橋梁檢測也好,橋梁結構健(jiàn)康監測(cè)係統也罷,都是為了發現橋梁病害,使得橋梁能夠得到及時(shí)的修理,避免發生垮塌(tā)事故。更為主動一(yī)點是獲取橋梁抗力和荷載信息,以做出較為科學合理的(de)維修策略。對(duì)此我們有幾個(gè)基(jī)本認知如下:
(1)橋梁檢測是為了發現病害(hài),從長期管理角度是用檢測的數據更新抗(kàng)力(lì)退化模型,也就是通過檢測,更好地發現橋梁退化規律。
圖1 橋梁退化(huà)示意圖(tú)
(2)通過對橋梁退化規律的認知(zhī),目的是做(zuò)出較好的維修策(cè)略,從而既能夠保障橋梁(liáng)安全性使用性,且能夠節約維修成本支出(chū)。
圖2 通過橋梁維修保證安全性示意圖
(3)能夠保障橋梁安全以及長期服務能力,必須依賴日常維護和定期維修。就如同大夫給人看(kàn)病,病診斷得再精確,如果沒有治療,啥疾病也去(qù)不了。2019年9月底無錫塌(tā)橋(qiáo)事故一(yī)出,好多公司紛紛(fēn)發文說,要是橋梁上安(ān)裝傳感器,就能夠避免塌橋事故了,這是不負責任的說法。任何檢測手段都不能保障橋(qiáo)梁安全,隻有動真格的修理能夠(gòu)做到(dào),而(ér)檢測是獲取信息的(de)手段,目(mù)的(de)是(A)及時(shí)發現病害(B)做(zuò)出更好的維修策略。數據如果不用於決策,都是白扯淡的東西(xī),再(zài)“大(dà)”也(yě)無(wú)用。
最近筆者聽說某個城市,要在城市內100座橋梁上安裝結構健康監測係(xì)統,總預算約1億元,平均到每(měi)座橋梁預算100萬。該城市經濟(jì)發達(dá),財政收入高,有錢辦大事,這(zhè)倒也(yě)無可厚非。隻是(shì)我們覺得,各種橋梁檢測手段,都是有不同成(chéng)本結構的,獲得的信息能用於決策的效果也有所差別,做出投入決策之前需要考慮考慮性價比。
圖3 不同橋梁檢測手段性能對(duì)比示意圖
如(rú)果從(檢測精度(dù)和檢測的實(shí)時性(xìng))兩個維度(dù)看,獲得橋(qiáo)梁養護管理信息有三種手段:(A)橋梁人工檢測(cè),實時性差(2-3年一次),但是發現病害的精度高;(B)橋梁結構健康監測係統,實時性(xìng)高,但是發現橋梁病害的精度略差;(C)快速檢測技術,精(jīng)度和(hé)實時性介於上麵兩者之間。
定性(沒有數學模型支撐)地來看,橋梁人工(gōng)檢測(cè)性價比最高,可以說目前橋梁養護有效數據的90%以上是靠養護規範規定的人工(gōng)檢測來獲(huò)取的,橋(qiáo)梁健康監測係統性價(jià)比較低,橋梁快速(sù)檢測大多應(yīng)用新開(kāi)發的檢測(cè)設備,是蓬勃發展的(de)領域,隨著新型檢測設備的規模(mó)化生產後價格會降低從(cóng)而性價比會(huì)有很大的提升空間。甚至,有(yǒu)些快(kuài)速檢測設備有(yǒu)可能通過養護規範進(jìn)入必選檢測手段。
圖4 檢測手段的等效用曲線
