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摘要：随着工程技术的发展和大量的桥梁建设，人们已经意识到在桥梁施工过程中进行监控的重要性。本文针对桥梁施工监控及灰色系统理论方法在其中的应用进行了分析，介绍了施工监控以及灰色系统理论的发展现状，连续梁桥施工监测与控制的内容与方法，灰色系统理论在桥梁施工监控中的应用等。
关键词：桥梁 施工监控 灰色系统理论
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-212-01
1. 桥梁施工监控及控制理论的发展现状
桥梁施工技术方向的研究和应用在其他国家开始的比较早，我国工程师到上个世纪50年代的时候才开始对桥梁施工过程中的内力和变形实施调控，但是相比日本等国外国家，进行系统地桥梁施工监控的研究我国开始的还比较晚，所以技术也比较落后[1]。到了80年代后，计算机在桥梁计算分析中得到了广泛的应用，工程师们开始在桥梁施工监控过程中实用计算机进行辅助计算，施工技术得到了飞速发展。相比国外我国在施工控制技术方面还有差距，主要表现在对桥梁施工控制的理论和研究实践还不够，监测手段落后等方面。所以，深入的研究桥梁施工控制理论研究，开发出更加合理及实用的控制软件以及更加方便、精确的监测设备，建立完善的桥梁施工监控技术系统是今后我国桥梁建设事业发展迫切需要进行的工作 [2]。
灰色系统理论是上个世纪80年代初，我国华中科技大学邓聚龙教授提出并创立的一门理论学科它是基于数学理论的系统工程学科。从一九八二年第一篇关于灰色系统理论系统论文的发表至今，在这近三十年中，灰色系统理论在基础理论以及实际应用等方面均有较大的发展，灰色系统理论现已广泛应用于农业、经济、医疗、生态、军事、交通、工业控制、工程技术等多个领域，并取得了引人注目的成果[3]。所以在国内，灰色系统理论在施工监控中的应用是处于世界先进水平的。即便如此，灰色系统理论在桥梁施工控制中的应用还处在研究的初期阶段。如何更好地将灰色系统理论应用于桥梁施工监控中，还需要进行大量的研究工作。
2. 连续梁桥施工监测与控制的内容与方法
2.1监控的内容
连续梁桥施工监控的主要任务目标就是对整个连续梁桥的施工过程进行监测与控制，以保证在施工过程中桥梁结构的烧度变形和内部应力处于容许的安全范围以内，从而保证桥梁成桥后和运用期间，成桥的线形和内力符合桥梁设计白勺要求。
对于不同形式的桥梁，施工监测与控制的内容略有差异，但是主要包括以下几个方面：几何变形监控、应力控制、稳定控制、安全控制。对于采用悬臂施工法进行施工的高速铁路连续梁桥，主要采取监控几何变形和应力的方法来控制整个施工过程[4]。
2.2施工控制的方法
对于悬臂施工法的连续梁桥，桥梁最终的成桥要经过很多不同的施工阶段。而由于施工阶段多，施工周期长，故会产生多种因素下的误差。而采用传统的结构分析方法，很难解决这一问题。随着电子计算机和现代控制理论的发展，工程上渐渐将现代控制理论结合桥梁实际施工，探索出桥梁工程控制的新方法。在桥梁对于不同形式不同规模的桥梁，控制的方法也不尽相同，但是主要分为开环控制法、闭环控制法、自适应控制法以及最大宽容度法等。而最为常用的为其中的前三种，即开环控制法、闭环控制法和自适应控制法[5]。
2.2.1开环控制法
对于跨径较小，结构较为简单的桥梁，一般可以在设计过程中确定桥梁的整体施工情况以及施工成桥后的状态，并且根据设计计算的结果，预先准确估计出桥梁各个节段施工完成后的竖向烧度情况，并据此提出桥梁预拱度。由于桥梁跨径小，受力等情况较为简单，故可认为正常情况下，只要严格按照预先所提预拱度进行施工，施工完成后，桥梁就能基本达到预期的设计线形和应力。以这种方法控制的桥梁施工过程，由于不需要根据施工过程中的实际情况进行调整计算，来改变对桥梁预先计算出来的预拱度，所以控制作用是单向向前的，被称为开环环控制方法[6]。
2.2.2闭环控制方法
对于大跨径，结构复杂的桥梁体系，如悬臂施工法连续梁桥，虽然可以使用幵环控制方法提前计算出成桥最终状态和各个施工阶段的状态，但是由于在施工中各个参数存在着误差，在多步骤的施工的过程中，误差将会逐步累积，致使在施工完毕后，由于逐步累积的误差，成桥的实际状态和结构的理想状态相去甚远。这就要求在发现施工误差后，须及时地对施工误差进行分析，并对后续施工过程进行修正和控制。在误差出现以后，虽然已出现的误差无法纠正，结构的理想状态无法实现，但是可以按照性能最优原则，使己发生误差的系统状态达到最优，使结构的最终状态与理想状态最为接近。在对施工误差进行分析和修正時，需要根据结构的实际状态进行反馈计算，从而得到修正的措施和控制量的大小，这就形成了一个闭环反馈系统，故该方法称为闭环控制方法。
2.2.3自适应控制方法
