冯志强 杨芸 程坤

摘 要：近年来，我国公路桥梁建设取得了很大的成就，大部分的桥梁已进入运营与养护阶段。通过分析公路桥梁检测过程中存在的问题，利用多源信息融合的技术将养护管理中的经常性检查、定期检查、特殊检查或巡查信息进行融合，为运营管理单位提供科学的养护决策，有助于公路桥梁管养水平的提升。

关键词：信息融合;公路桥梁;检测;评价

中图分类号：U446     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）7-0095-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.07.022

Abstract： Great achievements have been made in the construction of highway bridges in my country， and many bridges have entered the stage of operation and maintenance. By analyzing the problems existing in the inspection process of highways and bridges， the technology of multi-source information fusion is used to integrate the information of regular inspections， regular inspections， special inspections or inspections in the maintenance management， so as to provide scientific maintenance decisions for the operation and maintenance units. Contribute to the improvement of highway bridge management level.

Keywords： information fusion; highway bridge; detection; evaluation

0 引言

公路桥梁为交通运输业的飞速发展做出了巨大贡献，桥梁的技术状况或承载能力检测是公路管养单位的重要工作。桥梁检测的目的在于评价桥梁状况，最终为制定桥梁养护对策提供依据和支持。在工程实践中，常见的桥梁检查有日常经常性检查、定期检查和特殊检查，必要时安排特殊的巡查，通过这些检查可以及时发现桥梁在使用过程中出现的病害，并能跟踪桥梁病害的发展趋势[1]。但检查信息和监护建议多是孤立的存在：检测单位提交检测报告和养护建议，将每座桥梁的检测信息录入系统;管养单位想要进行科学决策还需要翻阅资料，不能有效对比管养路段全线桥梁，难以对全线采取综合的管养措施。有些管养单位建立了综合的数据管理平台，但相关检测信息也较孤立，不能有效帮助养护决策[2]。如何将多源数据进行有效融合，成为桥梁检测专业技术人员值得研究的问题。国内学者专家也对多元化桥梁检测信息的综合应用进行了初步研究，并取得了部分成就，但就工程实践的深度和广度还不够。本研究通过对公路桥梁检测评价管理进行调研，详细分析了公路桥梁经常性检查数据、定期检查数据及特殊检查数据的数据类型，探讨了各类型数据在桥梁养护中的作用，并对这些多源数据的融合问题进行分析研究，提出将日常的各项检测信息进行集中共享融合，从而使管养单位技术人员能够直观判断桥梁目前的技术状况，有利于桥梁养护工作的科学决策。

1 信息融合技术概述

信息融合是指为帮助系统完成某一任务而对多个传感器提供的信息的协同利用。信息融合是信息集成过程的某一级，在此级中将不同传感器信息源综合成一种表示形式。也就是说，信息融合是将来自不同信息源的信息进行处理，信息集成是将各级信息融合过程进行合成。从信息的角度出发，桥梁养护工作可描述成一个数据采集至数据应用的过程[3]。

公路桥梁在使用运营阶段养护工作的基础是检测数据的采集，只有采集完整丰富的病害数据，才能建立桥梁检测的数据库，为桥梁养护决策提供科学依据。但是从桥梁全寿命周期来看，公路桥梁检测的数据多种多样。因此，面对繁杂的检测数据，就需建立健全完善的桥梁检测数据库结构体系，综合应用数据库的检测信息，综合研判、科学决策，大大提高管养人员的工作效率。

2 桥梁多源检测数据分类

桥梁多源信息内容涵盖桥梁全寿命周期内产生的所有数据信息，包括桥梁基础数据库和桥梁检测数据库。

对于桥梁的检测数据，从时间历程上主要分为建设期桥梁检测和运营期桥梁检测。其中，建设期检测涵盖原材料检测、桥梁成品检测、三阶段检测、成桥检测和交竣工检测;运营期检测主要包括经常性检查数据、三年一次的定期检查数据，以及根据需要进行的特殊检查数据（见图1）。本文重点从桥梁运营期管理养护的角度出发，对期间多层次检测体系下的数据进行分析。

2.1 经常性检查数据

根据规定，桥梁日常巡查数据的检测频率一般为每月一次，特殊情况下应适当增加检测频次，由各管养单位根据养护实际情况综合确定经常性检查频次。在公路桥梁经常性检查的过程中，主要以专业技術人员目测为主，辅助测距仪、直尺、望远镜等工具，观察并记录桥梁的病害，最终形成经常性检查的记录数据。

