中小跨径拱桥技术状况智能评估系统研究

李 傲，袁帅华

(湖南科技大学 土木工程学院,湘潭411201)

参 考 文 献



中小跨径拱桥技术状况智能评估系统研究

李 傲，袁帅华

(湖南科技大学 土木工程学院,湘潭411201)

以桥梁健康检测与技术状况评定为实践背景，开发了一套针对中小跨径拱桥技术状况智能评定的系统，研究可行的智能化管理方法，建立完整可靠的桥梁信息系统，该系统方便了桥梁管理者对桥梁基本信息的管理.

桥梁检测；桥梁评估系统；技术状况评定

1 桥梁技术状况评定系统研制开发的意义

桥梁是一个由多构件组成的结构，每一构件的损坏都会影响桥梁的正常运营，而影响桥梁老化、缺损的因素众多，运输工具的大型化、车辆超载现象的频繁化都会加剧桥梁结构的技术状况下降，加上传统的人工管理方式效率的低下均会使桥梁得不到及时的养护而不能满足正常的运营状态[1].就桥梁自身的健康状况而言，桥梁技术状况评定的意义在于，通过对其技术状况的评定管理人员能够及时了解他的性能及服务状况水平，根据其结构性能及服务状况水平正确的采取养护管理措施，对技术状况较差的桥梁采取及时的措施，如加固，拆除重建等，使在役桥梁始终保持一个良好的运营状况.

目前国内桥梁管理部门对桥梁管理的手段比较落后，还停留在以传统的人工整理的方法来对桥梁的资料进行管理.由于桥梁资料较多，管理手段的繁琐和效率低下，养护维修不及时，这些都会促使桥梁的技术状况水平随着时间的推移而下降，给桥梁管理者带来了诸多不便；防止安全事故的发生、使二三类桥梁能得到及时的养护维修管理是桥梁管理部门非常关注的问题.随着信息技术的快速发展，传统的人工整理资料的方法慢慢被取缔.桥梁评定系统能够将大量的桥梁信息存放到数据库中，管理效率得到了提高，桥梁评定系统中的技术状态评估功能，可以使桥梁的技术状态很直观的显示在桥梁管理者的面前；桥梁评定系统可以很好的规划桥梁资金的分配，使在役桥梁始终保持健康的服役状态.

2 桥梁技术状况评定方法的分析

随着信息技术的发展，系统工程也得到了不断的完善，目前较多的系统评定方法和理论都被尝试着用于桥梁的技术状况评定中，并且建立了对应的桥梁评定模型，目前国内较为常用的桥梁技术状况评定的方法主要有[2]：①外观勘察的综合评定方法；②基于人工智能评定方法；③基于荷载试验的评定方法；④基于《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)的评定方法.

2.1 外观勘察的综合评定方法

外观勘察的综合评定方法[2]，主要是让有经验的桥梁工作者对在役桥梁进行现场观测，通过定性的文字描述对其进行扣分，然后根据相应规划给定的评分规则和权重给与评分，得出其所处的类别.《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)给出了桥梁各部件的权重，并将桥梁总体技术状况评定等级分为1类、2类、3类、4类、5类，每一等级对应着桥梁相应的服役水平.这类评定方法需要桥梁工作者通过对其桥梁大量的文字描述，根据其描述得出桥梁所处的类别，但是每个桥梁工作者的经验不同得出的结论有所差别.

2.2 基于人工智能评定

人工智能评定的方法主要包括以下几种[3][4]：神经网络评估法、模糊理论评估法、特尔斐专家评估法.

神经网络评估法和模糊理论评估法通常结合在一起用于桥梁的技术状况评定中，这两种方法结合在一起可以发挥各自的优点，大大加强了对信息的处理.

特尔斐专家评估法是通过桥梁专家多轮的匿名打分，把每轮的打分反馈给专家进行分析作为下一轮打分的依据，如此反复来得出评定结果.此类方法的缺点在于过程太过于繁琐，且专家的主观判断会给评定结果带来很大的影响与桥梁管理系统的客观性不相符合.

