智能檢監(jiān)測提升品質(zhì)

文/ 東南大學(xué) 羅桑

蘇交科集團(tuán)股份有限公司檢測研究院 朱曉文

柳州黔橋工程材料有限公司 肖云

公路品質(zhì)工程的BIM應(yīng)用

東南大學(xué)提出了“一全、兩保、三優(yōu)”的BIM公路工程全生命周期集成概念：“一全”是指，全過程的信息化與智慧化的模型可追蹤；“兩?！笔潜Ｕ咸岣吖芾硭?、保證安全質(zhì)量，這也是BIM在公路工程中最重要的兩個(gè)方面；“三優(yōu)”是優(yōu)管理、優(yōu)進(jìn)度、優(yōu)成本，在保障安全的前提條件下，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，這是更高一級(jí)的目標(biāo)。

全過程可追蹤重點(diǎn)依靠的是將構(gòu)件信息、狀態(tài)信息編碼輸入BIM模型，實(shí)現(xiàn)全壽命周期信息追蹤。信息的編碼就類似于身份證，從出生開始伴隨一生。針對(duì)橋梁工程的“身份證”，設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維環(huán)節(jié)全面介入，比如施工過程，通過信息編碼追蹤預(yù)制、吊裝等，吊裝到某位置成橋后，在運(yùn)營過程中如果發(fā)生破壞或其他問題，需要快速更換，這時(shí)就可以通過以往記錄的所有信息輕松操作完成。

針對(duì)復(fù)雜的施工工藝和工序而言，信息編碼可以發(fā)揮直觀教學(xué)的作用。比如并沒有熟練掌握節(jié)段鋼箱梁頂推工藝的施工方，通過閱讀文本的方法可能無法全面理解搭設(shè)、運(yùn)輸、頂推、拼裝等各個(gè)環(huán)節(jié)的施工要點(diǎn)，但如果通過三維可視化的方式精細(xì)化地展示，就非常容易理解和掌握了。這對(duì)于后期施工質(zhì)量的控制和保障，效果也將很明顯。

在保障工程質(zhì)量方面，BIM模型可以全部導(dǎo)入到方案集成庫，設(shè)置一些控制點(diǎn)，實(shí)時(shí)反映坐標(biāo)位置。通過這項(xiàng)技術(shù)，可以對(duì)施工過程中的操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行快速化的復(fù)檢。比如，在一座跨航道拱橋的工程檢驗(yàn)中，用激光點(diǎn)云掃描儀進(jìn)行了全橋的激光掃描，形成了相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型，精度可高達(dá)0.1毫米。通過掃描設(shè)計(jì)之初繪制的二維設(shè)計(jì)圖，得到了現(xiàn)在的三維立體模型圖。最后，將實(shí)橋采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型和三維立體模型疊加，得到了第四張圖——全息數(shù)據(jù)模型。目前，通過現(xiàn)有的技術(shù)，在工程檢驗(yàn)中只能發(fā)現(xiàn)哪根樁沉降或偏差了多少毫米，但無法得到全橋的所有偏差位置數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，通過激光定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度快速復(fù)檢，大幅提高竣工質(zhì)量檢驗(yàn)分析的效率。

無人機(jī)實(shí)景采集，實(shí)施監(jiān)督施工進(jìn)展，不斷優(yōu)化工程進(jìn)度。

預(yù)制構(gòu)件中置入RFID芯片，實(shí)現(xiàn)全程追溯式的管理。

基于三維模型完成事前場布模擬，保證場布方案最優(yōu)。

用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)從紙質(zhì)文檔到電子檔案的升級(jí)，可優(yōu)化工程管理。

三維可視化手段還可以保障工程全過程的安全，比如在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)事前視距模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。另外，可以取代人工計(jì)算受力點(diǎn)這一傳統(tǒng)方式，比如，在鋼箱梁頂推環(huán)節(jié)埋設(shè)臨時(shí)支架，搭建光纖傳感體系，對(duì)其進(jìn)行24小時(shí)不間斷地動(dòng)態(tài)監(jiān)測，將動(dòng)態(tài)監(jiān)測的信息實(shí)時(shí)反映到三維BIM模型中，針對(duì)不同工況開展反復(fù)的力學(xué)核算，保證在施工過程中，各構(gòu)件的受力在可控范圍之內(nèi)。

