سیستم های کامپیوتری مدیریت پل
بخش اول: طرح کلی
مقدمه
جی ای کرمن، مهندس اصلی (عالی رتبه) شاهراه، آژانس شاهراه ها
پیش زمینه آژانس شاهراه “hihung Agency” مسئولیت اداره شبکه راههای اصلی انگلستان را به عهده دارد. این امر به معنای نگاه داری و بهبود بخشیدن به شبکه موجود است که پل ها بخش مهمی از آن را تشکیل می دهند. پل ها نه فقط به دلیل وجود کاربردی خود بلکه به دلیل منابع اساسی مورد نیاز برای نگاهداری آنها اهمیت دارند.
از سال 1988، سرمایه صرف شده برای برنامه نگهداری پل های راه های اصلی کشور حتی به مرز 1000 میلیون پوند هم رسیده است. بخش اعظم هزینه به نیاز مبنی بر نگهداری پل ها در حد استاندارد و به خصوص در مورد وسائط نقلیه سنگین اروپایی بین المللی مربوط است. هدف اصلی، حصول اطمینان از این امر است که از اول ژانویه 1999 تمام سازه هایی که راه های اصلی بر آنها سوارند می توانند به طور ایمن توسط کامیون ها مورد استفاده قرار گیرند.
در سال های اخیر، پل های راه های اصلی برای هیئت مدیره این آژانس از جایگاه خاصی برخوردار بوده اند، زیرا ناسیونال آدیت آفیس «دفتر اصلی ممیزی»، کمیته حسابهای مردمی پارلمان و کمیته حمل و نقل یکی پس از دیگری در این زمینه سرمایه گذاری کرده اند. این امر سبب شده است آژانس بیش از حد معمول به سازه ها توجه کند.
واضح است که برنامه 15 سالة احیاء (بازسازی) پل های جاده‌ای نشانگر یک تلاش اساسی از سوی آژانس است که با هدف بهبود بخشیدن به پل‌ها می‌باشد به گونه‌ای که این پل ها تحت شرایط ترافیکی سنگین امروزه بتوانند عملکرد صحیحی داشته باشند. مقامات محلی و سایر صاحبان پل نیز در مورد پل های خود دست به اقدامات مشابهی زده اند.
این اقدامات بسیار آموزنده بوده اند. یک پیام واضح حاصل از این اقدامات نیاز مبرم به یک سیستم جامع برای مدیریت پل هاست. بسیاری از پل ها بدون هیچ اشکالی در ارزیابی ها رد می شوند پس دانستن این که آیا لازم است کاری برای اطمینان یافتن از ایمنی عمومی انجام شود یا فقط مسائل مربوط به هزینه کل عمر پل ضروری هستند، مهم است. این همان جایی است که داوری واضح مهندسی مورد نیاز است.
فواید حاصل از صرف هرگونه پول برای فعالیت های مدیریتی چندان روشن نیست. فوائد هر نوع اقدام اصلاحی یا پیشگیری کننده بسیار پیچیده است. اگر به طور آشکار خطر تخریب یا افتادن پل وجود داشته باشد، انجام بعضی اقدامات ضروری است، اما اگر اقدامات مربوط به کاهش دادن هزینه های آینده باشند، سود آنها فقط در درازمدت معلوم می شود.
«های ویز ایجنسی» (Highwaysw Agency) شروع به بازنگری در پایگاه اطلاعاتی قدیمی کرده است و اقدامات جدیدی را آغاز نموده است. این کارها از طریق چندین پروژه با شرکت متخصصان داخلی و خارجی صورت می گیرند. تیم ها در حال بررسی اصول اساسی فرآیندهای مدیریت پل صفی هستند. هدف آنها رسیدن به نظام قانونمندی است که جواب سؤالات آنها را بدهد.
