基于原位拆除重建的混凝土拱桥既有墩台再利用评估技术指南-征求意见稿

1T/XXXXXXX—XXXX基于原位拆除重建的混凝土拱桥既有墩台再利用评估技术指南本标准规定了原位拆除重建的混凝土拱桥既有墩台再利用评估体系、评估模型等内容。本标准适用于混凝土拱桥的原位拆除重建项目，重点覆盖技术状况评定为三类及以下的桥梁工程。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T51366建筑碳排放计算标准CJJ99城市桥梁养护技术标准JTG5120公路桥涵养护规范JTG/TH21公路桥梁技术状况评定标准JTG/TJ21公路桥梁承载能力评定规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1原位拆除重建in-situdemolitionandreconstruction在原有桥位处对桥梁进行拆除后重新建设，保留桥位资源的工程模式。3.2既有墩台再利用reuseofexistingpiersandabutments对拆除重建项目中的旧桥墩台，经技术、经济、社会及“双碳”指标综合评估后，将符合要求的墩台作为新桥结构组成部分继续采取的技术措施。3.3粗糙集评估模型roughsetdecisionmodel基于粗糙集理论，通过差别矩阵约简算法优化指标体系，利用属性依赖度赋予指标变权，实现加固/拆除及再利用方案客观评估的数学模型。3.4差别矩阵约简discernibilitymatrixreduction通过构建差别矩阵识别核心指标与冗余指标，在不影响分类能力的前提下简化指标体系的算法过程。3.5核属性coreattribute指标体系中不可省略的核心指标，是所有约简集合的交集，删除后会直接影响分类能力。3.6知识依赖性knowledgedependency决策属性集对条件属性集的依赖程度，反映条件属性对决策目标的解释能力。4既有墩台再利用评估体系4.1指标体系框架指标体系分为技术性、经济性、社会性、“双碳”类四大准则层，共31项指标，全面覆盖既有墩台再利用的核心影响因素。T/XXXXXXX—XXXX24.2技术性指标应聚焦再利用方案的技术可行性与可靠性，结合施工技术特性与结构适配性制定标准，具体内容见表1。表1技术性指标按施工技术是否处于国际/国内前沿、是否采用预按墩台基础强度、耐久性与新桥设计要求的契合程度墩台结构完整性（C,）按墩台是否存在严重裂缝、剥落、露筋等影按新旧混凝土结合面经处理后的实测抗剪/抗拉强度按植筋、预埋件、湿接缝等关键连接部位的施工精度、按拆除、开挖、振动等施工活动对保留墩台造成的附加按针对既有墩台缺陷（如裂缝、碳化）所采取的防腐、按照按为再利用墩台布设的应变、位移、裂缝、腐蚀等传感器的覆盖范围按BIM技术、智能监测、数字孪生等在施工模拟、进度、4.3经济性指标应综合考量再利用方案的全生命周期经济成本与效益，覆盖建设、运营、回收全阶段，具体见表2。T/XXXXXXX—XXXX3表2经济性指标4.4社会性指标关注方案对社会发展、居民生活、资源利用的影响，体现工程的社会价值，具体指标见表3。表3社会性指标4.5“双碳”类指标响应“双碳”战略，聚焦碳排放控制、碳汇利用与资源节约，制定量化评价标准，具体标准见表4。表4“双碳”类指标碳制度体系建立完备度（C28）级4.6指标离散取值标准采用与加固/拆除评估一致的“优（1）、中（2）、差（3）”三级标准，确保数据适配粗糙集模型，具体见表5：表5拱桥既有墩台再利用进行方案评估属性离散取值标准表12312施工方法具有一定难度，器械配备一般，施工3施工方法比较困难，器械配备欠缺，施工队伍1施工方法运用度较广，施工队伍经验充足，对施42施工方法运用度一般，施工队伍有一定经验，对施3施工方法运用度不高，施工队伍缺乏相关经验，对1施工方法涉及危险操作少，安全生产管理规范，抢救全2施工方法涉及一定的危险操作，安全生产管理总体达3施工方法涉及危险操作较多，安全生产管理不达标，计符合度1墩台基础的技术状况与新桥符合度较高，在新桥2墩台基础的技术状况与新桥符合度一般，在新桥3墩台基础技术状况与新桥符合度较差，需要进行要求程度1新旧结构协调工作满足要求程度高，既有墩台结构2新旧结构协调工作满足要求程度一般，既有墩台结3新旧结构协调工作满足要求程度差，既有墩台技术1231施工队伍素质较高，施工效果可靠程度较高，既有墩2施工队伍素质一般，施工效果可靠程度一般，既有墩3施工队伍素质较差，施工效果可靠程度较差，既有墩123123123123度1231231253123性123平1231建设方案总造价较低，低于招标价格，且建设少2建设方案总造价一般，与招标价格相符，且建3建设方案总造价较高，高于招标价格，且建设更123度