橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案

橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方案PARTTHREE我國橋梁健康現(xiàn)狀3.1關(guān)鍵技術(shù)3.2技術(shù)難點(diǎn)3.3案例分析我國橋梁健康現(xiàn)狀我國作為世界第一橋梁大國，大型城市橋梁超過10萬座，鐵路橋梁超過20萬座，公路橋梁超過96萬座，橋梁給我們的生產(chǎn)生活帶來了非常大的便利，但隨著近年來交通量的猛增，超載、超重的影響以及橋梁本身的自然老化等因素，大量橋梁結(jié)構(gòu)處于亞健康或危險(xiǎn)狀態(tài)，一旦橋梁發(fā)生坍塌，也會帶來很大的損失，最直接的危害就是危害出行者的生命安全，同時(shí)給國家造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，并造成惡劣的社會影響。我國橋梁健康現(xiàn)狀2013年《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的若干意見》據(jù)統(tǒng)計(jì)目前中國近10萬座橋梁存在潛在的危機(jī)。橋梁一般使用年限都很長，據(jù)2000年建設(shè)部出臺的關(guān)于建筑設(shè)計(jì)使用年限的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068,規(guī)定我國橋梁設(shè)計(jì)使用年限是100年至120年。橋梁的長期正常使用，不僅取決于建造質(zhì)量，后期的管養(yǎng)更是重中之重。2021年2月24日交通運(yùn)輸部部長李小鵬主持召開的部務(wù)會2022年《公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2018年《公路長大橋隧養(yǎng)護(hù)管理和安全運(yùn)行若干規(guī)定》01020304建立完備的橋梁數(shù)字化檔案，提高橋梁作為交通設(shè)施的智能化管理水平，隨時(shí)遠(yuǎn)程掌控橋梁性能和工作狀態(tài)，提高數(shù)據(jù)監(jiān)測的精度提升橋梁管理科技品質(zhì)與質(zhì)量通過對橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究，推動物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)信息化技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用推動行業(yè)發(fā)展及時(shí)發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測突發(fā)災(zāi)害等特殊事件的發(fā)展變化，記錄完整的突發(fā)事件過程，便于時(shí)候評估處理加強(qiáng)抗災(zāi)應(yīng)急能力快速實(shí)現(xiàn)橋梁狀態(tài)的評估和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害源或橋梁運(yùn)行異常情況，指導(dǎo)管養(yǎng)；通過交通監(jiān)測，輔助超限車管控，預(yù)測橋梁結(jié)構(gòu)損傷和壽命提高橋梁管養(yǎng)效率橋梁監(jiān)測的目的橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵通過智能傳感器系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行監(jiān)控與評估，為橋梁在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營狀況異常嚴(yán)重時(shí)發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁的維護(hù)維修和管理決策提供依據(jù)與指導(dǎo)。在橋梁運(yùn)營狀況異常嚴(yán)重時(shí)發(fā)出預(yù)警信號為橋梁結(jié)構(gòu)行為和環(huán)境規(guī)律提供海量數(shù)據(jù)庫意義結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等可能得到改進(jìn)現(xiàn)有橋梁監(jiān)測方式的缺點(diǎn)無法全覆蓋橋梁的結(jié)構(gòu)溫度及應(yīng)變采用點(diǎn)式傳感器，只能監(jiān)測橋梁特定點(diǎn)位的溫度、應(yīng)變，無能對整個(gè)橋梁進(jìn)行監(jiān)測。維修量大橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測所用到的傳感器多達(dá)十幾種，每個(gè)項(xiàng)目使用的數(shù)量更是成百上千，數(shù)量多種類雜，出問題概率大，維修工作量大。未對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估現(xiàn)有的橋梁監(jiān)測平臺只展示相關(guān)傳感器的監(jiān)測狀態(tài)，并未對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估，不能提前預(yù)測橋梁的健康問題自身性能退化產(chǎn)生不同程度的損傷和劣化傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測外部因素（環(huán)境因素、嚴(yán)重超載。