李 林,郭心全,沈 鹍,吳 霞,李 娟

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所,北京 100081）

0 引言

截至2022 年底，我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)15.5 萬(wàn)千米，其中高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)4.2 萬(wàn)千米[1]。橋梁是鐵路的重要技術(shù)設(shè)備，廣泛存在于我國(guó)已建成或正在建設(shè)的鐵路項(xiàng)目中。根據(jù)2022 年鐵路工務(wù)專業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)鐵路橋梁總數(shù)約9.3 萬(wàn)座，累計(jì)長(zhǎng)度3.2 萬(wàn)千米，鐵路橋梁總里程約占鐵路總里程的21%。橋梁設(shè)備的質(zhì)量狀態(tài)是列車正常運(yùn)行的關(guān)鍵[2]，隨著列車的大提速、運(yùn)輸強(qiáng)度的提高和橋梁設(shè)備使用期限的延長(zhǎng)，橋梁設(shè)備病害問(wèn)題已然成為制約鐵路快速發(fā)展的關(guān)鍵。隨著設(shè)備快速增加，從業(yè)人員的不斷減少，對(duì)橋梁設(shè)備進(jìn)行信息化建設(shè)工作勢(shì)在必行。進(jìn)一步加深信息化建設(shè)水平，使得系統(tǒng)具備準(zhǔn)確定位病害位置、比較與評(píng)估設(shè)備歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)等功能，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患，對(duì)于橋梁設(shè)備精準(zhǔn)運(yùn)維有著重要意義。

針對(duì)當(dāng)前橋梁設(shè)備管理弊端和《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱：十四五鐵路規(guī)劃）[3]要求，研究提出了橋梁設(shè)備單元化管理建設(shè)方案，并基于橋隧子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)備單元化管理。橋梁設(shè)備單元化管理是指將空間上連續(xù)分布的橋梁設(shè)備劃分成多個(gè)連續(xù)分布的較小單元，從而實(shí)現(xiàn)從空間位置方面研究設(shè)備狀態(tài)變化規(guī)律的管理方法。經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐表明：橋梁設(shè)備單元化管理能夠更全面地掌握每一個(gè)設(shè)備單元的臺(tái)賬數(shù)據(jù)，更精準(zhǔn)地定位病害位置，更精確地找到設(shè)備的安全隱患，有助于提升安全生產(chǎn)檢查的精確度和橋梁設(shè)備快速維修保養(yǎng)水平，進(jìn)一步提高橋梁設(shè)備的精細(xì)化管理水平。

1 橋梁設(shè)備信息管理及應(yīng)用現(xiàn)狀

目前由于投入不足，我國(guó)橋梁設(shè)備維修保養(yǎng)工作未能有效地預(yù)防和控制病害的發(fā)生或減緩其發(fā)展過(guò)程，新增的橋梁病害仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。為了有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)和維修，提高投資準(zhǔn)確率，橋梁設(shè)備管理部門需要依據(jù)秋季設(shè)備大檢查（簡(jiǎn)稱：秋檢）數(shù)據(jù)匯總的病害庫(kù)和劣化率，精確地安排鐵路橋梁設(shè)備大修計(jì)劃。鑒于目前的橋梁養(yǎng)修能力，需要以更加精細(xì)化的橋梁設(shè)備管理為前提。

1.1 設(shè)備信息管理現(xiàn)狀

目前橋梁設(shè)備臺(tái)賬信息錄入于鐵路工務(wù)設(shè)備管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由鐵路工務(wù)管理信息系統(tǒng)（Permanent Way Mangement Information System，PWMIS）系統(tǒng)演變而來(lái)，對(duì)橋梁設(shè)備分主次表進(jìn)行管理，其中主表用于對(duì)設(shè)備整體數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，次表用于對(duì)橋梁設(shè)備按照孔別進(jìn)行分段管理。

