李 林,郭心全,沈 鹍,吳 霞,李 娟

（中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所,北京 100081）

0 引言

截至2022 年底，我國鐵路運營里程達15.5 萬千米，其中高速鐵路運營里程達4.2 萬千米[1]。橋梁是鐵路的重要技術設備，廣泛存在于我國已建成或正在建設的鐵路項目中。根據2022 年鐵路工務專業(yè)統(tǒng)計數(shù)據顯示，我國鐵路橋梁總數(shù)約9.3 萬座，累計長度3.2 萬千米，鐵路橋梁總里程約占鐵路總里程的21%。橋梁設備的質量狀態(tài)是列車正常運行的關鍵[2]，隨著列車的大提速、運輸強度的提高和橋梁設備使用期限的延長，橋梁設備病害問題已然成為制約鐵路快速發(fā)展的關鍵。隨著設備快速增加，從業(yè)人員的不斷減少，對橋梁設備進行信息化建設工作勢在必行。進一步加深信息化建設水平，使得系統(tǒng)具備準確定位病害位置、比較與評估設備歷史狀態(tài)數(shù)據等功能，有助于及時發(fā)現(xiàn)設備安全隱患，對于橋梁設備精準運維有著重要意義。

針對當前橋梁設備管理弊端和《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡稱：十四五鐵路規(guī)劃）[3]要求，研究提出了橋梁設備單元化管理建設方案，并基于橋隧子系統(tǒng)進行了設備單元化管理。橋梁設備單元化管理是指將空間上連續(xù)分布的橋梁設備劃分成多個連續(xù)分布的較小單元，從而實現(xiàn)從空間位置方面研究設備狀態(tài)變化規(guī)律的管理方法。經應用實踐表明：橋梁設備單元化管理能夠更全面地掌握每一個設備單元的臺賬數(shù)據，更精準地定位病害位置，更精確地找到設備的安全隱患，有助于提升安全生產檢查的精確度和橋梁設備快速維修保養(yǎng)水平，進一步提高橋梁設備的精細化管理水平。

1 橋梁設備信息管理及應用現(xiàn)狀

目前由于投入不足，我國橋梁設備維修保養(yǎng)工作未能有效地預防和控制病害的發(fā)生或減緩其發(fā)展過程，新增的橋梁病害仍呈增長趨勢。為了有針對性地進行設備保養(yǎng)和維修，提高投資準確率，橋梁設備管理部門需要依據秋季設備大檢查（簡稱：秋檢）數(shù)據匯總的病害庫和劣化率，精確地安排鐵路橋梁設備大修計劃。鑒于目前的橋梁養(yǎng)修能力，需要以更加精細化的橋梁設備管理為前提。

1.1 設備信息管理現(xiàn)狀

目前橋梁設備臺賬信息錄入于鐵路工務設備管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由鐵路工務管理信息系統(tǒng)（Permanent Way Mangement Information System，PWMIS）系統(tǒng)演變而來，對橋梁設備分主次表進行管理，其中主表用于對設備整體數(shù)據進行管理，次表用于對橋梁設備按照孔別進行分段管理。

1.2 設備信息應用現(xiàn)狀

橋梁設備臺賬信息主要用于掌握橋梁設備資產和生產作業(yè)。工務安全生產管理信息系統(tǒng)橋隧子系統(tǒng)（簡稱：橋隧子系統(tǒng)）是在全路推廣的管理工務橋梁設備生產作業(yè)組織流程的應用系統(tǒng)，系統(tǒng)已實施近5 年[4]，系統(tǒng)中橋梁設備健康狀態(tài)管理方法雖然對保持良好的設備狀態(tài)質量、保證行車安全和不間斷運行起到一定作用，但依然存在可進一步改善的方面。例如：現(xiàn)有的橋梁設備狀態(tài)評定方法，主要是結合每年秋檢數(shù)據對整座橋梁設備按照檢測項目（包括明橋面、鋼梁、混凝土梁、支座、墩臺基礎等）分別評定其等級，并以劣化程度最嚴重項目的等級，作為整座橋梁設備的劣化等級。顯然，這種粗放式的基于整座設備的狀態(tài)評定方法對于長大橋梁設備是不合理的，且難以實現(xiàn)對橋梁病害位置的精確定位[5-6]。當前，橋隧子系統(tǒng)內部積累的大量橋梁設備秋檢數(shù)據顯示，病害橋梁約占橋梁總數(shù)的20%，且新生病害仍在不斷增長[7]。考慮上述實際情況，若仍采用既有狀態(tài)評定方法則難以為橋梁設備的維護提供科學合理的狀態(tài)依據。

