智能技術(shù)在橋梁檢測養(yǎng)護中的應(yīng)用

1、中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限企業(yè)CCCC HIGHWAY CONSULTANTS CO., LTD.智能技術(shù)在橋梁檢測養(yǎng)護中應(yīng)用1/44匯報提要概 述123展 望智能管養(yǎng)技術(shù)2/44橋 梁 運 營 風(fēng) 險設(shè)計：設(shè)計難度、設(shè)計水平、設(shè)計規(guī)范施工：材料性能、施工質(zhì)量、初始缺點內(nèi)因自然環(huán)境（氣候、地震、沖刷、老化）人為原因（超載、船撞）管養(yǎng)問題（資金、人員、意識）外因設(shè)計基準(zhǔn)期結(jié)構(gòu)壽命期結(jié)構(gòu)整體壽命部分構(gòu)件壽命概 述3/44概 述橋梁管理系統(tǒng)現(xiàn)實狀況尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)除各省廣泛采取中國公路橋梁管理系統(tǒng)（CBMS）外，許多省份還依據(jù)所轄區(qū)域橋梁特點開發(fā)了專門橋梁管理系統(tǒng)，尤其是高速橋梁管理單位。某市高速公路智能化

2、養(yǎng)護管理系統(tǒng)公路橋梁快速檢評系統(tǒng)某市公路管養(yǎng)輔助決議平臺當(dāng)前無法形成統(tǒng)一橋梁評價體系；評定理論需要深入完善。系統(tǒng)具備許多功效模塊，但因為養(yǎng)護管理人員技術(shù)水平限制，部分功效得不到開發(fā)和利用，沒有讓系統(tǒng)真正發(fā)揮作用；部分模塊開發(fā)也并不健全。橋梁數(shù)據(jù)采集隊伍人員素質(zhì)良莠不齊，制度不健全，致使數(shù)據(jù)采集不及時或不準(zhǔn)確，造成了系統(tǒng)整體不可靠性。4/44指揮調(diào)度體系監(jiān)控中心系統(tǒng)監(jiān)控中心系統(tǒng)監(jiān)控中心系統(tǒng)監(jiān)控中心系統(tǒng)監(jiān)控中心系統(tǒng)事件驅(qū)動上級指令事件錄入交通流量氣象設(shè)備橋梁安全周圍道路養(yǎng)護作業(yè)學(xué)習(xí)型預(yù)案預(yù)案自學(xué)習(xí)教授知識庫系統(tǒng)完善、可擴充資料知識庫自動匹配寬泛接口以消息中間件為交互平臺接口標(biāo)準(zhǔn)化跨平臺多級系統(tǒng)間信

3、息共享與支持可視可控事件處理過程可視設(shè)備運行狀態(tài)可視可控資源分配可控閉環(huán)管理按事件分層次、分級別、依預(yù)案進行控制每個控制都有反饋【首報、續(xù)報、終報、評定】資源整合與情報板系統(tǒng)融合與車流量監(jiān)測系統(tǒng)融合與氣象監(jiān)測系統(tǒng)融合與攝像機視頻信息融合與短信群發(fā)系統(tǒng)融合行車誘導(dǎo)交通情況公布事故預(yù)警行車速度預(yù)警提升通行效率概 述5/44橋梁健康監(jiān)測技術(shù)（SHM）、故障診療與健康管理技術(shù)（PHM）、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)正在突飛猛進地發(fā)展，為橋梁管養(yǎng)智能化、信息化提供了有力保障，使橋梁管養(yǎng)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、管養(yǎng)知識管理系統(tǒng)等成為橋梁管理養(yǎng)護關(guān)鍵競爭能力。1橋梁管養(yǎng)需要跨越零敲碎打階段，而進入系統(tǒng)管理時代。伴隨材料、裝備

