摘要：我国早期建设的高速公路大跨径缆索桥梁，其主要结构和构成材料普遍存在功能退化和老化、劣化等问题，这些缺陷、病害与复杂运行环境等不利因素耦合给安全运营带来严重挑战。本文从本质安全特征、要素、关联、行为等方面出发，系统构建了安全管控与技术行动的方法论，提出并构建本质
本文节选自《中国公路》杂志2025年第09期
文/扬州大学建筑科学与工程学院 张少锦
我国早期建设的高速公路大跨径缆索桥梁，其主要结构和构成材料普遍存在功能退化和老化、劣化等问题，这些缺陷、病害与复杂运行环境等不利因素耦合给安全运营带来严重挑战。本文从本质安全特征、要素、关联、行为等方面出发，系统构建了安全管控与技术行动的方法论，提出并构建本质安全实现原理、管理理论和管控技术体系，通过建立专业数字化模型和全资产、全要素、全流程数字化表征体系，开发并运行建管养用一体化管理系统和安全运营数智管控平台，为安全运营的目标实现和治理能力现代化提供新质支撑。
截至2024年底，我国高速公路里程达到19万公里，并建成约400座主跨径在400米以上的大跨缆索桥梁。继深中通道、黄茅海通道建成通车后，狮子洋大桥、张靖皋长江公路大桥、苏通长江第二公路大桥、花江峡谷大桥等高速公路大跨缆索桥梁项目建设正如火如荼，大跨缆索桥梁的建设和运营已经成为交通强国和体现交通新质生产力的重要标志。
我国早期建成的大跨缆索桥梁，部分主要结构已经出现严重质量缺陷、功能退化和运营安全风险等问题。如何保障全生命周期高速公路缆索桥梁结构长期性能和可靠运行面临挑战：早期建成的高速公路大跨缆索桥梁出现部分结构和材料加速老化情况，并出现一定数量的三类、四类桥梁；大跨缆索桥梁在设计、施工、制造等阶段因标准或能力问题遗留结构质量通病和安全隐患，威胁到结构长期性能；一段时期以来，重建轻养造成维养资源投入、安全保护措施、养护技术储备不足，以及风险预防和病害处治不及时等问题导致运营安全风险的发生；大交通量、混杂重货运输及危化运输通道等复杂运行环境及高腐蚀自然环境对缆索桥梁使用和可靠运行造成严重威胁；一些运营主体单位因碎片化、感性化、随意化和非专业化的不恰当管理行为造成危险处置不及时、不到位，进而引发风险要素的积聚和灾变。
2024年发生的高速公路路基护坡塌陷和冲刷致塌桥造成重大人员伤亡等多起特别重大安全事故，或将可能在大跨缆索桥梁发生并导致结构灾变。因此，行业及管理相关各方需要高度重视，从实际需求和新质发展出发，系统构建安全管控与技术行动方法论，指导高速公路缆索桥梁运营管理实践。
缆索桥梁安全运营管理体系主要用于解决可靠运行的本质安全认识问题和本质安全保障管控技术体系问题。
▲安全运营管控技术体系框架
本质安全是指从缆索桥梁运营的主客体、构成要素及发展规律出发，通过有效的因素识别与管控手段避免超越安全界限的桥梁损伤出现。安全界限可以设定为桥梁评定质量等级和结构分项质量阈值，以及安全风险管控任务责任指标。
本质安全遵循人理、事理和物理，采用一定的技术和管理手段主动干预和提前保护，对多维度多层面要素实施管控，保证事物本体构成核心要素无危险威胁并且不受到损害，从而确保不发生灾变或将损害控制在可以承受的范围之内。基于本质安全和耗散结构理论的有机结合，建立缆索桥梁安全运营开放耗散系统，达到可靠运行环境输入（荷载、风振、温变）与能量耗散（材料变形、阻尼耗能、结构振动）的动态平衡，同时构建熵变模型，量化缆索桥梁结构损伤累积熵增和维护修复熵减的竞争与平衡关系，以及构成本质安全物质要素、管理要素和运行条件的平衡态。
本质安全从构成风险事件的基本要素及因果关系出发，利用结构长期性能健康监测和安全在线AI监控指挥系统，识别、分析、评估任何可能致灾的风险因素。依据安全要素条件特征和运营主体责任，可将安全因素系统性分为内因安全和外因安全。