经常性检查作为公路桥梁日常养护的重要工作，能够非常清晰地记录桥梁表观病害的发展过程，也是向上级机构进行小修保养申报的重要依据。但限于管理手段，经常性检查常依赖于桥梁养护工程师的专业水准以及对所管养桥梁的熟悉程度，但每次完成检查后，想要上报数据时则需要翻阅以前的检查数据，造成工作的不便。随着科学技术的不断发展，移动终端设备逐渐进入桥梁检测领域，桥梁养护工程师通过移动终端的拍摄功能进行数据采集，并利用移动终端对桥梁外观病害进行记录，详细描述桥梁病害的基本特征[4]。同时，可将多次的经常性检查结果存入数据库，需要某项数据或某座桥梁信息时便可进行快速查询，脱离了原来传统的纸质记录，大大提高了工作效率，每次检查数据不易丢失。

2.2 定期检查数据

桥梁定期检查一般为3年一次，由具有特定检测资质的单位完成。通过定期检查，可全面掌握桥梁病害，并通过技术评分，对桥梁技术状况等级进行划定，从而为桥梁的养护提供依据。桥梁定期检查是按照《公路桥涵养护规范》（JTG TH—2004）进行检测，按照《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG TH21—2011）进行综合评价，对各个部件、构件、结构进行等级评定，最后形成该桥梁的技术状况评定等级，能够为桥梁养护决策提供最直接的数据依据。

相对于经常性检查，定期检查的数据更为细致、全面，但由于其检测周期较长，且通常以纸质报告的形式保存，并且并非由桥梁日常养护工程师负责完成，而是由管养单位通过招标选择具有检测资质的机构进行检测，与日常检查结果结合程度较差。因此，当前的定期检查结果多用于专项养护计划申报的依据，或者加固设计方案的指导依据，对其更深层次的或从时间、空间上对数据进行挖掘利用尚有待进一步开展[5]。

2.3 特殊检查数据

特殊检查是判断桥梁病害及承载能力的重要手段之一。根据经常性检查和定期检查的数据，对病害较严重的构件或桥梁采取专项的检测方法，可以判断桥梁病害产生的原因及对桥梁承载能力的影响。公路桥梁特殊检查常包含的内容有桥梁纵向线形、基础沉降、混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度、钢筋锈蚀、荷载试验等，通过对各检查内容的综合分析，基本可以判断结构或构件病害产生的原因和发展趋势。在工程实践中，具体适用于以下情况：定期检查中难以判明桥梁损坏原因及程度的桥梁;桥梁技术状况为四、五类的桥梁;拟通过加固手段提高荷载等级的桥梁;条件许可时，特殊重要的桥梁在正常使用期间可周期性进行荷载试验;桥梁遭受洪水、流冰、滑坡、地震、风灾、漂流物或船舶撞击，因超重车辆通过或其他异常情况影响造成损害时，应进行应急检查。

在公路桥梁养护的过程中，特殊检查的部分项目常会与经常性检查、定期检查的内容相重合。因此，在实际工作中要加强对经常性检查和定期检查信息数据的综合应用，为桥梁日常养护提供决策依据，从而减少不必要的特殊检查项目。

3 多源检测数据的融合分析

综合以上分析，桥梁养护过程中常遇到不同类型的检测数据，若能够对多源、多类型的检测数据进行融合，使得每类数据都能起到应有的作用，则可以减少不必要的检测工作，大大提高管养工作人员的工作效率。从不同检测工作的角度出发，图2给出了不同检测层次下多源检测数据的融合分析及集成。

对于经常性检查数据，对病害按照常规养护病害、结构性病害和耐久性病害进行分类，常规病害对应桥梁的日常保养，如桥面的坑槽处理、护栏破损修复等;结构性病害和耐久性病害，比如结构性裂缝、盖梁钢筋锈蚀等，应注重在病害的量化和长期观测，形成病害的时间序列，通过日常检查掌握桥梁这些典型病害的发展趋势。根据桥梁典型病害发展过程研判发展趋势，可以对桥梁进行日常小修保养，持续保持桥梁的使用功能。

