物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在橋梁施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

劉超

【摘 要】文章闡述了橋梁施工中質(zhì)量檢測的意義，總結(jié)了常規(guī)的質(zhì)量檢測方法和基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的質(zhì)量檢測新方法;以實際工程案例為論證背景，重點研究了橋梁墩臺和支座在動載作用下的受力變化，證明了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的橋梁施工質(zhì)量檢測方法在檢測的靈敏度和時效性方面均具有一定的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);橋梁施工;質(zhì)量;檢測

【中圖分類號】U445.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0191-03

0 引言

隨著我國科技水平的不斷提高，橋梁工程領(lǐng)域的施工技術(shù)也在不斷發(fā)展，從過去的工期長、標(biāo)準(zhǔn)低的勞動力建設(shè)模式已逐步發(fā)展成當(dāng)前的工期短、標(biāo)準(zhǔn)高的現(xiàn)代化施工模式。橋梁工程無論是在施工質(zhì)量、工程成本方面還是在使用壽命、安全性等方面都位居世界前列，部分橋梁施工企業(yè)已走出國門積極開展國外項目的競標(biāo)和建設(shè)，很多國家的橋梁工程施工和驗收標(biāo)準(zhǔn)都參照我國的標(biāo)準(zhǔn)制定，可見，我國橋梁工程領(lǐng)域的施工水平已得到世界的認(rèn)可。值得注意的是，一個高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的橋梁工程項目，其中涉及的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)很多，包括施工材料、施工技術(shù)、施工工序等，還包括很多試驗和檢測工作，如施工安全性試驗和施工質(zhì)量的檢測等。施工質(zhì)量檢測是提高橋梁工程整體施工標(biāo)準(zhǔn)的重要保障，對加快施工進(jìn)度、降低工程成本等方面具有重要意義[1]。

1 橋梁施工質(zhì)量檢測意義

1.1 提高工程質(zhì)量

橋梁施工質(zhì)量檢測包括很多部分，通用部分的檢測包括施工集料參數(shù)、預(yù)制件強度、鋼混結(jié)構(gòu)性能、彎曲度和撓度等。各施工組件的質(zhì)量檢測又分為模板、支架、拱架、鋼筋、混凝土、砌體、基礎(chǔ)、墩臺、支座、鋼梁和結(jié)合梁等部分的檢測。如果以橋梁結(jié)構(gòu)劃分檢測區(qū)域，又分為橋面質(zhì)量檢測、上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測和下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測等。雖然各部分的檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法各不相同，但是都應(yīng)遵循住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的《橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》中的各項要求，逐一落實各部分的質(zhì)量檢測工作，這是因為施工質(zhì)量檢測是橋梁工程必須實施的一個重要環(huán)節(jié)，是保證橋梁工程投入使用后安全性的前提，也是提高工程總體質(zhì)量水平的重要基礎(chǔ)。

1.2 加快施工進(jìn)度

橋梁施工質(zhì)量檢測的目的是為了發(fā)現(xiàn)施工過程中的各類問題或不合規(guī)項，及時對檢測中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行整改，避免大規(guī)模的修繕或處置工作而帶來的重復(fù)施工，這在某種程度上可以加快施工進(jìn)度。例如，在橋面施工質(zhì)量檢測中，重點針對橋面的鋪裝層、地袱緣石和掛板等進(jìn)行檢測，還包括防護(hù)設(shè)施、排水設(shè)施和橋梁伸縮設(shè)施等。上述過程的質(zhì)量檢測能夠發(fā)現(xiàn)橋面施工過程中的問題，包括很多隱蔽的安全問題，因此對發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題應(yīng)及時進(jìn)行修補，保證后續(xù)施工順利進(jìn)行。

1.3 降低工程成本

在對橋梁施工原材料部分進(jìn)行檢測時，可以有效篩除質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的原材料，確保施工全過程中所用材料均滿足工程要求。原材料包括砂石、水泥、外加劑、鋼筋和接頭等，這些原材料都是橋梁施工的基礎(chǔ)，其質(zhì)量和造價都會影響工程的成本預(yù)算。有研究數(shù)據(jù)表明，使用質(zhì)量合格且價格合理的原材料進(jìn)行施工時，工程的成本預(yù)算減少10%～15%，因此原材料的施工檢測工作至關(guān)重要，在對原材料進(jìn)行檢測時應(yīng)做到規(guī)范、細(xì)致，避免原材料的浪費，降低工程成本[2]。

2 橋梁施工質(zhì)量檢測方法

橋梁施工質(zhì)量檢測方法有很多，傳統(tǒng)的檢測方法有回彈檢測法、動力檢測法、荷載檢測法等。伴隨著移動互聯(lián)技術(shù)的快速興起，近些年在橋梁工程中也出現(xiàn)了一些新的檢測方法（如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)檢測法），將移動檢測設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)有效結(jié)合。