内因安全从运营条件的耐用性出发，将正常荷载作用下，工程因设计缺陷或施工不规范造成的结构质量缺陷、维养不及时积累的结构损伤、结构本身的自然老化等引起的主体结构破坏，以及管理不到位造成的损害控制在安全界限内。外因安全从使用条件的突发性出发，将非正常荷载或不可控自然灾害、人为破坏等外部条件和突变环境激励下引起结构即时破坏或因损伤导致的延时破坏控制在安全界限内。
通常情况下，内因安全问题导致灾害事故发生，运营单位负直接责任，外因安全问题导致灾害事故发生，公路使用单位或破坏者负有直接责任。运营实践中对涉及内因安全和外因安全的风险因素加以分类分级，根据安全管理第一责任主体职能要求提出针对性管理要求和应急反应策略。
▲内因安全和外因安全的分类分级管理策略清单
本质安全实现原理 基于本质安全开放系统熵增熵减动态平衡，笔者提出了常态化安全运营的“因缘耦合迭代”“任务单元分级递进”“点、线、面、体目标一致”等实现原理。
▲任务单元分级递进原理
将因缘耦合迭代原理界定为安全要素、安全条件、安全资源之间的相互关联、相互作用、相互影响，不断重组更新，并形成有机统一的闭合整体，使系统从无序走向有序，从而实现预期目标的过程。
▲因缘耦合迭代原理
任务单元递进原理是指根据系统内各管理要素之间的基本关系，建立以目标、业务、资产、信息等不同对象单元预期分层分级子系统之间等量关系的方法。任务单元递进原理从管理学视角出发，将系统整体工作安全任务根据组织关系、业务职能或专业分工等分解为无数可执行的子系统任务，每一个子系统可作为独立任务单元，在任务完成过程中，更高层组织单元可督导和赋能低层面组织单元。
点、线、面、体目标一致原理是指在一定区域范围内，只有每个点的安全才有线的安全，只有每一条线的安全才有面的安全，只有每个面的安全才能保证整体的安全，只有每个点、每条线、每个面的安全才能实现系统的整体安全，点、线、面、体目标的一致性见之于组织行为的一致性。
本质安全管理理论 “预防为主、综合治理”的治未病思维，为缆索桥梁本质安全和可靠运行提供了预防性管理方法。预防性管理是指在工程实践中通过信息收集、要素提取、逻辑推导、认知判断等技术行为过程，预知事件可能产生的不同结果，决策排查和有计划、有组织、有执行、有管控、有效能地消除不良诱导因素的主观能动活动，从而建立一套包含事前谋划、事中控制、事后评价的全过程主动干预“治未病”式管控方法。
▲预防性管理理论框架
基于本质安全特征和预防性管理思维，以及风险发生、演化、运行规律，多维度考虑安全运营事务管理中涉及安全的人、物、时、空、势等要素的因果关系和关联关系，建立起控制风险、避免危机、最大程度实现安全运营目标的方法体系，称为预防性管理理论。理论内核、理事原则与系统目标等形成了预防性管理理论框架。其中，理论内核是预防性管理理论的核心思想，包含因缘耦合迭代原理、任务单元递进原理与点线面体目标一致原理；理事原则是预防性管理的处事法则，包含处事过程中所遵循的完善制度法则、高效执行方法、赋能控制方略等内容；系统目标是预防性管理理论的实现价值，指管理活动过程遵循理论内核和运用理事原则以实现最终目标。预防性管理建立起事件因果条件和主客体行为关系，以及时间、空间、环境等多维度关联关系，在组织和文化保障下精准高效实现预期的安全目标。
▲点线面体目标一致原理
