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截至2024年底，我國高速公路里程達到19萬公里，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、張靖皋長江公路大橋、蘇通長江第二公路大橋、花江峽谷大橋等高速公路大跨纜索橋梁項目建設正如火如荼，大跨纜索橋梁的建設和運營已經成為交通強國和體現交通新質生產力的重要標志。

我國早期建成的大跨纜索橋梁，部分主要結構已經出現嚴重質量缺陷、功能退化和運營安全風險等問題。如何保障全生命周期高速公路纜索橋梁結構長期性能和可靠運行面臨挑戰：早期建成的高速公路大跨纜索橋梁出現部分結構和材料加速老化情況，并出現一定數量的三類、四類橋梁；大跨纜索橋梁在設計、施工、制造等階段因標準或能力問題遺留結構質量通病和安全隱患，威脅到結構長期性能；一段時期以來，重建輕養造成維養資源投入、安全保護措施、養護技術儲備不足，以及風險預防和病害處治不及時等問題導致運營安全風險的發生；大交通量、混雜重貨運輸及危化運輸通道等復雜運行環境及高腐蝕自然環境對纜索橋梁使用和可靠運行造成嚴重威脅；一些運營主體單位因碎片化、感性化、隨意化和非專業化的不恰當管理行為造成危險處置不及時、不到位，進而引發風險要素的積聚和災變。

2024年發生的高速公路路基護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，或將可能在大跨纜索橋梁發生并導致結構災變。因此，行業及管理相關各方需要高度重視，從實際需求和新質發展出發，系統構建安全管控與技術行動方法論，指導高速公路纜索橋梁運營管理實踐。

纜索橋梁安全運營管理體系主要用于解決可靠運行的本質安全認識問題和本質安全保障管控技術體系問題。

▲安全運營管控技術體系框架

運營管理本質安全

本質安全是指從纜索橋梁運營的主客體、構成要素及發展規律出發，通過有效的因素識別與管控手段避免超越安全界限的橋梁損傷出現。安全界限可以設定為橋梁評定質量等級和結構分項質量閾值，以及安全風險管控任務責任指標。

本質安全遵循人理、事理和物理，采用一定的技術和管理手段主動干預和提前保護，對多維度多層面要素實施管控，保證事物本體構成核心要素無危險威脅并且不受到損害，從而確保不發生災變或將損害控制在可以承受的范圍之內。基于本質安全和耗散結構理論的有機結合，建立纜索橋梁安全運營開放耗散系統，達到可靠運行環境輸入（荷載、風振、溫變）與能量耗散（材料變形、阻尼耗能、結構振動）的動態平衡，同時構建熵變模型，量化纜索橋梁結構損傷累積熵增和維護修復熵減的競爭與平衡關系，以及構成本質安全物質要素、管理要素和運行條件的平衡態。

本質安全從構成風險事件的基本要素及因果關系出發，利用結構長期性能健康監測和安全在線AI監控指揮系統，識別、分析、評估任何可能致災的風險因素。依據安全要素條件特征和運營主體責任，可將安全因素系統性分為內因安全和外因安全。

內因安全從運營條件的耐用性出發，將正常荷載作用下，工程因設計缺陷或施工不規范造成的結構質量缺陷、維養不及時積累的結構損傷、結構本身的自然老化等引起的主體結構破壞，以及管理不到位造成的損害控制在安全界限內。外因安全從使用條件的突發性出發，將非正常荷載或不可控自然災害、人為破壞等外部條件和突變環境激勵下引起結構即時破壞或因損傷導致的延時破壞控制在安全界限內。

通常情況下，內因安全問題導致災害事故發生，運營單位負直接責任，外因安全問題導致災害事故發生，公路使用單位或破壞者負有直接責任。運營實踐中對涉及內因安全和外因安全的風險因素加以分類分級，根據安全管理第一責任主體職能要求提出針對性管理要求和應急反應策略。

▲內因安全和外因安全的分類分級管理策略清單

本質安全保障技術體系

本質安全實現原理 基于本質安全開放系統熵增熵減動態平衡，筆者提出了常態化安全運營的“因緣耦合迭代”“任務單元分級遞進”“點、線、面、體目標一致”等實現原理。

▲任務單元分級遞進原理

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聯、相互作用、相互影響，不斷重組更新，并形成有機統一的閉合整體，使系統從無序走向有序，從而實現預期目標的過程。

▲因緣耦合迭代原理

任務單元遞進原理是指根據系統內各管理要素之間的基本關系，建立以目標、業務、資產、信息等不同對象單元預期分層分級子系統之間等量關系的方法。任務單元遞進原理從管理學視角出發，將系統整體工作安全任務根據組織關系、業務職能或專業分工等分解為無數可執行的子系統任務，每一個子系統可作為獨立任務單元，在任務完成過程中，更高層組織單元可督導和賦能低層面組織單元。

點、線、面、體目標一致原理是指在一定區域范圍內，只有每個點的安全才有線的安全，只有每一條線的安全才有面的安全，只有每個面的安全才能保證整體的安全，只有每個點、每條線、每個面的安全才能實現系統的整體安全，點、線、面、體目標的一致性見之于組織行為的一致性。

本質安全管理理論 “預防為主、綜合治理”的治未病思維，為纜索橋梁本質安全和可靠運行提供了預防性管理方法。預防性管理是指在工程實踐中通過信息收集、要素提取、邏輯推導、認知判斷等技術行為過程，預知事件可能產生的不同結果，決策排查和有計劃、有組織、有執行、有管控、有效能地消除不良誘導因素的主觀能動活動，從而建立一套包含事前謀劃、事中控制、事后評價的全過程主動干預“治未病”式管控方法。