在優(yōu)化進(jìn)度方面，通過無人機(jī)等定期對(duì)橋梁實(shí)景模型區(qū)域，進(jìn)行圖像和GIS數(shù)據(jù)采集，基于采集到的項(xiàng)目是不同建設(shè)時(shí)期的實(shí)景模型，可以直觀地展現(xiàn)項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的實(shí)際施工進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滯后的關(guān)鍵施工點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化工程進(jìn)度。而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)度優(yōu)化上，可以做到多專業(yè)設(shè)計(jì)碰撞事前檢測，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理后，立即修改BIM模型，避免返工，節(jié)省人工和材料成本。

在進(jìn)度優(yōu)化中，通過RFID智能芯片技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全程追溯式的管理。比如，將芯片置于跨海大橋的預(yù)制構(gòu)件中，將構(gòu)件什么時(shí)候吊裝、吊裝在何處等信息全部讀寫到芯片中，從預(yù)制工程到吊裝現(xiàn)場，不必再次一一核對(duì)，只需讀取相關(guān)信息，就可以開展高效的運(yùn)輸、吊裝、拼接等。同時(shí)，利用RFID技術(shù)采集供應(yīng)鏈的最新構(gòu)件狀態(tài)信息，判斷構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)展處于提前、滯后或正常，發(fā)現(xiàn)進(jìn)度偏差，生成進(jìn)度報(bào)表。

在成本優(yōu)化方面，通過一鍵式工程量統(tǒng)計(jì)，將工程計(jì)量失誤率縮小至正負(fù)0.2%（我國《建設(shè)工程造價(jià)咨詢成果文件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，竣工結(jié)算審查結(jié)果綜合誤差率應(yīng)小于3%）。還可以通過BIM物料清單智能輸出套料圖，代替人工排版，提高鋼材使用率，大幅縮短下料時(shí)間，提高生產(chǎn)率。

在優(yōu)化工程管理方面，BIM技術(shù)也能發(fā)揮重要作用。通過施工場景布設(shè)模擬，基于模型完成施工現(xiàn)場總平面布置；模擬機(jī)械設(shè)備、材料進(jìn)場模擬、施工機(jī)械模擬、臨時(shí)設(shè)施模擬等施工組織模擬。按節(jié)點(diǎn)或階段調(diào)整施工場布BIM模型，真實(shí)反映工況。最終，提前預(yù)知難點(diǎn)問題，找到最優(yōu)方案，保證現(xiàn)場場布最優(yōu)。

在管理過程中，以往的清單都是紙質(zhì)化的，不便于流轉(zhuǎn)和更新。而BIM技術(shù)可改變傳統(tǒng)工程信息檔案管理方式，使管理更加協(xié)同、高效、智能。

橋梁檢監(jiān)測的新技術(shù)

截至目前，我國公路橋梁已有83.25萬座，于10月23日通車的港珠澳大橋成為中國躋身橋梁強(qiáng)國的重要名片。蘇交科集團(tuán)承擔(dān)了港珠澳大橋內(nèi)地段橋梁試驗(yàn)檢測的任務(wù)，建立了港珠澳大橋主體工程試驗(yàn)檢測中心，也是中國首個(gè)取得CMA認(rèn)證資格的工地試驗(yàn)室，依靠信息化的技術(shù)提升管理質(zhì)量。

試驗(yàn)室開發(fā)的試驗(yàn)檢測云系統(tǒng)整合了蘇交科的技術(shù)資源和管理資源。管理試驗(yàn)手冊(cè)的參數(shù)有近500個(gè)，其中70多個(gè)可以自動(dòng)采集，其他需要人工采集的數(shù)據(jù)通過移動(dòng)端及時(shí)錄入到系統(tǒng)中。一旦錄入系統(tǒng)，就不可更改。

檢測報(bào)告從原始記錄、編制、審批到簽發(fā)，都是在系統(tǒng)中完成。這一過程中，監(jiān)測系統(tǒng)還將對(duì)整個(gè)檢測報(bào)告的生成過程進(jìn)行監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)檢測過程的透明。

試驗(yàn)檢測信息化管理技術(shù)-試驗(yàn)檢測云系統(tǒng)

聲光成像橋梁結(jié)構(gòu)水下檢測技術(shù)導(dǎo)出的3D影像

病害圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其中，紅框表示裂縫，綠框表示腐蝕，藍(lán)框表示破損。

基于磁致伸縮導(dǎo)波的拉吊索斷絲檢測技術(shù)應(yīng)用原理

組圖：蘇交科和哈工大正在聯(lián)合開展采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異常數(shù)據(jù)自動(dòng)探測技術(shù)

