RTM系統(tǒng)在橋梁施工中的應(yīng)用研究

摘要：相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)而言，實時監(jiān)測系統(tǒng)在橋梁工程施工現(xiàn)場中的應(yīng)用更為普及，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)采集可靠、存儲容量大、傳輸速度快等諸多優(yōu)勢。文章研究了橋梁施工現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)，完成了現(xiàn)場施工的效率對比試驗。

關(guān)鍵詞：實時監(jiān)測;橋梁施工;應(yīng)用;研究

0 引言

為達(dá)到橋梁工程優(yōu)質(zhì)、高效、安全的施工目的，不僅要具備完善的、一體化的施工方案，更要有一套成熟的施工監(jiān)測系統(tǒng)，使施工管理能夠涵蓋人員、設(shè)備、物料等各個方面，便于合理掌控施工的質(zhì)量和進(jìn)度。隨著我國橋梁工程領(lǐng)域各項技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段已具備較為先進(jìn)的施工管理系統(tǒng)，以施工現(xiàn)場的實時監(jiān)測RTM（Real-time Monitoring）系統(tǒng)為例，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位、多角度施工要素的在線監(jiān)測，保障橋梁工程施工的順利進(jìn)行[1]。

1 RTM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

1.1 模型原理分析

RTM系統(tǒng)以當(dāng)前領(lǐng)先的底層硬件架構(gòu)為基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)采集、傳感測量、接口轉(zhuǎn)換、模式識別、數(shù)據(jù)存儲等技術(shù)，并融合頂層高效的數(shù)據(jù)處理模塊，包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示等技術(shù)。從宏觀上來看，RTM系統(tǒng)理論模型可理解為采集端-客戶端-服務(wù)器端-移動端模式架構(gòu)，如圖1所示。

采集端屬于整個系統(tǒng)最底層的架構(gòu)，通過互聯(lián)網(wǎng)（Internet）與客戶端、服務(wù)器端和移動端相連接，可將客戶端、服務(wù)器端與移動端統(tǒng)稱為應(yīng)用終端。該應(yīng)用終端涵蓋了上述提到的各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用模塊。

1.2 系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

RTM系統(tǒng)的應(yīng)用范圍比較廣泛，以橋梁工程的施工為例，在施工現(xiàn)場的各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)，包括施工人員位置信息、技能水平、施工物料擺放信息及調(diào)用情況、施工設(shè)備使用情況等。此外，實時監(jiān)測在橋梁工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量管理方面也有較為深入的應(yīng)用。本文重點研究橋梁施工現(xiàn)場的RTM系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)硬件布置和系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)行深入研究[2]。RTM系統(tǒng)在橋梁工程施工領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍如表1所示。

2 橋梁施工RTM系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)闡述

在橋梁工程的各施工環(huán)節(jié)中，現(xiàn)場施工為主要部分，包括橋梁的預(yù)制件、各類模件等，施工現(xiàn)場的技術(shù)人員、施工物料和施工設(shè)備比較龐雜，須對施工現(xiàn)場進(jìn)行合理、有序的統(tǒng)籌管理，因此，搭建橋梁施工現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。實時監(jiān)測系統(tǒng)的最終目的是通過對施工現(xiàn)場各類施工信息和相關(guān)參數(shù)的詳細(xì)分析，來合理、及時地調(diào)配人員、物料和設(shè)備，在保障施工安全的前提下，使施工的效率最大化。橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構(gòu)主要由以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳感模塊、數(shù)據(jù)測量模塊、數(shù)據(jù)清洗模塊、數(shù)據(jù)篩分模塊、數(shù)據(jù)存儲平臺、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和實時監(jiān)測大屏。數(shù)據(jù)采集模塊集成了各類傳感器的探頭和采集器，數(shù)據(jù)傳感模塊中主要是一些傳感器獲取的數(shù)據(jù)，是由施工現(xiàn)場溫、濕度傳感器和聲光傳感器等發(fā)來的數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)傳感模塊將施工現(xiàn)場所感測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)測量模塊，經(jīng)過初步的數(shù)據(jù)比對后由數(shù)據(jù)清洗模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，主要是濾掉數(shù)據(jù)中的一些干擾信號（去噪），然后由數(shù)據(jù)篩分模塊進(jìn)行分類，分為音頻、視頻和文本類施工數(shù)據(jù)，音頻、視頻數(shù)據(jù)主要由施工現(xiàn)場攝像頭和錄音卡采集，而文本數(shù)據(jù)多由施工技術(shù)人員交接班時人工記錄（技術(shù)交底），包括當(dāng)日實際的施工情況、人員交接和工器具使用等，最終傳輸至管理后臺的實時監(jiān)測大屏進(jìn)行集中顯示，供施工管理人員詳細(xì)掌握現(xiàn)場具體情況，進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)度。

