁的病害，最終形成經(jīng)常性檢查的記錄數(shù)據(jù)。

經(jīng)常性檢查作為公路橋梁日常養(yǎng)護的重要工作，能夠非常清晰地記錄橋梁表觀病害的發(fā)展過程，也是向上級機構(gòu)進行小修保養(yǎng)申報的重要依據(jù)。但限于管理手段，經(jīng)常性檢查常依賴于橋梁養(yǎng)護工程師的專業(yè)水準以及對所管養(yǎng)橋梁的熟悉程度，但每次完成檢查后，想要上報數(shù)據(jù)時則需要翻閱以前的檢查數(shù)據(jù)，造成工作的不便。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，移動終端設備逐漸進入橋梁檢測領域，橋梁養(yǎng)護工程師通過移動終端的拍攝功能進行數(shù)據(jù)采集，并利用移動終端對橋梁外觀病害進行記錄，詳細描述橋梁病害的基本特征[4]。同時，可將多次的經(jīng)常性檢查結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，需要某項數(shù)據(jù)或某座橋梁信息時便可進行快速查詢，脫離了原來傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄，大大提高了工作效率，每次檢查數(shù)據(jù)不易丟失。

2.2 定期檢查數(shù)據(jù)

橋梁定期檢查一般為3年一次，由具有特定檢測資質(zhì)的單位完成。通過定期檢查，可全面掌握橋梁病害，并通過技術(shù)評分，對橋梁技術(shù)狀況等級進行劃定，從而為橋梁的養(yǎng)護提供依據(jù)。橋梁定期檢查是按照《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG TH—2004）進行檢測，按照《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》（JTG TH21—2011）進行綜合評價，對各個部件、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)進行等級評定，最后形成該橋梁的技術(shù)狀況評定等級，能夠為橋梁養(yǎng)護決策提供最直接的數(shù)據(jù)依據(jù)。

相對于經(jīng)常性檢查，定期檢查的數(shù)據(jù)更為細致、全面，但由于其檢測周期較長，且通常以紙質(zhì)報告的形式保存，并且并非由橋梁日常養(yǎng)護工程師負責完成，而是由管養(yǎng)單位通過招標選擇具有檢測資質(zhì)的機構(gòu)進行檢測，與日常檢查結(jié)果結(jié)合程度較差。因此，當前的定期檢查結(jié)果多用于專項養(yǎng)護計劃申報的依據(jù)，或者加固設計方案的指導依據(jù)，對其更深層次的或從時間、空間上對數(shù)據(jù)進行挖掘利用尚有待進一步開展[5]。

2.3 特殊檢查數(shù)據(jù)

特殊檢查是判斷橋梁病害及承載能力的重要手段之一。根據(jù)經(jīng)常性檢查和定期檢查的數(shù)據(jù)，對病害較嚴重的構(gòu)件或橋梁采取專項的檢測方法，可以判斷橋梁病害產(chǎn)生的原因及對橋梁承載能力的影響。公路橋梁特殊檢查常包含的內(nèi)容有橋梁縱向線形、基礎沉降、混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度、鋼筋銹蝕、荷載試驗等，通過對各檢查內(nèi)容的綜合分析，基本可以判斷結(jié)構(gòu)或構(gòu)件病害產(chǎn)生的原因和發(fā)展趨勢。在工程實踐中，具體適用于以下情況：定期檢查中難以判明橋梁損壞原因及程度的橋梁;橋梁技術(shù)狀況為四、五類的橋梁;擬通過加固手段提高荷載等級的橋梁;條件許可時，特殊重要的橋梁在正常使用期間可周期性進行荷載試驗;橋梁遭受洪水、流冰、滑坡、地震、風災、漂流物或船舶撞擊，因超重車輛通過或其他異常情況影響造成損害時，應進行應急檢查。

在公路橋梁養(yǎng)護的過程中，特殊檢查的部分項目常會與經(jīng)常性檢查、定期檢查的內(nèi)容相重合。因此，在實際工作中要加強對經(jīng)常性檢查和定期檢查信息數(shù)據(jù)的綜合應用，為橋梁日常養(yǎng)護提供決策依據(jù)，從而減少不必要的特殊檢查項目。

3 多源檢測數(shù)據(jù)的融合分析

綜合以上分析，橋梁養(yǎng)護過程中常遇到不同類型的檢測數(shù)據(jù)，若能夠?qū)Χ嘣?、多類型的檢測數(shù)據(jù)進行融合，使得每類數(shù)據(jù)都能起到應有的作用，則可以減少不必要的檢測工作，大大提高管養(yǎng)工作人員的工作效率。從不同檢測工作的角度出發(fā)，圖2給出了不同檢測層次下多源檢測數(shù)據(jù)的融合分析及集成。

對于經(jīng)常性檢查數(shù)據(jù)，對病害按照常規(guī)養(yǎng)護病害、結(jié)構(gòu)性病害和耐久性病害進行分類，常規(guī)病害對應橋梁的日常保養(yǎng)，如橋面的坑槽處理、護欄破損修復等;結(jié)構(gòu)性病害和耐久性病害，比如結(jié)構(gòu)性裂縫、蓋梁鋼筋銹蝕等，應注重在病害的量化和長期觀測，形成病害的時間序列，通過日常檢查掌握橋梁這些典型病害的發(fā)展趨勢。根據(jù)橋梁典型病害發(fā)展過程研判發(fā)展趨勢，可以對橋梁進行日常小修保養(yǎng)，持續(xù)保持橋梁的使用功能。

