橋梁結構健康與安全監(jiān)測系統建設方案PARTTHREE我國橋梁健康現狀3.1關鍵技術3.2技術難點3.3案例分析我國橋梁健康現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，大量橋梁結構處于亞健康或危險狀態(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，同時給國家造成不可估量的經濟損失，并造成惡劣的社會影響。我國橋梁健康現狀2013年《關于進一步加強公路橋梁養(yǎng)護管理的若干意見》據統計目前中國近10萬座橋梁存在潛在的危機。橋梁一般使用年限都很長，據2000年建設部出臺的關于建筑設計使用年限的《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068,規(guī)定我國橋梁設計使用年限是100年至120年。橋梁的長期正常使用，不僅取決于建造質量，后期的管養(yǎng)更是重中之重。2021年2月24日交通運輸部部長李小鵬主持召開的部務會2022年《公路橋梁結構監(jiān)測技術規(guī)范》-行業(yè)標準2018年《公路長大橋隧養(yǎng)護管理和安全運行若干規(guī)定》01020304建立完備的橋梁數字化檔案，提高橋梁作為交通設施的智能化管理水平，隨時遠程掌控橋梁性能和工作狀態(tài)，提高數據監(jiān)測的精度提升橋梁管理科技品質與質量通過對橋梁健康監(jiān)測系統的研究，推動物聯網、大數據、云計算等先進信息化技術在橋梁工程中的應用推動行業(yè)發(fā)展及時發(fā)現并監(jiān)測突發(fā)災害等特殊事件的發(fā)展變化，記錄完整的突發(fā)事件過程，便于時候評估處理加強抗災應急能力快速實現橋梁狀態(tài)的評估和分析，及時發(fā)現病害源或橋梁運行異常情況，指導管養(yǎng)；通過交通監(jiān)測，輔助超限車管控，預測橋梁結構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)測的基本內涵通過智能傳感器系統對橋梁結構狀況進行監(jiān)控與評估，為橋梁在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況異常嚴重時發(fā)出預警信號，為橋梁的維護維修和管理決策提供依據與指導。在橋梁運營狀況異常嚴重時發(fā)出預警信號為橋梁結構行為和環(huán)境規(guī)律提供海量數據庫意義結構設計方法與相應的規(guī)范標準等可能得到改進現有橋梁監(jiān)測方式的缺點無法全覆蓋橋梁的結構溫度及應變采用點式傳感器，只能監(jiān)測橋梁特定點位的溫度、應變，無能對整個橋梁進行監(jiān)測。維修量大橋梁結構監(jiān)測所用到的傳感器多達十幾種，每個項目使用的數量更是成百上千，數量多種類雜，出問題概率大，維修工作量大。未對監(jiān)測數據進行分析評估現有的橋梁監(jiān)測平臺只展示相關傳感器的監(jiān)測狀態(tài)，并未對相關數據進行分析評估，不能提前預測橋梁的健康問題自身性能退化產生不同程度的損傷和劣化傳統的橋梁監(jiān)測外部因素（環(huán)境因素、嚴重超載。人文因素）信息反饋不及時缺乏科學統計的方法123依賴于技術人員的經驗無法全面了解和掌握橋梁狀況4我國橋梁健康現狀橋梁健康監(jiān)測系統橋梁健康監(jiān)測系統指采用各種現代化監(jiān)測技術，對橋梁結構全生命期的運營環(huán)境、荷載輸入、結構力學狀態(tài)指標及響應參數進行實時、連續(xù)監(jiān)測，并以一定的策略和技術手段對監(jiān)測數據進行存儲、分析、進而對橋梁整體運營情況進行判斷、指導橋梁的管養(yǎng)決策。各類傳感器安裝位置橋梁監(jiān)測的主要內容監(jiān)測類別監(jiān)測內容監(jiān)測設備監(jiān)測目的布置位置環(huán)境溫度、濕度橋址區(qū)環(huán)境溫度、濕度溫濕度計監(jiān)測環(huán)境溫濕度主跨跨中橋面主梁內溫度、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、車速動態(tài)稱重系統

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

