橋梁數(shù)字化綜合管養(yǎng)背 景

本文介紹了我國公路橋梁建設的橋梁的取得的成就及與橋梁強國相比存在的主要差距，“十三五”規(guī)劃上提出在橋梁工程領(lǐng)域，要堅持“創(chuàng)新引領(lǐng)、建養(yǎng)并重”，運用BIM技術(shù)及其它創(chuàng)新技術(shù)提高我國橋梁設計技術(shù)，改進橋梁養(yǎng)護技術(shù)，全面提升橋梁服役性能。

基于BIM的橋梁設計

經(jīng)過改革開放30多年的發(fā)展，我國公路橋梁建設取得了舉世矚目的成就。截至2014年年底，我國公路橋梁總數(shù)已達75.71萬座，4257.89萬延米。目前，僅黃河上已建和在建的大橋已達228座，長江上達到162座。我國建成的懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋這四類橋梁的跨徑均已居世界同類橋梁跨徑的前列。從發(fā)展歷程看，我國公路橋梁建設經(jīng)歷了從平原區(qū)向山嶺重丘區(qū)、從一般江河湖泊到大江大河再向海灣及聯(lián)島工程建設的發(fā)展歷程；橋梁結(jié)構(gòu)從常規(guī)的以梁橋和拱橋為主，向大跨徑斜拉橋、懸索橋、高墩、不對稱結(jié)構(gòu)、彎橋發(fā)展，再向離岸深海長聯(lián)橋大型上下部預制結(jié)構(gòu)、大型復合基礎以及超大跨徑結(jié)構(gòu)發(fā)展。

總體上，我國公路橋梁建設走過了一條自力更生、以我為主到技術(shù)引進、消化吸收再到注重原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展道路，已逐步實現(xiàn)從最基本的注重強度、剛度、穩(wěn)定性的設計方法向注重全壽命周期成本及環(huán)保、景觀、品質(zhì)、耐久的現(xiàn)代設計理念轉(zhuǎn)變。這些成果來之不易，它得益于我國綜合國力的極大提升和科技水平的快速發(fā)展；得益于國家經(jīng)濟社會發(fā)展對交通運輸特別是橋梁建設不斷提出新需求帶來的機遇和挑戰(zhàn)；得益于改革開放以來學習借鑒發(fā)達國家建設技術(shù)成果帶來的新探索與實踐；更凝聚了我國橋梁建設者攻堅克難、勇攀高峰、不懈追求高品質(zhì)橋梁建設成果的智慧和心血。

一、當前我國橋梁建設發(fā)展與橋梁強國相比存在的主要差距

盡管我國在橋梁建設核心技術(shù)、橋型與結(jié)構(gòu)體系、材料性能和裝備水平、橋梁監(jiān)測與評估技術(shù)、標準規(guī)范等方面都取得了長足進步，獲得了一大批自主創(chuàng)新成果，但也要清醒地認識到，與橋梁強國相比，還存在以下主要技術(shù)差距：

（一）在大跨徑橋梁設計方面：技術(shù)儲備不夠，如主跨3000米級懸索橋及1500米級斜拉橋等結(jié)構(gòu)體系與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)問題有待解決；高性能材料方面的研究與應用滯后；與超大跨徑相匹配的支座、伸縮和阻尼等裝置、設備研究開發(fā)不足，與國外先進產(chǎn)品有差距。

（二）在設計規(guī)范和設計理論方面：結(jié)構(gòu)全壽命周期設計理論、混凝土耐久性設計方法及鋼結(jié)構(gòu)疲勞荷載驗算等基礎性研究不夠，技術(shù)儲備不足；對傳統(tǒng)材料的組合結(jié)構(gòu)研究、新型材料組合結(jié)構(gòu)的探索和積累有明顯差距；主要設計規(guī)范中原始創(chuàng)新內(nèi)容與建設規(guī)模不相匹配。

 （三）在橋梁施工方面：深?；A、抗震基礎和裝配式基礎工廠預制化、整體化、大型化，以及現(xiàn)場施工大型、先進機械成套裝備水平還有差距；鋼構(gòu)件下料、焊接、機加工等各工序的精度控制系統(tǒng)，混凝土構(gòu)件模板以及相應的控制系統(tǒng)精度還不夠高；中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系也需要改進。