4、、建設(shè)技術(shù)進步，以綠色維修和再制造為特色橋梁加固維修技術(shù)將不停發(fā)展和完善，為橋梁管養(yǎng)和安全運行提供更有效技術(shù)伎倆。2概 述6/44概 述1智能管養(yǎng)技術(shù)2展 望37/44智能管養(yǎng)技術(shù)短期監(jiān)測長久監(jiān)測管理系統(tǒng)智能養(yǎng)護智能檢測智能統(tǒng)計智能技術(shù)8/44智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測短期監(jiān)測長久監(jiān)測不間斷長久數(shù)據(jù)采集周期性或暫時性數(shù)據(jù)采集9/44所以，應(yīng)加強短期監(jiān)測在整個健康監(jiān)測業(yè)務(wù)中比重。采取長短結(jié)合方式，將當(dāng)前龐大、固定監(jiān)測系統(tǒng)變?yōu)榫贰㈧`活健康監(jiān)測系統(tǒng)。智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測一造成了海量數(shù)據(jù)，分析難度很大二受制于資金壓力，監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)模有限，無法提供全方面數(shù)據(jù)三在系統(tǒng)建構(gòu)時，因為無法準(zhǔn)確預(yù)測未來需求改變，造成系統(tǒng)靈活性

5、不足長久監(jiān)測系統(tǒng)不足：10/44類型一新建大型橋梁全方面結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)Title類型二類型三類型四新建橋梁部分結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)有橋梁部分結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)有橋梁單項結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)自動化監(jiān)測為主巡檢為輔巡檢為主自動化監(jiān)測為輔智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測11/44自由流下結(jié)構(gòu)彈性受力體系驗證斜拉索宏觀受力性能（彈性體系受力）荷載試驗動力特性驗證自由流下彈性體系驗證影響線驗證基于健康監(jiān)測的全橋剛度應(yīng)力撓度宏觀彈性受力體系是否與設(shè)計預(yù)期一致？壓差連通管測量主梁變形分布式光纖傳感測量主梁應(yīng)變特點：沿橋長通長布設(shè)采集到變形數(shù)據(jù)點多采集頻率較高、數(shù)據(jù)量大有統(tǒng)計意義特點：沿橋長通長布設(shè)兩條采集線分布式數(shù)據(jù)采集采集頻

6、率較高、數(shù)據(jù)量大有統(tǒng)計意義優(yōu)點：直觀反應(yīng)結(jié)構(gòu)實際受力情況智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測12/44壓差連通管測量主梁變形28天采取壓差連通管，測量主梁在自由流下變形情況。分別在鋼箱梁上下游各布置一條測線。了解結(jié)構(gòu)真實受力狀態(tài)。上游線位移包絡(luò)下游線位移包絡(luò)跨中一天內(nèi)位移改變統(tǒng)計規(guī)律是有主要意義，結(jié)合應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，能夠評定“自由流”狀態(tài)下，橋梁整理受力水平與結(jié)構(gòu)響應(yīng)。自由流下結(jié)構(gòu)彈性受力體系驗證智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測13/44上游線位移實測包絡(luò)與理論包絡(luò)下游線位移實測包絡(luò)與理論包絡(luò)實測自由流下結(jié)構(gòu)各點位移均在理論計算所允許變形包絡(luò)范圍之內(nèi)。以跨中點變形為例，實測位移變形值最大值為50cm，占理論允許限值29.2

7、0%。自由流下結(jié)構(gòu)彈性受力體系驗證智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測14/44自由流下主梁下緣應(yīng)力短期監(jiān)測16天采取分布式光纖，經(jīng)過對橋梁進行短期自由流監(jiān)測，取得自由流荷載信息對橋梁應(yīng)變影響情況。了解結(jié)構(gòu)真實受力狀態(tài)。分布式光纖應(yīng)變采集分布式應(yīng)變包絡(luò)監(jiān)測到分布式自由流應(yīng)力用于綜合評定中側(cè)光纖邊側(cè)光纖OSIS鋼箱梁活載下緣應(yīng)力包絡(luò)圖情況對應(yīng)良好自由流下結(jié)構(gòu)彈性受力體系驗證智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測15/44短期監(jiān)測期間跨中應(yīng)變概率分布擬合威布爾分布能夠很好擬合跨中應(yīng)變概率密度函數(shù)95%應(yīng)變分位值為67.225微應(yīng)變，折算拉應(yīng)力為13.8Mpa，占理論最大應(yīng)力24.21%。分布式光纖折算拉應(yīng)力對應(yīng)理論95%分位值下?lián)狭繛?1