2 橋梁設備單元劃分設計

為了滿足鐵路運輸發(fā)展和行車安全的需要，鐵路橋梁設備必須具有更高的承載力、更好的完整性和更強的抗災能力，這對橋梁設備管理提出了更高的要求。針對當前橋梁設備管理弊端和十四五鐵路規(guī)劃要求，提出了橋梁設備單元化建設方案，并基于橋隧子系統(tǒng)進行了設備單元化管理。在進行單元化建設時，需明確橋梁設備單元劃分原則，為保證單元劃分的合理性和科學性，方便后期組織生產作業(yè)[8-10]，必須要全面考慮影響單元劃分的各類因素，例如：橋梁設備的工程建設結構、材質、常見病害產生部位及原因、維修保養(yǎng)標準等。

對現(xiàn)有橋梁設備臺賬進行核定，處理臺賬數(shù)據問題，建立橋梁設備單元劃分原則，基于該劃分原則并依托系統(tǒng)劃分橋梁設備單元，實現(xiàn)橋梁設備單元化管理和應用。橋梁設備單元劃分流程如圖1 所示。

圖1 橋梁設備單元劃分

橋梁單元依據線路類型、設備分類、材質、孔數(shù)和維修長度五個指標進行劃分。其中線路類型含普速和高速；設備分類含小橋、中橋、大橋和特大橋；材質含圬工、鋼梁和結合；孔數(shù)含單孔和多孔；維修長度與孔數(shù)相關，例如：1 孔、2 孔、5 孔等，都可以視作維修長度。

橋梁單元劃分原則如下：

原則1：五孔一單元，同一個單元材質必須相同；

原則2：一孔存在不同行別按一孔計算；

原則3：一孔存在不同行別，且橋梁種類不一樣，按照材質進行劃分。

依托橋隧子系統(tǒng)對橋梁設備設置默認劃分和自定義劃分兩種方式。

（1）默認劃分。默認劃分以ω表示默認值，即一單元所需孔數(shù)，默認為5，同種材質最后一單元孔數(shù)不足默認值ω則自成一個單元。第i單元起始位置孔數(shù)為上一單元終止孔數(shù)+1，終止位置孔數(shù)Li如公式（1）所示，其中第一個單元起始位置孔數(shù)L0值為1；ki（i=1,2,3,……）表示劃分第i單元時相同材質的橋梁橋孔數(shù)量。

以京廣線1123 號（漢水）大橋為例，該橋共10 孔，其中1 孔材質為圬工，2～8 孔材質為鋼梁，9～10 孔材質為圬工，劃分效果如表1 所示。

表1 京廣線1123 號（漢水）橋

（2）自定義劃分。自定義劃分方法是在默認劃分的基礎上提供自定義設置單元起始和終止位置，且可自定義默認值以適應于各鐵路局集團公司工務站段實際情況。

3 應用實踐

圍繞當前鐵路橋梁設備管理的新需求，將單元化建設方法引入到鐵路橋梁設備管理方面，推動橋梁設備由粗放型管理向精細化管理轉變。

3.1 單元劃分

基于橋梁設備既定單元劃分規(guī)則，依托橋隧子系統(tǒng)實現(xiàn)橋梁設備單元劃分，橋梁設備整座、單元分級管理，精細化評定設備質量狀態(tài)，并依據橋梁結構特性提供自定義單元劃分和自動默認劃分功能。以廣州鐵路局集團公司長沙工務段為例，橋梁單元劃分系統(tǒng)實現(xiàn)如圖2 和圖3 所示。

圖2 橋隧子系統(tǒng)單元劃分

圖3 橋梁單元自定義劃分

單元劃分后，管理對象由傳統(tǒng)的設備整體轉變成若干設備單元，可以起到“精準定位，細化目標”的效果。尤其針對長大橋梁設備的，設備單元化管理更方便定位病害位置，更高效地輔助設備安全生產作業(yè)。