云系統(tǒng)在蘇交科所承擔(dān)橋梁項(xiàng)目的建設(shè)期和運(yùn)營期已經(jīng)積累了海量數(shù)據(jù)，具備了一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，如此一來，數(shù)據(jù)不再只能形成簡單的檢測報(bào)告，還可以對(duì)原材料、設(shè)計(jì)方案、施工隊(duì)伍的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)估。隨著數(shù)據(jù)不斷積累，數(shù)據(jù)挖掘的不斷深入，在未來的標(biāo)準(zhǔn)編制和信用評(píng)價(jià)方面，可以提供更新的數(shù)據(jù)。

云系統(tǒng)中的室內(nèi)試驗(yàn)樣品是通過條碼來標(biāo)識(shí)的，可以避免檢測人員不了解樣品信息的可能，一定程度上也可以防止造假。管理者或業(yè)主通過現(xiàn)場掃描，借助互聯(lián)網(wǎng)，跟系統(tǒng)發(fā)生信息交互，實(shí)時(shí)了解樣品流轉(zhuǎn)到哪一環(huán)節(jié)、隨時(shí)查詢檢測報(bào)告的內(nèi)容。

云系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域不僅僅是公路交通行業(yè)，在其他工程行業(yè)也可以根據(jù)不用標(biāo)準(zhǔn)訂制不同的輸出表單。

在云系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，未來還希望打造基于云計(jì)算的平臺(tái)，多家檢測單位共享，依托平臺(tái)開展檢測工作，通過遠(yuǎn)程托管的方式，將一部分工作交付給第三方，成為面向全行業(yè)的檢測監(jiān)測“E平臺(tái)”。

除了服役港珠澳大橋的云系統(tǒng)之外，遠(yuǎn)距離非接觸外觀檢測技術(shù)也應(yīng)用于橋梁檢測監(jiān)測。這項(xiàng)技術(shù)采用遠(yuǎn)距離視覺觀測系統(tǒng)或無人機(jī)懸停觀測，可以快速檢測病害、安全性高，已經(jīng)在貴州烏江大橋等工程上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)主要是通過天文望遠(yuǎn)鏡、高精度相機(jī)拍攝高清晰度照片，通過測距儀得到鏡頭和拍攝對(duì)象之間的距離，通過計(jì)算并結(jié)合照片，得出對(duì)象的精確尺寸，比如，用于遠(yuǎn)距離觀察裂縫等。

針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在水下狀況的檢測，聲光成像水下檢測技術(shù)可以突破困局。據(jù)美國聯(lián)邦公路局近年統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，水毀導(dǎo)致的橋梁倒塌占比較高，以往使用人工觸探方式的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)不具備橋梁檢測監(jiān)測相關(guān)專業(yè)的潛水員無法和專業(yè)人士溝通，同時(shí)在下潛的過程中還造成了水混，影響檢測效果，即使借助探桿等器具，檢測精度起伏也很大。通過不斷實(shí)踐，觀察型的水下機(jī)器人被開發(fā)出來，它全重11千克便于攜帶；采用1080P高清攝像模組及LED燈，可清楚顯示結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；最大作業(yè)水深100米，流速每秒1.5米，適應(yīng)性好；同時(shí)，它還實(shí)現(xiàn)了智能化航行：優(yōu)化算法控制，可定向或定深航行，也可手動(dòng)控制航行。目前已經(jīng)應(yīng)用于南京長江三橋和連云港白塔大橋。

另外，水下檢測通過聲吶技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)在冰雪覆蓋或深夜環(huán)境下，不受光照影響，正常作業(yè)。同時(shí)水下檢測物表面覆蓋的青苔水草等誤導(dǎo)檢測的情況，也可以被屏蔽掉。

除此之外，病害圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)解決了主觀辨識(shí)海量圖像信息的誤差較大、工作效率低等問題?；诖胖律炜s導(dǎo)波的拉吊索斷絲檢測技術(shù)，解決了傳統(tǒng)方法中拉吊索斷絲可能造成巨大安全隱患，效率低、精度差等問題，提升斷絲檢測效率40倍，精度達(dá)到1.6%的截面損失率。在瞬時(shí)索力精準(zhǔn)測量技術(shù)問世之前，重車通過時(shí)，無法測到索力極值，平時(shí)的監(jiān)測索力也是一段時(shí)間的近似平均值，無法做到有效的報(bào)警和對(duì)突發(fā)事件的安全評(píng)估，這些問題都在新技術(shù)應(yīng)用后，得到大幅改善和根本性的解決。