123123C23123123C25123拆迁复杂程度较高，需要进行大量土地征用C261231施工方案中对建设期间对居民及车辆同行交通安全有施2施工方案中对于建设期间对居民及车辆同行交通安全3施工方案中对建设期间对居民及车辆同行交通安全无C281方案中有完善的碳制度体系和明确的碳处理措施，2方案中有碳制度体系与碳处理措施，对碳的排放以63方案中无碳制度体系与碳处理措施，对碳的排放以划C29123C301231235评估模型5.1建立基础综合评判表将4.6的综合评判属性离散取值标准表交给专家评判组，由各位专家按表中各项指标的评分准则对既有混凝土拱桥各方面状态进行评分，归纳整理后形成综合评估基础指标表，设S=(U,A,V,f)为综合评估基础指标表，A=CD，CD=⑦,该表是一个二维表，如表12所示。表6综合评估基础指标表（示例）Uc1c2c3cn-1cnDx1c11c12c13c1(n-1)c1nD1x2c21c22c23c2(n-1)c2nD2x3c31c32c33c3(n-1)c3nD3xm-1(m-1)1c(m-1)2c(m-1)3c(m-1)(n-1)c(m-1)nDm-1xmcm1cm2cm3cm(n-1)cmnDm注：其中，U表示专家评判组的专家对本桥加固或拆除指标的评价工作，作为论域，即U={x1,x2,,xm}，验存在差异，评估基础指标表中的属性值c5.2运用属性约简优化指标体系应用差别矩阵[1]约简对基础指标体系进行属性约简，步骤如下：a)Input：评判知识表达系统S=(U,A,V,f)；T/XXXXXXX—XXXX7b)Output：评判专家组对各指标的评价集合所组成的条件属性C相对于决策属性D的c)算法步骤：1)基于决策表S和差别矩阵的定义构造差别矩阵M=n×n，它表示因各位专家的知识与经验存在差异，故对评判指标的评价结果有差别，可得：式中：表达式为全体表达式VCij的合取，VCij为所有元素的析取，Cij≠⑦,其中i,j=1,2,...,n且2)求解差别矩阵M中所有的核属性，即各个指标集组成条件属性集C相对于决策属性D的核指标集core(D)，并将该指标赋给约简指标体系red(C)=core(D)。3)将差别矩阵中所有包含核指标的属性组合去除，从而得到新的差别矩阵。4)对新的差别矩阵进行各指标出现频率的计算，选出出现频率最多的指标，将其记为cn，指标出现频率值代表属性的重要程度，频率值越大就越重要，区分的能力也就越大，说n}，则去除差别矩阵中所有包含指标cn的属性组合。5)检查差别矩阵是否全部为空集，若不为空则转入Step3，直到差别矩阵运行为空集后结束，则此时B=red(C)为最终的约简指标体系。5.3评估指标权重的分析及确定通过设置权重反映出各个指标对系统的相对重要程度。采用基于知识依赖性[46]确定各指标的权重系数，其步骤如下：1)建立综合评判知识表达系统S=(U,A,V,f)，可得约简指标体系B=red(C)，其中A=CD，条件属性集C由各指标集组成，决策属性集D为上级指标。2)计算条件属性ai的POS(C-{ai})(D)，再根据Pi=YC(D)-YC-{ai}(D)得到各条件属性的重要程度。W5.4建立综合评判模型5.4.1综合评估需要对三类指标分级为“优，中，差”，因此令评估集为：V={v1,v2,v3}={优，中，差} 5.4.2将评判专家组对约简指标体系的评价值分为“优，中，差”，可得模糊评价矩阵：式中：T/XXXXXXX—XXXX8vnm表示有K个专家的评分为m（m表示优，中，差）占评判专家组（由N个专家组成）的比例。5.4.3将约简指标体系中各指标权重与模糊评价矩阵相乘，得到综合评价模型为Y：式中：ivim。最终可得评估结果Y=(y1,y2,y3)，其中y1表示结果为优，y2表示结果为中，y3表示结果为差。根据最大隶属度原则，取三者最大值作为评估结果。5.4.4依据第4章的评估指标和本章节的评估模型对“再利用方案”和“重建方案”进行评估，选择最优方案，并结合“四个模块”指标权重有针对性完善方案，具体示例见附录A。T/XXXXXXX—XXXX9（资料性）评估模型计算示例A.1既有墩台再利用判定指标表设某桥需要利用既有墩台再利用评估模型评估墩台的再利用方案。