图1 桥梁结构健康监测系统操作界面
刘志清
(上海铁路局， 南京 210015)
摘 要：高速铁路桥梁设备数量大、结构类型多，对养修管理人员、养修设备及方法提出更高的要求。文章通过对高速铁路桥梁设备养修的管理实践，提出采用结构健康监测系统和视频监控技术，作为人工辅助手段对桥梁结构进行实时监测和适时检查。并研究探索利用无人机搭载视频摄像仪对无法到达或难以到达的结构部位进行检查，以解决人员少、检查工作量大、检查不到等问题。同时对大型特殊结构桥梁的养修技术标准进行研究，积极开展维修整治工作。
关键词：桥梁设备； 检查； 养修； 监测； 可视化
高速铁路桥梁建筑物的设计理念是免维护、少维护，然而由于铁路基础建设各个环节存在的诸多不足，导致高速铁路基础工程设施未能达到免维护、少维护的设计标准。因此，运营过程中做好桥梁设备的检查与养修管理工作尤为重要。
自2010年以来，沪宁城际、沪蓉高铁、京沪高铁等高速铁路线路陆续开通，涵盖了有砟、无砟I型板、无砟II型板等多种轨道结构形式及大型钢桁拱、系杆拱、双线整体简支箱梁等多种桥梁结构形式，运营速度从200 km/h到300 km/h不等。
1.1 高速铁路桥梁设备运营管理的特点
高铁桥梁设备数量多、占比重大，大型特殊结构桥梁多，结构形式复杂，因此对桥梁检修工作提出更高的要求。但现状是很多桥梁设备的检查设施设置不到位，特别是特殊结构桥梁检查设施基本未设置，亦或设置也不能满足检查工作的需要，导致很多桥梁结构部位检查人员无法到达。高速铁路检修采用全天窗的管理模式，且基本上是夜间天窗，因此检查工作效率低、效果差，劳动安全隐患大。同时由于免维护、少维护的设计理念，直接导致高铁特别是桥梁专业检修作业人员严重不足。
1.2 高速铁路桥梁设备管理从业人员的现状
几年来，由于人才培养储备不足，导致高铁运营管理从业人员出现较大缺口。目前高铁管养人员主要由两种方式进行补充，一是通过抽调既有普速铁路桥梁管理和养修作业人员，通过高铁建设、养修管理专项培训合格后，从事高铁桥梁养修管理工作；二是通过对应届大中专毕业生，经过初期的实践培训，如提前参与介入高铁静态验收工作等之后，从事高铁桥梁管理工作或养修作业。从现状分析，高铁管养人员均缺少高铁桥梁养修实践经验，也缺乏高铁桥梁设计建设等方面的理论基础，与高铁桥梁养修管理要求和标准相去甚远。
结合近几年在高铁桥梁专业管理中的探索、实践和总结，提出如下对策和措施。
2.1 高速铁路桥梁设备检查监控方式的探索
(1)通过结构健康监测系统对大型特殊结构桥梁实现在线实时监控，全面掌控结构受力状态。
桥梁健康监测系统作为集结构监测、状态评估、安全预警、养护管理于一体的综合性智能监测系统，是一种从大桥运营状态中获取、处理数据，并评估结构状态和安全性的有效手段。该系统通过众多分布于桥梁关键部位的传感器，自动采集获取代表荷载源及结构响应信息的实时监测数据，定量得出能够反映桥梁健康状态的参数指标，为桥梁安全预警、状态评估提供参考依据。同时使用数理统计工具，分析自动化监测获取的数据，及时发现桥梁病害和损伤发生位置，为制定主动、预见性的养护措施提供依据，达到辅助桥梁养护决策、确保结构安全、减少桥梁管养成本的目的如图1所示。
图1 桥梁结构健康监测系统操作界面
图2 南京大胜关长江大桥结构健康监测系统网络拓扑图
南京大胜关长江大桥在建造时同步建成一套桥梁结构健康监测系统(如图2所示)，该系统对桥址大气环境、结构变形、结构温度、动力监测、结构动应变、行车状态等一系列数据进行全面监控。通过该系统的日常监测数据收集以及定期对数据进行分析并形成报告，再结合人工定期与专项检查，辅以桥梁的设计、竣工文件等多方面数据资料，全过程动态的对大桥进行管理，消除了以往检测、监测方法中的诸多不足，使全面掌握大桥结构运营实时状态成为可能。目前，该系统运行平稳，即将迎来系统升级改造，届时该系统将会提供更加详实、可靠的监测数据，提供更加人性化的管理体验，为大桥的运营安全管理保驾护航。
(2)对于检修人员难以到达的桥梁设备部位，通过安装可视化设备检查监测，既能做到检查到位又能确保人身安全。