2.2 數(shù)據(jù)支持體系

上述系統(tǒng)中各個組件和模塊可作為整個監(jiān)測系統(tǒng)中的執(zhí)行部分，即左側(cè)陣列，而右側(cè)陣列為監(jiān)測系統(tǒng)的保障部分，負(fù)責(zé)系統(tǒng)底層架構(gòu)的部署和相關(guān)應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)的存儲、分析、傳輸、轉(zhuǎn)換等。具體來說數(shù)據(jù)存儲平臺存有橋梁施工現(xiàn)場獲取的各類施工數(shù)據(jù)，包括大量的備份數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)存儲平臺的容量應(yīng)足夠大以滿足大數(shù)據(jù)量存儲的要求。根據(jù)相關(guān)橋梁工程施工的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)可知，部署20 TB左右的硬盤（磁盤陣列）可滿足一年的數(shù)據(jù)存放需求，包括多個工程和項目的施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)存放。各施工監(jiān)測部門可單獨部署大容量硬盤（建議為固態(tài)硬盤），也可依據(jù)實際情況購買云服務(wù)器資源。固態(tài)硬盤容量及存放數(shù)據(jù)類型如表2所示。

2.3 云端系統(tǒng)模式

云端系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。各施工單位依托云服務(wù)器租用模式，將企業(yè)各類數(shù)據(jù)存放到云端，按需購買容量，依據(jù)實際的工期計劃按需使用。這種由代理商組建的云服務(wù)器租用模式，在一定程度上節(jié)約了施工企業(yè)的辦公用地，且廉價的租用協(xié)議也可使橋梁工程的施工成本降低。鑒于目前云服務(wù)相關(guān)安全性等因素的考慮，不建議施工企業(yè)將比較重要和敏感的數(shù)據(jù)在云上存儲，如供應(yīng)商信息、成本預(yù)算、支出和財務(wù)報表等。

2.4 系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)勢

橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構(gòu)對于現(xiàn)場的各類施工環(huán)境能夠完整展示，利用高精度的數(shù)據(jù)采集裝置和靈敏的數(shù)據(jù)傳輸及轉(zhuǎn)換設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)各種圖形和畫面的不失幀展現(xiàn)。橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構(gòu)主要有以下幾方面的優(yōu)勢：

2.4.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集可靠、全面

通過部署在橋梁施工現(xiàn)場的大量高精度傳感器，能夠獲取真實、可靠的施工現(xiàn)場情況。例如在橋體結(jié)構(gòu)的多個銜接部位布置角度和位移傳感器，能夠及時獲取橋梁在施工過程中的振動數(shù)據(jù)和位置偏移數(shù)據(jù)，便于施工監(jiān)理人員及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患和不符合工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的違規(guī)操作。

2.4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲空間大

施工單位通過安裝磁盤陣列或使用云服務(wù)器的方式都可以實現(xiàn)大容量現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)的存儲，結(jié)合云服務(wù)器特有的穩(wěn)定系統(tǒng)架構(gòu)，如Linux等操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)全年正常運轉(zhuǎn)而不宕機，保障了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。相比于傳統(tǒng)頻繁更換存儲磁盤的監(jiān)測方式，實時監(jiān)測系統(tǒng)具有更高的系統(tǒng)可用性和更大的數(shù)據(jù)存儲空間，節(jié)省了施工數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出的流程，在某種程度上提高了橋梁施工監(jiān)測的效率。