分别从交通局、规划局、业主、设计单位、施工单位以及管养部门邀请10位经验丰富、有高级职称的专家开会，对参建单位提供的墩台加固再利用方案依照“拱桥既有墩台再利用指标判定表”进行指标等级判定，根据数据离散化标准，使拱桥既有墩台再利用判定表的定性知识定量化，形成某桥既有墩台再利用判定指标表如表A.1所示：00表A.1某桥既有墩台再利用方案判定指标表UC23C25C26C28C29C30x12112123311113113221222232221111x22223222222112213331122222222112x33123233311112222331112223331112x43223232211123123221211332222212x52222232221222113221311333332122x62222223212223112221221232221112x72112123212113113221222232222111x83112123311113123221222232231112x92122123312113113221222232221112x102122223311113113221222232221112A.2再利用方案判定指标体系属性约简A.2.1利用基于差别矩阵的属性约简算法，对再利用方案的判定指标体系进行属性约简。按照算法的基本步骤，建立再利用方案的基础综合判定差别矩阵表A.2。T/XXXXXXXXXXX—T/XXXXXXXXXXX—Ux1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x1x2C2、C3、C4、C5、C7、C8、T/XXXT/XXXXXXXXXXX—Ux1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x3x4x51718、2428C1、C3、C4、1516、1820、2425、C1、C2、C3、C4、C5、C6、2122、2829、C2、C3、C5、C6、C7、C8、2021、C1、C2、C6、C7、C8、C9、1516、2526C1、C6、C9、1213、1517、2021、2324、1214、1820、2223、C2、C7、C8、1314、1718、2223、2526、C2、C3、C5、C6、C7、C8、2021、C15、C26、C3022T/XXXT/XXXXXXXXXXX—Ux1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x6x7x82325、2728C2、C3、C5、1622、2526C4、C7、C9、1213、1617、2022C2、C3、C4、C5、C7、C9、1417、2024、C1、C2、C3、C4、C5、C7、2325、2728C1、C2、C4、1213、1517、2021、2425、C1、C3、C4、C5、C6、C8、1314、1617、2021、2526、C3、C4、C5、1718、C1、C4、C6、1621、C1、C2、C3、C4、C5、C6、2122、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C6、C7、C9、1316、2123、2627C2、C3、C5、C6、C7、C9、1112、2021、2325、2730、C1、C2、C3、C5、C6、C7、C2、C3、C5、C1116、C22、C28、C31C1、C2、C3、C1115、28、33T/T/XXXXXXXXXXXUx1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x91415、1820、C2、C4、C5、C7、C8、C9、1417、2024、2124C1、C4、C5、1516、1820、24252327、C1、C2、C4、C5、C6、C7、2122、1315、2122、2526、C2、C5、C6、C7、C8、C9、1112、2021、2325、2728、C16、C22、C27C2、C5、C8、C1116C22C15、C27x10C1、C4、C6、1415、1718、2124、C1、C2、C4、C6、C7、C8、1521、2328C2、C6、C7、1320、2223、2627、C1116C22C3、C5、C8、C15、C27—A.2.2结合上表，根据知识的约简、核的定义，得到表A.2中差别矩阵的的核（Core）为组合项{C5、C10}。基于差别矩阵的属性约简算法步骤，对表A.2的差别矩阵进行属性约简，得出约简后的差别矩阵，如表A.3所示：—表A.3表A.2约简后差别矩阵144T/XXXT/XXXXXXXXXXX—Ux1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x1x2x3C1、C3、C4、16、20、25、C1、C2、C6、C7、C8、C9、C101516、C212526C27、C28x4C1、C2、C3、C4、C5、C6、22、29C1、C6、C9、C101213、C141517、C182021、C222324C29C2、C7、C8、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