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截至2024年底，我國(guó)高速公路里程達(dá)到19萬(wàn)公里，并建成約400座主跨徑在400米以上的大跨纜索橋梁。繼深中通道、黃茅海通道建成通車后，獅子洋大橋、張靖皋長(zhǎng)江公路大橋、蘇通長(zhǎng)江第二公路大橋、花江峽谷大橋等高速公路大跨纜索橋梁項(xiàng)目建設(shè)正如火如荼，大跨纜索橋梁的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)已經(jīng)成為交通強(qiáng)國(guó)和體現(xiàn)交通新質(zhì)生產(chǎn)力的重要標(biāo)志。

我國(guó)早期建成的大跨纜索橋梁，部分主要結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量缺陷、功能退化和運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。如何保障全生命周期高速公路纜索橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期性能和可靠運(yùn)行面臨挑戰(zhàn)：早期建成的高速公路大跨纜索橋梁出現(xiàn)部分結(jié)構(gòu)和材料加速老化情況，并出現(xiàn)一定數(shù)量的三類、四類橋梁；大跨纜索橋梁在設(shè)計(jì)、施工、制造等階段因標(biāo)準(zhǔn)或能力問(wèn)題遺留結(jié)構(gòu)質(zhì)量通病和安全隱患，威脅到結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期性能；一段時(shí)期以來(lái)，重建輕養(yǎng)造成維養(yǎng)資源投入、安全保護(hù)措施、養(yǎng)護(hù)技術(shù)儲(chǔ)備不足，以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和病害處治不及時(shí)等問(wèn)題導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生；大交通量、混雜重貨運(yùn)輸及?；\(yùn)輸通道等復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境及高腐蝕自然環(huán)境對(duì)纜索橋梁使用和可靠運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅；一些運(yùn)營(yíng)主體單位因碎片化、感性化、隨意化和非專業(yè)化的不恰當(dāng)管理行為造成危險(xiǎn)處置不及時(shí)、不到位，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)要素的積聚和災(zāi)變。

2024年發(fā)生的高速公路路基護(hù)坡塌陷和沖刷致塌橋造成重大人員傷亡等多起特別重大安全事故，或?qū)⒖赡茉诖罂缋|索橋梁發(fā)生并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)災(zāi)變。因此，行業(yè)及管理相關(guān)各方需要高度重視，從實(shí)際需求和新質(zhì)發(fā)展出發(fā)，系統(tǒng)構(gòu)建安全管控與技術(shù)行動(dòng)方法論，指導(dǎo)高速公路纜索橋梁運(yùn)營(yíng)管理實(shí)踐。

纜索橋梁安全運(yùn)營(yíng)管理體系主要用于解決可靠運(yùn)行的本質(zhì)安全認(rèn)識(shí)問(wèn)題和本質(zhì)安全保障管控技術(shù)體系問(wèn)題。

▲安全運(yùn)營(yíng)管控技術(shù)體系框架

運(yùn)營(yíng)管理本質(zhì)安全

本質(zhì)安全是指從纜索橋梁運(yùn)營(yíng)的主客體、構(gòu)成要素及發(fā)展規(guī)律出發(fā)，通過(guò)有效的因素識(shí)別與管控手段避免超越安全界限的橋梁損傷出現(xiàn)。安全界限可以設(shè)定為橋梁評(píng)定質(zhì)量等級(jí)和結(jié)構(gòu)分項(xiàng)質(zhì)量閾值，以及安全風(fēng)險(xiǎn)管控任務(wù)責(zé)任指標(biāo)。

本質(zhì)安全遵循人理、事理和物理，采用一定的技術(shù)和管理手段主動(dòng)干預(yù)和提前保護(hù)，對(duì)多維度多層面要素實(shí)施管控，保證事物本體構(gòu)成核心要素?zé)o危險(xiǎn)威脅并且不受到損害，從而確保不發(fā)生災(zāi)變或?qū)p害控制在可以承受的范圍之內(nèi)?；诒举|(zhì)安全和耗散結(jié)構(gòu)理論的有機(jī)結(jié)合，建立纜索橋梁安全運(yùn)營(yíng)開(kāi)放耗散系統(tǒng)，達(dá)到可靠運(yùn)行環(huán)境輸入（荷載、風(fēng)振、溫變）與能量耗散（材料變形、阻尼耗能、結(jié)構(gòu)振動(dòng)）的動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)構(gòu)建熵變模型，量化纜索橋梁結(jié)構(gòu)損傷累積熵增和維護(hù)修復(fù)熵減的競(jìng)爭(zhēng)與平衡關(guān)系，以及構(gòu)成本質(zhì)安全物質(zhì)要素、管理要素和運(yùn)行條件的平衡態(tài)。