对于进一步的定期检查数据，基于性能对检测数据进行分类，包括安全性病害数据、适用性病害数据和耐久性病害数据，然后通过技术状况评定，掌握桥梁各类性能的技术状况。需要说明的是，定检数据应与日常数据融合，尤其对于检查发现的典型病害，应建立长期观测机制。对于进行耐久性专项检测、有可靠耐久性数据的桥梁，可以根据桥梁耐久性病害的发展状况，适时进行桥梁耐久性寿命的预测。根据定期检查的数据，可以按照桥梁技术状况评定标准的具体内容，对桥梁技术状况进行评价，对评定等级较差的结构进行中修维护，防止桥梁病害的进一步发展。

对长期经常性检查和定期检查尚不能确定长期桥梁安全状况的病害，或者桥梁外部环境较为恶劣（比如重载车辆多）时，可进一步进行特殊检查。在工程实践中，特殊检查要考虑两个层次。第一层次采用基于轻荷载及广义影响线或者基于随机车辆的桥梁评价方法，采用便携设备定期采集桥梁的挠度或应变数据，通过分析并结合桥梁结构性检测病害数据，对桥梁的承载能力做出评价。此时评价结果基本能够反映桥梁运营状况。第二层次主要针对桥梁上部结构弹性工作状况不良时，须进一步结合规范进行桥梁荷载试验工作或基于检测结果进行桥梁承载能力检算。如初步判定桥梁弹性工作状况不良时，须进一步结合规范进行桥梁荷载试验工作或基于检测结果进行桥梁承载能力检算。对于运营阶段的公路桥梁，若中断交通进行荷载试验，则会影响该路段的正常通行，给管养单位带来不必要的损失。因此，要综合利用经常性检查、定期检查和常规特殊检查的数据，从时间序列分析病害的发展历程，在尽量不中断交通的情况下，对桥梁承载能力进行科学评价。

4 多源检测信息融合下的桥梁养护决策

根据公路桥梁的特点，考虑基于性能的桥梁维护的要求，以桥梁的性能维护为例，管养单位可以根据自身的需要、荷载环境特点及养护维修资金等选择不同的性能水准。这体现了其对桥梁结构性能的可接受程度。由于不同的桥梁结构重要等级及所属的道路等级的不同，其承受的汽车荷载等级及交通量也不相同。另外，桥位的地形地貌、水文气候、环境区划等条件都会影响桥梁结构的性能要求[6]。

为提高桥梁养护成效，针对桥梁日常管养中的一系列数据信息，提出多源信息融合下的桥梁养护对策，即分别将桥梁不同病害信息对应不同养护层次。将日常检查和定期检查的常规病害、结构性病害和耐久性病害这三种病害数据相融合：常规蜂窝麻面、露筋、破损等病害对应于常规的小修保养层面;对于能够影响结构安全或寿命的结构性病害和耐久性病害，建立病害的长期观测机制，并根据观测结果来指导养护，对于状况稳定的予以及时小修保养处理，对于状况不容乐观的需要进一步开展专项检查，可采用轻荷载加载或定期典型力学指标的采集分析，甚至可采用荷载试验进行桥梁承载能力评价，再根据评定结果制定相应的专项养护方案。

5 结语

公路桥梁检测是公路运营管理中非常重要的工作之一。只有进行科学合理的检测，并将检测信息综合应用到养护决策中，才能实现桥梁检测的目的和意义。在公路桥梁检测评价中，按照工作实际需要进行桥梁经常性检查、定期检查和特殊检查。只有将多源、多类型的检测信息进行融合应用，提出桥梁养护的目标性能水准及对应不同公路桥梁的养护水准，形成多源信息融合下的橋梁养护策略流程，才能为公路桥梁高质量发展提供技术保证。

参考文献：

[1] 马继骏，褚豪，孔令涛，等.基于IFC的桥梁病害信息可视化表达[J].土木工程与管理学报，2020（4）：66-72.

[2] 李炬.互联网技术下公路桥梁检测与分析系统的设计与实现[J].黑龙江交通科技，2020，43（6）：153-154.

[3] 崔卜心.多源检测数据提升养护效能研究[D].西安：长安大学，2014.

[4] 斯新华，刘晓东，高博闻.大数据分析在桥梁智能检测终端的应用探讨[J].公路交通技术，2019，35（6）：61-64.

[5] 陈峥.新型无人机检测技术在桥梁检测工程中的应用[J].智能城市.2021，7（6）：38-39.

[6] 张翔.中小跨径混凝土桥梁的性能与维护策略研究[D].杭州：浙江大学，2015.