橋梁健康監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用之淺見

王鵬軍 赫彥斌 聶翔 楊少華 宋寧

1. 北京源清慧虹信息科技有限公司 北京 100096；2. 石家莊市道橋設(shè)施管護(hù)中心 河北 石家莊 050000

引言

隨著橋梁的跨度和復(fù)雜程度的日趨復(fù)雜化，橋梁監(jiān)測技術(shù)逐漸成為保障橋梁安全運(yùn)行的重要研究目標(biāo)。目前，國內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)已研發(fā)出多種多樣的橋梁檢測系統(tǒng)，但仍存在諸多問題如：①監(jiān)測工作中不確定性因素和復(fù)雜性給技術(shù)狀況、工作狀態(tài)評定帶來了困難和難題；②傳感網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布設(shè)問題沒有得到有效解決；③結(jié)構(gòu)損傷部位識(shí)別定位技術(shù)需要深入研究。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁養(yǎng)護(hù)監(jiān)測中的必要性

目前全國在役橋梁眾多，本研究具有極廣的市場需求，項(xiàng)目的研究除了可應(yīng)用于道路橋梁的安全性能評價(jià)外，其所建立的狀態(tài)感知體系和技術(shù)狀況評價(jià)技術(shù)也可用于交通運(yùn)輸行業(yè)的道路交通網(wǎng)運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理工作中。BIM技術(shù)是建筑領(lǐng)域新推出的一種信息模型，具有較強(qiáng)的周期性、協(xié)調(diào)性、可視化性，支持建筑全方位監(jiān)測管理。結(jié)合BIM技術(shù)的應(yīng)用，將橋梁的狀態(tài)感知與技術(shù)狀態(tài)評價(jià)結(jié)果、預(yù)警情況、態(tài)勢預(yù)測等通過BIM模型進(jìn)行三位可視化形象展示、分析，為公路交通保暢全方位監(jiān)測管理，并為突發(fā)事件應(yīng)急管理提供技術(shù)支持和科學(xué)決策依據(jù)。通過本研究，能建立與完善基于BIM技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對橋梁全壽命周期安全健康地服役提供保障。降低橋梁養(yǎng)護(hù)和維修成本，預(yù)防橋梁結(jié)構(gòu)健康安全衰減，為人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障[1]。

2 優(yōu)化措施分析

（1）BIM技術(shù)的應(yīng)用。BIM技術(shù)借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建三維立體模型，具有直觀和清晰的顯著特點(diǎn)，它既是模型構(gòu)造方式的革新，又是一種管理理念的升級(jí)。BIM技術(shù)在橋梁健康監(jiān)控的智慧化管理中具備廣闊的應(yīng)用前景，通過BIM軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)用并導(dǎo)入到chart控件中，使得數(shù)據(jù)結(jié)果可以在三維模型里形象展示和精確定位，大幅度減少了判斷誤差和遺漏，提升了管養(yǎng)工作的效率。

（2）監(jiān)測的重點(diǎn)。橋梁監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要解決監(jiān)測參數(shù)的確定，參數(shù)的選擇是否正確關(guān)系到監(jiān)測系統(tǒng)正確的評估，即關(guān)系到監(jiān)測系統(tǒng)是否能正常發(fā)揮其作用。結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及健康監(jiān)測系統(tǒng)的功能要求，綜合監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容確定主要考慮以下幾個(gè)方面的因素：①環(huán)境參數(shù)監(jiān)測：橋梁處于大氣環(huán)境中，長期受到橋區(qū)氣候條件和水文地質(zhì)作用，結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性將會(huì)受到影響。因此，需要對橋區(qū)的主要環(huán)境參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。②結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測：為了解橋梁結(jié)構(gòu)的整體工作狀態(tài)，從宏觀上分析結(jié)構(gòu)工作性能的變化規(guī)律，需要重點(diǎn)監(jiān)測橋梁整體變形參數(shù)。同時(shí)考慮局部應(yīng)力、撓度等參數(shù)的監(jiān)測。

（3）系統(tǒng)級(jí)別分類。按照系統(tǒng)規(guī)模、功能的不同大致可分將系統(tǒng)分為三種級(jí)別，即全效型、實(shí)用型、經(jīng)濟(jì)型。①全效型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)：一般應(yīng)用于重要性程度高、結(jié)構(gòu)新穎復(fù)雜、橋址環(huán)境惡劣的超大跨度橋梁中，其功能不僅是進(jìn)行橋梁安全監(jiān)測與評估，更兼有設(shè)計(jì)驗(yàn)證和科學(xué)研究的功能，因此無論從監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、儀器選型、自動(dòng)化程度，都具備較好的先進(jìn)性和可靠性。②經(jīng)濟(jì)型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)：一般應(yīng)用于重要性程度一般、結(jié)構(gòu)較為簡單、跨度不大的中小橋梁，其系統(tǒng)功能主要是進(jìn)行橋梁安全監(jiān)測，甚至橋梁綜合評估的功能也可簡單化，因此系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容最少、自動(dòng)化程度相對較低，組成架構(gòu)也最簡單。③實(shí)用型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)：介于全效型和經(jīng)濟(jì)型之間，其功能主要以進(jìn)行橋梁安全監(jiān)測與評估為主，監(jiān)測內(nèi)容相對全效型較少，監(jiān)測方法和儀器以實(shí)用可靠為主。實(shí)用型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)可獨(dú)立成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，也可由幾個(gè)系統(tǒng)共同組成區(qū)域集群健康監(jiān)測平臺(tái)。

基于功能與成本費(fèi)用最優(yōu)的原則，應(yīng)在不同類型的橋梁上安裝與其現(xiàn)狀相匹配的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。在確定橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的等級(jí)時(shí)，應(yīng)主要考慮橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、跨度、技術(shù)狀況這三個(gè)因素[2]。

3 數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)與云平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)需要滿足以下幾個(gè)方面的要求：①能有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，并供多個(gè)用戶訪問，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問，以及與應(yīng)用程序的高度獨(dú)立性，起到將現(xiàn)場采集網(wǎng)絡(luò)與上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的作用；②快速存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都要隨監(jiān)測對象的狀態(tài)變化而不斷刷新，其作為整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分必須在線運(yùn)行，并且使數(shù)據(jù)及分析結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)顯示；③實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享；④中心數(shù)據(jù)庫需要與Internet結(jié)合，使遠(yuǎn)程用戶可以通過瀏覽器對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢?yōu)g覽。

4 結(jié)束語

橋梁建成通車以后，受天氣環(huán)境以及通行車輛等因素的影響，橋梁結(jié)構(gòu)材料會(huì)被腐蝕并隨著時(shí)間老化，長期的靜、動(dòng)力荷載作用，使其強(qiáng)度和剛度隨著時(shí)間的增加而降低，會(huì)使橋梁的使用壽命極大地縮短。研發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)對其安全性能進(jìn)行分析評估，對橋梁安全運(yùn)行保障以及延長使用壽命具有重要的作用。了解橋梁實(shí)際運(yùn)行狀況與結(jié)構(gòu)安全狀況，并對橋梁的合理利用與精細(xì)化管理具有重大現(xiàn)實(shí)意義。