對于進一步的定期檢查數(shù)據(jù)，基于性能對檢測數(shù)據(jù)進行分類，包括安全性病害數(shù)據(jù)、適用性病害數(shù)據(jù)和耐久性病害數(shù)據(jù)，然后通過技術(shù)狀況評定，掌握橋梁各類性能的技術(shù)狀況。需要說明的是，定檢數(shù)據(jù)應與日常數(shù)據(jù)融合，尤其對于檢查發(fā)現(xiàn)的典型病害，應建立長期觀測機制。對于進行耐久性專項檢測、有可靠耐久性數(shù)據(jù)的橋梁，可以根據(jù)橋梁耐久性病害的發(fā)展狀況，適時進行橋梁耐久性壽命的預測。根據(jù)定期檢查的數(shù)據(jù)，可以按照橋梁技術(shù)狀況評定標準的具體內(nèi)容，對橋梁技術(shù)狀況進行評價，對評定等級較差的結(jié)構(gòu)進行中修維護，防止橋梁病害的進一步發(fā)展。

對長期經(jīng)常性檢查和定期檢查尚不能確定長期橋梁安全狀況的病害，或者橋梁外部環(huán)境較為惡劣（比如重載車輛多）時，可進一步進行特殊檢查。在工程實踐中，特殊檢查要考慮兩個層次。第一層次采用基于輕荷載及廣義影響線或者基于隨機車輛的橋梁評價方法，采用便攜設備定期采集橋梁的撓度或應變數(shù)據(jù)，通過分析并結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)性檢測病害數(shù)據(jù)，對橋梁的承載能力做出評價。此時評價結(jié)果基本能夠反映橋梁運營狀況。第二層次主要針對橋梁上部結(jié)構(gòu)彈性工作狀況不良時，須進一步結(jié)合規(guī)范進行橋梁荷載試驗工作或基于檢測結(jié)果進行橋梁承載能力檢算。如初步判定橋梁彈性工作狀況不良時，須進一步結(jié)合規(guī)范進行橋梁荷載試驗工作或基于檢測結(jié)果進行橋梁承載能力檢算。對于運營階段的公路橋梁，若中斷交通進行荷載試驗，則會影響該路段的正常通行，給管養(yǎng)單位帶來不必要的損失。因此，要綜合利用經(jīng)常性檢查、定期檢查和常規(guī)特殊檢查的數(shù)據(jù)，從時間序列分析病害的發(fā)展歷程，在盡量不中斷交通的情況下，對橋梁承載能力進行科學評價。

4 多源檢測信息融合下的橋梁養(yǎng)護決策

根據(jù)公路橋梁的特點，考慮基于性能的橋梁維護的要求，以橋梁的性能維護為例，管養(yǎng)單位可以根據(jù)自身的需要、荷載環(huán)境特點及養(yǎng)護維修資金等選擇不同的性能水準。這體現(xiàn)了其對橋梁結(jié)構(gòu)性能的可接受程度。由于不同的橋梁結(jié)構(gòu)重要等級及所屬的道路等級的不同，其承受的汽車荷載等級及交通量也不相同。另外，橋位的地形地貌、水文氣候、環(huán)境區(qū)劃等條件都會影響橋梁結(jié)構(gòu)的性能要求[6]。

為提高橋梁養(yǎng)護成效，針對橋梁日常管養(yǎng)中的一系列數(shù)據(jù)信息，提出多源信息融合下的橋梁養(yǎng)護對策，即分別將橋梁不同病害信息對應不同養(yǎng)護層次。將日常檢查和定期檢查的常規(guī)病害、結(jié)構(gòu)性病害和耐久性病害這三種病害數(shù)據(jù)相融合：常規(guī)蜂窩麻面、露筋、破損等病害對應于常規(guī)的小修保養(yǎng)層面;對于能夠影響結(jié)構(gòu)安全或壽命的結(jié)構(gòu)性病害和耐久性病害，建立病害的長期觀測機制，并根據(jù)觀測結(jié)果來指導養(yǎng)護，對于狀況穩(wěn)定的予以及時小修保養(yǎng)處理，對于狀況不容樂觀的需要進一步開展專項檢查，可采用輕荷載加載或定期典型力學指標的采集分析，甚至可采用荷載試驗進行橋梁承載能力評價，再根據(jù)評定結(jié)果制定相應的專項養(yǎng)護方案。

5 結(jié)語

公路橋梁檢測是公路運營管理中非常重要的工作之一。只有進行科學合理的檢測，并將檢測信息綜合應用到養(yǎng)護決策中，才能實現(xiàn)橋梁檢測的目的和意義。在公路橋梁檢測評價中，按照工作實際需要進行橋梁經(jīng)常性檢查、定期檢查和特殊檢查。只有將多源、多類型的檢測信息進行融合應用，提出橋梁養(yǎng)護的目標性能水準及對應不同公路橋梁的養(yǎng)護水準，形成多源信息融合下的橋梁養(yǎng)護策略流程，才能為公路橋梁高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)保證。

參考文獻：

[1] 馬繼駿，褚豪，孔令濤，等.基于IFC的橋梁病害信息可視化表達[J].土木工程與管理學報，2020（4）：66-72.

[2] 李炬.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下公路橋梁檢測與分析系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].黑龍江交通科技，2020，43（6）：153-154.

[3] 崔卜心.多源檢測數(shù)據(jù)提升養(yǎng)護效能研究[D].西安：長安大學，2014.

[4] 斯新華，劉曉東，高博聞.大數(shù)據(jù)分析在橋梁智能檢測終端的應用探討[J].公路交通技術(shù)，2019，35（6）：61-64.

[5] 陳崢.新型無人機檢測技術(shù)在橋梁檢測工程中的應用[J].智能城市.2021，7（6）：38-39.

[6] 張翔.中小跨徑混凝土橋梁的性能與維護策略研究[D].杭州：浙江大學，2015.