3.2 統(tǒng)計分析

根據全路橋梁設備單元劃分所遇問題抽象統(tǒng)計，以單位為導向，結合設備單元歷史狀態(tài)信息，統(tǒng)計當前橋梁設備單元劃分時出現(xiàn)的設備臺賬維護問題（含臺賬數(shù)據缺失、數(shù)據不準等），可反向提高設備臺賬數(shù)據精確度，保障源頭數(shù)據的高質量，使得設備掌控更準確。

以組織機構及線路信息為導向，依據橋梁設備單元劃分結果和橋梁檢查病害庫自動匯總橋梁設備單元數(shù)、劣化數(shù)和單元劣化率。通過分析設備單元病害發(fā)生機理和演化規(guī)律，能夠更合理地評定整個橋梁健康狀態(tài)和各個部位的劣化等級，有針對性地安排維修作業(yè)，及時消除安全隱患。

4 應用效果

橋梁設備單元化已于2022 年相繼在全國各鐵路局集團公司工務橋梁管理部門進行了部署應用，經現(xiàn)場實際應用表明，橋梁設備單元化管理功能可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的實際狀態(tài)進行精準分析、準確評價，有針對性輔助下達維修保養(yǎng)計劃，具體效果如下：

4.1 源頭數(shù)據更準確

根據全路橋梁設備單元劃分所遇問題抽象統(tǒng)計，以單位為導向，結合設備單元歷史狀態(tài)信息，統(tǒng)計當前橋梁設備單元劃分時出現(xiàn)的設備臺賬維護問題（含臺賬數(shù)據缺失、數(shù)據不準等），反向提高設備臺賬數(shù)據精確度、完善設備信息，避免了因數(shù)據準確性問題導致的錯誤決策，保障了源頭數(shù)據的高質量，使得設備掌控更準確。

4.2 生產作業(yè)更高效

以組織機構及線路信息為導向，依據橋梁設備單元劃分結果和橋梁檢查病害庫自動匯總橋梁設備單元數(shù)、劣化數(shù)和單元劣化率。通過研究每個設備單元的劣化率，可以找出設備單元的病害發(fā)生機理和演化規(guī)律，能夠更合理地評定整個橋梁健康狀態(tài)和各個部位的劣化等級，有助于快速掌握設備狀態(tài)、準確定位設備病害、及時發(fā)現(xiàn)設備安全隱患，針對性地安排維修作業(yè)，及時消除安全隱患，高效的輔助設備安全生產作業(yè)。

4.3 設備管理更精細

當前，我國鐵路發(fā)展迅速，長大橋梁越來越多，這對橋梁信息化管理提出了更高的要求，整座設備管理和評價已經不能滿足要求。橋梁設備單元化管理將長大橋梁切割為小的單元，有助于橋梁設備管理的精細化，提升設備管理效能。

4.4 設備檢查更精確

對于長大橋梁切分為小的單元進行管理，使得設備檢查落到橋梁單元上，能夠精確化的檢查橋梁設備，提高設備檢查的效率。

4.5 隱患定位更精準

橋梁設備單元化管理可以使得設備管理精細化和設備檢查精確化，進而提高設備安全隱患的精確定位，有助于高效地制定橋梁設備大維修計劃，輔助及時消除隱患，提升橋梁設備質量。

5 結束語

新時代國內城市化進展迅速，各地區(qū)的鐵路橋梁工程項目逐漸增多[11]。精細化設備管理對后期橋梁設備運營養(yǎng)護維修至關重要。該文旨在將單元化管理理念引入到橋梁設備管理方面，推進橋梁設備管理方式由傳統(tǒng)粗放式管理向精細化管理方向轉變。通過分析當前橋梁設備管理弊端和十四五鐵路規(guī)劃要求，提出了橋梁設備單元化建設方案，并依托橋隧子系統(tǒng)實現(xiàn)了在全國鐵路范圍的應用，經過現(xiàn)場實際應用表明橋梁設備單元化管理可以使橋梁設備管理精細化、定位精準化、檢查精確化，有助于全面分析各類橋梁病害問題產生的根源和演變機理，更高效地安排維修工作，輔助及時消除設備安全隱患，提高設備安全生產檢查的精準度。