2.4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸速度快

橋梁施工現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常具有一些不確定因素，例如新建的橋梁工程現(xiàn)場多數(shù)沒有安裝網(wǎng)絡(luò)機房，施工企業(yè)可自行組網(wǎng)，如構(gòu)建臨時的無線局域網(wǎng)，或依托4G網(wǎng)絡(luò)制式搭建網(wǎng)絡(luò)及傳輸系統(tǒng)。通過調(diào)研分析可知，當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率完全可以滿足橋梁現(xiàn)場施工的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸需求。隨著個別地區(qū)大型橋梁工程的試點和建設(shè)，未來將有望實現(xiàn)5G寬帶的整體部署和應(yīng)用，使橋梁工程的施工效率進(jìn)一步提升。

2.4.4 監(jiān)測圖像不失幀

畫面的清晰度和數(shù)據(jù)的真實性是客觀評價橋梁施工現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)，其中系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、清洗及篩分模塊能夠有效屏蔽施工現(xiàn)場的多余、干擾信號以及其他非施工現(xiàn)場產(chǎn)生的噪音，條件允許的施工企業(yè)可采用LED高精度點陣拼接成的監(jiān)測大屏，使展現(xiàn)的施工現(xiàn)場畫質(zhì)更加清晰、穩(wěn)定。另外，選用LCD還是LED面板來構(gòu)成集成顯示大屏也是近年來各企業(yè)爭議的焦點，應(yīng)綜合權(quán)衡用電量、清晰度和使用壽命等因素進(jìn)行分析、比對[3-4]。實時監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢對比分析如表3所示。

3 工程應(yīng)用與試驗分析

3.1 施工效率對比試驗

以廣西貴港某跨江大橋的現(xiàn)場施工為例，進(jìn)行RTM系統(tǒng)應(yīng)用前后施工效率的對比試驗。試驗中選取了橋梁樁基施工和懸臂施工兩部分的重要參數(shù)，其中橋梁樁基部分的施工周期計劃為30 d，而懸臂部分的施工周期計劃為20 d。未應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)時，兩部分施工完成的時間分別是25 d和20 d，其中橋梁樁基部分的施工提前5 d完成，而懸臂部分的施工按計劃時間完成[5]。實時監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用前后現(xiàn)場施工效率對比分析如圖4所示。

3.2 試驗結(jié)果分析

由圖4中施工現(xiàn)場效率對比試驗數(shù)據(jù)分析可知，應(yīng)用RTM系統(tǒng)后，橋梁施工現(xiàn)場樁基部分完成施工的時間為20 d，相比于傳統(tǒng)施工監(jiān)測系統(tǒng)提前5 d，相比于施工計劃要求提前10 d，懸臂施工部分的施工周期則比施工計劃要求提前5 d?？梢姡趹?yīng)用RTM系統(tǒng)后，無論是橋梁樁基施工還是懸臂施工的效率均有所提高，達(dá)到了RTM系統(tǒng)在施工現(xiàn)場應(yīng)用的預(yù)期效果[6]。

4 結(jié)語

監(jiān)測系統(tǒng)作為橋梁工程施工中的重要組成部分，對于施工質(zhì)量、效率和安全性具有重要影響。本文闡述了RTM系統(tǒng)的理論模型，分析了RTM系統(tǒng)在工程應(yīng)用中所具備的各種優(yōu)勢，搭建了橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構(gòu)，以橋梁施工現(xiàn)場的樁基和懸臂施工為例，完成了RTM系統(tǒng)應(yīng)用前后的現(xiàn)場施工效率對比試驗，證明了該系統(tǒng)架構(gòu)的工程應(yīng)用前景。

[1]顧營迎.基于振弦式傳感器的鋼構(gòu)建筑監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[2]王 雪.無線傳感網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[3]楊 娟.大型橋梁基于預(yù)埋表貼傳感的全壽命應(yīng)力監(jiān)測與安全評價模式[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2010.

[4]吳 明.大跨橋梁監(jiān)測技術(shù)淺析[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2008，53（8）：53-55.

[5]歐進(jìn)萍，周 智，武湛君，等.黑龍江呼蘭河大橋的光纖光柵智能監(jiān)測技術(shù)[J].土木工程學(xué)報，2004，37（1）：45-49，64.

[6]邱法維，杜文博，錢稼茹，等.虎門大橋應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計[J].橋梁建設(shè)，2003（2）：66-69.

作者簡介：[ZK（]胡本毅（1987—），工程師，主要從事公路橋梁施工與管理工作。