桥梁技术状况评估、预测及管理系统开发研究

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1、硕士学位论文第1章绪论1．1课题背景及研究意义世界范围内的大规模公路交通网络建设已经进行了几十年，数量众多的桥梁服役了相当长的时间，发生了程度不同的结构性或功能性损坏，急需维修养护。由于现役桥梁数量众多，并且会越来越多，以经验和常规概念为基础的传统维护管理方法越来越不能满足需要，需要发展科学的、系统化的和规范化的管理方法；与此同时，由于需要维护的桥梁越来越多，而维护资金有限，如何实现维护资金的合理分配，使桥梁具有足够的服务水平是桥梁管理工作面临的重大问题。在这种背景下桥梁管理系统(BridgeManagementSystem，简称BMS)应运而生，各国相继开发了各自的桥梁管理系统

2、【11。1．2桥梁管理系统的发展状况桥梁管理系统的发展大致经历了三个阶段：第一代桥梁管理系统采用简单的数据库存储既有桥梁的各种信息，同时可以进行检索，统计等功能：第二代桥梁管理系统包括桥梁数据库、桥梁检测和养护、维修信息等，其中不仅包含桥梁物理信息，而且包含桥梁构件的检测数据、评定等级、维修历史等；第三代桥梁管理系统添加了桥梁的仿真分析和决策功能，通过数学和经济知识进行维护优化，制订维护策略，帮助桥梁管理者做出决策【2】。桥梁管理系统最早出现在美国。20世纪60至70年代，美国的桥梁养护、维修和加固工作都是基于已产生的需求而进行的。通常是当桥梁的使用出现问题或危险后，主管部门才开

3、始着手对出现问题的部位进行维修或加固。这种“反应方法"在当时看起来是满足桥梁使用的安全要求的。但是在60年代末期，一系列桥梁破坏事故引起了美国公众的注意，最终美国联邦政府要求对美国当时所有的桥梁进行桥梁监测程序标准化的工作。从70年代到90年代间桥梁监测工作收集的数据形成了桥梁管理的基础。在20世纪80年代中期，美国个别州认识到了桥梁养护的需求问题，同时亦认识到信息技术用于养护投资分配的巨大潜力，以及系统分析工具用于优化使用有限的经济来源的有力保证。Wisconsin，PennsyIvania和NoIrthCarolina等几个州开始了对监测程序和分析方法的研究工作，以求对他们的

4、决策有所帮助。随后美国联邦公路管理局(FHWA)认识到各个州之间的密切关系，于是启动了示范项目桥梁}主术状况评估、预测及管理系统开发研究DP7l。这个项目的目的是调查当时的桥梁管理应用水平，并确定支持桥梁管理决策的可靠工具和技术。除此以外，FHWA还与他人合作，开始开发一个适用于国家使用的通用桥梁管理系统(BMS)，这个系统就是著名的PONTIS的前身。目前，在美国被广泛使用的桥梁管理系统主要包括PONTIS系统和联邦公路研究合作组开发的BRIDGIT系统。PONTIS系统它对桥梁的管理是以单元为基础的，并对每个单元规定了5种状态；它以马尔可夫模型分析桥梁的退化；它可以预估意外事

5、故花费，车行绕道花费等；它采用网络优化模型对桥梁维护和维修作出优化。BRIDGIT系统开发于1986年。该系统在模型和功能上和PONTIS有许多相似的地方，如退化模型运用了Markov模型。这两个系统主要区别是在优化模型上，BRIDGIT能够进行多年的分析，并且能考虑某个桥梁的行为，而PONTIS仅能够在网级水平上的桥梁优化。除美国的桥梁管理系统外，欧洲的BriME，丹麦的Danbro系统，日本的J—BMS，加拿大安大略省桥梁管理系统等都是目前比较先进的桥梁管理系统。我国桥梁管理系统的开发研究工作起步比较晚，但也先后开发了四川省桥梁数据库管理系统、广东省桥梁管理系统、交通部的CB

6、MS等，总的来说我国的桥梁管理系统的开发研究工作仍然处在起步阶段，相当一部分桥梁管理系统都只能称之为信息管理系统或者说是处在数据积累阶段，对于桥梁仿真分析和决策功能还缺乏足够的支持，有待进一步的研究开发与完善。BehzadM．Darbani和AminHammad在文献【3】中以鱼骨状图列出了常规桥梁管理系统有待加强的地方，如图1．1。分析模型Il数据管理I数据收集维护、修复、替换上，．—4．、—L组织管理II系统扩展图1．1常规BMS改进图建立一个系统化，智能化的桥梁管理系统，可以辅助桥梁管理部门对现有桥梁进行有效的管理，包括有计划的监测和检查，桥梁技术状况的评估，结构退化坝I：

7、学位论文预测以及制订合理的，优化的维修计划等，这样就可以把资金用在最需要的地方，减少桥梁全生命周期的费用，同时，可以更加规范化科学化的管理维护桥梁，摆脱“坏了再修"的做法，并可以为研究桥梁劣化，耐久性等提供有益的信息。1．3桥梁管理系统的介绍1．3．1桥梁管理系统概念桥梁管理系统是近20年来在世界范围内土木工程界新出现的～个跨学科、跨领域、综合型的工程技术集成系统。它涵盖桥梁工程、计算机技术、系统工程、数学、经济学、地理信息系统、人工智能等学科的知识。联合国经济合作与发展组织(0