基于橋梁物聯網平臺的裝配式鋼梁應急保通體系研究

韓鵬

(上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司,上海市 200092)

基于橋梁物聯網平臺的裝配式鋼梁應急保通體系研究

韓鵬

(上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司,上海市 200092)

以風險事件后橋梁“快速保通”需求為出發點,綜合論述了庫存裝配式鋼梁信息數據庫建立、快速搭設保通技術儲備,以及快速保通協同工作體系等方面的關鍵技術要點。研究表明,基于橋梁物聯網平臺建立應急保通信息化管理體系,是現代橋梁智慧化運維管理工作的重要后端,可在確保區域裝配式鋼梁相關倉儲、運輸、架設和多部門協同工作的同時,高效實現技術裝備的“共享型”應用。

裝配式鋼梁；貝雷梁；應急保通；物聯網

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絡,承擔了道路跨河、跨線關鍵節點乃至長大線路的交通任務。作為道路交通的關鍵節點,橋梁安全運維是保障人民生命財產和區域經濟正常發展的重要因素,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、區域化管理任務加重,客觀上對橋梁運維管理工作的信息化提升提出要求。

橋梁在運營過程中,面臨來自交通負荷、運營環境等復雜條件的作用,存在材料劣化、地基沉降等因素造成的漸變型風險,以及來自車輛（船舶）撞擊、車輛超荷、危險品泄漏、自然和地質災害等突發型事件的風險。

針對遭受嚴重風險事件的橋梁,以及大量技術狀況評定為四、五類的中小型橋梁,在病害發生的情況下,盡可能實現簡便、迅速的保通是應急搶險的首要目標。基于庫存裝配式鋼梁（即“戰備梁”）實現損傷橋梁的快速化保通,是城市交通應急保障體系的高效解決方案。

裝配式鋼梁結構承載能力強,拆裝和運輸便捷,構件通用性強,可廣泛應用于橋梁和其它有跨越需求的工程的應急搶修,并可用于在工程施工中搭設臨時通道。但同時,從城市應急管理的角度,當前裝配式鋼梁的日常倉儲、調用、維護尚未體系化。一方面,裝配式鋼梁由應急物資倉庫、施工裝備企業等部門所有,日常以租賃等方式提高設備利用率,但庫存節段數量、零件類型、裝配機具配套量等,難以滿足城市風險應急需求；另一方面,交通設施管理部門對庫存裝配式鋼梁的分布、類型、運輸方式等信息,尚不能實現實時的集約化管理,在風險事件后,常需臨時聯系調配、構建運輸和架設方案,時效性、系統性有待于提高,客觀上對裝配式鋼梁的信息化綜合管理技術提出需求。

基于現代傳感技術、智能巡檢技術、云平臺數據數據管理技術的橋梁物聯網平臺,為橋梁區域化安全運維管理提供從風險感知、病害巡查,到綜合數據存儲、運算管理,到風險預（告）警、應急保通、維修養護全過程的產業化智慧服務,成為中小型橋梁區域化管理的破局之道[1]。

基于橋梁物聯網平臺建立裝配式鋼梁應急保通信息化管理體系,可長期實時掌握區域內裝備式鋼梁等應急裝備的位置和技術信息,為橋梁應急搶險提供數據和技術支撐,以平臺化管理實現風險事件后多部門高效協同工作,是橋梁智慧化運維管理工作的重要后端。技術構架見圖1。

1 裝配式鋼梁信息調研和數據庫建立

針對高負荷的公路交通干線,在風險事件后,快速“保通”是應急搶險的首要任務。在此目標要求下,需要針對庫存的裝配式鋼橋進行整體的信息調研,以保證應對緊急事件時,能夠做到快速、安全的資源調配和結構架設。庫存裝配式鋼梁信息數據庫應包含如下關鍵要素:

圖1 應急保通體系技術構架

（1）庫存裝配式鋼梁構件信息

包含裝配式節段、結構部件、配件尺寸型號、承載能力、庫存位置、數量；支座等連接構件信息等。

（2）裝配式鋼梁運輸信息

針對不同跨度、不同類型的橋梁,裝配式鋼梁的運輸方式有所不同,例如采用開放式貨車、廂式貨車或船運；根據結構需求和運輸路徑需求,采用大型貨車整體運送或小型貨車零擔運送。需對各種構件、整體式梁體可采用的運輸方式進行調研統計,以針對工程地點、橋梁類型、損傷程度不同、緊急程度不同的事件,采用最合適的運輸方式。

（3）庫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、操作規程和所需工具不同,應對其信息進行調研,確保在緊急事件應對中,能夠做到庫存工具充足,或應急響應機構所轄范圍內能夠做到工具和機械的高效、充足調配。

（4）現有應急響應人力資源信息

各橋梁所屬轄區內,應急搶險人員配置；工作方式、規程；人員作息和緊急調配方式；可用于裝配式鋼梁運輸、安裝等工作的技術和相關工作人員信息。

（5）與橋位相關的運輸路徑

與轄區各橋梁相關的應急運輸路徑,如是否可供大型運輸車輛通行,是否有輔道可供應急搶險車輛進入工程場地,沿途車輛限高、轉彎半徑、車道寬度、車輛限行政策等條件是否滿足？針對不同的損傷模式,若需不同的裝配式鋼梁,則如何選取最合適、高效的運輸路徑？

