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

橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)方案PARTTHREE我國(guó)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(guó)橋梁健康現(xiàn)狀我國(guó)作為世界第一橋梁大國(guó)，大型城市橋梁超過(guò)10萬(wàn)座，鐵路橋梁超過(guò)20萬(wàn)座，公路橋梁超過(guò)96萬(wàn)座，橋梁給我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了非常大的便利，但隨著近年來(lái)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(huì)帶來(lái)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(guó)家造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，并造成惡劣的社會(huì)影響。我國(guó)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(guó)近10萬(wàn)座橋梁存在潛在的危機(jī)。橋梁一般使用年限都很長(zhǎng)，據(jù)2000年建設(shè)部出臺(tái)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(guó)橋梁設(shè)計(jì)使用年限是100年至120年。橋梁的長(zhǎng)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(zhǎng)李小鵬主持召開的部務(wù)會(huì)2022年《公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2018年《公路長(zhǎng)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(cè)的精度提升橋梁管理科技品質(zhì)與質(zhì)量通過(guò)對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，推動(dòng)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(dòng)行業(yè)發(fā)展及時(shí)發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測(cè)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(guò)程，便于時(shí)候評(píng)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(píng)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(guò)交通監(jiān)測(cè)，輔助超限車管控，預(yù)測(cè)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(cè)的目的橋梁健康監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)涵通過(guò)智能傳感器系統(tǒng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行監(jiān)控與評(píng)估，為橋梁在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況異常嚴(yán)重時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，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(yíng)狀況異常嚴(yán)重時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)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(kù)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(cè)方式的缺點(diǎn)無(wú)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(cè)橋梁特定點(diǎn)位的溫度、應(yīng)變，無(wú)能對(duì)整個(gè)橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。維修量大橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)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(wèn)題概率大，維修工作量大。未對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估現(xiàn)有的橋梁監(jiān)測(cè)平臺(tái)只展示相關(guān)傳感器的監(jiān)測(cè)狀態(tài)，并未對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估，不能提前預(yù)測(cè)橋梁的健康問(wèn)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(cè)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(wú)法全面了解和掌握橋梁狀況4我國(guó)橋梁健康現(xiàn)狀橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)指采用各種現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)全生命期的運(yùn)營(yíng)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(cè)，并以一定的策略和技術(shù)手段對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、進(jìn)而對(duì)橋梁整體運(yùn)營(yíng)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(cè)的主要內(nèi)容監(jiān)測(cè)類別監(jiān)測(cè)內(nèi)容監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)

+抓拍監(jiān)測(cè)車流量、車速、軸重、軸距等關(guān)鍵交通荷載信息橋臺(tái)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(cè)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(cè)主機(jī)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)溫度主梁、橋塔地震承臺(tái)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)主機(jī)監(jiān)測(cè)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(cè)斜拉索索力長(zhǎng)索、短索、中間索振動(dòng)主梁豎向振動(dòng)加速度加速度計(jì)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性主跨4等分點(diǎn)主梁橫向振動(dòng)加速度塔頂水平雙向振動(dòng)加速度塔頂斜拉索振動(dòng)加速度長(zhǎng)索、短索、中間索解決方案系統(tǒng)拓?fù)鋱D產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)以光纖作為傳感器，光纖連續(xù)敷設(shè)在整個(gè)橋梁，無(wú)監(jiān)測(cè)死角光纖作為傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適用于各種復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)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(wú)完全隱患分布式光纖監(jiān)測(cè)主機(jī)監(jiān)測(cè)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(cè)，如此既達(dá)到了想要的監(jiān)測(cè)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(cè)特色技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)1、分布式探測(cè)：系統(tǒng)為全分布式探測(cè)，連續(xù)探測(cè)，不間斷、無(wú)盲區(qū)、無(wú)漏報(bào)2、長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)：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(cè)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(cè)4、塌方、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)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(guò)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(cè)距離長(zhǎng)達(dá)200km3、結(jié)合光格自主研發(fā)的分布式光纖測(cè)溫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離溫度和應(yīng)力雙參

量同時(shí)測(cè)量4、采用脈沖預(yù)泵浦技術(shù)，實(shí)現(xiàn)厘米量級(jí)空間分辨率，并成功應(yīng)用于裂縫監(jiān)測(cè)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(cè)機(jī)架式：AB600探測(cè)距離環(huán)路200km測(cè)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(cè)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(chǎng)的感知信號(hào)采集、控制輸出和通信等任務(wù)2、支持可視化編程語(yǔ)言，具有AI、DI、DO、RS485等工業(yè)接口，靈活擴(kuò)展3、工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，工作溫度-40℃~+70℃，EMC電磁兼容4級(jí)，IP68防護(hù)等級(jí)4、支持邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理；支持動(dòng)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(chǎng)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(dòng)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(jí)EtherCAT先進(jìn)技術(shù)防護(hù)等級(jí)IP68核心產(chǎn)品-區(qū)域控制單元PARTTHREE智慧橋梁運(yùn)維平臺(tái)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(tái)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(duì)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(duì)象，以維護(hù)手冊(cè)為中心，以工單為牽引，實(shí)現(xiàn)周期維護(hù)和預(yù)測(cè)性維護(hù)。管理(Management)以企業(yè)資產(chǎn)為核心，通過(guò)電子臺(tái)賬和大數(shù)據(jù)，對(duì)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(tái)、監(jiān)控報(bào)警中臺(tái)以及物聯(lián)管理平臺(tái)，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(lái)發(fā)展需求感知層網(wǎng)絡(luò)層平臺(tái)層PaaS應(yīng)用層SaaS邊緣物聯(lián)代理有線光纖網(wǎng)/無(wú)線網(wǎng)物聯(lián)管理平臺(tái)EAM中臺(tái)應(yīng)用平臺(tái)物聯(lián)架構(gòu)體系監(jiān)控報(bào)警中臺(tái)平臺(tái)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(cè)報(bào)警子系統(tǒng)物聯(lián)管理平臺(tái)橋梁狀態(tài)評(píng)估監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理操作指令監(jiān)測(cè)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(tái)平臺(tái)首頁(yè)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(duì)橋梁、監(jiān)測(cè)裝置等進(jìn)行1:1三維建模、渲染；建立橋梁振動(dòng)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(lái)的好處，平臺(tái)可輕松獲取全部地級(jí)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(duì)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(guò)驅(qū)動(dòng)模型計(jì)算，將橋梁各類業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)分析結(jié)果通過(guò)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(duì)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(cè)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(cè)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(tái)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(chǎng)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(tái)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(tái)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(cè)數(shù)據(jù)EAM中臺(tái)整體業(yè)務(wù)流程圖以工單為核心，在工單流轉(zhuǎn)的過(guò)程中融合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、日常巡視監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及臺(tái)賬數(shù)據(jù)特別維護(hù)設(shè)備臺(tái)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(cè)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(cè)維護(hù)規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)工作包調(diào)度管理庫(kù)存管理采購(gòu)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(zhǎng)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(yíng)。橋梁起點(diǎn)樁號(hào)為K36+494.00，終點(diǎn)樁號(hào)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(jiǎn)支后連續(xù)組合箱梁，橋梁全長(zhǎng)888米。主橋結(jié)構(gòu)形式采用高低塔、雙索面、密索、對(duì)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(wèn)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(guò)調(diào)整斜拉索索力的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。缺陷處治壓重為避免7號(hào)輔助墩及10號(hào)交界墩在最不利荷載工況下出現(xiàn)負(fù)反力，需在7號(hào)輔助墩位置以及10號(hào)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