(抗震設防烈度為Ⅶ度及以上)三向加速度傳感器監(jiān)測地震橋墩底部結構響應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等分點支座位移位移計監(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個基準點轉角梁端水平轉角傾角傳感器監(jiān)測梁端轉角伸縮縫兩端主梁梁端豎向轉角應變主梁關鍵截面應變光纖光柵應變傳感器/分布式光纖溫度應力監(jiān)測主機監(jiān)測主梁、索塔應變和應力主梁、主塔索力斜拉索索力加速度計監(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監(jiān)測橋梁結構振動特性主跨4等分點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拓撲圖產品優(yōu)勢以光纖作為傳感器，光纖連續(xù)敷設在整個橋梁，無監(jiān)測死角光纖作為傳感器，結構簡單，安裝方便，適用于各種復雜的現場安裝環(huán)境光纖材料理化性質穩(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)測主機監(jiān)測橋梁全部部位狀態(tài)，重點區(qū)域使用點式傳感器重點監(jiān)測，如此既達到了想要的監(jiān)測效果，也減少點式傳感器的敷設數量安裝方便節(jié)約成本本質安全全覆蓋監(jiān)測特色技術技術特點1、分布式探測：系統為全分布式探測，連續(xù)探測，不間斷、無盲區(qū)、無漏報2、長距離監(jiān)測：可達100公里（環(huán)路200公里）3、性能穩(wěn)定：采用標準通信光纖作為傳感介質，工藝成熟可靠。4、安全性：光纖本質安全，具有斷纖報警等自診斷功能特色技術-分布式光纖溫度、應變傳感技術核心產品應用領域1、橋梁、大壩等建筑結構健康監(jiān)測2、海纜全生命周期監(jiān)控與質量分析3、石油、天然氣、熱力等管道泄漏在線監(jiān)測4、塌方、滑坡等地質災害探測產品特點1、采用雙峰算法和小波算法，提高空間分辨率，最佳可達0.5m2、通過光時分復用技術抑制系統的非本地效應，提高監(jiān)測距離長達200km3、結合光格自主研發(fā)的分布式光纖測溫技術，實現長距離溫度和應力雙參

量同時測量4、采用脈沖預泵浦技術，實現厘米量級空間分辨率，并成功應用于裂縫監(jiān)測5、高穩(wěn)定性的工業(yè)化設計，滿足7*24h連續(xù)在線監(jiān)測機架式：AB600探測距離環(huán)路200km測溫精度±0.1℃應變精度±20με定位精度

0.5m核心產品-分布式光纖溫度應力主機工作溫度0~40℃光纖傳感器敷設方式光纖傳感器敷設方式分布式光纖溫度應力監(jiān)測主機核心產品區(qū)域控制單元（ACU)產品特點1、匯聚節(jié)點，負責工業(yè)現場的感知信號采集、控制輸出和通信等任務2、支持可視化編程語言，具有AI、DI、DO、RS485等工業(yè)接口，靈活擴展3、工業(yè)級設計，工作溫度-40℃~+70℃，EMC電磁兼容4級，IP68防護等級4、支持邊緣計算，實現數據處理；支持動態(tài)策略管理，可進行本地化控制5、高集成設計，現場安裝方便，減少安裝工程量應用領域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、機械制造、交通運輸、環(huán)保等行業(yè)的自控系統EMC電磁兼容4級EtherCAT先進技術防護等級IP68核心產品-區(qū)域控制單元PARTTHREE智慧橋梁運維平臺3.1關鍵技術3.2技術難點3.3案例分析數字化運維平臺理念3M一體化，資產的監(jiān)、管、維監(jiān)控管理維護監(jiān)控(Monitoring)自主研發(fā)多種光纖傳感和物聯網智能設備，對企業(yè)資產進行精準感知，統一物聯。維護(Maintenance)以資產為對象，以維護手冊為中心，以工單為牽引，實現周期維護和預測性維護。管理(Management)以企業(yè)資產為核心，通過電子臺賬和大數據，對資產的全生命周期進行管理。