人文因素）信息反饋不及時(shí)缺乏科學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法123依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)無法全面了解和掌握橋梁狀況4我國橋梁健康現(xiàn)狀橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)指采用各種現(xiàn)代化監(jiān)測技術(shù)，對橋梁結(jié)構(gòu)全生命期的運(yùn)營環(huán)境、荷載輸入、結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)指標(biāo)及響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測，并以一定的策略和技術(shù)手段對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、進(jìn)而對橋梁整體運(yùn)營情況進(jìn)行判斷、指導(dǎo)橋梁的管養(yǎng)決策。各類傳感器安裝位置橋梁監(jiān)測的主要內(nèi)容監(jiān)測類別監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測目的布置位置環(huán)境溫度、濕度橋址區(qū)環(huán)境溫度、濕度溫濕度計(jì)監(jiān)測環(huán)境溫濕度主跨跨中橋面主梁內(nèi)溫度、濕度a索塔錨固區(qū)溫度、濕度監(jiān)測索塔錨固區(qū)溫濕度索塔錨固區(qū)雨量降雨量雨量計(jì)監(jiān)測降雨量主跨跨中作用車輛荷載所有車道車重、軸重、軸數(shù)、車速動態(tài)稱重系統(tǒng)

+抓拍監(jiān)測車流量、車速、軸重、軸距等關(guān)鍵交通荷載信息橋臺外道路所有車道車流量風(fēng)速、風(fēng)向橋面風(fēng)速、風(fēng)向風(fēng)速風(fēng)向儀監(jiān)測風(fēng)荷載主跨跨中橋面塔頂風(fēng)速、風(fēng)向塔頂結(jié)構(gòu)溫度混凝土或鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度光纖光柵溫度傳感器/分布式光纖溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)溫度主梁、橋塔地震承臺頂或橋墩底部加速度

(抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度及以上)三向加速度傳感器監(jiān)測地震橋墩底部結(jié)構(gòu)響應(yīng)位移主梁豎向位移激光撓度傳感器監(jiān)測主梁豎向撓度邊跨跨中；主跨4等分點(diǎn)支座位移位移計(jì)監(jiān)測梁端縱向位移和支座位移墩頂梁端支座處梁端縱向位移塔頂偏位GNSS監(jiān)測橋塔偏位塔頂+1個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)角梁端水平轉(zhuǎn)角傾角傳感器監(jiān)測梁端轉(zhuǎn)角伸縮縫兩端主梁梁端豎向轉(zhuǎn)角應(yīng)變主梁關(guān)鍵截面應(yīng)變光纖光柵應(yīng)變傳感器/分布式光纖溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)監(jiān)測主梁、索塔應(yīng)變和應(yīng)力主梁、主塔索力斜拉索索力加速度計(jì)監(jiān)測斜拉索索力長索、短索、中間索振動主梁豎向振動加速度加速度計(jì)監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)振動特性主跨4等分點(diǎn)主梁橫向振動加速度塔頂水平雙向振動加速度塔頂斜拉索振動加速度長索、短索、中間索解決方案系統(tǒng)拓?fù)鋱D產(chǎn)品優(yōu)勢以光纖作為傳感器，光纖連續(xù)敷設(shè)在整個(gè)橋梁，無監(jiān)測死角光纖作為傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用于各種復(fù)雜的現(xiàn)場安裝環(huán)境光纖材料理化性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕、抗電磁干擾，本身不帶電，也不需外接電源，無完全隱患分布式光纖監(jiān)測主機(jī)監(jiān)測橋梁全部部位狀態(tài)，重點(diǎn)區(qū)域使用點(diǎn)式傳感器重點(diǎn)監(jiān)測，如此既達(dá)到了想要的監(jiān)測效果，也減少點(diǎn)式傳感器的敷設(shè)數(shù)量安裝方便節(jié)約成本本質(zhì)安全全覆蓋監(jiān)測特色技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)1、分布式探測：系統(tǒng)為全分布式探測，連續(xù)探測，不間斷、無盲區(qū)、無漏報(bào)2、長距離監(jiān)測：可達(dá)100公里（環(huán)路200公里）3、性能穩(wěn)定：采用標(biāo)準(zhǔn)通信光纖作為傳感介質(zhì)，工藝成熟可靠。4、安全性：光纖本質(zhì)安全，具有斷纖報(bào)警等自診斷功能特色技術(shù)-分布式光纖溫度、應(yīng)變傳感技術(shù)核心產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域1、橋梁、大壩等建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測2、海纜全生命周期監(jiān)控與質(zhì)量分析3、石油、天然氣、熱力等管道泄漏在線監(jiān)測4、塌方、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害探測產(chǎn)品特點(diǎn)1、采用雙峰算法和小波算法，提高空間分辨率，最佳可達(dá)0.5m2、通過光時(shí)分復(fù)用技術(shù)抑制系統(tǒng)的非本地效應(yīng)，提高監(jiān)測距離長達(dá)200km3、結(jié)合光格自主研發(fā)的分布式光纖測溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長距離溫度和應(yīng)力雙參