1.2 設(shè)備信息應(yīng)用現(xiàn)狀

橋梁設(shè)備臺(tái)賬信息主要用于掌握橋梁設(shè)備資產(chǎn)和生產(chǎn)作業(yè)。工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)橋隧子系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：橋隧子系統(tǒng)）是在全路推廣的管理工務(wù)橋梁設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)組織流程的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)已實(shí)施近5 年[4]，系統(tǒng)中橋梁設(shè)備健康狀態(tài)管理方法雖然對(duì)保持良好的設(shè)備狀態(tài)質(zhì)量、保證行車安全和不間斷運(yùn)行起到一定作用，但依然存在可進(jìn)一步改善的方面。例如：現(xiàn)有的橋梁設(shè)備狀態(tài)評(píng)定方法，主要是結(jié)合每年秋檢數(shù)據(jù)對(duì)整座橋梁設(shè)備按照檢測(cè)項(xiàng)目（包括明橋面、鋼梁、混凝土梁、支座、墩臺(tái)基礎(chǔ)等）分別評(píng)定其等級(jí)，并以劣化程度最嚴(yán)重項(xiàng)目的等級(jí)，作為整座橋梁設(shè)備的劣化等級(jí)。顯然，這種粗放式的基于整座設(shè)備的狀態(tài)評(píng)定方法對(duì)于長(zhǎng)大橋梁設(shè)備是不合理的，且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁病害位置的精確定位[5-6]。當(dāng)前，橋隧子系統(tǒng)內(nèi)部積累的大量橋梁設(shè)備秋檢數(shù)據(jù)顯示，病害橋梁約占橋梁總數(shù)的20%，且新生病害仍在不斷增長(zhǎng)[7]?？紤]上述實(shí)際情況，若仍采用既有狀態(tài)評(píng)定方法則難以為橋梁設(shè)備的維護(hù)提供科學(xué)合理的狀態(tài)依據(jù)。

2 橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐衷O(shè)計(jì)

為了滿足鐵路運(yùn)輸發(fā)展和行車安全的需要，鐵路橋梁設(shè)備必須具有更高的承載力、更好的完整性和更強(qiáng)的抗災(zāi)能力，這對(duì)橋梁設(shè)備管理提出了更高的要求。針對(duì)當(dāng)前橋梁設(shè)備管理弊端和十四五鐵路規(guī)劃要求，提出了橋梁設(shè)備單元化建設(shè)方案，并基于橋隧子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)備單元化管理。在進(jìn)行單元化建設(shè)時(shí)，需明確橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐衷瓌t，為保證單元?jiǎng)澐值暮侠硇院涂茖W(xué)性，方便后期組織生產(chǎn)作業(yè)[8-10]，必須要全面考慮影響單元?jiǎng)澐值母黝愐蛩?，例如：橋梁設(shè)備的工程建設(shè)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、常見(jiàn)病害產(chǎn)生部位及原因、維修保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)等。

對(duì)現(xiàn)有橋梁設(shè)備臺(tái)賬進(jìn)行核定，處理臺(tái)賬數(shù)據(jù)問(wèn)題，建立橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐衷瓌t，基于該劃分原則并依托系統(tǒng)劃分橋梁設(shè)備單元，實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)備單元化管理和應(yīng)用。橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐至鞒倘鐖D1 所示。

圖1 橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐?/p>

橋梁?jiǎn)卧罁?jù)線路類型、設(shè)備分類、材質(zhì)、孔數(shù)和維修長(zhǎng)度五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行劃分。其中線路類型含普速和高速；設(shè)備分類含小橋、中橋、大橋和特大橋；材質(zhì)含圬工、鋼梁和結(jié)合；孔數(shù)含單孔和多孔；維修長(zhǎng)度與孔數(shù)相關(guān)，例如：1 孔、2 孔、5 孔等，都可以視作維修長(zhǎng)度。