C111214、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C1、C4、x521、25、28、C171820、C212223、C242526C27、C30C15、C26、55Ux1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x6x7C4、C7、C9、C111213、C141617、C182022C24、C28C2、C3、C4、C5、C7、C9、C131417、C182024C31C1、C2、C4、C1、C4、C6、1621、C6、C7、C9、C10C20C25C28、C30C2、C3、C16、T/XXXT/XXXXXXXXXXX—T/XXXXXXX—XXXXA.2.3表A.3所示为约简后差别矩阵，其中出现频率越高的指标，其属性重要度越高且区分能力越强，表明该指标越不能被约简；同时，其对混凝土拱桥既有墩台再利用建设方案的判定决策结果影响就越能起到决定性作用。去掉组合项核指标{C5、C10}的差别矩阵中，统计剩余指标的平均出现频率，将频率高到约简指标体系，去掉这16个指标后，差别矩阵即为空，因此得到再利用方案约简后指标体系为式（A.C'、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C10、C12、C13、C15、C20、C21、C22、C27、C28}(A.1)A.3再利用方案判定指标体系的权重分析及确定A.3.1按照粗糙集理论方法筛选出的结果，可以得到约简后的方案判定指标体系，建立指标体系的知识表达系统S=(U,A=C'D,V,f)，即得到应用示例重建方案的约简指标决策表A.4。表A.4某桥既有墩台再利用方案约简指标决策表UC28x12111233113122221x22222222212112222x33122333112211231x43222322123221122x52222322122131132x62222232223122121x72111232213122222x83111233113222231x92121233213122221x102122233113122221A.3.2将总指标体系的决策表，按照各指标所属分类进行分别决策，建立分项指标决策表如表A.5所示：表A.5技术性分项指标决策表UD1x1211123311311x2222222221212x3312233311223x4322232212322x5222232212212x6222223222312x7211123221312x8311123311322T/XXXXXXX—XXXXUD1x9212123321312x10212223311312A.3.3令表A.5中条件属性集为CJX，决策属性集为D1，基于表A.5决策表计算可得到技术性分项指标的属性重要性如下：1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10},x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10}1,2,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10},x3}1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10}(i=1,2,3,5,6,7,8)；依据指标依赖度计算公式，对表A.5中指标重要度进行计算可得：CJXCJXCJXCJXCJXCJXCJX表A.6经济性分项指标决策表Ux1x2x3x4x5x6x7x8x9x211232222222111222222221112222D21122221112A.3.4令表A.6中条件属性集为CJJ，决策属性集为D2，基于表A.6决策表计算可得到经济性分项指标的属性重要性如下：1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10}T/XXXXXXX—XXXX1,x10},x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9}1,x2,x7,x8,x9},{x3,x4,x5,x6,x10}}POSCJJ(D2)={x2,x3,x5,x6,x7,x8,x9}CJJD2(C10)CJJ2)-CJJD2(C12)CJJ2)-CJJ2)-CJJ2)-表A.7社会性分项指标决策表UD3x1x2x3x4x5x6x7x8x9x1022323223221122222222A.3.5令表A.