基于MATLAB GUI技術的公路橋梁檢測評價系統研發與應用

付強

摘 要： 為縮短橋梁檢測評定時間、減少檢測相關成本，從實際工程應用出發，基于MATLAB GUI（圖形用戶界面，Graphical User Interface，簡稱GUI）技術研發了公路橋梁技術狀況快速評價系統，該系統涵蓋了橋梁構件病害扣分、構件類型設置、權重值分配、缺項構件重新分配、技術狀況最終得分等內容，檢測技術人員能夠通過該系統實現對一般公路橋梁運營狀況的快速評估，系統生成的評估報告可供相關從業者參考。

關鍵詞： 公路橋梁 MATLAB GUI 快速評價 評估報告

中圖分類號： TU753文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）03-0058-04

Development and Application of a Highway Bridge Inspection and Evaluation System Based on MATLAB GUI Technology

FU Qiang

Suzhou Kelian Construction Engineering Quality Inspection Co.， Ltd.， Suzhou， Jiangsu Province， 215011 China

Abstract： In order to shorten the time of bridge inspection and evaluation and reduce the related cost of inspection， this article starts from practical engineering applications and develops a rapid evaluation system for the technical condition of highway bridges based on Matlab GUI （graphical user interface） technology. The system covers the deduction of component diseases， the setting of component types， the allocation of weight values， the reassignment of missing components and the final score of technical conditions of bridges and other content. Testing technicians can quickly evaluate the general operation status of highway bridges through this system， and the evaluation report generated by the system can be used as a reference for relevant practitioners.

Key Words： Highway bridge； MATLAB GUI； Quick evaluation； Assessment report

當前我國不少橋梁由于缺乏養護與維修，以及養護方法不當，出現了各種損傷，存在較大的安全隱患，橋梁承載能力逐漸下降，有些甚至出現了嚴重的垮塌事故，給人民生命財產安全造成了極大的損失。為防范重大風險，避免橋梁垮塌事故的發生，應及時對橋梁進行養護與評估工作，查明橋梁的缺陷和損傷的性質、部位、嚴重程度及發展趨勢。當前，如何準確快速定期評估現有橋梁的技術狀況、確保橋梁運營安全成為了亟待解決的問題。然而，傳統的橋梁檢測評估工作，存在工作量大、主觀性強、工作效率低、難以實現全面檢測、缺乏實時監測能力等弊端。因此，為縮短橋梁檢測評定時間、減少檢測相關成本、提升檢測結果準確性，本文將研發一種基于MATLAB GUI技術的公路橋梁檢測評價系統，通過圖形界面和數據處理算法相結合的方式，對橋梁進行全面的檢測和評價。該系統可以實現橋梁數據的采集、處理、分析和可視化展示，提供有效的決策支持和管理參考，可為相關從業者提供借鑒與指導。

1 傳統公路橋梁技術狀況評定工作

1.1 評定方法

公路橋梁技術狀況評估工作流程如下：首先根據現場調查的缺損和病害對橋梁構件進行評估；然后根據評估結果對橋梁部件進行評價，再由部件評價結果對部位（上部結構、下部結構、橋面系）進行評價；接著綜合所有部位評價結果對整座橋梁的技術狀況進行評定[1]；最后，對部件、構件進行分層評定，并對比5類橋梁單項控制指標，進行總體評定。評定基本流程如圖1所示。

1.2 評定計算公式

1.2.1 橋梁構件技術狀況評分

（2）如果主要部件的評分處于第4類或第5類，則依此判定橋梁的技術等級。

（3）在橋梁的上、下部技術狀況等級為第3類，橋面系技術狀況等級為第4類的情況下，且Dr≥40，橋梁的技術狀況等級評定為第3類。

（4）在進行橋梁技術狀況評價時，若出現以下情況之一，整座橋梁將被評為第5類：

第一，懸索橋主纜或多根吊索嚴重銹蝕、斷絲；第二，橋臺、基礎不穩定，出現滑動、位移、傾斜和下沉等；第三，擴大基礎沖刷深度超過設計值，沖刷面積超過20%；第四，結構有明顯永久變形，超過規范值；第五，梁式橋上部承重構件出現嚴重異常移位或失穩；第六，拱式橋拱腳錯臺嚴重、移位或拱圈變形嚴重；第七，系桿或吊桿嚴重銹蝕或斷裂；第八，關鍵部位混凝土壓碎或桿件有失穩傾向；第九，上部結構出現落梁或梁、板斷裂等病害；第十，腹拱、側墻、立墻或立柱破壞導致橋面嚴重塌落；第十一，圬工拱橋拱圈砌體大面積斷裂脫落；第十二，在懸索橋和斜拉橋中，索塔的基礎出現沉降或位移，或者懸索橋的錨定部分發生水平位移或沉降；第十三，梁式橋上部承重構件的控制截面出現了全面的開裂，或組合結構承重構件的結合面出現了貫通開裂；第十四，斜拉橋拉索嚴重銹蝕、斷絲，主梁嚴重變形。