2.3 基于荷载试验的评定

荷载试验的评定方法就是通过对桥梁进行动载和静载试验，在试验荷载作用下通过试验仪器采取桥梁的相关参数如挠度、应变、频率、裂缝、振型等，再结合理论的手段从强度、刚度、稳定性等方面对桥梁的技术状况进行分析.此类方法试验费用较高，很难普及到每座桥梁，此外这种方法可能会导致病害的加剧.

2.4 基于《公路桥梁技术状况评定标准》的评定

《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)中将桥梁分为三个部分，分别为桥面系、上部结构、下部结构，本标准按不同的桥型进行桥梁评定分类，并细化不同桥型的部件分类；根据不同桥型的部件类型制定评定细则，将评定指标进行细分并提出了量化标准；提出了5类桥技术状况单项控制指标；改进了桥梁技术状况的评定模型.此类方法的优点在于，评定标准和权重按规划给定事先输入技术状况评定系统中，工作人员可以通过现场检测资料与计算机相结合对桥梁的技术状况进行评定，减少了人主观因素的影响和桥梁管理者的养护成本.

3 桥梁技术状况评定方法的选定

在综合考虑系统功能的需求和计算机对评定过程实现的可能性的基础上，本文采取基于《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)的计算机评定法作为系统的评定方法.《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)中桥梁的技术状况评定是采用了分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法，依次从桥梁的构件，部件，桥面系，上部结构，下部结构进行评定，最后根据桥梁桥面系、上部结构、下部结构的技术状况对桥梁进行总体技术状况评定.

《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)中技术状况评定指标及技术状况评定工作的流程如图1所示.

图1 桥梁技术状况评定指标

4 桥梁评定系统软件开发

4.1 软件开发工具

中小跨径拱桥技术状况评定系统选取了Microsoft Visual Studio作为其工具集和开发平台.VS是当前Windows程序开发应用最广的平台，VS是一个几乎完善的开发工具集，包含了全部软件生命周期中所需要的绝大多数工具，如UML工具，代码管理工具，集成开发环境(IDE)等.目标代码在微软支持的全部平台中均可应用，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework等平台.

4.2 软件开发语言

在确定了系统开发应用的软件开发平台及工具集后，就必须选择与之相匹配的的系统开发语言.不同的编程软件有不同的语言与之对应，有些编程软件甚至有多种语言与之相适应，而C sharp语言是与Visual Studio软件平台的适用性最强.C#(即C sharp)是一种综合了C++与Java语言特点并对此进行了优化的面向微软Visual Studio的语言，也是目前编程语言中使用最多的一种语言之一.

C sharp语言是在与Visual Studio 2002版本一起发布的，而且.NET中间语言也适应C#[5].和其他语言相比，C#在较多方面均有较大的改进.比如C#在开始设计时就是为了能使其比其他语言更加简单明了、更加适应时代的需求的开发语言.在C#中能够较好的代码移植到其他编程语言中.这样C#就能被更加广泛的运用.这样的改进和对Visual Studio具有较强的适应性，因此C#已经变成了程序员最喜欢的开发语言之一，因此在本文中运用C#开发语言作为中小跨径拱桥技术状况评定系统的开发语言.

4.3 软件数据库开发工具

中小跨径拱桥技术状况评定系统软件数据库采用的是Microsoft SQL Server数据库.SQL Server是微软公司研制的软件后台数据管理的数据库软件.其作用主要是能够对数据的进行保存、查询、更改以及删除等.SQL Server自身的处理数据水平的成熟和能够很好的适应Visual Studio软件工具集，这也是本文使用SQL Server来作为软件的数据库的原因.

4.4 软件功能介绍

中小跨径拱桥技术状况智能评定系统软件主要由登录界面、主界面两部分组成.

4.4.1 登录界面

系统运行后，首先呈现的是用户登录界面(如图2所示)，在用户登录界面用户需输入正确的用户名与密码才能获得使用本系统的权限，两者中任何一项错误系统就会出现提示，当两者均输入正确才可进入系统的主界面.