量同時(shí)測量4、采用脈沖預(yù)泵浦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)厘米量級空間分辨率，并成功應(yīng)用于裂縫監(jiān)測5、高穩(wěn)定性的工業(yè)化設(shè)計(jì)，滿足7*24h連續(xù)在線監(jiān)測機(jī)架式：AB600探測距離環(huán)路200km測溫精度±0.1℃應(yīng)變精度±20με定位精度

0.5m核心產(chǎn)品-分布式光纖溫度應(yīng)力主機(jī)工作溫度0~40℃光纖傳感器敷設(shè)方式光纖傳感器敷設(shè)方式分布式光纖溫度應(yīng)力監(jiān)測主機(jī)核心產(chǎn)品區(qū)域控制單元（ACU)產(chǎn)品特點(diǎn)1、匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)工業(yè)現(xiàn)場的感知信號采集、控制輸出和通信等任務(wù)2、支持可視化編程語言，具有AI、DI、DO、RS485等工業(yè)接口，靈活擴(kuò)展3、工業(yè)級設(shè)計(jì)，工作溫度-40℃~+70℃，EMC電磁兼容4級，IP68防護(hù)等級4、支持邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理；支持動態(tài)策略管理，可進(jìn)行本地化控制5、高集成設(shè)計(jì)，現(xiàn)場安裝方便，減少安裝工程量應(yīng)用領(lǐng)域1、橋梁隧道、變電站、配電房、市政管廊等2、工業(yè)自動化、樓宇自控、石油化工、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、環(huán)保等行業(yè)的自控系統(tǒng)EMC電磁兼容4級EtherCAT先進(jìn)技術(shù)防護(hù)等級IP68核心產(chǎn)品-區(qū)域控制單元PARTTHREE智慧橋梁運(yùn)維平臺3.1關(guān)鍵技術(shù)3.2技術(shù)難點(diǎn)3.3案例分析數(shù)字化運(yùn)維平臺理念3M一體化，資產(chǎn)的監(jiān)、管、維監(jiān)控管理維護(hù)監(jiān)控(Monitoring)自主研發(fā)多種光纖傳感和物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備，對企業(yè)資產(chǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)感知，統(tǒng)一物聯(lián)。維護(hù)(Maintenance)以資產(chǎn)為對象，以維護(hù)手冊為中心，以工單為牽引，實(shí)現(xiàn)周期維護(hù)和預(yù)測性維護(hù)。管理(Management)以企業(yè)資產(chǎn)為核心，通過電子臺賬和大數(shù)據(jù)，對資產(chǎn)的全生命周期進(jìn)行管理。物聯(lián)架構(gòu)體系電纜通道B廠家傳感設(shè)備A傳感設(shè)備B傳感設(shè)備C傳感設(shè)備……利用EAM中臺、監(jiān)控報(bào)警中臺以及物聯(lián)管理平臺，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、設(shè)備信息以及業(yè)務(wù)工作流抽象化、標(biāo)準(zhǔn)化，消化各系統(tǒng)間差異，便于各類數(shù)據(jù)信息融合以及后續(xù)業(yè)務(wù)的縱向深入以及橫向擴(kuò)展既滿足與當(dāng)前管理需要，同時(shí)著眼于未來發(fā)展需求感知層網(wǎng)絡(luò)層平臺層PaaS應(yīng)用層SaaS邊緣物聯(lián)代理有線光纖網(wǎng)/無線網(wǎng)物聯(lián)管理平臺EAM中臺應(yīng)用平臺物聯(lián)架構(gòu)體系監(jiān)控報(bào)警中臺平臺數(shù)據(jù)處理各類傳感器數(shù)據(jù)采集及傳輸數(shù)據(jù)處理及控制監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)物聯(lián)管理平臺橋梁狀態(tài)評估監(jiān)測數(shù)據(jù)管理操作指令監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)警設(shè)置資產(chǎn)管理子系統(tǒng)三維可視化EAM中臺平臺首頁橋梁三維可視化基于數(shù)字孿生技術(shù)，結(jié)合實(shí)際環(huán)境，對橋梁、監(jiān)測裝置等進(jìn)行1:1三維建模、渲染；建立橋梁振動分析模型、橋梁健康狀態(tài)模型等數(shù)字模型；充分利用物聯(lián)體系架構(gòu)建設(shè)帶來的好處，平臺可輕松獲取全部地級系統(tǒng)的各類橋梁監(jiān)控運(yùn)維數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、清洗、統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，不斷完善數(shù)字模型；最后通過驅(qū)動模型計(jì)算，將橋梁各類業(yè)務(wù)預(yù)測分析結(jié)果通過三維模型進(jìn)行立體化直觀展示，實(shí)時(shí)提醒橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)。