اقدامات آژانس نه تنها بر فعالیت های نمایندگان و پیمانکاران نگهداری خود آن، بلکه روی سایر مقامات مسؤول پل ها در انگلستان و جاهای دیگر که بخواهند از این روش‌ها استفاده کنند، تأثیر خواهد گذاشت. بنابراین، باید بر این نکته تأکید کرد که هرگونه نتیجه گیری در بارة این موضوعات باید بر اساس موافقت و هماهنگی عده زیادی انجام شود. امید است این کتاب نقش مؤثری در بحث در باره این موضوعات مهم داشته باشد.
مسائل جهانی (مربوط به کل دنیا)
مؤلف این اثر، به عنوان عضوی از «کیمته اجرائی انجمن راه های جهان» (PIARC) (Executive Committee of the World Road Association)،کاملاً آگاه است که نگهداری پل ها در حال حاضر موضوعی بسیار مهم برای بسیاری از کشورهای دنیاست. در دهه های اخیر، رشد تقاضا برای حمل و نقل جاده ای به گسترش سریع شبکه راه ها، تقریباً در تمام کشورها انجامیده است. در طول مدت زمانی نسبتاً کوتاه، تعداد زیادی پل احداث شده است. بسیاری از این سازه ها د ر طول مدت چند سال پس از ساخت، دچار مشکلات و نقص های فراوانی شده اند. در بسیاری کشورها، از دهه 60 به بعد، نیاز به نگهداری پل ها تا حد غیرقابل کنترلی افزایش یافته است.
هنگامی که مقامات مسؤول آگاه شدند، نقص های بسیاری در این سازه ها کشف شده بودند. در شبکه راه های انگلستان، در طی برنامة احیاء و بازسازی فعلی، معلوم شد که 20 درصد سازه ها زیر حد استاندارد قرار دارند. چنین انتظار می رود که %30 از پل های موجود در ایالات متحده آمریکا نیز دارای نقص باشند. سال گذشته لوری هانیز (Lowrie Haynes)، مدیر اجرای آژانس، و نویسنده این اثر نشان دادند که سازه های بالا رفته «بزرگراه هان شین» در نزدیکی اساکا در ژاپن فقط سی سال پس از ساخت در حال تخریب گسترده هستند. این شرایط نشانگر مسائل اقتصادی و لجستیکی برای مقامات مربوطه هستند.
ولی باید راه حل هایی یافت. ما باید دست به دست هم دهیم و قابلیت و توانایی فنی لازم برای حل این مشکلات را، چه مشکلات معمولی منتهی به خرابی پل باشند، چه مسائل جدید تأثیرگذار روی بتن مثل واکنش آلکالی – سیلیکا یا تامازیت (Thaumasite)، به دست آوریم. این حرفه باید روش ها و مواد ابداعی جدید مثل استفاده از پلاستیک های تقویت شده فیبری (رشته ای)، و سایر فن آوری ها را بررسی کند. «های ویز ایجنسی» به شدت ابداع و نوآری در هر بعد از فعالیت ها را تشویق می نماید. این آژانس سالانه چیزی حدود 5 میلیون پوند برای R&D در حوزه سازه ها هزینه می کند.
اهداف
با این وجود، در دنیایی که امروز در آن زندگی می کنیم، فقط در پی راه حل های مهندسی بودن، کافی نیست: (صرفاً جستجوی راه حل های مهندسی کافی نیست) جامعه انتظار دارد ما به عنوان مهندسان و مدیران هر اقدامی که انجام می دهیم سایر مسائل را هم مد نظر قرار دهیم. اولین و مهمترین مسائل البته «ایمنی» است. سازه ها باید در یک وضعیت ایمن نگاه داشته شوند، و هرگاه خطر جدی وجود داشته باشد، باید بلافاصله اقدامات امنیتی صحیح صورت گیرند.
مسئله بعدی، نیازهای مشتری و دیدگاه کاربران است. مشتریان توقع دارند اختلال در ترافیک به حداقل میزان ممکن برسد تا آنجایی که به سازه ها مربوط است، این امر یک شمشیر دو لبه است – اگر مشکلی پیش آید، ترافیک مختل می‌شود و اگر تلاش کنید با انجام تعمیرات از بروز هرگونه خرابی و مشکل جلوگیری کنید، باعث اختلال می شود.
