英國(guó)橋梁基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。根據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)，除英國(guó)交通部直管的特大型橋梁外，還有71505座大、中、小型橋梁，其中有結(jié)構(gòu)缺陷的為3061座，占全部橋梁的4.3%。這個(gè)比例盡管不大，但全英大部分橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施始建年代久遠(yuǎn)，加之交通壓力持續(xù)增大，并常年遭受降雨及極端天氣影響，橋梁的結(jié)構(gòu)健康安全和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用問(wèn)題令人擔(dān)憂。那么，傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)養(yǎng)護(hù)是否需要一次徹底的“范式轉(zhuǎn)換”？

　　財(cái)政重壓之下的橋梁養(yǎng)護(hù)成本選擇

　　作為倫敦地標(biāo)性建筑之一的哈默史密斯橋(Hammersmith Bridge),正處于封閉大修狀態(tài)，禁止一切機(jī)動(dòng)車(chē)和行人通行。這強(qiáng)烈地提醒人們，一套成熟全面的橋梁維護(hù)整治方案是多么重要。

　　鑄鐵“大基座”的連接桿裂縫于2019年4月被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)易的維護(hù)。該連接桿固定著有130年歷史的懸索橋主塔。至2020年8月，橋梁宣布完全關(guān)閉，工程師們通過(guò)近距離檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，橋上多處鑄鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，比2019年有明顯惡化的跡象，于是開(kāi)始籌集資金準(zhǔn)備大修。2020年，哈默史密斯大橋因多處鐵架支撐老化和弱化而被迫關(guān)閉。

　　預(yù)計(jì)整個(gè)維修過(guò)程中，首先需要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間來(lái)了解所有基座的狀況；然后用7個(gè)月的時(shí)間、1390萬(wàn)英鎊進(jìn)行臨時(shí)穩(wěn)定工作；最后還需要21個(gè)月、3200萬(wàn)英鎊進(jìn)行永久性穩(wěn)定工作。

　　哈默史密斯橋上的裝飾結(jié)構(gòu)物維護(hù)費(fèi)用是非常昂貴的，但它也為英國(guó)其他老化的橋梁提供了養(yǎng)護(hù)預(yù)算的案例，即在保障安全的前提下，通過(guò)不斷計(jì)算而延緩橋梁的維修時(shí)間。大橋的封閉從表面上來(lái)看是一則社會(huì)新聞，但對(duì)于工程師而言，這只是一種盡力節(jié)省成本的方案。延遲橋梁的維修，其目的是節(jié)省養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，但需要量化分析的結(jié)果。

　　工程師要學(xué)會(huì)把全壽命橋梁養(yǎng)護(hù)工作的全過(guò)程成本盡可能地量化出來(lái)，這與量化一項(xiàng)社會(huì)政策同樣重要，這種能力是現(xiàn)代國(guó)家治理的重要一環(huán)。成本中應(yīng)該包括碳排放成本、時(shí)間成本、人力培養(yǎng)成本等新時(shí)期的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

　　建立長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)協(xié)議制度

　　根據(jù)土木工程師協(xié)會(huì)與RAC Foundation英國(guó)交通基金會(huì)的研究，在英格蘭、蘇格蘭和威爾士，有超過(guò)3000座郡級(jí)議會(huì)管理的公路橋梁被評(píng)為“結(jié)構(gòu)缺陷橋梁”。因此，人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心這些建筑物的狀況。

　　對(duì)于橋梁所有者和工程師而言，有效地延長(zhǎng)現(xiàn)有資產(chǎn)壽命的方法和技術(shù)，至關(guān)重要。

　　布里斯托大學(xué)土木工程系的Maria Pregnolato教授表示，定期進(jìn)行結(jié)構(gòu)維護(hù)以及引入國(guó)家數(shù)據(jù)日志制度，將有助于行業(yè)更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。建立國(guó)家橋梁清單庫(kù)將有助于定期維護(hù)制度的定義與執(zhí)行，并確認(rèn)、統(tǒng)籌優(yōu)先補(bǔ)救的對(duì)象。其中，識(shí)別脆弱的結(jié)構(gòu)以及后果的嚴(yán)重性，對(duì)于基建安全至關(guān)重要。

　　另外，開(kāi)發(fā)和使用數(shù)據(jù)收集與維護(hù)協(xié)議，可以促進(jìn)信息從一位管理者有序傳遞至下一位管理者，以確保結(jié)構(gòu)管理的連續(xù)性。

　　通過(guò)指定長(zhǎng)期維護(hù)合同，可以減少養(yǎng)護(hù)單位之間因多次傳遞信息而導(dǎo)致的信息丟失風(fēng)險(xiǎn)。倫敦交通技術(shù)顧問(wèn)團(tuán)主席Satbir Gill表示，長(zhǎng)期的合作關(guān)系可以改善服務(wù)交付。以英國(guó)的經(jīng)驗(yàn)看，企業(yè)與政府、企業(yè)之間的合同期越長(zhǎng)，對(duì)地方當(dāng)局的好處就越多。這就像租種土地，在一個(gè)長(zhǎng)期合同之下，農(nóng)戶或企業(yè)才會(huì)考慮技術(shù)改進(jìn)，因?yàn)橛凶銐蜷L(zhǎng)的時(shí)間供這些企業(yè)盈利。對(duì)政府而言，也將更多的養(yǎng)護(hù)責(zé)任轉(zhuǎn)移給承包商，這是一個(gè)雙贏的資產(chǎn)管理計(jì)劃。