本質(zhì)安全從構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)事件的基本要素及因果關(guān)系出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期性能健康監(jiān)測(cè)和安全在線AI監(jiān)控指揮系統(tǒng)，識(shí)別、分析、評(píng)估任何可能致災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)因素。依據(jù)安全要素條件特征和運(yùn)營(yíng)主體責(zé)任，可將安全因素系統(tǒng)性分為內(nèi)因安全和外因安全。

內(nèi)因安全從運(yùn)營(yíng)條件的耐用性出發(fā)，將正常荷載作用下，工程因設(shè)計(jì)缺陷或施工不規(guī)范造成的結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷、維養(yǎng)不及時(shí)積累的結(jié)構(gòu)損傷、結(jié)構(gòu)本身的自然老化等引起的主體結(jié)構(gòu)破壞，以及管理不到位造成的損害控制在安全界限內(nèi)。外因安全從使用條件的突發(fā)性出發(fā)，將非正常荷載或不可控自然災(zāi)害、人為破壞等外部條件和突變環(huán)境激勵(lì)下引起結(jié)構(gòu)即時(shí)破壞或因損傷導(dǎo)致的延時(shí)破壞控制在安全界限內(nèi)。

通常情況下，內(nèi)因安全問(wèn)題導(dǎo)致災(zāi)害事故發(fā)生，運(yùn)營(yíng)單位負(fù)直接責(zé)任，外因安全問(wèn)題導(dǎo)致災(zāi)害事故發(fā)生，公路使用單位或破壞者負(fù)有直接責(zé)任。運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中對(duì)涉及內(nèi)因安全和外因安全的風(fēng)險(xiǎn)因素加以分類分級(jí)，根據(jù)安全管理第一責(zé)任主體職能要求提出針對(duì)性管理要求和應(yīng)急反應(yīng)策略。

▲內(nèi)因安全和外因安全的分類分級(jí)管理策略清單

本質(zhì)安全保障技術(shù)體系

本質(zhì)安全實(shí)現(xiàn)原理 基于本質(zhì)安全開(kāi)放系統(tǒng)熵增熵減動(dòng)態(tài)平衡，筆者提出了常態(tài)化安全運(yùn)營(yíng)的“因緣耦合迭代”“任務(wù)單元分級(jí)遞進(jìn)”“點(diǎn)、線、面、體目標(biāo)一致”等實(shí)現(xiàn)原理。

▲任務(wù)單元分級(jí)遞進(jìn)原理

將因緣耦合迭代原理界定為安全要素、安全條件、安全資源之間的相互關(guān)聯(lián)、相互作用、相互影響，不斷重組更新，并形成有機(jī)統(tǒng)一的閉合整體，使系統(tǒng)從無(wú)序走向有序，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的過(guò)程。

▲因緣耦合迭代原理

任務(wù)單元遞進(jìn)原理是指根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各管理要素之間的基本關(guān)系，建立以目標(biāo)、業(yè)務(wù)、資產(chǎn)、信息等不同對(duì)象單元預(yù)期分層分級(jí)子系統(tǒng)之間等量關(guān)系的方法。任務(wù)單元遞進(jìn)原理從管理學(xué)視角出發(fā)，將系統(tǒng)整體工作安全任務(wù)根據(jù)組織關(guān)系、業(yè)務(wù)職能或?qū)I(yè)分工等分解為無(wú)數(shù)可執(zhí)行的子系統(tǒng)任務(wù)，每一個(gè)子系統(tǒng)可作為獨(dú)立任務(wù)單元，在任務(wù)完成過(guò)程中，更高層組織單元可督導(dǎo)和賦能低層面組織單元。

點(diǎn)、線、面、體目標(biāo)一致原理是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)，只有每個(gè)點(diǎn)的安全才有線的安全，只有每一條線的安全才有面的安全，只有每個(gè)面的安全才能保證整體的安全，只有每個(gè)點(diǎn)、每條線、每個(gè)面的安全才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體安全，點(diǎn)、線、面、體目標(biāo)的一致性見(jiàn)之于組織行為的一致性。

本質(zhì)安全管理理論 “預(yù)防為主、綜合治理”的治未病思維，為纜索橋梁本質(zhì)安全和可靠運(yùn)行提供了預(yù)防性管理方法。預(yù)防性管理是指在工程實(shí)踐中通過(guò)信息收集、要素提取、邏輯推導(dǎo)、認(rèn)知判斷等技術(shù)行為過(guò)程，預(yù)知事件可能產(chǎn)生的不同結(jié)果，決策排查和有計(jì)劃、有組織、有執(zhí)行、有管控、有效能地消除不良誘導(dǎo)因素的主觀能動(dòng)活動(dòng)，從而建立一套包含事前謀劃、事中控制、事后評(píng)價(jià)的全過(guò)程主動(dòng)干預(yù)“治未病”式管控方法。

