基于概率成本的优化方法：针对混凝土公路桥梁的维护策略选择，兼顾桥梁状况、安全性及二氧化碳排放控制

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Probabilistic Cost Optimization on Combined Maintenance Strategies for Condition and Safety of Concrete Highway Bridges Considering CO2 Emission

　　

摘要

本文利用自主研发的蒙特卡洛平台，对氯离子引起的混凝土公路桥梁的劣化情况及其相应的安全维护策略进行了成本优先级分析。收集了四种维护方式的实用概率数据：硅烷处理（SL）、阴极保护（CP）、小型混凝土修复（CR）和重建（RB）。提出了六种组合维护策略（包含2-3种维护方式）。研究表明，基于50年预期累计成本的现值，SL + RB的组合策略在成本上是最优的；然而，仍有55%的概率需要采取CR措施来防止桥梁状况的严重恶化。这种严重的状况恶化可能会导致严重的安全问题，进而需要花费高昂成本的RB维护。此外，发现低成本SL的最佳首次应用时间应为其使用下限，以避免采用高成本的维护方式；但其后续的最佳应用时间应适当延长，以降低累计维护成本。对于其他优化策略，不同维护方式之间的相互作用主要有助于避免高成本的维护方式，从而降低累计维护成本。利用这些最优数据进行了进一步分析，讨论了维护成本的99百分位数以及维护过程中产生的二氧化碳（CO₂）排放量（包括对其敏感性的分析）。结果表明，SL + CR策略的二氧化碳排放量最低，且在28%的概率下需要采取RB措施来防止严重的安全问题。此外，预期的累计二氧化碳排放量对低排放量的SL维护方式不敏感，但对高排放量的CP、CR和RB维护方式较为敏感。这种敏感性的强度取决于具体的维护策略。最后，本文还讨论了该研究的局限性，为后续研究提供了方向。