8、.40cm,與壓差式連通管測得位移值95%分位置40.25cm彈性對應(yīng)良好，等效荷載校驗系數(shù)為0.97。位移分位值模擬應(yīng)力撓度宏觀彈性受力體系驗證自由流下結(jié)構(gòu)彈性受力體系驗證智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測16/44結(jié)果表明短期監(jiān)測期間實測跨中最大變形為50cm，占理論最大變形值29.20%結(jié)構(gòu)整體實測應(yīng)力包絡(luò)曲線與理論計算基本相符，自由流作用下95%分位值得等效應(yīng)力約占允許值24.21%利用短期監(jiān)測還能夠發(fā)覺額外結(jié)構(gòu)受力異常點基于短期監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，基于可靠度方法對主橋結(jié)構(gòu)彈性變形驗證是一個全新思維，擁有巨大潛力價值。對結(jié)構(gòu)受力整體與局部問題都有很好驗證與說明，有望在未來成為荷載試驗相輔相成結(jié)構(gòu)受力性能驗證方

9、式位移-應(yīng)變分位對應(yīng)關(guān)系自由流下結(jié)構(gòu)彈性受力體系驗證智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測17/44采取應(yīng)變計對索塔內(nèi)表面進行短期變形監(jiān)測短期監(jiān)測時間為期21天。索塔裂縫短期監(jiān)測現(xiàn)場實施圖北索塔裂縫應(yīng)變時程曲線索塔裂縫寬度與溫度相關(guān)性較大對已建成橋梁關(guān)注點：索塔裂縫寬度是否在擴展？索塔混凝土裂縫短期監(jiān)測智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測18/44長時間周期下裂縫寬度與大氣溫度相關(guān)性監(jiān)測分析結(jié)論索塔豎向裂縫與環(huán)境溫度相關(guān)性較強索塔豎向裂縫伴隨溫度周期呈同趨勢周期性改變未監(jiān)測到裂縫寬度含有擴展趨勢提議加強索塔豎向裂縫觀察監(jiān)測工作索塔混凝土裂縫短期監(jiān)測智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測19/44，NJ21U，首次觀察到面內(nèi)小幅度振動，NA1U，首次觀察到面

10、內(nèi)小幅度振動，18號索附近，首次觀察到面外振動，NA30U，首次阻尼器拉索連接件斷裂，上錨頭異響（索低頻大幅振動）-，阻尼器拉索連接件屢次斷裂面內(nèi)振動NJ21U阻尼器維護時間軸通車面內(nèi)振動NJ21U風(fēng)雨天氣面外振動每年1-2次阻尼器罩脫落每年2-3根阻尼器拉索連接件斷裂利用視頻圖像識別技術(shù)快速采集拉索振動信息智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測20/44大跨徑斜拉橋超長斜拉索有發(fā)生高階渦振可能,渦振發(fā)生偶然性決定不可能利用傳感器對拉索振動實時采集，成本高、效率低。大橋采取視頻圖像分析技術(shù)，對暫時采集到視頻分析了其振動信息。認(rèn)識到了超長索高階渦振危害：30階模態(tài)1mm振幅相當(dāng)于一階模態(tài)900mm振幅（慣性力相等）！

11、而且針對此現(xiàn)象成立了專題科研課題。利用視頻圖像識別技術(shù)快速采集拉索振動信息 利用視頻圖像識別技術(shù)快速采集拉索振動信息經(jīng)過圖像處理技術(shù)，取得振動位移時程曲線最大振幅3.5mm兩個振動主頻率，分別是14階3.7Hz和28階7.7Hz，且以28階為主！智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測21/44開展斜拉索異常振動振動機理與控制研究短期監(jiān)測理論研究模型試驗實橋驗證經(jīng)過短期監(jiān)測對橋梁存在異常振動拉索主梁等動力特征采集；斜拉索異常振動機理研究電渦流阻尼器性能研究等高階渦激試驗拉索減振效果驗證試驗新型斜拉索阻尼器實橋驗證利用視頻圖像識別技術(shù)快速采集拉索振動信息智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測22/44利用密集布設(shè)溫濕度傳感器識別鋼箱梁內(nèi)溫濕

12、度改變智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測溫濕度傳感器單點布置溫濕度傳感器布置圖溫濕度傳感器橫向多點布置溫濕度傳感器對全橋70%以上梁段布設(shè)溫濕度傳感器，共計140個23/44相對濕度連續(xù)監(jiān)測短期監(jiān)測相對濕度隨時間改變規(guī)律密集布設(shè)傳感器到達大數(shù)據(jù)質(zhì)變！40%除濕機1除濕機2除濕機3除濕機4智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測利用密集布設(shè)溫濕度傳感器識別鋼箱梁內(nèi)溫濕度改變24/44無人值守式荷載試驗智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測25/44總體說明主要加載工況盡可能與成橋階段保持一致，方便于數(shù)據(jù)對比分析荷載效率系數(shù)要求到達0.951.05之間因此次交通封閉時間有限，試驗過程采取了大量智能化自動采集監(jiān)測設(shè)備：應(yīng)變采集監(jiān)測系統(tǒng)靜力水準(zhǔn)儀變形監(jiān)測系統(tǒng)梁端位