随着科技进步、信息技术的发展，视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于诸多领域。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展，能够对图像进行自动识别、存储和自动报警。
积极推广利用视频监控系统对高铁桥梁设备和外部环境进行实时检查监控。根据设备及现场情况配备安装固定式或移动式视频监控设备，目前已经安装视频监控设备的有大胜关主桥3个主墩，利用视频系统定期检查支座状态及通航桥孔情况，减少了检查人员现场检查作业次数，降低了劳动安全风险。
对于防洪期间难以巡查的高铁隧道口安装视频监控设施，当雨量报警达到出巡警戒值时，安排专人每10 min一次利用视频监控系统对该处隧道口进行视频画面检查其是否有异常或灾害发生。
针对高铁桥梁对外部环境影响敏感，且监测监控困难等情况，如堆土反复发生难以管理的地段，安装固定式临时视频监控系统，抓拍证据，对取得第一手资料，及时发现责任主体并在发函追责方面取得不错效果。通过评估研究对存在较大安全风险的公跨铁立交也安装了视频监系统，此视频可以对超速超载车辆进行抓拍存储，以保证取得准确的资料，及时发函给设备管理单位或地方政府，确保铁路运营安全。
(3)对于检修人员无法到达的桥梁设备部位，探索利用无人机检查方式实行检查监测，确保设备检查全面到位。
无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机+行业应用，是无人机真正的刚需，目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
高铁声风屏障外侧螺栓以及大胜关主桥钢桁拱上部及下部钢梁结构等此类设备目前人工无法对其进行检查作业。可以研究利用无人机对其进行视频拍摄回放人工分析视频检查的方式，对人工检查不到的设备进行检查，确保所有设备能够检查到位，不留死角。此外，高铁外部环境、路基设备以及桥梁下部结构如支座、墩身、箱梁外部，也可利用无人机技术进行检查，既节省了外出检查人工，又降低劳动安全风险，也提高了设备检查的质量和可靠度。当然，无人机检查要经过严格的操作培训，制定专项检查作业方案和标准，形成作业指导书后，经批准方能实施。
(4)提高人工检查的专业化水平，确保桥梁设备病害及时发现，设备病害监测数据准确有效。
无论采用结构健康实时在线监测系统、可视化视频监控系统，还是无人机监控技术，在对采集的数据、视频资料进行整理分析上均需要人工参与，因此，检查人员的专业技术水平和能力，决定了是否能够有效利用这些数据资料，全面真实准确地分析评判桥梁设备状态，为养修管理决策提供依据。此外，大量的现场设备仍需要人工检查，如何准确地发现病害、评判病害，就需要不断培养提高现场检查作业人员技能水平和业务素质。当然对专业技术管理人员也需要有更高的标准要求，需要准确判定病害类别，初步分析病害成因，制定有针对性的病害监控方案和对策措施，积累数据资料，为病害整治提供依据和支撑。
坚持贯彻高铁设备“严检慎修”理念，根据桥梁设备分布情况及状态、检查制度要求和现有人员状况，科学合理地制定好年度、月度检查计划，通过对月度检查计划的完成情况进行统计分析纠正，保证所有设备能够全覆盖检查，避免出现容易检查的设备重复多次检查，不易检查的设备未能安排检查。同时定期对检查情况进行分类汇总分析，确保准确掌握设备状态。例如对连续梁中间桥墩的检查，由于未安装检查设施，大部分无法检查，为此我们对连续梁中间墩的高度、现场所处的地形地貌逐个进行排查分析，分类分批制定专项检查方案，采用移动式竖向爬梯、升降车、搭设脚手架等措施，完成了连续梁中间墩的支座、墩顶梁体的检查，了解掌握了设备状态。