橋梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐衷瓌t如下：

原則1：五孔一單元，同一個(gè)單元材質(zhì)必須相同；

原則2：一孔存在不同行別按一孔計(jì)算；

原則3：一孔存在不同行別，且橋梁種類不一樣，按照材質(zhì)進(jìn)行劃分。

依托橋隧子系統(tǒng)對(duì)橋梁設(shè)備設(shè)置默認(rèn)劃分和自定義劃分兩種方式。

（1）默認(rèn)劃分。默認(rèn)劃分以ω表示默認(rèn)值，即一單元所需孔數(shù)，默認(rèn)為5，同種材質(zhì)最后一單元孔數(shù)不足默認(rèn)值ω則自成一個(gè)單元。第i單元起始位置孔數(shù)為上一單元終止孔數(shù)+1，終止位置孔數(shù)Li如公式（1）所示，其中第一個(gè)單元起始位置孔數(shù)L0值為1；ki（i=1,2,3,……）表示劃分第i單元時(shí)相同材質(zhì)的橋梁橋孔數(shù)量。

以京廣線1123 號(hào)（漢水）大橋?yàn)槔摌蚬?0 孔，其中1 孔材質(zhì)為圬工，2～8 孔材質(zhì)為鋼梁，9～10 孔材質(zhì)為圬工，劃分效果如表1 所示。

表1 京廣線1123 號(hào)（漢水）橋

（2）自定義劃分。自定義劃分方法是在默認(rèn)劃分的基礎(chǔ)上提供自定義設(shè)置單元起始和終止位置，且可自定義默認(rèn)值以適應(yīng)于各鐵路局集團(tuán)公司工務(wù)站段實(shí)際情況。

3 應(yīng)用實(shí)踐

圍繞當(dāng)前鐵路橋梁設(shè)備管理的新需求，將單元化建設(shè)方法引入到鐵路橋梁設(shè)備管理方面，推動(dòng)橋梁設(shè)備由粗放型管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變。

3.1 單元?jiǎng)澐?/h3>

基于橋梁設(shè)備既定單元?jiǎng)澐忠?guī)則，依托橋隧子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐?，橋梁設(shè)備整座、單元分級(jí)管理，精細(xì)化評(píng)定設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)，并依據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特性提供自定義單元?jiǎng)澐趾妥詣?dòng)默認(rèn)劃分功能。以廣州鐵路局集團(tuán)公司長(zhǎng)沙工務(wù)段為例，橋梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐窒到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖2 和圖3 所示。

圖2 橋隧子系統(tǒng)單元?jiǎng)澐?/p>

圖3 橋梁?jiǎn)卧远x劃分

單元?jiǎng)澐趾?，管理?duì)象由傳統(tǒng)的設(shè)備整體轉(zhuǎn)變成若干設(shè)備單元，可以起到“精準(zhǔn)定位，細(xì)化目標(biāo)”的效果。尤其針對(duì)長(zhǎng)大橋梁設(shè)備的，設(shè)備單元化管理更方便定位病害位置，更高效地輔助設(shè)備安全生產(chǎn)作業(yè)。

3.2 統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)全路橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐炙鰡?wèn)題抽象統(tǒng)計(jì)，以單位為導(dǎo)向，結(jié)合設(shè)備單元?dú)v史狀態(tài)信息，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐謺r(shí)出現(xiàn)的設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)問(wèn)題（含臺(tái)賬數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等），可反向提高設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)精確度，保障源頭數(shù)據(jù)的高質(zhì)量，使得設(shè)備掌控更準(zhǔn)確。

以組織機(jī)構(gòu)及線路信息為導(dǎo)向，依據(jù)橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果和橋梁檢查病害庫(kù)自動(dòng)匯總橋梁設(shè)備單元數(shù)、劣化數(shù)和單元劣化率。通過(guò)分析設(shè)備單元病害發(fā)生機(jī)理和演化規(guī)律，能夠更合理地評(píng)定整個(gè)橋梁健康狀態(tài)和各個(gè)部位的劣化等級(jí)，有針對(duì)性地安排維修作業(yè)，及時(shí)消除安全隱患。

4 應(yīng)用效果

橋梁設(shè)備單元化已于2022 年相繼在全國(guó)各鐵路局集團(tuán)公司工務(wù)橋梁管理部門進(jìn)行了部署應(yīng)用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，橋梁設(shè)備單元化管理功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)分析、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，有針對(duì)性輔助下達(dá)維修保養(yǎng)計(jì)劃，具體效果如下：