安全运营管控技术体系 基于安全运营理论及原理构建涵盖整体安全“建管养用一体化”、资源要素“四个一体化”、维养安全“四位一体”、使用安全“三巡两检一控制”和应急预防“可靠运行前处置”等在内的保障缆索桥梁安全运营的管控技术体系。应急性安全管控技术包括保障“有急能应、无急可应”的、应急预防“可靠运行前处置”技术方法。运营安全技术平台是利用智能物联手段实现常态性安全和应急反应的数字化管理平台。该平台在常态性安全管理技术和应急性安全管理技术的基础上，将安全管理对象细分为生产安全、保通安全、结构安全和危化运输安全等，并针对每个不同对象建立既独立运行又相互关联的安全管理系统，并与智能物联监测系统一起形成可靠的安全运营智慧管控平台。
▲维养安全与使用安全关系图
基于整体安全的“建管养用一体化”方法是指在“整体规划思维”和资源要素“四个一体化”模式指导下，有机结合维养安全“四位一体”技术方法与使用安全“三巡两检一控制”技术方法，定期对质量和安全等核心业务与指标开展综合分析、评价、反馈，并以此为基础开展业务管控计划的决策与实施。
本质安全管控技术体系为安全运营治理体系现代化提供系统性支撑，而构建“建管养用一体化”管理系统和安全运营数智管控系统及平台，可大幅提升安全运营管控效能，为实现安全运营治理能力现代化提供新质支撑。
构建专业数字化管理模型和全资产、全要素、全流程数字化表征的基础数据架构，开发安全运营数智管控平台。专业数字化管理模型（Professional Digital Management Model，简称“PDM模型”）按照资产价值规律，规范法规、标准及新技术、新方法与执行细则的内容和管控边界，利用新一代信息技术，建立全资产、长寿命、全要素的动态关联关系。基于PDM模型开发全资产管理平台将实现资产全要素的有效管控，同时有效提升监督、管理和服务效能。
▲PDM模型
结合公路资产和安全运营特征，设计了公路PDM模型和路产数字化字典。其参照国家规范和部颁编码标准的数据编码规则和精细化管理要求，在公路单项工程养护位置16位编码基础上，增加路产四级单元16位编码，拓展为32位，依据全资产内容、全要素信息、全事务过程等管理需求，编撰形成基础数据架构，开发并集成养护、安全等专业管理系统，构建安全运营数智管控平台。
▲公路PDM模型
基于PDM模型和安全运营管理技术体系，开发“建养管用一体化”数智运维平台和物联网技术系统。
基于PDM模型、总体规划思维、“建管养用一体化”方法、“四个一体化”模式，采用统一数字字典技术、数字孪生技术、移动物联技术和病害智能识别技术，开发建管养用一体化数智运维平台，实现了对涵盖高速公路桥梁项目路产资产库等9个专业，“单位工程、分部工程、分项工程参数、分项工程位置”四级单元结构建设、资管、维养、使用全面业务的一体化管理。
▲PDM作用机制模型
另外，通过建设桥梁物联网技术系统来确保专业管理系统和管控平台，以及其设备的正常运行。本文依托珠江黄埔大桥采集了项目物联基础设施的核心参数，包括9类路产物联设施、数字化运营平台中22个路产管控系统、58个物联子系统总计4039个物联单元的运行状态实时监测、故障诊断、故障维修。
▲建管养用数智运维平台框架
基于运营安全管控体系和本质安全分类分级管理，开发安全运营管控平台和数智管控系统。
数智管控系统作为安全运营管控平台的技术核心，以预防为主，与快速救援相结合的防灾、减灾、治灾方法和技术对策，按照目标单元递进原理和运营规范标准及应急反应的具体要求，将安全运营管理单元分为数字字典单元、组织管理单元、安全事件单元、安全管控单元、图文档案单元、移动互联单元，通过AI监控及路政、养护等巡查方式，将数据信息与路政、养护、交警等部门的移动物联网终端互联，并实时推送、记录、反馈，高效调动各方资源快速处置。数智管控系统可实现安全风险事件快速发现、处置、救援、记录、分析、评价、建档等目标。
▲安全运营数智管控系统框架
来源：中国公路杂志社