[发明专利]一种中小跨径混凝土桥梁养护的决策方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到桥梁的养护领域，特指一种区域内中小跨径混凝土养护的决策方法。

背景技术

随着国民经济的不断发展，公路交通的作用和地位日益提高。桥梁是确保公路畅通的咽喉，其承载能力和通行能力是沟通全线的关键，直接影响经济效益和社会效益。我国在近30年建造了大量的桥梁，在使用过程中，由于车辆荷载、交通量不断增加，桥梁的负荷日趋加重，以及外界各种因素作用和影响，使桥梁结构产生病害，出现缺陷，严重影响其正常使用。在桥梁规模的迅速增长的同时，出现大量病害桥梁，危桥数量呈增长趋势。

对桥梁结构进行合理的养护，能显著改善桥梁的服务水平，提高结构的使用寿命。但实际上桥梁的养护维修并未得到有效的执行。一方面是桥梁管理部门仍停留在落后的管理模式和管理手段上，缺少科学的指导思想、系统的检测评价方法。另一方面是桥梁的养护资金往往不足以完成所有桥梁的维修需求，资源分配方面缺乏客观的评判标准和科学的决策手段。

目前的桥梁养护管理系统，普遍采用的技术方案为：通过对桥梁构件进行检查检测，运用层次分析法(AHP)对桥梁结构进行评估，并人为设定某一限值判定桥梁结构是否休要进行维护。检查与检测的方法以及人为限值的存在，意味着桥梁状态评估的原始数据以及判定原则存在人为因素。AHP法通过人为确定桥梁构件重要性，比较桥梁构件的重要性得到权重矩阵，偏离了真实情况。同时养护策略的对象往往仅为一座桥梁，无法考虑交通网络全局的最优状态，合理安排有限资金。

因此，上述决策方法存在以下问题：

(1)桥梁结构状态的合理评估手段。目前普遍使用的评估方法，是目视检查、仪器检测桥梁结构构件，运用AHP法计算得到桥梁结构的得分，并假定其退化规律。由于在检查检测、拟定AHP权重矩阵和假定退化规律的过程中人为因素不可以避免的存在，因此需要寻找更加客观的评估方法；

(2)养护决策的对象。对于主管部门而言，往往面临着在区域内合理安排预算资金，解决在什么时候对什么桥梁采用什么养护手段的问题。目前的养护策略优化对象为单个的桥梁项目，无法从交通网络效率的全局来进行合理的资金分配和优化；

(3)平衡养护成本和桥梁网络服务性能。人们总是期望能够用最小的代价获得到最好的服务，然而这是不现实的。桥梁网络服务性能的提高往往要求增加养护成本，这两个目标是相互冲突，它们之间如何平衡？从某种程度上而言就是要基于这两个目标，解决养护策略优劣判别标准的问题；

(4)计算手段。对于单个桥梁的养护决策，在一定年限内可以穷举所有策略并进行比较得到最优策略；当对象上升到桥梁网络以后，每增加一座桥梁，可能的养护策略成几何级数增长，造成所谓的组合爆炸问题，依靠穷举法寻找最优全局策略是一件非常低效且痛苦的事情。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、使用简便、适用范围广、可靠性好的中小跨径混凝土桥梁养护的决策方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种中小跨径混凝土桥梁养护的决策方法，其特征在于，步骤为：

(1)、确定决策对象和预测年限，决策对象为桥梁网络OD模型；

(2)、桥梁网络OD模型的识别：将图形形式的OD模型转化为数值形式的OD模型，并识别为可以用于决策计算的最小路集矩阵P；

(3)、建立养护策略的成本模型以及对OD模型进行事件树分析得到养护策略的效应模型：用于计算任一养护策略的两个目标函数值，桥梁网络连通可靠度R_nw和养护成本C_nw；并定义了非支配关系作为养护策略优劣的判别标准；

(4)、改进的非支配排序遗传算法：定义养护策略的编码方法，将桥梁网络连通可靠度R_nw和养护成本C_nw作为两个目标参与遗传进化，进行帕累托优化，寻找全局最优解；即，通过帕累托优化得到一个帕累托最优解集，在解集中选取合适帕累托最优策略。

作为本发明的进一步改进：

所述桥梁网络OD模型建立的步骤为：

(1)、桥梁网络OD模型中桥梁为节点、道路为弧；

(2)、实际桥梁之间的连通关系，在桥梁网络OD模型中用弧将对应的节点连接起来；

(3)、桥梁网络OD模型中道路是永不失效的；

(4)、桥梁网络OD模型中仅存在连通关系，忽略桥梁和道路的长度、宽度等信息。

所述桥梁网络OD模型识别的步骤为：