4.1 源頭數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確

根據(jù)全路橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐炙鰡?wèn)題抽象統(tǒng)計(jì)，以單位為導(dǎo)向，結(jié)合設(shè)備單元?dú)v史狀態(tài)信息，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐謺r(shí)出現(xiàn)的設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)問(wèn)題（含臺(tái)賬數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等），反向提高設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)精確度、完善設(shè)備信息，避免了因數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性問(wèn)題導(dǎo)致的錯(cuò)誤決策，保障了源頭數(shù)據(jù)的高質(zhì)量，使得設(shè)備掌控更準(zhǔn)確。

4.2 生產(chǎn)作業(yè)更高效

以組織機(jī)構(gòu)及線路信息為導(dǎo)向，依據(jù)橋梁設(shè)備單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果和橋梁檢查病害庫(kù)自動(dòng)匯總橋梁設(shè)備單元數(shù)、劣化數(shù)和單元劣化率。通過(guò)研究每個(gè)設(shè)備單元的劣化率，可以找出設(shè)備單元的病害發(fā)生機(jī)理和演化規(guī)律，能夠更合理地評(píng)定整個(gè)橋梁健康狀態(tài)和各個(gè)部位的劣化等級(jí)，有助于快速掌握設(shè)備狀態(tài)、準(zhǔn)確定位設(shè)備病害、及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全隱患，針對(duì)性地安排維修作業(yè)，及時(shí)消除安全隱患，高效的輔助設(shè)備安全生產(chǎn)作業(yè)。

4.3 設(shè)備管理更精細(xì)

當(dāng)前，我國(guó)鐵路發(fā)展迅速，長(zhǎng)大橋梁越來(lái)越多，這對(duì)橋梁信息化管理提出了更高的要求，整座設(shè)備管理和評(píng)價(jià)已經(jīng)不能滿足要求。橋梁設(shè)備單元化管理將長(zhǎng)大橋梁切割為小的單元，有助于橋梁設(shè)備管理的精細(xì)化，提升設(shè)備管理效能。

4.4 設(shè)備檢查更精確

對(duì)于長(zhǎng)大橋梁切分為小的單元進(jìn)行管理，使得設(shè)備檢查落到橋梁?jiǎn)卧?，能夠精確化的檢查橋梁設(shè)備，提高設(shè)備檢查的效率。

4.5 隱患定位更精準(zhǔn)

橋梁設(shè)備單元化管理可以使得設(shè)備管理精細(xì)化和設(shè)備檢查精確化，進(jìn)而提高設(shè)備安全隱患的精確定位，有助于高效地制定橋梁設(shè)備大維修計(jì)劃，輔助及時(shí)消除隱患，提升橋梁設(shè)備質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)代國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)展迅速，各地區(qū)的鐵路橋梁工程項(xiàng)目逐漸增多[11]。精細(xì)化設(shè)備管理對(duì)后期橋梁設(shè)備運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修至關(guān)重要。該文旨在將單元化管理理念引入到橋梁設(shè)備管理方面，推進(jìn)橋梁設(shè)備管理方式由傳統(tǒng)粗放式管理向精細(xì)化管理方向轉(zhuǎn)變。通過(guò)分析當(dāng)前橋梁設(shè)備管理弊端和十四五鐵路規(guī)劃要求，提出了橋梁設(shè)備單元化建設(shè)方案，并依托橋隧子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在全國(guó)鐵路范圍的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明橋梁設(shè)備單元化管理可以使橋梁設(shè)備管理精細(xì)化、定位精準(zhǔn)化、檢查精確化，有助于全面分析各類橋梁病害問(wèn)題產(chǎn)生的根源和演變機(jī)理，更高效地安排維修工作，輔助及時(shí)消除設(shè)備安全隱患，提高設(shè)備安全生產(chǎn)檢查的精準(zhǔn)度。