借用經(jīng)濟學效用曲線來定性地說(shuō)明不同檢測(cè)手段的性價(jià)比問題。假(jiǎ)設圖4為人工檢測和橋梁監測(cè)係統兩種手段的等效用曲線示意(yì)圖。等效用曲線就是兩種檢測手段不同使用量的組合,從而實現的效(xiào)果是相同的,U1曲線(xiàn)上的每個點在SHMS和INSPECTION上支出比例是不同的,但是實(shí)現的效果相同。U3、U2和U1代表不同的效用曲線,假設U3>U2>U1。直線AB是資源約束曲線,也就是(shì)目前可獲得預算(suàn)花費在橋梁檢(jiǎn)測和橋梁(liáng)監測(cè)係(xì)統上不同量的(de)組(zǔ)合。從幾何上求解,效用曲線與(yǔ)資(zī)源約束曲線(xiàn)的切點E(紅色)為兩種手段的最優分配(pèi)點(diǎn),效用U2。但是,上麵提到的城市,花費10000萬在100座橋梁上安裝監(jiān)測係統(tǒng)的決策可能相當於選擇了紅色的a點,效用為U1,U1<U2。
我們不是反對橋梁健康監測係統的上馬,如果我們的推測是靠(kào)譜的,而是建(jiàn)議業主可以通過縮減(jiǎn)橋梁監(jiān)測係(xì)統一些預算而布局(jú)到(dào)快速檢測(cè)技術和人工定期檢測(cè)上,可能檢測費用使用(yòng)效率會有較大(dà)幅度提高。我們在2019年在給不同幾個(gè)地區業主提供谘詢(xún)意見的時候,大多數秉持(chí)了這(zhè)個分析理念,適當降低些初始的監測係統預算,往快(kuài)速檢(jiǎn)測技術上略有(yǒu)布局,可能檢測效(xiào)益更高。
舉兩個(gè)親(qīn)身經曆的案例。
案例1:2007年某(mǒu)城市擬在五座橋梁(四座(zuò)連續梁橋和一座鋼管混凝土拱橋)上(shàng)安裝橋梁(liáng)監測(cè)係統,財政局批複預算3500萬。在專(zhuān)家評審環節,監測係統技術方案編製單位把橋梁監(jiān)測係統(tǒng)的功效有些過於(yú)誇大,定論是(shì)定期檢測統統可以不要了,那個東西(xī)太土氣(qì),不夠(gòu)高大上。與會專家都(dōu)是長期從事橋梁檢測業務的,提出了疑問,在本省之前從來沒有一(yī)座橋梁安裝了監測係統,難道不是依賴橋(qiáo)梁人工檢(jiǎn)測來查驗橋梁(liáng)病害情(qíng)況嗎?專家組經過合議,建議取消四座連續梁橋,隻保留拱橋做結構健康(kāng)監測係(xì)統(tǒng),預算折減3000萬元,剩餘500萬元。現在來評估,該專(zhuān)家組的建議還是比較理性的,尤其是對於一個經濟不發達地區的城(chéng)市,3000萬還是一筆不小的錢。
案例2: 2018年(nián)某公路局在8座橋梁安裝了橋梁監測係統(tǒng),預算600萬元,算是第一批此類項目(mù)試點,如果做得好(hǎo)還可增加安裝的橋梁(liáng)數(shù)量。2019年論證第二(èr)批橋梁監測(cè)係統是否上馬的時候(hòu),業主負責人提出了(le)一個非常現實的問題,用600萬布局(jú)到橋梁定期檢測和詳細檢測(cè)上,效果與監測係統比較哪個會更好些?其實這位橋梁業(yè)主單位負責人其實也是在考慮上麵圖4模型所體現的決策思維。
筆者還(hái)想推薦(jiàn)一種比較少見的檢測手段。建議每次橋梁檢測,除了開(kāi)展正常的現場檢(jiǎn)測和報告整理工作之外,讓經驗豐富的橋梁(liáng)檢測專(zhuān)家或橋梁設計類專(zhuān)家,把每一座橋(qiáo)梁或者病(bìng)害嚴重的橋梁(liáng)都(dōu)跑一(yī)邊,這種現場給專家(jiā)形成的判定,要遠遠好於僅僅通(tōng)過閱(yuè)讀檢測報(bào)告形成(chéng)的判定,而且成(chéng)本真的(de)不高。