▲預(yù)防性管理理論框架

基于本質(zhì)安全特征和預(yù)防性管理思維，以及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生、演化、運(yùn)行規(guī)律，多維度考慮安全運(yùn)營(yíng)事務(wù)管理中涉及安全的人、物、時(shí)、空、勢(shì)等要素的因果關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立起控制風(fēng)險(xiǎn)、避免危機(jī)、最大程度實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)營(yíng)目標(biāo)的方法體系，稱為預(yù)防性管理理論。理論內(nèi)核、理事原則與系統(tǒng)目標(biāo)等形成了預(yù)防性管理理論框架。其中，理論內(nèi)核是預(yù)防性管理理論的核心思想，包含因緣耦合迭代原理、任務(wù)單元遞進(jìn)原理與點(diǎn)線面體目標(biāo)一致原理；理事原則是預(yù)防性管理的處事法則，包含處事過(guò)程中所遵循的完善制度法則、高效執(zhí)行方法、賦能控制方略等內(nèi)容；系統(tǒng)目標(biāo)是預(yù)防性管理理論的實(shí)現(xiàn)價(jià)值，指管理活動(dòng)過(guò)程遵循理論內(nèi)核和運(yùn)用理事原則以實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)。預(yù)防性管理建立起事件因果條件和主客體行為關(guān)系，以及時(shí)間、空間、環(huán)境等多維度關(guān)聯(lián)關(guān)系，在組織和文化保障下精準(zhǔn)高效實(shí)現(xiàn)預(yù)期的安全目標(biāo)。

▲點(diǎn)線面體目標(biāo)一致原理

安全運(yùn)營(yíng)管控技術(shù)體系 基于安全運(yùn)營(yíng)理論及原理構(gòu)建涵蓋整體安全“建管養(yǎng)用一體化”、資源要素“四個(gè)一體化”、維養(yǎng)安全“四位一體”、使用安全“三巡兩檢一控制”和應(yīng)急預(yù)防“可靠運(yùn)行前處置”等在內(nèi)的保障纜索橋梁安全運(yùn)營(yíng)的管控技術(shù)體系。應(yīng)急性安全管控技術(shù)包括保障“有急能應(yīng)、無(wú)急可應(yīng)”的、應(yīng)急預(yù)防“可靠運(yùn)行前處置”技術(shù)方法。運(yùn)營(yíng)安全技術(shù)平臺(tái)是利用智能物聯(lián)手段實(shí)現(xiàn)常態(tài)性安全和應(yīng)急反應(yīng)的數(shù)字化管理平臺(tái)。該平臺(tái)在常態(tài)性安全管理技術(shù)和應(yīng)急性安全管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，將安全管理對(duì)象細(xì)分為生產(chǎn)安全、保通安全、結(jié)構(gòu)安全和?；\(yùn)輸安全等，并針對(duì)每個(gè)不同對(duì)象建立既獨(dú)立運(yùn)行又相互關(guān)聯(lián)的安全管理系統(tǒng)，并與智能物聯(lián)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一起形成可靠的安全運(yùn)營(yíng)智慧管控平臺(tái)。

▲維養(yǎng)安全與使用安全關(guān)系圖

基于整體安全的“建管養(yǎng)用一體化”方法是指在“整體規(guī)劃思維”和資源要素“四個(gè)一體化”模式指導(dǎo)下，有機(jī)結(jié)合維養(yǎng)安全“四位一體”技術(shù)方法與使用安全“三巡兩檢一控制”技術(shù)方法，定期對(duì)質(zhì)量和安全等核心業(yè)務(wù)與指標(biāo)開(kāi)展綜合分析、評(píng)價(jià)、反饋，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展業(yè)務(wù)管控計(jì)劃的決策與實(shí)施。

本質(zhì)安全管控技術(shù)體系為安全運(yùn)營(yíng)治理體系現(xiàn)代化提供系統(tǒng)性支撐，而構(gòu)建“建管養(yǎng)用一體化”管理系統(tǒng)和安全運(yùn)營(yíng)數(shù)智管控系統(tǒng)及平臺(tái)，可大幅提升安全運(yùn)營(yíng)管控效能，為實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)營(yíng)治理能力現(xiàn)代化提供新質(zhì)支撐。