張拉壓漿信息化管理提升橋梁品質(zhì)

預(yù)應(yīng)力是橋梁的神經(jīng)系統(tǒng)。張拉及壓漿屬于隱蔽性施工工藝，極易帶來隱患性后果，張拉和壓漿都是橋梁建設(shè)中最重要的環(huán)節(jié)之一，其施工質(zhì)量關(guān)系到工程質(zhì)量及國家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

采用智能張拉和壓漿，目的是通過自動(dòng)控制技術(shù)，結(jié)合施工規(guī)范使張拉和壓漿過程按設(shè)計(jì)的流程和參數(shù)進(jìn)行，從而提高工程質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，因智能張拉及壓漿設(shè)備市場產(chǎn)品混亂，仍存在非常突出問題，很多設(shè)備根本不具備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能，如數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重、準(zhǔn)確性低、滯后時(shí)間長；有的產(chǎn)品采用參數(shù)終端設(shè)定，造成張拉和壓漿后所有的數(shù)據(jù)都合格的假象；甚至由于無法實(shí)時(shí)監(jiān)控，有不良單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改造假，從而造成極大的質(zhì)量和安全隱患。

但針對(duì)上述弊端，柳州黔橋工程材料有限公司基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合橋梁預(yù)應(yīng)力施工特點(diǎn)，開發(fā)了云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)，并建立了預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)。

云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)技術(shù)具有很多創(chuàng)新點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)橋梁工程智能化施工和信息化管理，滿足如下條件：一是施工設(shè)備產(chǎn)品要符合施工要求并具有高度智能化，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)整理和自動(dòng)傳輸功能；二是根據(jù)不同橋梁信息，開發(fā)橋梁唯一身份識(shí)別系統(tǒng)。同時(shí)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)施工過程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至云平臺(tái)管理。實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿質(zhì)量管理的過程控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控，質(zhì)量預(yù)警，能及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量分析。利用信息化管理系統(tǒng)極大程度減小人為介入的數(shù)據(jù)流失及錯(cuò)誤幾率。實(shí)現(xiàn)張拉、壓漿數(shù)據(jù)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集、傳輸并實(shí)時(shí)生成報(bào)表、曲線等功能。

預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在：平臺(tái)通過建立工程施工信息數(shù)據(jù)庫、施工數(shù)據(jù)采集和管理模塊，將現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)用和集成，減少人工介入的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤幾率，同時(shí)平臺(tái)可自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算和分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量狀況的分析和預(yù)警。用戶通過瀏覽器根據(jù)其權(quán)限即可查看、分析、下載、打印相應(yīng)現(xiàn)場數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督等各部門之的信息實(shí)時(shí)交互，既可進(jìn)行質(zhì)量控制和追溯，避免施工數(shù)據(jù)造假，又可利用數(shù)據(jù)為類似建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供參考，更可為今后橋梁運(yùn)營階段的管養(yǎng)提供原始數(shù)據(jù)，從而提高施工質(zhì)量及施工管理水平。

預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)界面

目前，云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)已在國內(nèi)大量推廣應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)已在貴州、云南、廣東、重慶等多個(gè)省市的數(shù)十條高速公路得到了成功應(yīng)用，深獲用戶好評(píng)。特別是在貴州，平臺(tái)被接入貴州省交通工程質(zhì)量監(jiān)督局“基于大數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量安全監(jiān)督管理平臺(tái)”，成為貴州品質(zhì)工程的重要組成部分。

預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)和云智能張拉、壓漿產(chǎn)品，解決了傳統(tǒng)橋梁預(yù)應(yīng)力施工工藝存在的過程監(jiān)控困難、質(zhì)量難以保證的弊端，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確將施工數(shù)據(jù)采集并上傳，提供信息資源的共享及傳遞，能有效地對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控，確保預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量滿足相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，從而消除質(zhì)量隱患，確保工程結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性，杜絕因張拉和壓漿質(zhì)量不合格造成的工程事故，保障國家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)促進(jìn)我國預(yù)應(yīng)力技術(shù)的進(jìn)步和工程發(fā)展具有重要的意義。同時(shí)該平臺(tái)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模式節(jié)省了人工收集和錄入的大量時(shí)間和人力成本，豐富且可共享的數(shù)據(jù)還可為同類項(xiàng)目提供指導(dǎo)和參考，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益突出。

扣錨索自動(dòng)連續(xù)預(yù)緊系統(tǒng)

扣索索力實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)

扣塔偏移實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)