13、移監(jiān)測系統(tǒng)盡可能縮短每個工況數(shù)據(jù)采集過程，增加工況驗證位置。此次荷載試驗增加主橋影響線加載試驗過程，取得結(jié)構(gòu)經(jīng)典斷面實際響應(yīng)影響線。對橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前出現(xiàn)構(gòu)件缺損，在荷載試驗過程中，對缺損發(fā)展進行同時監(jiān)測?！盁o人值守”荷載試驗：數(shù)據(jù)采集人員5人 12小時內(nèi)完成全部荷載試驗無人值守式荷載試驗智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測26/44應(yīng)變主梁變形主塔變形索力溫度濕度裂縫監(jiān)測“無人值守”荷載試驗：數(shù)據(jù)采集人員5 12小時內(nèi)完成全部荷載試驗無人值守式荷載試驗智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測27/44應(yīng)變主梁撓度索塔偏位索力數(shù)據(jù)梁端位移溫度、濕度1人無人應(yīng)變主梁撓度索塔偏位索力數(shù)據(jù)梁端位移溫度、濕度1520人“無人值守”荷載試驗無人值守式

14、荷載試驗智能管養(yǎng)技術(shù)監(jiān)測28/44亮點項目短期智能監(jiān)測技術(shù)新技術(shù)采取橋梁性能綜合評定1.道路探地雷達檢測；2.斜拉索機器人檢測；3.紅外熱像儀掃描；4.無人機、高清攝像。1.箱梁內(nèi)部溫濕度監(jiān)測；2.無線傳感器索力短期監(jiān)測。1.技術(shù)情況評定；2.專題檢測與評定。拉索機器人無線傳感器探地雷達溫濕度傳感器紅外無人機高清攝像智能管養(yǎng)技術(shù)檢測29/44智能管養(yǎng)技術(shù)檢測30/44外業(yè)記錄系統(tǒng)網(wǎng)頁端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫項目管理任務(wù)管理病害查詢病害錄入客戶端數(shù)據(jù)上傳導(dǎo)出原始記錄導(dǎo)出病害列表移動終端APP項目管理任務(wù)管理數(shù)據(jù)傳輸病害錄入移動終端APP病害錄入頁面系統(tǒng)特點：人性化頁面設(shè)計，方便現(xiàn)場使用參數(shù)化病害錄入，方便后

15、期統(tǒng)計分析直接導(dǎo)出原始統(tǒng)計、病害列表，提升效率分構(gòu)件近150個錄入頁面，充分考慮構(gòu)件差異用途：實現(xiàn)定時檢驗外業(yè)統(tǒng)計無紙化操作智能管養(yǎng)技術(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)31/44傳統(tǒng)管理模式下養(yǎng)護信息傳遞速度慢、透明度低、利用率小，造成養(yǎng)護監(jiān)管人員對橋梁技術(shù)情況及一線工作落實情況難以及時、全方面了解；公路橋梁建設(shè)早期“重建輕養(yǎng)”觀念造成養(yǎng)護管理方面投入不足，有限資金對于繁多養(yǎng)護項目捉襟見肘，亟需合理安排、高效使用；養(yǎng)護專業(yè)技術(shù)人員缺乏、現(xiàn)有些人員素質(zhì)不高、難以確保養(yǎng)護工作質(zhì)量；面對諸如橋梁國檢等大型檢驗時，養(yǎng)護內(nèi)業(yè)資料缺失造成失分項目多。管理模式養(yǎng)護資金養(yǎng)護人員內(nèi)業(yè)資料信息傳遞慢透明度低利用率小信息傳遞慢透明度低利用