 （四）在舊橋檢測、評估和維修加固方面：檢測設備的自主創(chuàng)新、評估理論的基礎性研究、加固機具的標準化和專業(yè)化，以及應急搶修裝備的輕型化、小型化、系列化等方面差距明顯。

 （五）在橋梁養(yǎng)護管理方面：對大型橋梁、非常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁的監(jiān)管養(yǎng)護經(jīng)驗不足，專業(yè)機構(gòu)和從業(yè)技術(shù)人員相對較少，技術(shù)手段和水平亦相對滯后。

上述五方面的差距，并不足以完全概括我國橋梁建設發(fā)展存在的全部問題，但都至少是較為基礎和突出的問題。以問題為導向，才能更好地把握方向和目標，研究確立未來一個時期我國公路橋梁技術(shù)發(fā)展方向，盡快邁進世界橋梁強國的行列。

二、“十三五”我國公路橋梁發(fā)展要堅持“創(chuàng)新引領(lǐng)，建養(yǎng)并重”

中央經(jīng)濟工作會議作出了我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)的重大判斷。如何在我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)下，切實落實“四個全面”的戰(zhàn)略布局，加快推動綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通發(fā)展，是我們面臨的重大問題。“十三五”期是全面建成小康社會的攻堅期，是落實國家“三大戰(zhàn)略”的關(guān)鍵期，作為交通運輸業(yè)來說，服務國家“三大戰(zhàn)略”，適度超前完善交通基礎設施網(wǎng)絡布局，開工建設一批重大工程、重大項目，既是我們的發(fā)展機遇，更是我們必須承擔的責任擔當。編制好“十三五”規(guī)劃，組織建設好“十三五”重大項目，就需要清醒認識我國經(jīng)濟社會發(fā)展對交通運輸?shù)男枨蠛臀覀儸F(xiàn)在所處的發(fā)展方式與內(nèi)容的階段性特征，以戰(zhàn)略思維來審視今后一個時期的發(fā)展重點，在橋梁工程領(lǐng)域，堅持“創(chuàng)新引領(lǐng)、建養(yǎng)并重”是至關(guān)重要的。

（一）創(chuàng)新橋梁建設技術(shù)，努力實現(xiàn)支撐保障能力的新跨越。

到2030年我國還需新建2萬多公里的國家高速公路，這些高速公路上有許多關(guān)鍵性控制工程是跨越長江、黃河和海峽的大型橋梁，或復雜地質(zhì)、地形條件下穿越溝壑和崇山峻嶺的高架橋梁，如瓊州海峽通道、渤海灣海峽通道等重大工程在采用什么工程結(jié)構(gòu)特別是橋梁結(jié)構(gòu)方面都還在進行研究論證，有許多難點和關(guān)鍵技術(shù)尚待突破。需要重點開展以下技術(shù)創(chuàng)新：

1.面對公路橋梁設計理念的提升和橋梁精細化設計的需求，需要完善公路橋梁抗風、抗震等減災防災設計方法，建立健全公路橋梁全壽命周期設計理論與相關(guān)規(guī)范，研發(fā)基于BIM（建筑信息模型）技術(shù)的橋梁設計系統(tǒng)，以推動我國公路橋梁設計技術(shù)的升級換代。

2.面對交通運輸發(fā)展和長大橋梁建設的需求，需要解決長大橋梁適宜交通荷載、綜合交通運輸體系下的組合交通荷載，基于全壽命周期設計的耐久性作用、疲勞荷載等關(guān)鍵技術(shù)問題，以促進我國橋梁設計水平和可靠性的提升。

3.面對瓊州海峽、渤海灣和西部山區(qū)大峽谷等超長、超大跨越建設需求，需要研發(fā)輕質(zhì)、超高強的工程材料和水深超過70米的基礎施工技術(shù)，以提高橋梁的跨越能力、支撐超大跨結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新。

4.隨著綜合交通運輸體系的建立完善，以及城市群、城鄉(xiāng)交通一體化的發(fā)展，需要研發(fā)多層承載結(jié)構(gòu)橋梁，實現(xiàn)橋位資源和土地的集約化利用，以解決滿足公路、市政道路、軌道交通與鐵路共建的一橋多用問題。

5.面對我國中小跨徑橋梁通病根治和服役可靠性提升的現(xiàn)實需求，改進創(chuàng)新現(xiàn)有中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系，提升整體化性能，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)和無縫橋梁，以推動我國中小型橋梁建設向工廠化、標準化以及結(jié)構(gòu)耐久性方向提高。