علت وجود راه ها، خدمات رسانی به کاربران است. پس باز نگاهداشتن راه ها برای استفاده کاربران یک هدف اولیه است. اقدامات نگهداری باید به گونه ای طراحی شوند که هر نوع اختلال در ترافیک حاصل از آن به حداقل برسد. بروز اختلال در جریان ترافیک نه تنها برای استفاده کنندگان از راه مشکل ایجاد می کند، بلکه در سرعت های پایین هم، آلودگی حاصل از بخارهای (گازهای) اگزوز به بدترین حالت خود می رسد. بنابراین، به حداقل رساندن آثار زیانبار روی محیط زیست هم از دیگر مسائلی است که باید هنگام طراحی فعالیت ها به آن توجه کنیم.
مردم و پرداخت کنندگان مالیات از ما توقع دارند هنگام صرف هرگونه هزینه از ارزش پول اطمینان حاصل کنیم. هنگام تعیین ارزش پول، باید فراتر از بازده (سود) فوری یا کوتاه مدت بنگریم. عملکرد سازه ها در تمام طول عمرشان با توجه هزینه های نگهداری آنها در آینده باید مد نظر قرار گیرند.
-بقا و دوام سازه ها را هم نباید فراموش کرد حجم زیاد اقدامات احیاء و مرمت در حال حاضر نشان می دهد که ما در گذشته چندان موفق نبوده ایم. ما باید سعی کنیم از پیش برای همه چیز برنامه ریزی کنیم و در مواقع مناسب را از نیازهای سرمایه گذاری ولجستیک در آینده آگاه سازیم. اقدامات پیشگیری کننده باید طوری طراحی شوند که مفید و مؤثر باشند و منابع کمیاب را به هدر ندهند. مواد و روش های پردوام تر نیز به این ترتیب مسئله مهمی هستند. در عین حال نباید نیاز به قابلیت سریع جایگزینی قطعات را نادیده بگیریم.
مهندسان و دیگران باید در تمام اقدامات و طرح های خود تمام این اهداف را مد نظر قرار دهند و نتایج حاصله باید نمایانگر یک توازن رضایتبخش میان آنها باشد.
چالش جدید
کاملاً قابل درک است که از لحاظ فنی، تعیین میزان برآورده شدن این اهداف هسته ای در هر اقدام مهندسی، کار دشواری است. دشواری این امر ناشی از آن است که برآوردهای درازمدت نه تنها چندان قابل اطمینان نیستند بلکه تحت تأثیر مسائل دیگری هم هستند مثل این که هزینه های صرف شده در حال حاضر را تا چه حد می توان با هزینه های ناشی از تأخیرهای ترافیکی در آینده مقایسه کرد.
با این وجود این مسئله چالشی است که مهندسی پل در حال حاضر با آن مواجه است مهندسان باید نه تنها از نتایج اقدامات خود در کوتاه مدت آگاه باشند بلکه باید تأثیر این فعالیت ها روی نسل های آینده را هم بدانند. آنها باید تا آنجا که ممکن است تمام گزینه های موجود و ریسک های مربوط به هر یک را بررسی کنند و بهترین اقدامات را پیشنهاد نمایند.
آینده
همکاری و شراکت، کلید داشتن آینده بهتر است. این آژانس در کنار ابداع و نوآوری به شرکت و همکاری هم پرداخته است تا از استفاده بهینه راه ها و پل های مهمی در آینده اطمینان حاصل کند.
در نتیجه پژوهش های در حال انجام در سراسر دنیا، امروزه امکان یافتن روش های عاقلانه تر برای درنظر گرفتن ریسک ها و گزینه ها در مهندسی پل وجود دارد. عامل و آینده انجام این کار، مسائلی است که مقامات مسؤول بزرگراه همه جا با آن روبه رو هستند. مهم ترین این مسائل چگونگی تقسیم سرمایة اندک موجود در میان این همه اقدامات واجب و ضروری است.