物聯架構體系電纜通道B廠家傳感設備A傳感設備B傳感設備C傳感設備……利用EAM中臺、監(jiān)控報警中臺以及物聯管理平臺，將監(jiān)控數據、設備信息以及業(yè)務工作流抽象化、標準化，消化各系統間差異，便于各類數據信息融合以及后續(xù)業(yè)務的縱向深入以及橫向擴展既滿足與當前管理需要，同時著眼于未來發(fā)展需求感知層網絡層平臺層PaaS應用層SaaS邊緣物聯代理有線光纖網/無線網物聯管理平臺EAM中臺應用平臺物聯架構體系監(jiān)控報警中臺平臺數據處理各類傳感器數據采集及傳輸數據處理及控制監(jiān)測報警子系統物聯管理平臺橋梁狀態(tài)評估監(jiān)測數據管理操作指令監(jiān)測數據報警設置資產管理子系統三維可視化EAM中臺平臺首頁橋梁三維可視化基于數字孿生技術，結合實際環(huán)境，對橋梁、監(jiān)測裝置等進行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)模型等數字模型；充分利用物聯體系架構建設帶來的好處，平臺可輕松獲取全部地級系統的各類橋梁監(jiān)控運維數據，利用大數據分析技術對海量歷史數據進行分類、清洗、統計、分析，結合深度學習算法，不斷完善數字模型；最后通過驅動模型計算，將橋梁各類業(yè)務預測分析結果通過三維模型進行立體化直觀展示，實時提醒橋梁結構健康狀態(tài)。資產管理設施管理設備管理資產管理(EnterpriseAssetManagement,EAM)EAM管理思想：以橋梁資產為中心，對資產的全生命周期進行管理，提供計劃維修、預防性維修、預測性維修、事后維修等幾種維護模式，目標是提高資產可靠性和利用率，降低用戶生產成本，積極改善資產回。預防性維修(PM)PreventiveMaintence預測性維修(PdM)PredictiveMaintenance事后維修(BM)BreakdownMaintenance監(jiān)控報警系統監(jiān)控報警系統，將物聯管理平臺的原始異構數據轉換成邏輯設備數據，由用戶根據場景需求，定義自己關注的邏輯設備模型及監(jiān)控數據的處理分析策略，并提供異常事件的閉環(huán)處理設備原始數據物聯管理平臺業(yè)務數據邏輯設備自定義報警配置運維人員確認異常原因監(jiān)控報警系統異常報警平臺彈窗、短信通知運維人員數據分析運維數據流財務管理故障管理監(jiān)測數據EAM中臺整體業(yè)務流程圖以工單為核心，在工單流轉的過程中融合監(jiān)控系統數據、日常巡視監(jiān)測數據以及臺賬數據特別維護設備臺賬管理工單管理策劃、批準、許可、隔離、執(zhí)行、報告事后維修(BM)預防性維修(PM)預測性維修(PdM)狀態(tài)監(jiān)控數據可視化計劃管理維護手冊維護規(guī)范要求標準工作包調度管理庫存管理采購管理缺陷隱患維護計劃維護計劃維護計劃設備狀況運行數據人機料法環(huán)維護記錄缺陷管理隱患管理監(jiān)控直接派單異常上報缺陷消缺隱患治理維護需求維護要求作業(yè)標準文檔管理大沖邕江特大橋現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)高速公路項目的控制性工程。目前已經建設完畢，投入運營。橋梁起點樁號為K36+494.00，終點樁號為K37+382.00，主橋為193+332+113米高低塔混凝土斜拉橋，引橋為2x(3x40)米預應力砼先簡支后連續(xù)組合箱梁，橋梁全長888米。主橋結構形式采用高低塔、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構。大沖邕江特大橋現狀分析橋面減載進行橋面鋪裝調整，處治方案的主要作用：一是鏟除超鋪的橋面鋪裝達到減載的目的，二是重新鋪裝橋面面層達到調順橋面改善行車的目的。調索大沖邕江特大橋主橋為高次超靜定結構的斜拉橋，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，改善結構受力狀態(tài)，使其滿足設計及規(guī)范的要求，處治方案必須通過調整斜拉索索力的手段來實現。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負反力，需在7號輔助墩位置以及10號交界墩附近進行壓重。橋面減載大沖邕江特大橋缺陷處治后，廣西交通科學研究院于我院于2016年4月26日至5月9