6.面對公路橋梁標準化建設、工廠化制造和便捷化施工的需求，結(jié)合根治混凝土橋梁痼疾病害的需要，大力發(fā)展鋼—混凝土組（混）合結(jié)構(gòu)橋梁，以推動我國公路橋梁制造業(yè)的形成與發(fā)展，促進我國公路橋梁建設向資源節(jié)約、環(huán)境友好轉(zhuǎn)型發(fā)展。

（二）改進橋梁養(yǎng)護技術(shù)，全面提升橋梁服役性能。

經(jīng)過30多年的大規(guī)模基礎設施建設，當前步入維修期的橋梁數(shù)量日益增多。據(jù)不完全統(tǒng)計，在我國公路網(wǎng)中，各類危橋數(shù)量達7.96萬座，約占橋梁總數(shù)的10.5%，直接影響我國公路網(wǎng)的安全運行，盡管我們加大了改造力度，降低了國省干線的危橋數(shù)量，但農(nóng)村公路上的危橋仍居高不下，未能從根本上控制和解決這一問題。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，如何保障橋梁的安全性、耐久性和使用功能已成為目前橋梁工程界的巨大挑戰(zhàn)。橋梁工程技術(shù)發(fā)展也面臨以建設為主向建養(yǎng)并重轉(zhuǎn)型，需要我們在橋梁養(yǎng)護理念、方式、設備與材料及養(yǎng)護設計方法等方面進行創(chuàng)新與改進，總體來說有以下幾個方面：

1.面對我國橋梁工程材質(zhì)、損傷、缺陷和受力狀態(tài)的檢測需求，需要研發(fā)橋梁永久荷載下橋梁受力狀態(tài)非破損檢測技術(shù)及裝備，發(fā)展橋梁損傷和缺陷的可視化檢測診斷方法及裝備體系，構(gòu)建服役橋梁材質(zhì)狀況高精度量化無損檢測技術(shù)體系，以支撐我國橋梁養(yǎng)護和安全保障水平的提升。

2.面對我國橋梁長期性能研究和長大橋梁運營管理的技術(shù)需求，需要研發(fā)高精度、長壽命、智能化傳感器，發(fā)展橋梁關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)和性能指標長期跟蹤監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建橋梁健康診斷以及性能和抗力衰變監(jiān)測技術(shù)體系與標準，研發(fā)基于BIM技術(shù)的橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)，以推動我國公路橋梁養(yǎng)護管理技術(shù)的發(fā)展。

3.面對服役橋梁養(yǎng)護科學決策的技術(shù)需求，需要進一步完善和發(fā)展橋梁技術(shù)狀況評定、承載能力和減災防災能力鑒定方法，構(gòu)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(shù)方法，以推動我國橋梁服役可靠性的提升和使用壽命的延長。

4.面對我國服役橋梁養(yǎng)護管理和橋梁資產(chǎn)保全增效的技術(shù)需求，需要轉(zhuǎn)變橋梁養(yǎng)護理念，發(fā)展橋梁預防性養(yǎng)護技術(shù)，提升橋梁機械化養(yǎng)護能力，構(gòu)建符合我國國情的橋梁養(yǎng)護技術(shù)及裝備體系，以促進我國橋梁技術(shù)向“建養(yǎng)并重”轉(zhuǎn)型發(fā)展。

5.面對服役橋梁病害處治和提高使用荷載等級的實際需求，需要完善加固設計理論與方法，研發(fā)快速可靠的加固技術(shù)，發(fā)展模式化加固技術(shù)和整體替代技術(shù)，以保證公路網(wǎng)的暢通與高效。

6.面對災后應急搶通和保通的需求，需要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，以提高我國公路的應急保障能力及水平。

此外，還要強化設計與施工精細化，提高橋梁建設的工程品質(zhì)；要加大新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新裝備的研發(fā)與應用力度，為跨江跨海重大工程建設項目的建設提供技術(shù)支撐；要提升橋梁養(yǎng)護管理技術(shù)和水平，在開展橋梁常規(guī)檢查、評價、維修與養(yǎng)護工作的同時，尤其要注重對特大型橋梁的安全運營與監(jiān)測，確保重要橋梁的運營狀況實時可控。