图2 用户登录界面

4.4.2 系统主界面

在验证了正确的用户信息之后，会弹出主界面窗口(如图3所示)，主界面窗口内容包括项目、桥梁基本信息、权重计算、桥梁技术状况评定、桥梁评定记录表和帮助六个部分，六个主菜单下面还包含着子菜单，用鼠标点击任意主菜单，就会出现子菜单供用户选择，主菜单下所包含的子菜单如图4所示.

图3 系统主窗口界面

图4 系统菜单添加

4.4.3 桥梁技术状况评定界面

技术状况评定采用《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011)进行研制开发，系统首先将不同类型拱桥的相应部件、各构件可能存在的病害、检测指标所能达到的最高等级及扣分值等存储在数据库中.用户点击桥梁技术状况评定菜单后，用户可以输入选择自己所需要评定的拱桥类型(如图5所示),点击下一步进入选择部位的界面.

图5 拱桥类型选择

本文以钢筋混凝土拱桥中的双曲拱桥面系中的主拱圈为例，对其进行技术状况的评定(如图6、图7所示).

图6 评定部位选择

图7 评定部件选择

在技术状况评定界面中，用户根据所需评定拱桥构件个数对其进行编号，当构件编号下面选项里可选的构件个数少于拱桥部件中构件的实际个数，用户可以点击上面的添加构件按钮进行添加.根据现场检查的结果在界面中相应评定指标的下面输入评定标度，待所有构件的信息输入完成后点击完成，系统会根据数据库中事先编写好的公式进行计算得出该部件的最终得分(如图8所示).

图8 部件评定结果

点击确定按钮后系统会自动返回图7所示的界面，用户可以选择上部结构中其他部件进行评定，步骤与主拱圈的评定过程相同.上部结构中所有部件都评定完成后，系统后返回图3，当用户将桥面系，上部结构，下部结构全部评定完成后，系统会将其评定的信息自动保存到数据库中，再根据其评定结果得出拱桥的总体技术状况及建议(如图9、图10所示).

图9 总体技术状况评定

图10 桥梁建议

5 结 语

桥梁技术状况的评定是桥梁评估中最重要的环节之一.本文以本文以桥梁健康检测与技术状况评定为实践背景，开发了一套针对中小跨径拱桥技术状况智能评定的系统，系统以SQL Server数据库来对拱桥的基本数据进行管理，以Visual Studio作为的开发平台及开发工具，C#语言作为开发语言来实现系统的主要功能.该系统能够实现对拱桥基本信息的管理为桥梁工作者对桥梁的管理提供了方便，通过评定功能能对拱桥的技术状况进行评定并在此基础上给出了合理的建议.

参 考 文 献

[1] 张劲泉,王文涛.桥梁检测与加固手册[M]. 北京：人民交通出版社,2007.

[2] 陈 涛.基于web下桥梁管理系统的研究与开发[D]. 安徽工业大学硕士论文,2013.

[3] 许海涛.桥梁状况评估技术现状[J]. 公路与管理,2010.

[4] 赵大亮,李爱群,王 浩,等.既有公路桥梁评估方法研究现状[J].工程抗震与加固改造,2007.

[5] 徐安东.Visual C#程序设计基础[M].北京:清华大学出版社,2012.

Study on Intelligent Evaluation System for Small and Medium-span Arch Bridge

LI Ao, YUAN Shuai-hua

( School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology, 411201 Xiangtan, China)

Taking the bridge healthy diagnosis and technical condition evaluation as practice background,a feasible method of intelligent management is studied, and a complete and reliable bridge information management system is established.This paper presents the bridge evaluation system for the medium and small span of arch bridge, which is efficient to manage basic information of bridges by bridge managers.

bridge safety inspection; bridge assessment system; technical condition evaluation

2015-06-10

李 傲(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：桥梁施工监控.

U445.7+2

A

1671-119X(2015)03-0083-04