بسیار امیدوارکننده است که کار ارائه شده در این کتاب حاصل همکاری وسیع متخصصان بین المللی است. ما صادقانه امیدواریم که چنین همکاری های بین المللی و گسترش و تداوم یابد.
در آخر، باید گفت که پروژه های گنجانده شده در این کتاب صرفاً تمرین های دانشگاهی (آکادمیک) نیستند، بلکه روش ها و معیارهای تولید هستند که برای مهندسان بسیار مفید می باشند و بر استراتژی و اقتصاد مدیریت شبکه های راه ها تأثیر واقعی خواهند داشت. اقدامات جدید برای ارزیابی کل طول عمر در حال حاضر روی سازه ها در میدلند لینکر و قسمت های MCI در لندن – که دو نمونه از بزرگترین پروژه های نگهداری پل در شبکه راه های انگلستان هستند – در حال انجام هستند. چنین روش های کاربردی مبتکرانه ای باید تداوم یابند.
نگاهداری سازه های «های ویز ایجنسی»
دیوید بیکر، های ویز ایجنسی، انگلستان
مقدمه
«آژانس بزرگراه ها» در اول آوریل 1994 به عنوان «نماینده اجرایی وزارت (دپارتمان) حمل و نقل انگلستان» تاسیس شد. مسئولیت این آژانس ارائه یک شبکه راه ها و جاده های ایمن، موثر و قابل قبول برای محیط زیست در انگلستان است. «آژانس بزرگ راهها» قصد دارد با مدیریت و نگهداری مؤثر، از شبکه 9500 مایلی حاضر حداکثر استفاده را بکند. این شبکه شامل حدوداً 9500 پل و 5100 سازه دیگر از قبیل دیوارهای حائل، نهرهای سرپوشیده، علائم راهنمایی رانندگی است. 80 درصد از پل ها عمدتاً از بتن ساخته شده اند، 15 درصد سازه های فولادی هستند و 5 درصد طاق های سنگ کاری شده هستند. در این میان سازه های مختلفی از «لیبون بریج» (هفت پل) به وسعت 988 متر گرفته تا نهرهای سرپوشیده کوچک با وسعت کمتر از یک متر دیده می شود. بیشتر پل ها در سی سال اخیر ساخته شده اند ولی بعضی از آنها دارای قدمتی 100 ساله هستند.
برنامة احیا و بازسازی پل ها
در نوامبر 1987، دپارتمان حمل و نقل یک برنامه 15 ساله را برای احیاء پل های موجود در راه ها و جاده ها و سایر سازه ها آغاز نمود (برنامه پل ها). این برنامه در واکنش به رشد سریع حجم ترافیک، افزایش وزن مجاز وسائل نقلیه، مسائل مربوط به دوام پل های بتنی و سایر سازه ها که بر اثر پاشیدن نمک برای باز شدن یخ ها ایجاد شده بود، طراحی شد.