随着对高铁桥梁设备的检查不断深入和实践，使得我们对高铁桥梁无砟桥面防水层、声风屏障、栏杆、支座、梁端止水带、箱梁梁体结构及其目前的状态变化情况有了更深刻的认识。目前对特殊结构如系杆拱桥、大胜关主桥钢梁部分由于结构形式复杂，为了现场检查人员能够更加准备地描述病害发生的具体位置和情况，对其进行单元化管理，所谓单元化就是对每一个结构部位和构件按照一定的规律进行唯一性的编号，并在今后的检查中为其状态变化情况建立履历表。
(5)积极推行铁路桥梁检养修管理系统，使得高铁桥梁设备病害显性化。
路局组织开发的铁路桥梁检养修管理系统，是将铁路桥梁建筑物修理规则中的规定和专业管理流程、生产流程全面转化为信息系统管理模式。全面推广使用后，将会大大减轻内业台帐填写的负担，更重要的是，它大大提升了现场设备检查质量，从而能够提供全面真实可靠的设备状态，为养修计划、大修整治计划的安排提供第一手的资料，从而使得设备养修成本投入决策更加科学合理。因此该套系统在高铁桥梁车间、工区进行推广使用，并在使用过程广泛收集合理的建议和意见，为系统的完善提供支持，目前检查部分在高铁车间、工区应用较好。
2.2 研究大型特殊结构桥梁养修技术标准及开展维修整治工作
(1)积极研究探索大型特殊结构桥梁的养修管理技术标准。
南京大胜关长江大桥在建设中采用了很多新技术、新工艺、新结构、新材料，如大吨位球型钢支座、正交异性整体钢桥面板、三主桁受力结构、Q420qE新钢材、拱桁多边形吊杆等，如何才能管养好这座大桥是我们面临的课题和任务。为此，我单位在总结南京长江大桥、芜湖长江大桥等特大型钢梁桥长期运营管理经验的基础上，联合大胜关大桥的设计单位、施工单位、钢梁制造单位，针对大胜关大桥采用的新材料、新结构、新工艺进行重点研究，初步制定了大胜关大桥各部分结构的检查评判标准和养护技术标准，编制了大桥养护技术手册，为大桥的日常养修管理提供依据和标准。
(2)在做好高速铁路桥梁设备检查的基础上开展高铁桥梁设备的维修工作。
高铁桥梁设备主体结构状态较好，但附属结构施工遗留问题较多，为了确保主体附属设施结构状态的均衡，保证作业人员的人身安全和设备的使用寿命。自2012年开始对高铁桥梁设备开展维修整治工作，重点对桥梁支座、防落梁装置、进人孔检查梯、墩台吊围栏、梁内排水管、桥面声风屏障以及栏杆地脚螺栓等项目进行周期性维修，对防落梁与支撑垫石间距过小等问题进行整治。为确保维修作业的安全和质量，采取将委外施工队伍的劳务人员交由车间、工区管理，抽调专职人员负责现场维修作业安全质量管理，从安全教育、月计划的编制、日计划的安排、每日安全预想、过程管理等实施全过程管理。截止目前已经完成了645多孔桥梁维修、30 km的声风屏障的涂油、动走线联络桥梁20 km护轨的整治工作，以及一些单项的保养整治工作。通过此种模式，施工队伍人员相对固定、作业技能水平不断提高，安全质量责任意识不断增加，确保维修、保养、整治的作业质量和作业安全。
(1)了解掌握高速铁路桥梁设备的特点和规律是做好高速铁路桥梁设备管理的基础。
高铁特别是无砟高铁桥梁设备有其自身的特点和规律，如高铁桥梁对外部环境如堆土、施工的影响较为敏感，且一旦发生病害可能直接影响桥上轨道线路的稳定和安全。简支梁的徐变上拱变形、大跨度连续梁温度伸缩变化、系杆拱桥、大型特殊结构桥梁的变形变化等对轨道线路平顺性的影响还有待进一步研究分析和总结。因此，研究掌握高铁桥梁设备的变化规律和特点任重道远。
(2)坚持不懈地探索管理模式和创新作业方式是做好高速铁路桥梁设备的养修管理工作的出路。
例如检查工作是准确掌握高铁桥梁设备状态的主要手段，为了保证检查工作的全面落实，我们制定各项检查制度和标准，也制定了各项规章制度和要求。但高铁桥梁设备的检查管理面临着管辖区间长、人员少、设备数量大等难点。我们的观点是必须从检查手段和方式上进行彻底的变革，改变传统以人工检查为主的模式，采用在线监测技术、可视化监控技术、无人机监控技术等先进的手段和方式。同时培养提高检查人员的专业能力和技能水平，提高检查工作的质量和标准。根据高铁桥梁设备状态的现状实际，科学合理地研究制定检查的周期和病害评判标准。同时可考虑引进专业桥梁设备检查评估队伍，为桥梁设备的检查检测提供专业化服务。