▲預防性管理理論框架

基于本質安全特征和預防性管理思維，以及風險發生、演化、運行規律，多維度考慮安全運營事務管理中涉及安全的人、物、時、空、勢等要素的因果關系和關聯關系，建立起控制風險、避免危機、最大程度實現安全運營目標的方法體系，稱為預防性管理理論。理論內核、理事原則與系統目標等形成了預防性管理理論框架。其中，理論內核是預防性管理理論的核心思想，包含因緣耦合迭代原理、任務單元遞進原理與點線面體目標一致原理；理事原則是預防性管理的處事法則，包含處事過程中所遵循的完善制度法則、高效執行方法、賦能控制方略等內容；系統目標是預防性管理理論的實現價值，指管理活動過程遵循理論內核和運用理事原則以實現最終目標。預防性管理建立起事件因果條件和主客體行為關系，以及時間、空間、環境等多維度關聯關系，在組織和文化保障下精準高效實現預期的安全目標。

▲點線面體目標一致原理

安全運營管控技術體系 基于安全運營理論及原理構建涵蓋整體安全“建管養用一體化”、資源要素“四個一體化”、維養安全“四位一體”、使用安全“三巡兩檢一控制”和應急預防“可靠運行前處置”等在內的保障纜索橋梁安全運營的管控技術體系。應急性安全管控技術包括保障“有急能應、無急可應”的、應急預防“可靠運行前處置”技術方法。運營安全技術平臺是利用智能物聯手段實現常態性安全和應急反應的數字化管理平臺。該平臺在常態性安全管理技術和應急性安全管理技術的基礎上，將安全管理對象細分為生產安全、保通安全、結構安全和危化運輸安全等，并針對每個不同對象建立既獨立運行又相互關聯的安全管理系統，并與智能物聯監測系統一起形成可靠的安全運營智慧管控平臺。

▲維養安全與使用安全關系圖

基于整體安全的“建管養用一體化”方法是指在“整體規劃思維”和資源要素“四個一體化”模式指導下，有機結合維養安全“四位一體”技術方法與使用安全“三巡兩檢一控制”技術方法，定期對質量和安全等核心業務與指標開展綜合分析、評價、反饋，并以此為基礎開展業務管控計劃的決策與實施。

本質安全管控技術體系為安全運營治理體系現代化提供系統性支撐，而構建“建管養用一體化”管理系統和安全運營數智管控系統及平臺，可大幅提升安全運營管控效能，為實現安全運營治理能力現代化提供新質支撐。

構建專業數字化管理模型和全資產、全要素、全流程數字化表征的基礎數據架構，開發安全運營數智管控平臺。專業數字化管理模型（Professional Digital Management Model，簡稱“PDM模型”）按照資產價值規律，規范法規、標準及新技術、新方法與執行細則的內容和管控邊界，利用新一代信息技術，建立全資產、長壽命、全要素的動態關聯關系。基于PDM模型開發全資產管理平臺將實現資產全要素的有效管控，同時有效提升監督、管理和服務效能。

▲PDM模型

結合公路資產和安全運營特征，設計了公路PDM模型和路產數字化字典。其參照國家規范和部頒編碼標準的數據編碼規則和精細化管理要求，在公路單項工程養護位置16位編碼基礎上，增加路產四級單元16位編碼，拓展為32位，依據全資產內容、全要素信息、全事務過程等管理需求，編撰形成基礎數據架構，開發并集成養護、安全等專業管理系統，構建安全運營數智管控平臺。

▲公路PDM模型

基于PDM模型和安全運營管理技術體系，開發“建養管用一體化”數智運維平臺和物聯網技術系統。

基于PDM模型、總體規劃思維、“建管養用一體化”方法、“四個一體化”模式，采用統一數字字典技術、數字孿生技術、移動物聯技術和病害智能識別技術，開發建管養用一體化數智運維平臺，實現了對涵蓋高速公路橋梁項目路產資產庫等9個專業，“單位工程、分部工程、分項工程參數、分項工程位置”四級單元結構建設、資管、維養、使用全面業務的一體化管理。

▲PDM作用機制模型

另外，通過建設橋梁物聯網技術系統來確保專業管理系統和管控平臺，以及其設備的正常運行。本文依托珠江黃埔大橋采集了項目物聯基礎設施的核心參數，包括9類路產物聯設施、數字化運營平臺中22個路產管控系統、58個物聯子系統總計4039個物聯單元的運行狀態實時監測、故障診斷、故障維修。

▲建管養用數智運維平臺框架

基于運營安全管控體系和本質安全分類分級管理，開發安全運營管控平臺和數智管控系統。

數智管控系統作為安全運營管控平臺的技術核心，以預防為主，與快速救援相結合的防災、減災、治災方法和技術對策，按照目標單元遞進原理和運營規范標準及應急反應的具體要求，將安全運營管理單元分為數字字典單元、組織管理單元、安全事件單元、安全管控單元、圖文檔案單元、移動互聯單元，通過AI監控及路政、養護等巡查方式，將數據信息與路政、養護、交警等部門的移動物聯網終端互聯，并實時推送、記錄、反饋，高效調動各方資源快速處置。數智管控系統可實現安全風險事件快速發現、處置、救援、記錄、分析、評價、建檔等目標。

▲安全運營數智管控系統框架

本文節選自《中國公路》雜志2025年第09期 

原標題《數智賦能下高速公路纜索橋梁本質安全管控體系構建》

文/揚州大學建筑科學與工程學院 張少錦