«آژانس بزرگ راهها» برنامه پل ها را به موازات برنامه های احداث و نگهداری راه ها و جاده ها اجرا کرده است. «نمایندگی های نگهداری»، که از شرکت های مهندسان مشاور و مقامات محلی تشکیل شده اند، برنامه پل ها را به نمایندگی از این آژانس به اجرا درمی آورند. اهداف اصلی آنها برای نگهداری راه ها و جاده ها به این ترتیب است:
خفظ سرمایه گذاری های انجام شده در گذشته در سیستم راه ها با صرف هزینه بهینة برای طول راه ها و ایجاد کمترین اختلال در جریان ترافیک: و حصول اطمینان از این امر که راه ها ایمن و قابل اعتماد هستند و کیفیت راندن در آنها حد استانداردی را برآورده می کند. (طرح تجاری های ویز ایجنسی،
96-1995)
به طور خاص هدف این آژانس در رابطه با نگهداری پل چنین است:
حفظ ثبات ساختاری و ایمنی از طریق نگهداری و در صورت لزوم ارتقاء و رساندن پل ها و سایر سازه ها به یک استاندارد قابل قبول با صرف کمترین هزینه در طول عمر سازه (89-1988)
«آژانس بزرگ راهها» استانداردها و کتابچه های راهنمایی را وضع و صادر می کند که تمام مهندسان موظفند در هنگام طراحی، مقاوم سازی، ارتقاء بخشیدن و نگهداری پل ها و سایر سازه ها از آن پیروی می کنند. این استانداردها موارد ضروری ذکر شده در برنامه پل ها را پوشش می دهند (دربر می گیرند) و آژانس بزرگ راهها برای تعریف ارزیابی ماهیت، کیفیت و کمیت کار انجام شده روی سازه ها از این استانداردها استفاده می کند. وقتی دانش و اطلاعات آژانس در باره رفتار پل ها و سازه ها افزایش می یابد، این استاندارد هم به روز می شوند. این آژانس هزینه یا برای انجام شدن بازرسی های دوره یا جهت حصول اطمینان از نگهداری پل ها طبق استانداردها و شناسایی اقدامات ضروری برای بهبود، پیشرفت و نگهداری سازه‌ها اختصاص داده است.
علاوه بر پل های آژانس بزرگراه ها، حدوداً 000/100 پل در شبکه راه ها محلی وجود دارد. اکثر این پل ها به مقامات محلی تعلق دارند اگرچه حدود 10 درصد از آنها استفاده می کنند و احساس می کنند برای رفع نیازهایشان کافی است. علی رغم استفاده گسترده از Pontis در ایالات متحده آمریکا، هنوز حوزه هایی وجود دارند که به کار و بهبودهای بیشتری نیاز دارند. این مسائل، موضوع طرح های پروژه های فعلی هستند.
توسعه و تحقیق استراتژیک
«اداره فدرال بزرگ راهها» در حال حاضر فعالیت پژوهشی خود را به سه حوزه وسیع تقسیم کرده است. اولی، مدیریت پل است یعنی بهبود بخشیدن به بازرسی ها، ارزیابی های غیرتخریبی و سیستم های مدیریت پل. دومی، مواد ساختمانی (مصالح) با کیفیت بالا هستند. در حال حاضر پژوهش‌هایی در باره فولاد با کیفیت بالا، بتن با کیفیت بالا، پولی مرهای فیبری و آلومینیوم در حال انجام است. سومین حوزه، که کاربردهای مهندسی نام دارد، دسته بندی فعالیت های پژوهشی است که در حوزه‌ای که قبلاً ذکر شد جای نمی گیرد. این فعالیت‌ها عبارتند از روش های و فن آوری‌ها بهبود یافته، طراحی، مسائل مربوط به زلزله، فرسایش، مسائل هیدرولیک و ژئوتکنولوژی.