2 庫存裝配式鋼梁快速搭設保通技術

城市橋梁應急體系主要面對的是數量巨大,分布廣泛的中小型橋梁,在交通量日益增大的時期,“快速”是最主要的要求,因而,與之相應的技術儲備,均以該要求為基本目標。

（1）庫存裝配式鋼梁的快速選取和調配

根據病害橋梁的結構特點和病害特點,快速選取裝配梁結構模式、構件類型等,以及與快速保通相關的技術規程的選取。

（2）裝配式鋼梁快速架設方式研究

以“應急保通”作為基本目標,應力求做到將“庫存”的構件快速架設,保證暢通。對不同類型、跨徑和地質條件的橋梁,其快速架設需要的技術方法不同。在對大量工程進行普查的基礎上,對不同結構特點、地質條件以及周邊場地特點的橋梁進行歸類,并針對不同類型、不同等級的損傷或病害,給出不同的架設方式,如整跨吊裝架設或構件組裝等。

（3）裝配式鋼梁架設承載力研究

對現有的裝配式鋼梁,其本身的搭建方式和承載能力,可參照操作規程來確定。但對具體工程,則應考察架設裝配式鋼梁之后,原有結構的承載能力,如既有橋墩承載力,上跨現有結構時,支承位置處結構的承載能力等。

在緊急事件條件下,詳細計算的時間不夠充裕,因而可通過預先調查研究,給定預案,以便在應急條件下使用。

3 快速保通協同工作體系

公路交通體系除城市和主干線橋梁外,大量農橋、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,監管不到位等問題,要滿足應急保通這一基本需求,尚存在部門協調、人員調配、資金支持、責權劃歸等方面的問題。應力求在多部門的協調下,建立較為明確的規章制度和協同工作規程,保證在緊急事件下能夠做到整體快速響應。

（1）橋梁歸屬和管轄調查

在主管部門的領導下,對各中小橋梁進行信息收集,了解其歸屬和管轄部門,力求在主管部門的統一協調下,在“應急保通”這一共同目標的引導下,實現各部門的協同工作。

（2）應急工作機制的建立

在緊急事件發生后,管理部門迅速調配相關管轄和技術力量,實現工程、交通、航運、水務等相關部門的迅速響應和協同工作。對工程技術人員,確保全時有人值守崗位,緊急情況下確保有效調動人力資源。

4 相關風險要素

針對快速應急保通需求,實現快速、緊急行動,這將同時給人員安全和工作質量帶來一定的風險。力求在以完備的規章制度予以保障的同時,通過建立善后保障機制,來應對可能存在的風險。主要包括工作中的人身安全風險；運輸和裝配中的設備、構件安全風險；設備、構件儲備充足性；協同工作有效性等帶來的風險等。針對一系列可能存在的風險,建立相應的善后保障和補償機制。

5 庫存需求分析示例

裝配式鋼梁通常是以標準段形式整體倉儲,同時,根據組合形式的不同,具備不同的最大跨越能力。用于應急搶險時,一般不具備在橋跨中部設置支點的條件,因而,需利用既有橋墩或者“梁上架梁”的方式實現損傷橋跨的直接跨越。需根據區域橋梁的單跨統計特征,確定裝配式鋼梁庫存數量和組合形式需求,在滿足應急需求的前提下,降低庫存總量,提高非搶險時段的裝備利用率,在“應急儲備”和“資源利用”之間尋求平衡。

以常用“321鋼橋”為例[2][3],其標準節段長度3 m,組合形式分為單排單層（SS）、加強單排單層（SSR）、雙排單層（DS）等10種類型,最大跨越能力見表1。

表1 “321”鋼橋組合形式與最大跨徑

以某區為例,橋梁管理部門統計樣本橋梁263座,共計1 140跨。根據“321鋼橋”的節段組合長度,對橋跨進行分布統計,見圖2。

圖2 橋跨分區間段統計條狀圖（長度單位:m）

同時,根據組合形式的最大跨越能力,對區域橋跨進行統計。力求滿足大部分橋跨的保通需求,同時不因組合形式的變化而大幅增大倉儲節段量,見圖3。

圖3 根據裝配式鋼梁跨越能力統計適用橋跨數量

由圖2、圖3可見,若以單向單車道保通為最基本目標,則最大跨越能力24 m的“雙排單層（DS）”可滿足區域內1 031跨橋梁的應急保通需求,占總跨數90.4%。對此,需配備8×2×2=32個標準節段,以及相應的零部件和裝配、運輸機具。

若儲備最大跨越能力36 m的“加強型雙排單層（DSR）”,可滿足1 127跨需求,占總跨數98.9%。對此,需配備12×2×2=48個標準節段,并同時儲備節段所需上、下加強弦桿。

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

綜上可見,對該區橋梁,以32個“321鋼橋”標準節段作為常態應急儲備,即可基本滿足應急保通需求。

在通過中心管理系統對庫存裝配式鋼梁倉儲、運輸、架設信息進行綜合管理的條件下,上述儲備可以“分散存儲、總量保證”的形式,由多處倉庫共同“動態”滿足日常庫存和應急調配需求。

6 結語

本文綜合闡述庫存裝配式鋼梁信息數據庫建立、快速搭設保通技術儲備,以及快速保通協同工作體系等方面的關鍵技術要點,并以某區橋梁為示例,根據橋跨統計分析,確定了該區域橋梁應急保通所用裝配式鋼梁的倉儲需求。

以物聯網中心數據管理平臺對庫存裝配式鋼梁進行信息化、集約化管理,可快速、高效實現風險事件下的資源調配和多部門協同響應。同時,可對區域內裝配式鋼梁倉儲單位進行統籌管理,在滿足應急需求的前提下,實現設施利用效益最大化,亦為“共享型”經濟模式的具體體現。

[1]韓鵬,唐術熙,李攀.探索中小橋梁管養的破局之道——橋梁安全運維智慧服務平臺[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[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,從事橋梁物聯網研究工作。