16、率小信息傳遞慢透明度低利用率小信息傳遞慢透明度低利用率小智能管養(yǎng)技術(shù)管理系統(tǒng)32/44為建立養(yǎng)護信息高速、透明傳達機制，實現(xiàn)養(yǎng)護資金合理分配，提升養(yǎng)護人員業(yè)務(wù)水平，滿足各級檢驗要求，提升橋梁服務(wù)水平、延長橋梁使用壽命，實現(xiàn)橋梁養(yǎng)護信息化管理是十分必要。政策引導(dǎo)企業(yè)方針養(yǎng)護過程養(yǎng)護結(jié)果近年來，政府部門下發(fā)各項政策、法規(guī)，如交通運輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃“十三五”公路養(yǎng)護管剪發(fā)展綱要等，不停地引導(dǎo)、督促公路橋梁養(yǎng)護行業(yè)信息化發(fā)展。提升企業(yè)監(jiān)管能力，實現(xiàn)養(yǎng)護工作精細(xì)化管理，確保養(yǎng)護工作落實到位，及時、全方面地了解橋梁技術(shù)情況，把控養(yǎng)護資源使用情況。規(guī)范化業(yè)務(wù)流程確保養(yǎng)護工作落實到位標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護數(shù)據(jù)實

17、現(xiàn)養(yǎng)護工作精細(xì)化管理科學(xué)決議合理安排養(yǎng)護資源養(yǎng)護過程文檔完備性滿足橋梁國檢要求必要性價值點智能管養(yǎng)技術(shù)管理系統(tǒng)33/44可視化信息平臺系統(tǒng)介紹某大橋全景可視化數(shù)字橋梁信息化養(yǎng)護系統(tǒng)是為滿足公路橋梁養(yǎng)護監(jiān)督機構(gòu)、決議機構(gòu)、指揮機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)橋梁養(yǎng)護工作信息化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、便捷化信息系統(tǒng)平臺，該平臺功效包含：橋梁巡檢工作管理、病害錄入、維修工作管理、技術(shù)情況評定、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、3D可視化展示等。該系統(tǒng)采取“互聯(lián)網(wǎng)+”、“大數(shù)據(jù)”等新一代信息技術(shù)，總體構(gòu)思先進、技術(shù)合理、實用經(jīng)濟、開放兼容，可滿足單項目級特大型橋梁精細(xì)化管理與路網(wǎng)級橋梁群管理不一樣需求。為各類橋梁進行科學(xué)有序養(yǎng)

18、護運行管理提供平臺，輔助決議者制訂高效、經(jīng)濟、及時管養(yǎng)辦法。監(jiān)督機構(gòu)指揮機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)決議機構(gòu)本養(yǎng)護管理軟件充分考慮系統(tǒng)實用性，顯著特色以下： 依據(jù)維護手冊單獨定制開發(fā)近30個病害錄入頁面； 病害跟蹤功效，方便查詢病害發(fā)展軌跡； 直觀化、專業(yè)化病害統(tǒng)計分析功效； 3D模型上直觀展示病害位置、構(gòu)件信息； 統(tǒng)計一線巡查人員行走軌跡，輔助管理。智能管養(yǎng)技術(shù)管理系統(tǒng)34/44系統(tǒng)組成某大橋全景可視化數(shù)字橋梁養(yǎng)護信息系統(tǒng)管理看板子系統(tǒng)GIS地圖信息信息統(tǒng)計看板任務(wù)執(zhí)行情況報表匯總橋梁基本信息養(yǎng)護管理子系統(tǒng)橋梁基本信息管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理工程結(jié)構(gòu)分解巡檢任務(wù)管理巡檢結(jié)果查詢橋梁技術(shù)狀況評定維修任務(wù)管理養(yǎng)護執(zhí)行養(yǎng)護任務(wù)看板移動終端APP病害信息錄入病害信息查詢巡檢軌跡記錄二維碼掃描數(shù)據(jù)同步3D可視化子系統(tǒng)橋梁信息構(gòu)件信息病害跟蹤智能管養(yǎng)技術(shù)管理系統(tǒng)35/44成組3D（bim）系統(tǒng)移動終端APP網(wǎng)頁端緊貼大橋管養(yǎng)實際信息化系統(tǒng)用途：掌握結(jié)構(gòu)物基本信息、管養(yǎng)歷史；檢測養(yǎng)護流程電子化；定制化病害錄入、統(tǒng)計分析；掌握一線管養(yǎng)人員工作情況。用途：與維護手冊相契合經(jīng)常檢驗、定時檢驗錄入頁面；掃描二維碼