هدف گروه اول فعالیت ها بهبود بخشیدن به وضعیت پل های کشور از طریق استفاده مؤثر از فن آوری جدید است. بعضی پروژه های خاص در دست اجرا عبارتند از:
-وارد کردن (لحاظ کردن) بازرسی سطح عناصر و ارزیابی وضعیت پل و فاکتور تحمل بار و مقاومت در کتابچه راهنمای AASHOT
-روش های پژوهش و ارزیابی برای استفاده از اطلاعات مربوط به بازرسی به عنوان پایه و اساس ارزیابی نیازهای ملی، ارزیابی عملکرد پل ها و روش های تخصیص بودجه
-فن آوری هایی برای ارزیابی کلی پل ها با پژوهش های سریع و بهینه
-فن آوری هایی برای ارزیابی و اکتشاف سریع ترک های ایجاد شده در پل
-روش های بهبود یافته از طریق پژوهش برای نمره دادن سریع و کمی به ظرفیت تحمل پل ها
-روش های بهبود یافته از طریق پژوهش برای ارزیابی فونداسیون های ناشناخته
-احداث و اداره یک مرکز برای به کار بردن فن آوری های غیرتخریبی در بزرگ راهها
-تعیین احتمال مطالعات شناسایی برای بازرسی بصری در پل های واقع در بزرگراه ها
-روش های جدید در سیستم های پشتیبان اتخاذ تصمیبم در مدیریت پل ها از جمله روش‌های بهینه سازی، طراحی پایگاه داده، مدل سازی دیتا و مدل های فضائی دیتا
-ایجاد روش های بهینه برای هزینة چرخه عمر
-برگزاری یک کنفرانس بین المللی در باره مدیریت پل
هدف اصلی در حوزه دوم پژوهش، ارتقاء بخشیدن و ایجاد مواد مستحکم تر و بادوام تر در ساخت و نوسازی پل هاست تا مدت خدمات رسانی پل ها (عمر مفید آنها) افزایش یابد. بعضی از پروژه های در دست اجرا یا آنهایی که در آینده راه اندازی می شوند عبارتند از:
-راه اندازی و ارائه کمک فنی در پروژه های تست و آزمایش مواد ساختمانی با کیفیت بالا در چندین ایالت
-به انجام رساندن مطالعات در مقیاس وسیع در باره ویژگی های استیل با کیفیت بالا
-به روز کردن و بهبود بخشیدن به ویژگی های مورد نیاز مواد ساختمانی
-ایجاد یک راهنمای طراحی و ورک شاپ (کارگاه) برای مواد ساخته شده از رشته های پلی مری (FRP)
-ایجاد یک پایگاه داده در باره پروژه های FRP از جمله ویژگیهای ماده
-ارائه مشاوره فنی در باره مواد ساختمانی مورد استفاده در پل ها
-هدف سومین حوزه (کاربردهای مهندسی) نوآوری در طراحی و ساخت پل و ایجاد صلاحیت فنی در حوزه های هسته ای فنی است. بعضی پروژه های مربوطه عبارتند از:
-ایجاد نرم افزار Virtis و Opis، با همکاری AASHTO، برای اندازه گیری تحمل بار پل ها و طراحی پل های جدید.
-برگزاری همایش بین المللی در باره زلزله
-انجام یک پروژه در مورد اقدامات لازم برای لاردبی
نتیجه گیری
«اداره فدرال بزرگ راهها» یک برنامه عملی مدیریت پل طراحی کرده است که هدف از آن اجرای یک برنامه چندین بیلیون دلاری به منظور حصول اطمینان از ایمنی پل ها و بهبود بخشیدن به شرایط و وضعیت چندین هزار پل موجود در بزرگ راههای آمریکاست. کلید انجام و موفقیت این برنامه شراکت و همکاری با «دپارتمان های ایالتی حمل و نقل» برای به کارگیری روش های ثابت و هماهنگ و در عین حال قابل انعطاف است. این روش ها طی بیش از 25 سال شکل گرفته اند و دائم تلاش هایی در جهت بهبود بخشیدن به آنها صورت می‌گیرد. روش های جدیدی برای مدیریت پل طراحی و اجراء شده اند، فلسفه های جدید جایگزین تفکر قدیمی شده اند، فن آوری های جدید توسعه یافته اند و هر روز در این زمینه شاهد نوآوری های جدیدی هستیم. به نظر می رسد تنها فاکتور ثابت موجود «تغییر» است. تجربه FHWA در زمینه مدیریت پل در سطح ملی در محیطی دائماً در حال تغییر (ص 23) نشان داده است که تغییر اغلب در جهت بهتر شدن وضعیت است، به خصوص اگر تمام عوامل دست اندرکار در جهت رسیدن به یک هدف مشترک کاملاً روشن و دقیق عمل کنند و در چارچوب شراکت و احترام متقابل فعالیت کنند.