　　“相比于橋梁竣工交付時(shí)的盛大場(chǎng)面，后期的橋梁維護(hù)可能不是一項(xiàng)迷人的工作。但是，我堅(jiān)持認(rèn)為，這是每個(gè)橋梁工程師要承擔(dān)的最有意義的工作。對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估分析與補(bǔ)救、制定更新的標(biāo)準(zhǔn)，是我整個(gè)職業(yè)生涯中，最復(fù)雜和最具挑戰(zhàn)的部分。這也可以說(shuō)是一種設(shè)計(jì)，需要在結(jié)構(gòu)物養(yǎng)護(hù)過(guò)程中理解最初的設(shè)計(jì)思路。”Denton院士還表示，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的橋梁工程師而言，扎實(shí)的資產(chǎn)管理技能與對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)惡化過(guò)程的理解程度是非常重要的兩點(diǎn)。有制度、有技術(shù)，更要有理解、能計(jì)算，這體現(xiàn)在橋梁檢測(cè)中就是一次范式的轉(zhuǎn)換。

　　范式轉(zhuǎn)換：從收集動(dòng)態(tài)縱向數(shù)據(jù)開(kāi)始

　　我們需要重新審視使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如何標(biāo)記已知和未知的缺陷，以及給橋梁檢測(cè)團(tuán)隊(duì)使用能增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況理解能力的數(shù)字工具。了解橋梁構(gòu)件及其環(huán)境變化，必須依靠有價(jià)值的信息。但現(xiàn)實(shí)是，我們目前對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查的方式還基本停留在獲取片段信息的階段。我們應(yīng)該更關(guān)注情況變化的趨勢(shì)和速度，而非依靠收集某時(shí)間節(jié)點(diǎn)的信息并加以分析。而由定點(diǎn)照片式（Snapshot）數(shù)據(jù)推導(dǎo)的結(jié)論都存在統(tǒng)計(jì)學(xué)缺陷，不足以指導(dǎo)最佳決策。因?yàn)榭偟膩?lái)說(shuō)，一個(gè)事實(shí)就是，目前落后的收集信息方式導(dǎo)致我們只掌握片面且片段的信息，而我們還在使用它們預(yù)測(cè)未來(lái)。過(guò)去的思維慣性不可能短期被打破，但探索和采用包括無(wú)人機(jī)、機(jī)器深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的新技術(shù)，對(duì)于改善行業(yè)捕獲和使用橋梁資產(chǎn)數(shù)據(jù)的方式至關(guān)重要。整個(gè)行業(yè)、私營(yíng)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，可以做更多的事情來(lái)共同開(kāi)發(fā)技術(shù)解決方案。

　　這種變化需要大量投資。早在2020年3月份，英國(guó)土木交通行業(yè)的預(yù)算公告中就包括了6400億英鎊的投資承諾，用于改善該國(guó)的路橋基建和相關(guān)研究。

　　但是在此之后，新冠病毒大流行對(duì)英國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了前所未有的影響，這不由得讓人懷疑老化的橋梁基礎(chǔ)設(shè)施將如何及時(shí)地獲得重大投資。

　　因此，當(dāng)資金不足時(shí)，橋梁工程師面臨的主要挑戰(zhàn)之一是更精確地計(jì)算和傳遞橋梁養(yǎng)護(hù)的成本計(jì)算結(jié)果。尤其是面對(duì)公共投資的商業(yè)案例和公眾質(zhì)詢(xún)時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。

　　對(duì)于政府而言，往往需要對(duì)投資做出戰(zhàn)略方向的判斷。那么錢(qián)應(yīng)該花在橋梁養(yǎng)護(hù)上還是醫(yī)院學(xué)校上，這是非常困難的問(wèn)題，需要足夠的接近真實(shí)的信息，同時(shí)需要大量科學(xué)計(jì)算。

　　因此，Denton院士認(rèn)為：橋梁工程界有責(zé)任闡明不同決定的量化成本和量化后果。

　　技術(shù)支持下的縱向數(shù)據(jù)獲取

　　英國(guó)很早就確立了預(yù)防性養(yǎng)護(hù)為主、糾正性養(yǎng)護(hù)為輔的策略。無(wú)人機(jī)等都是新的科技手段，但在人們追逐熱點(diǎn)的同時(shí)，我想強(qiáng)調(diào)一些容易被忽視的點(diǎn)。其實(shí)只依靠一些簡(jiǎn)單的技術(shù)投入，同樣可以獲得很多有效數(shù)據(jù)，進(jìn)而填補(bǔ)一個(gè)領(lǐng)域防災(zāi)減災(zāi)的空白。