構(gòu)建專業(yè)數(shù)字化管理模型和全資產(chǎn)、全要素、全流程數(shù)字化表征的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu)，開(kāi)發(fā)安全運(yùn)營(yíng)數(shù)智管控平臺(tái)。專業(yè)數(shù)字化管理模型（Professional Digital Management Model，簡(jiǎn)稱“PDM模型”）按照資產(chǎn)價(jià)值規(guī)律，規(guī)范法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及新技術(shù)、新方法與執(zhí)行細(xì)則的內(nèi)容和管控邊界，利用新一代信息技術(shù)，建立全資產(chǎn)、長(zhǎng)壽命、全要素的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系?；赑DM模型開(kāi)發(fā)全資產(chǎn)管理平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)全要素的有效管控，同時(shí)有效提升監(jiān)督、管理和服務(wù)效能。

▲PDM模型

結(jié)合公路資產(chǎn)和安全運(yùn)營(yíng)特征，設(shè)計(jì)了公路PDM模型和路產(chǎn)數(shù)字化字典。其參照國(guó)家規(guī)范和部頒編碼標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)編碼規(guī)則和精細(xì)化管理要求，在公路單項(xiàng)工程養(yǎng)護(hù)位置16位編碼基礎(chǔ)上，增加路產(chǎn)四級(jí)單元16位編碼，拓展為32位，依據(jù)全資產(chǎn)內(nèi)容、全要素信息、全事務(wù)過(guò)程等管理需求，編撰形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu)，開(kāi)發(fā)并集成養(yǎng)護(hù)、安全等專業(yè)管理系統(tǒng)，構(gòu)建安全運(yùn)營(yíng)數(shù)智管控平臺(tái)。

▲公路PDM模型

基于PDM模型和安全運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)體系，開(kāi)發(fā)“建養(yǎng)管用一體化”數(shù)智運(yùn)維平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)。

基于PDM模型、總體規(guī)劃思維、“建管養(yǎng)用一體化”方法、“四個(gè)一體化”模式，采用統(tǒng)一數(shù)字字典技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、移動(dòng)物聯(lián)技術(shù)和病害智能識(shí)別技術(shù)，開(kāi)發(fā)建管養(yǎng)用一體化數(shù)智運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)涵蓋高速公路橋梁項(xiàng)目路產(chǎn)資產(chǎn)庫(kù)等9個(gè)專業(yè)，“單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程參數(shù)、分項(xiàng)工程位置”四級(jí)單元結(jié)構(gòu)建設(shè)、資管、維養(yǎng)、使用全面業(yè)務(wù)的一體化管理。

▲PDM作用機(jī)制模型

另外，通過(guò)建設(shè)橋梁物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)來(lái)確保專業(yè)管理系統(tǒng)和管控平臺(tái)，以及其設(shè)備的正常運(yùn)行。本文依托珠江黃埔大橋采集了項(xiàng)目物聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施的核心參數(shù)，包括9類路產(chǎn)物聯(lián)設(shè)施、數(shù)字化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)中22個(gè)路產(chǎn)管控系統(tǒng)、58個(gè)物聯(lián)子系統(tǒng)總計(jì)4039個(gè)物聯(lián)單元的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障維修。

▲建管養(yǎng)用數(shù)智運(yùn)維平臺(tái)框架

基于運(yùn)營(yíng)安全管控體系和本質(zhì)安全分類分級(jí)管理，開(kāi)發(fā)安全運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)和數(shù)智管控系統(tǒng)。

數(shù)智管控系統(tǒng)作為安全運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)的技術(shù)核心，以預(yù)防為主，與快速救援相結(jié)合的防災(zāi)、減災(zāi)、治災(zāi)方法和技術(shù)對(duì)策，按照目標(biāo)單元遞進(jìn)原理和運(yùn)營(yíng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)急反應(yīng)的具體要求，將安全運(yùn)營(yíng)管理單元分為數(shù)字字典單元、組織管理單元、安全事件單元、安全管控單元、圖文檔案單元、移動(dòng)互聯(lián)單元，通過(guò)AI監(jiān)控及路政、養(yǎng)護(hù)等巡查方式，將數(shù)據(jù)信息與路政、養(yǎng)護(hù)、交警等部門(mén)的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)終端互聯(lián)，并實(shí)時(shí)推送、記錄、反饋，高效調(diào)動(dòng)各方資源快速處置。數(shù)智管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)事件快速發(fā)現(xiàn)、處置、救援、記錄、分析、評(píng)價(jià)、建檔等目標(biāo)。

▲安全運(yùn)營(yíng)數(shù)智管控系統(tǒng)框架

本文節(jié)選自《中國(guó)公路》雜志2025年第09期 

原標(biāo)題《數(shù)智賦能下高速公路纜索橋梁本質(zhì)安全管控體系構(gòu)建》

文/揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院 張少錦