資產(chǎn)管理設(shè)施管理設(shè)備管理資產(chǎn)管理(EnterpriseAssetManagement,EAM)EAM管理思想：以橋梁資產(chǎn)為中心，對資產(chǎn)的全生命周期進(jìn)行管理，提供計(jì)劃維修、預(yù)防性維修、預(yù)測性維修、事后維修等幾種維護(hù)模式，目標(biāo)是提高資產(chǎn)可靠性和利用率，降低用戶生產(chǎn)成本，積極改善資產(chǎn)回。預(yù)防性維修(PM)PreventiveMaintence預(yù)測性維修(PdM)PredictiveMaintenance事后維修(BM)BreakdownMaintenance監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，將物聯(lián)管理平臺的原始異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成邏輯設(shè)備數(shù)據(jù)，由用戶根據(jù)場景需求，定義自己關(guān)注的邏輯設(shè)備模型及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的處理分析策略，并提供異常事件的閉環(huán)處理設(shè)備原始數(shù)據(jù)物聯(lián)管理平臺業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)邏輯設(shè)備自定義報(bào)警配置運(yùn)維人員確認(rèn)異常原因監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)異常報(bào)警平臺彈窗、短信通知運(yùn)維人員數(shù)據(jù)分析運(yùn)維數(shù)據(jù)流財(cái)務(wù)管理故障管理監(jiān)測數(shù)據(jù)EAM中臺整體業(yè)務(wù)流程圖以工單為核心，在工單流轉(zhuǎn)的過程中融合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、日常巡視監(jiān)測數(shù)據(jù)以及臺賬數(shù)據(jù)特別維護(hù)設(shè)備臺賬管理工單管理策劃、批準(zhǔn)、許可、隔離、執(zhí)行、報(bào)告事后維修(BM)預(yù)防性維修(PM)預(yù)測性維修(PdM)狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化計(jì)劃管理維護(hù)手冊維護(hù)規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)工作包調(diào)度管理庫存管理采購管理缺陷隱患維護(hù)計(jì)劃維護(hù)計(jì)劃維護(hù)計(jì)劃設(shè)備狀況運(yùn)行數(shù)據(jù)人機(jī)料法環(huán)維護(hù)記錄缺陷管理隱患管理監(jiān)控直接派單異常上報(bào)缺陷消缺隱患治理維護(hù)需求維護(hù)要求作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文檔管理大沖邕江特大橋現(xiàn)狀分析概況廣西南寧大沖邕江特大橋位于南寧市青秀區(qū)長塘鎮(zhèn)德福村大沖屯附近，跨越邕江及湘桂鐵路，是南寧外環(huán)高速公路項(xiàng)目的控制性工程。目前已經(jīng)建設(shè)完畢，投入運(yùn)營。橋梁起點(diǎn)樁號為K36+494.00，終點(diǎn)樁號為K37+382.00，主橋?yàn)?93+332+113米高低塔混凝土斜拉橋，引橋?yàn)?x(3x40)米預(yù)應(yīng)力砼先簡支后連續(xù)組合箱梁，橋梁全長888米。主橋結(jié)構(gòu)形式采用高低塔、雙索面、密索、對稱扇形布置、雙分離邊箱形斷面主梁、塔梁分離的半漂浮體系結(jié)構(gòu)。大沖邕江特大橋現(xiàn)狀分析橋面減載進(jìn)行橋面鋪裝調(diào)整，處治方案的主要作用：一是鏟除超鋪的橋面鋪裝達(dá)到減載的目的，二是重新鋪裝橋面面層達(dá)到調(diào)順橋面改善行車的目的。調(diào)索大沖邕江特大橋主橋?yàn)楦叽纬o定結(jié)構(gòu)的斜拉橋，主梁受力狀態(tài)主要由斜拉索索力決定，為解決主梁目前存在的受力問題，改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，使其滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，處治方案必須通過調(diào)整斜拉索索力的手段來實(shí)現(xiàn)。缺陷處治壓重為避免7號輔助墩及10號交界墩在最不利荷載工況下出現(xiàn)負(fù)反力，需在7號輔助墩位置以及10號交界墩附近進(jìn)行壓重。橋面減載大沖邕江特大橋缺陷處治后，廣西交通科學(xué)研究院于我院于2016年4月26日至5月9