7中条件属性集为CSH，决策属性集为D3，基于表A.7决策表计算可得到社会性分项指标的属性重要性如下：1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10},x7,x8,x9,x10},x2,x3,x4,x5,x6}1,x2,x5,x6,x7,x8,x9,x10},{x3,x4}}{x2,x3,x4,x5,x6}(i=20,21,22)；依据指标依赖度计算公式，对表A.7中指标重要度进行计算可得：CSH3CSH3)-CSH3)-T/XXXXXXX—XXXX表A.8“双碳”分项指标决策表UC28D4x1x2x3x4x5x6x7x8x9x12122121112222322222A.3.6令表A.8中条件属性集为CST，决策属性集为D4，基于表A.8决策表计算可得到“双碳”分项指标的属性重要性如下：1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10},x6,x9,x10},{x2,x4,x7},{x3,x8},x5}1,x2,x3,x4,x6,x7,x8,x9,x10},x5}(i=27,28)；依据指标依赖度计算公式，对表A.8中指标重要度进行计算可得：CST4CST4)-A.3.7以约简后各分项指标数量占总指标数比例为系数，按式（A.1）将重要度非零的指标权重进行归一化处理：式中：αr为分项指标数量占总指标数比例；MN=JX,JJ,SH,ST；PA=Σi=1,3,5,6,7,8α1∂cJXD1ci+Σi=10,12,13,15α2∂cJJD2ci+Σi=20,21,22α3∂cSHD3ci+Σi=27,28α4∂cSTD4ci。A.3.8归一化后各指标重要度记为：A.3.9计算得到各指标重要度如表A.9所示：T/XXXXXXX—XXXX表A.9某桥既有墩台再利用方案指标体系权重表重要度WiA.4再利用方案综合判定计算A.4.1确立判定因素集据表A.9，确立某桥既有墩台再利用方案判定因素集如下：J={J1,J3,J5,J6,J7,J8,J10,J12,J13,J15,J20,J21,J22,J27,J28}···················(A.3)A.4.2建立指标判定等级数据表A.4.2.1对某桥既有墩台再利用方案需要做到的判定是：优，中，差，因此将判定集分为式5.14所示三个等级：A.4.2.2对专家判定数据做等级统计后，建立指标判定等级数据表A.10：表A.10指标判定等级数据表J1073J3370J5460J6073J7037J8055J10640J12730J13037J15730J20271J21370T/XXXXXXX—XXXXJ22370J27073J28640A.4.2.3根据指标判定等级数据表A.10，以各指标各等级在所有判定数据中的占比，建立综合判定矩A.4.3权重向量集建立根据指标体系权重表A.10，可以得到权重向量集：W=(0.1575，0.0630，0.0630，0.0630，0.0630，0.0630，A.4.4综合判定计算TTT/XXXXXXX—XXXX存在一些不足之处。作为对比判断，以下同样利用上述判定流程对某桥既有墩台重建方案进行判定计算。A.5既有墩台重建方案判定计算A.5.1对另一建设方案即某桥既有墩台重建方案按照相同判定流程进行判定。由于计算方法与流程相同，仅给出重建方案的指标体系权重表以及重建方案综合判定计算过程为后续双方案的判定结果对比分析给予数据支撑。A.5.2某桥既有墩台重建方案各项指标等级判定如表A.11所示：33表A.11某桥既有墩台重建方案判定指标表UC30x11111111121222221211122121222222x21111111122221222212122221322222x32211111132222111212122121212222x42212111121222121211133121213232x52222212132333111222222222223332x61222222222322221211122121223233x71222111121222222211232121212222x82221111121222221211122121223222x91221111121222221211122121222232x101222112121223221211122121222232T/XXXT/XXXXXXXXXXX2—T/XXXXXXX—XXXXA.5.3将表A.11按A.1~A.3流程进行指标体系属性约简及权重计算分析后，可得到最终指标体系属性重要度如表A.12所示：表A.12某桥既有墩台重建方案指标体系权重表重要度WiC14A.5.