闭环控制方法虽然能够通过控制作用，即时分析和修正施工中产生的各种误差，并在后续施工阶段中进行调整，从而基本保证大型复杂桥梁建设成桥实际状态与成桥理想状态较为接近，但是只能在施工误差产生以后发挥作用，调整后续阶段的施工，从而达到结构的最优状态。而误差产生的重要原因就有参数偏差，是前期建立的有限元模型中的计算参数与实际参数之间产生偏差，这些参数主要包括截面几何尺寸，混凝土材料密度，混凝土弹性模量、混凝土收缩徐变效果等[7]。
3.施工监控中的灰色系统理论应用
灰色系统理论经过20年的发展，现已基本建立起了一门新型科学的结构体系。灰色系统理论的主要内容包括以灰色哲学为基础的思想体系。主要应用部分包括灰数运算与灰代数系统、序列算子、灰色关联分析、灰色聚类评估、灰色系统模型、灰色预测、灰色组合模型、灰色决策等基本内容。在这些内容中，桥梁施工监控主要牵涉到的内容包括灰色系统模型和灰色预测。在建立灰色系统模型时，需要按照五步骤建立，通过灰色生成活序列算子的作用弱化随机性，挖掘潜在的规律，然后经过差分方程和微分方程的互换，实现利用离散的数据建立连续动态微分方程。然后，基于GM模型做出定量预测，即为灰色预测计算。
在桥梁施工监控技术中，由已知的测试结果数列，需要预测出桥梁烧度及应力变化情况。而在悬臂施工的连续梁中，施工过程受多种不确定因素的影响，增加了桥梁施工监控的难度。虽然通过现场数据的实时采集、设计参数误差的识别与纠正，精确计算模型的不断重建，大部分不确定因素可以被消除，但这种方法使得数据采集和模拟计算工作量大大增加，加上计算模型与实际结构也存在差别，因此灰色系统理论成为桥梁施工过程中进行预测和控制的简单有效的方法。
参考文献：
[1]顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社，2005
[2]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京：人民交通出版社，2003
[3]肖新平，宋中民，李峰.灰技术基础及其应用[M].北京：科学出版社，2005.
[4]黄腾，张书丰，章登精，郭志明.大跨径预应力混凝土连续梁施工控制技术[J].河海大学学报（自然科学版），2003’ 6： 669-673
[5]张雪松.大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控理论与实践[D].重庆：
[6]姜浩.黄腾，张书丰.章登精，郭志明.大跨径预应力混凝土连续粱施工控制技术[J].河海大学学报：670-673
[7]Matt，p.Satatus of Segmental Bridge Construction in Europe[J].PCI Journal，1983（7）
关键词：桥梁 施工监控 灰色系统理论
中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-212-01
1. 桥梁施工监控及控制理论的发展现状
桥梁施工技术方向的研究和应用在其他国家开始的比较早，我国工程师到上个世纪50年代的时候才开始对桥梁施工过程中的内力和变形实施调控，但是相比日本等国外国家，进行系统地桥梁施工监控的研究我国开始的还比较晚，所以技术也比较落后[1]。到了80年代后，计算机在桥梁计算分析中得到了广泛的应用，工程师们开始在桥梁施工监控过程中实用计算机进行辅助计算，施工技术得到了飞速发展。相比国外我国在施工控制技术方面还有差距，主要表现在对桥梁施工控制的理论和研究实践还不够，监测手段落后等方面。所以，深入的研究桥梁施工控制理论研究，开发出更加合理及实用的控制软件以及更加方便、精确的监测设备，建立完善的桥梁施工监控技术系统是今后我国桥梁建设事业发展迫切需要进行的工作 [2]。
灰色系统理论是上个世纪80年代初，我国华中科技大学邓聚龙教授提出并创立的一门理论学科它是基于数学理论的系统工程学科。从一九八二年第一篇关于灰色系统理论系统论文的发表至今，在这近三十年中，灰色系统理论在基础理论以及实际应用等方面均有较大的发展，灰色系统理论现已广泛应用于农业、经济、医疗、生态、军事、交通、工业控制、工程技术等多个领域，并取得了引人注目的成果[3]。所以在国内，灰色系统理论在施工监控中的应用是处于世界先进水平的。即便如此，灰色系统理论在桥梁施工控制中的应用还处在研究的初期阶段。如何更好地将灰色系统理论应用于桥梁施工监控中，还需要进行大量的研究工作。
2. 连续梁桥施工监测与控制的内容与方法
2.1监控的内容
连续梁桥施工监控的主要任务目标就是对整个连续梁桥的施工过程进行监测与控制，以保证在施工过程中桥梁结构的烧度变形和内部应力处于容许的安全范围以内，从而保证桥梁成桥后和运用期间，成桥的线形和内力符合桥梁设计白勺要求。
对于不同形式的桥梁，施工监测与控制的内容略有差异，但是主要包括以下几个方面：几何变形监控、应力控制、稳定控制、安全控制。对于采用悬臂施工法进行施工的高速铁路连续梁桥，主要采取监控几何变形和应力的方法来控制整个施工过程[4]。