　　2020年12月，昆斯費(fèi)里大橋安裝了積冰監(jiān)測(cè)傳感器。眾所周知，蘇格蘭是高緯度地區(qū)，秋冬季節(jié)溫度較低，受到來(lái)自北大西洋的西南暖風(fēng)洋流影響，使得本地濕度很大，風(fēng)向大多數(shù)時(shí)間較為穩(wěn)定。但每月總有1/4到1/3的時(shí)間不是西南暖風(fēng)，而是來(lái)自西北冰島方向的濕冷風(fēng)和來(lái)自歐洲大陸方向的干冷風(fēng)，這就使蘇格蘭地區(qū)的橋梁設(shè)施暴露在一種較為劇烈的溫度與濕度變化之中，導(dǎo)致昆斯費(fèi)里大橋主塔和斜拉索在冬季出現(xiàn)大量露水甚至積冰。這對(duì)橋梁耐久性是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

　　在昆斯費(fèi)里大橋主塔頂部向東望去，著名的福斯公路橋和福斯鐵路橋都籠罩在陰雨之中，這是英國(guó)尤其是蘇格蘭冬季常見(jiàn)的天氣。

　　我們不能單純地依靠鋼纜在實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)反饋，實(shí)驗(yàn)室也不可能模擬全部真實(shí)的氣候微觀變化與作用；同樣的，我們也不可能完全借鑒其他橋梁的養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)槊孔鶚蚨加凶约旱奶厥庑?，需要精?xì)地分析對(duì)待。因此，為了研究昆斯費(fèi)里大橋斜拉索上積冰問(wèn)題，我們決定在橋頂?shù)炔课话仓眯滦偷姆e冰傳感器，用于測(cè)量風(fēng)速、露點(diǎn)溫度和相對(duì)濕度等因素。當(dāng)這些因素條件成熟時(shí)，我們就知道，斜拉橋的纜索和塔架很可能已經(jīng)出現(xiàn)結(jié)冰。

　　肉眼可見(jiàn)的是，大風(fēng)過(guò)后仍然殘留的長(zhǎng)期積冰，但我們往往忽略大量冰體短期附著，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的壓力與損傷。這個(gè)過(guò)程在福斯河口每次只持續(xù)10-15分鐘，而傳感器將使人們更好地了解積冰發(fā)生的條件、各結(jié)構(gòu)被冰附著的時(shí)長(zhǎng)，以便專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)做出評(píng)估。同時(shí)，由此形成了一套數(shù)據(jù)，可供任何計(jì)算機(jī)查看并分析。如果設(shè)置匯報(bào)頻率為每10分鐘更新一次，那么我們就可以獲得連續(xù)數(shù)據(jù)，用來(lái)監(jiān)控結(jié)冰對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而決定實(shí)施必要的人工檢測(cè)、除冰行動(dòng)或者干脆按兵不動(dòng)。這樣，大橋的養(yǎng)護(hù)將更有效率。期待公眾也可以看到這些數(shù)據(jù)，讓大家對(duì)橋梁維修和關(guān)閉時(shí)間有所預(yù)判并充分理解。這就是我們所講的“從制度、技術(shù)，到計(jì)算、做決定”的養(yǎng)護(hù)范式升級(jí)。

　　關(guān)于英國(guó)“產(chǎn)-學(xué)-研”結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)

　　早在20世紀(jì)50年代，英國(guó)政府就在資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、聯(lián)合開(kāi)發(fā)、協(xié)同共贏的原則下，對(duì)重點(diǎn)企業(yè)、知名高校、科研院所以及橋梁和相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)家和行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與技術(shù)中心等優(yōu)勢(shì)資源進(jìn)行過(guò)一次大的整合，由此派生出新的高校專(zhuān)業(yè)、新的科研項(xiàng)目、新的任務(wù)小組直至今天。

　　成果轉(zhuǎn)化的前提是巨大的市場(chǎng)需要，這需要民間、媒體、研究部門(mén)敏銳的發(fā)現(xiàn)、自覺(jué)的總結(jié)，還需要有市場(chǎng)出口讓善于觀察、有創(chuàng)新能力的個(gè)人和公司脫穎而出，把科研成果放到市場(chǎng)中去檢驗(yàn)。同時(shí)，相關(guān)的協(xié)會(huì)、政府部門(mén)要做好自己的推薦、咨詢(xún)、組織工作。

　　Denton院士最后強(qiáng)調(diào)：“每個(gè)國(guó)家都有只屬于本國(guó)自己的特殊國(guó)情，沒(méi)有必要套用其他國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，但可以吸取英國(guó)的教訓(xùn)，尋找適合自己的發(fā)展道路。就像我常講的，橋梁科技是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。有資金投入、人才專(zhuān)業(yè)化程度、材料水平、裝備水平、信息化程度等行業(yè)內(nèi)因素，還有如法律、市場(chǎng)、國(guó)家意志等外部因素。我認(rèn)為，英國(guó)在橋梁科技方面最成功的經(jīng)驗(yàn)就是：尊重市場(chǎng)規(guī)律、優(yōu)勝劣汰，重視工程項(xiàng)目中的法律約束力，希望我的分享對(duì)橋梁同行有所啟發(fā)。”