2 公路橋梁技術狀況評價系統研發

2.1 MATLAB GUI功能介紹

MATLAB GUI為MATLAB系統中的一種圖形化的軟件操作界面，MATLAB GUI提供了一個直觀的圖形用戶界面，使用戶能夠通過點擊、拖動和鍵入等操作來執行各種工程相關的任務。該界面包含了多種控件元素，如按鈕、文本框、滑塊等，用戶可以通過操作這些控件來實現與程序之間的交互[2]。除此之外，MATLAB GUI還允許用戶通過菜單編輯器來創建定制的菜單欄，并為這些菜單欄編寫相應的回調函數，從而執行用戶定義的命令或操作。用戶可通過視窗界面進行數據、文字讀取或調用，也可對各種數據進行調用或存取，還可利用MATLAB與Word、Excel的交互功能實現指定格式Excel、Word文檔或圖形文件的生成。

2.2 系統功能設計

本系統提供對既有橋梁概況基本數據錄入、橋梁缺損狀況錄入以及橋梁技術狀況評定等三個主要功能，可實現對不同類型橋梁的基本數據、橋梁病害缺損狀況視窗輸入或Excel原始文本輸入[3]。根據橋梁構件的損傷和材料性能的退化等情況，對橋梁的構件、部件、部位乃至整體技術狀況進行評分。通過綜合考慮橋梁的5個單項控制指標，最終確定橋梁的技術狀況等級，并提出相應的初步養護維修措施，根據用戶需要生成評估報告。其中，橋梁的基本概況、病害缺損以及材料退化等基本數據以Excel文檔格式存取，評估報告以pdf格式存取，供后續養護管理檢測、維修查詢與對比等[4]。系統功能簡介如圖2所示。

2.3 系統界面設置

系統主要設置了登錄界面、橋梁類型選擇界面、橋梁基本概況錄入界面、橋梁缺損狀況錄入界面、橋梁技術狀況評估界面以及橋梁檢測項目管理界面。登錄界面設置了用戶名及密碼、QQ賬號、微信賬號等登錄方式，初始用戶通過以上三種方式進行注冊登錄后方可使用。在進行橋梁技術狀況評估前，應先確定評估橋梁的結構類型，該界面提供了梁式橋、簡單體系拱橋（板拱、肋拱、箱型拱橋以及雙曲拱）、剛架拱橋或桁架拱橋、鋼-混凝土組合拱橋、懸索橋、斜拉橋等7種類型橋梁供選擇。根據橋梁類型選擇，依次進入橋梁基本概況錄入界面、橋梁缺損狀況錄入界面、橋梁技術狀況評估界面[5]。

3 實體工程應用分析

3.1 工程概況

本項目依托江蘇省常熟市碧溪新區一三跨13 m預制簡支鋼筋混凝土板梁工程，該橋梁跨越內陸無名河道，兩側各有5 m橋頭搭板。橋梁基本信息錄入如圖3所示。

3.2 橋梁病害缺損信息錄入

根據現場檢測資料，選擇橋梁結構評估類型，按圖4界面錄入橋梁病害缺損信息，且應包括橋梁結構部位、部件信息。輸入相應構件名稱、構件總數、構件編號，選定病害類型，輸入病害數量及對應描述、病害照片，且數據需添加到病害信息匯總表后方可進行下一個病害信息錄入。所有病害信息錄入完畢后需立刻保存，然后進入橋梁技術狀況評估環節。系統亦提供了Excel文件格式病害的批量導入，該方式可一次性導入全部病害缺損數據。

3.3 橋梁技術狀況評估

將上述橋梁病害總體信息分別導入到圖5中的橋面系、上部結構、下部結構技術狀況評估信息中，根據病害狀況確定評定標度。按前述確定的橋梁結構評估類型，檢查是否存在符合5類橋梁單項評估指標選項，保存數據后即可進行橋梁的技術狀況總體評估，評估結果如表1所示，最終本項目橋梁的技術狀況等級評定為第2類。

4 結語

本文通過運用MATLAB軟件的數據處理和圖形用戶界面（GUI）的可視化特性，研發了用于快速評定評估簡支梁橋技術狀況的程序。用戶可以根據獲得的結構損傷檢測數據，在專門設計的“信息輸入”界面上輸入橋梁構件的評估指標，該指標可以是定量的數據信息，也可以是基于定性判斷的等級標準。在錄入完所有信息后，程序自動依次計算構件評分、部件評分、部位得分、橋梁總體得分和總體評定等級。通過該系統可以實現對一般公路橋梁的快速檢測與評估，為橋梁后期養護與維修工作提供科學依據與參考。

參考文獻

[1]王超.高速公路橋梁承載能力檢測評定技術[J].工程質量，2023，41（6）：95-98.

[2]馮志強，楊蕓，程坤.基于信息融合技術的公路橋梁檢測評價方法研究[J].河南科技，2022，41（7）：95-98.

[3]王瑞，郝建偉.城市與公路橋梁技術狀況評判確定方法對比分析[J].工程建設與設計，2022（23）： 125-127.

[4]王松巖，劉文杰，焦紅.基于模糊層次分析法的高層建筑工程施工安全風險評價[J].建筑技術，2023，54（20）：2529-2534.

[5]喬朋，梁志強，徐凱，等.基于機器學習的中小跨徑橋梁技術狀況評估[J].長安大學學報（自然科學版）， 2021，41（6）：39-52.