高铁桥梁设备的维修整治工作要建立免维修、少维修的理念，积极推广使用新材料、新工艺、新设备，提高设备整体质量，延长设备使用寿命。同时在实施过程要培育专业化的养修队伍，集中时间、集中人力物力进行集中修理，既能保证作业质量又能确保行车安全和劳动安全。
(3)培养专业人才队伍、提高人员专业技术能力和水平是做好高速铁路桥梁设备的专业化管理工作的关键。
无论是对高铁桥梁设备的日常养修管理工作的分析总结，研究其变化发展的规律和特点，还是创新探索养修管理模式和检查养修管理方式，均离不开人的管理行为。因此，专业管理人才的培养，现场作业人员的培训和锻炼，至关重要。
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(编辑：赵立红 白雪)
Practice and Thinking for the Management of High-speed Railway Bridges
LIU Zhiqing
(Shanghai Railway Bureau,Nanjing 210015,China)
Abstract：High-speed railway bridge facilities are featured by large amount and many structural types which puts forward to higher requirements for maintenance personal, equipment and method. Based on summary of practical experience of the maintenance of high-speed railway bridge facilities, structural health monitoring system(SHMS) and video monitoring technology is proposed to be adopted as the auxiliary means for the manual inspection to achieve real-time monitoring and timely examination of the facilities. Unmanned aerial vehicle (UAV) technology is explored to be used as an inspection method for the inaccessible parts, solving the series problems of few inspectors, much inspection workload and unable to inspect. We also strive to research and explore maintenance technical standards for bridges with large and special structures, and carry out maintenance and renovation actively.
Key words：bridge facilities; inspection; maintenance; monitoring; visualization
收稿日期：2017-02-08
作者简介：刘志清(1980-)，女，高级工程师。 引文格式：刘志清.高速铁路桥梁管理工作的实践与思考[J].高速铁路技术，2017,8(3)：89-93. LIU Zhiqing.Practice and Thinking for the Management of High-speed Railway Bridges [J].High Speed Railway Technology,2017,8(3):89-93.
文章编号：1674—8247(2017)03—0089—05
中图分类号：U445.7
文献标志码：A