[发明专利]一种基于贝叶斯网络的大规模桥梁网络评估方法

说明书

本发明提出了一种基于贝叶斯网络的大规模桥梁网络评估方法，运用ORDER‑II和Dijkstra算法与易损性思想，利用网络中桥梁的技术状况评定等级以及城市间距离信息，实现了大规模桥梁网络整体可靠度评估以及关键路段桥梁识别。将求解大规模桥梁网络可靠度的NP‑hard问题转化为在要求精确度下求解桥梁最可能的失效组合与网络连通状态问题。本通过对包含1772座桥梁的某国道桥梁网络的评估，证明了本发明所提出的方法与易损性指标能够对大规模桥梁网络整体可靠度进行评估，并能有效辨识出各路段桥梁相对重要性。本发明能够直接高效的对大型桥梁网络进行评估。

技术领域

本发明涉及一种土木工程桥梁网络评估的方法，具体涉及一种基于贝叶斯网络的大规模桥梁网络评估方法。

背景技术

桥梁作为基础设施交通网络中最为脆弱的部分，其安全性是保证公路快速畅通运行的关键，对保证基础设施交通网络安全运营乃至区域经济发展具有重要意义。根据交通运输部发布的《2018交通运输行业发展统计公报》，截至2018年底，我国公路桥梁83.25万座， 5225.62万米，是世界第一的桥梁大国。

在桥梁全寿命周期中，建设期仅占全桥寿命不足10％，其他均为养护期。然而，桥梁在长期服役过程中由于受到荷载和环境等因素的影响出现老化、使用性能和安全性能退化等问题。据统计，中国公路路网中40％的在役桥梁服役时间超过了20年，技术等级为三类、四类的带病桥梁近30％，危桥数量达到15％(约10万座)。随着步入维修维护期的桥梁数量日益增多，桥梁结构的安全状况不容忽视。

根据交通运输部《关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》(交公路发[2013]321号)文件要求，“确定桥梁技术状况的全面检查，应不少于三年一次”。因此，全国各省市每年都会产生针对桥梁结构的海量检测监测信息。而现有的交通基础设施检测、评估与维护策略制定均以单座桥梁为单位开展，限制了各桥梁之间在空间上的互联互通，不利于区域内多座基础设施结构的统一管理，导致在多座桥梁出现安全警告时，无法快速准确地排除安全隐患。同时针对区域内所有桥梁的维护维修费用总和极高。根据交通运输部发布的《2017 年全国收费公路统计公报》统计，2017年度，全国收费公路通行费收入为5130.2亿元，支出总额9156.7亿元，养护以及运营管理支出 1161.5亿元，占比12.7％。因此，如何评定网络内路段桥梁的相对重要性，具有重要意义。

目前广泛应用的桥梁网路可靠度评估方法有：状态枚举法、串并联法、事件树法等。由于对于一个含有m个不可靠构件(桥梁)的网络，其状态数为2^m。随着桥梁网络规模的扩大，前述方法将不可避免地失效，仅适用于含有少量桥梁的小规模桥梁网络模型。因此亟需发展一种快速、有效的基于网络可靠度的大规模桥梁网络评估方法。

发明内容

本发明为了解决大规模桥梁网络评估的问题，本发明提供一种基于网络可靠度的大规模桥梁网络评估方法，能够快速准确地排除安全隐患。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案为：一种基于贝叶斯网络的大规模桥梁网络评估方法，步骤如下：

步骤1：将桥梁网络视为拓扑图与信息图的重叠，建立桥梁网络物理模型，其中拓扑图模型包括由网络中的路线与路线交点分别简化成的边和节点，信息图模型包括网络中各边长度以及其上桥梁的技术状况评定等级；

步骤2：计算单体桥梁失效概率，应用AASHTO标准规范中的可靠度算法以及系统因子，将网络上桥梁的技术状况评定等级转化为桥梁整体的可靠度及失效概率，P_f＝Φ(-β_b)，式中，P_f为桥梁的失效概率，β_b为桥梁可靠度指标，桥梁可靠度指标与结构的设计安全等级以及技术状况等级有关；