2.2施工控制的方法
对于悬臂施工法的连续梁桥，桥梁最终的成桥要经过很多不同的施工阶段。而由于施工阶段多，施工周期长，故会产生多种因素下的误差。而采用传统的结构分析方法，很难解决这一问题。随着电子计算机和现代控制理论的发展，工程上渐渐将现代控制理论结合桥梁实际施工，探索出桥梁工程控制的新方法。在桥梁对于不同形式不同规模的桥梁，控制的方法也不尽相同，但是主要分为开环控制法、闭环控制法、自适应控制法以及最大宽容度法等。而最为常用的为其中的前三种，即开环控制法、闭环控制法和自适应控制法[5]。
2.2.1开环控制法
对于跨径较小，结构较为简单的桥梁，一般可以在设计过程中确定桥梁的整体施工情况以及施工成桥后的状态，并且根据设计计算的结果，预先准确估计出桥梁各个节段施工完成后的竖向烧度情况，并据此提出桥梁预拱度。由于桥梁跨径小，受力等情况较为简单，故可认为正常情况下，只要严格按照预先所提预拱度进行施工，施工完成后，桥梁就能基本达到预期的设计线形和应力。以这种方法控制的桥梁施工过程，由于不需要根据施工过程中的实际情况进行调整计算，来改变对桥梁预先计算出来的预拱度，所以控制作用是单向向前的，被称为开环环控制方法[6]。
2.2.2闭环控制方法
对于大跨径，结构复杂的桥梁体系，如悬臂施工法连续梁桥，虽然可以使用幵环控制方法提前计算出成桥最终状态和各个施工阶段的状态，但是由于在施工中各个参数存在着误差，在多步骤的施工的过程中，误差将会逐步累积，致使在施工完毕后，由于逐步累积的误差，成桥的实际状态和结构的理想状态相去甚远。这就要求在发现施工误差后，须及时地对施工误差进行分析，并对后续施工过程进行修正和控制。在误差出现以后，虽然已出现的误差无法纠正，结构的理想状态无法实现，但是可以按照性能最优原则，使己发生误差的系统状态达到最优，使结构的最终状态与理想状态最为接近。在对施工误差进行分析和修正時，需要根据结构的实际状态进行反馈计算，从而得到修正的措施和控制量的大小，这就形成了一个闭环反馈系统，故该方法称为闭环控制方法。
2.2.3自适应控制方法
闭环控制方法虽然能够通过控制作用，即时分析和修正施工中产生的各种误差，并在后续施工阶段中进行调整，从而基本保证大型复杂桥梁建设成桥实际状态与成桥理想状态较为接近，但是只能在施工误差产生以后发挥作用，调整后续阶段的施工，从而达到结构的最优状态。而误差产生的重要原因就有参数偏差，是前期建立的有限元模型中的计算参数与实际参数之间产生偏差，这些参数主要包括截面几何尺寸，混凝土材料密度，混凝土弹性模量、混凝土收缩徐变效果等[7]。
3.施工监控中的灰色系统理论应用
灰色系统理论经过20年的发展，现已基本建立起了一门新型科学的结构体系。灰色系统理论的主要内容包括以灰色哲学为基础的思想体系。主要应用部分包括灰数运算与灰代数系统、序列算子、灰色关联分析、灰色聚类评估、灰色系统模型、灰色预测、灰色组合模型、灰色决策等基本内容。在这些内容中，桥梁施工监控主要牵涉到的内容包括灰色系统模型和灰色预测。在建立灰色系统模型时，需要按照五步骤建立，通过灰色生成活序列算子的作用弱化随机性，挖掘潜在的规律，然后经过差分方程和微分方程的互换，实现利用离散的数据建立连续动态微分方程。然后，基于GM模型做出定量预测，即为灰色预测计算。
在桥梁施工监控技术中，由已知的测试结果数列，需要预测出桥梁烧度及应力变化情况。而在悬臂施工的连续梁中，施工过程受多种不确定因素的影响，增加了桥梁施工监控的难度。虽然通过现场数据的实时采集、设计参数误差的识别与纠正，精确计算模型的不断重建，大部分不确定因素可以被消除，但这种方法使得数据采集和模拟计算工作量大大增加，加上计算模型与实际结构也存在差别，因此灰色系统理论成为桥梁施工过程中进行预测和控制的简单有效的方法。
参考文献：
[1]顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社，2005
[2]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京：人民交通出版社，2003
[3]肖新平，宋中民，李峰.灰技术基础及其应用[M].北京：科学出版社，2005.
[4]黄腾，张书丰，章登精，郭志明.大跨径预应力混凝土连续梁施工控制技术[J].河海大学学报（自然科学版），2003’ 6： 669-673
[5]张雪松.大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控理论与实践[D].重庆：
[6]姜浩.黄腾，张书丰.章登精，郭志明.大跨径预应力混凝土连续粱施工控制技术[J].河海大学学报：670-673
[7]Matt，p.Satatus of Segmental Bridge Construction in Europe[J].PCI Journal，1983（7）