2.1 回彈檢測法

回彈檢測法是一種通過回彈儀進(jìn)行施工質(zhì)量檢測的有效方法，主要檢測的是混凝土的抗壓強度。回彈儀屬于一種機(jī)械、無損的檢測儀器，儀器檢測結(jié)果能夠真實地反映混凝土的工程性能，而不會經(jīng)過儀器本身而發(fā)生任何內(nèi)部的能量消耗，即可以忽略由于儀器誤差而給檢測結(jié)果帶來的影響。混凝土自身的強度與其實際的表面硬度間存在一定聯(lián)系，回彈儀中的彈擊錘通過相應(yīng)的彈力打擊到混凝土的表面，此時通過回彈儀讀取實際的回彈值即回彈高度，而回彈高度與混凝土的表面硬度也具有一定的線性比例關(guān)系?；貜椃ㄟM(jìn)行混凝土抗壓強度的施工質(zhì)量檢測時，具有設(shè)備簡單、操作便利、檢測快速等優(yōu)點，工程應(yīng)用較為廣泛。

2.2 動力檢測法

動力檢測方法在實際工程應(yīng)用中的檢測項目包括橋梁的動力特性檢測、模態(tài)參數(shù)檢測和橋梁的動力響應(yīng)檢測。模態(tài)參數(shù)檢測包括頻率、振形和阻尼比等;動力響應(yīng)檢測包括動撓度、動應(yīng)力、加速度、沖擊系數(shù)。橋梁本身振動頻率的檢測相對容易，測定一階頻率即可，通過頻率檢測系統(tǒng)的功率譜圖獲取，包括頻率峰值、時域曲線等。檢測系統(tǒng)給出的基頻數(shù)據(jù)還可計算出橋體承重結(jié)構(gòu)的剛度性能。在動力曲線分析過程中，還應(yīng)充分考慮到第二、第三或是更高價的頻率影響。沖擊系數(shù)檢測主要是與結(jié)構(gòu)動應(yīng)變和動撓度相關(guān)，檢測前在橋梁跨中布置多個位移計、應(yīng)變計，跨中位置也可是最大變位或應(yīng)變處，位移計和應(yīng)變計通過應(yīng)變儀連接到電腦進(jìn)行檢測。

2.3 荷載試驗檢測法

荷載試驗檢測法分為動載與靜載兩種方式，動載試驗檢測主要是對橋梁進(jìn)行動力荷載試驗，通過對橋梁結(jié)構(gòu)特性和動載響應(yīng)曲線進(jìn)行分析，綜合判斷橋體結(jié)構(gòu)在動載情況下所受的沖擊或振動。動載通常是行駛過程中的汽車荷載或其他方式的荷載作用到橋體結(jié)構(gòu)上，目標(biāo)是檢測梁的應(yīng)變情況、撓度和裂縫情況等，由檢測結(jié)果與理論值進(jìn)行對比，評估橋體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和實際承載能力，動載試驗檢測全過程不具有破壞性。靜載試驗檢測是將靜止的荷載作用到橋梁指定位置，目的是檢測出橋體結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、位移或裂縫，主要反映橋梁靜載情況下的工作性能。荷載試驗檢測法具體應(yīng)用時可分別進(jìn)行動載和靜載檢測，由檢測數(shù)據(jù)綜合分析橋梁的結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性、剛度、撓度、裂縫和基礎(chǔ)情況等[3]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在橋梁施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是近些年逐漸發(fā)展起來的一項前沿技術(shù)，以高速暢通的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，搭載各類傳感設(shè)備、嵌入式設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備等，實現(xiàn)各種設(shè)備的互聯(lián)互通和集成應(yīng)用，其實質(zhì)是萬物互聯(lián)，而傳感技術(shù)和嵌入式技術(shù)則是其核心技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于傳媒、醫(yī)療、教育和工業(yè)各個領(lǐng)域。隨著橋梁工程領(lǐng)域技術(shù)的不斷完善，對施工質(zhì)量的要求也更加嚴(yán)格，部分高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的大型橋梁工程項目，常規(guī)的質(zhì)量檢測方式已不再適用，亟須一種更加精準(zhǔn)、高效的檢測方法。因此，國內(nèi)一些橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域的專家和學(xué)者們已將研究的目光放在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面，期望能夠?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)技術(shù)中實時、精確、便捷等優(yōu)勢應(yīng)用到橋梁施工質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，以獲得更為精確的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，為后續(xù)工程施工計劃的制訂和改進(jìn)提供相應(yīng)的參考依據(jù)[4]。

3.2 需求分析

橋梁施工質(zhì)量檢測的目的是為了發(fā)現(xiàn)施工過程中橋梁發(fā)生的各類問題和安全隱患，在提供精確的檢測數(shù)據(jù)的同時也期望檢測的速度快、成本低，因此橋梁施工質(zhì)量檢測需要滿足以下幾個方面要求。

3.2.1 檢測精度高

檢測精度高是橋梁施工質(zhì)量檢測的基本要求，也是衡量檢測技術(shù)是否合格的重要標(biāo)準(zhǔn)。檢測精度對檢測工藝的依賴度較低，更取決于檢測設(shè)備的精度。在橋梁工程實際的施工檢測中，各施工部分的檢測方法不一樣，因此所使用的檢測設(shè)備也不同，為獲取更加精確的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，應(yīng)選用檢測精度較高的設(shè)備進(jìn)行檢測。

3.2.2 檢測速度快

進(jìn)行施工質(zhì)量檢測時，應(yīng)嚴(yán)格控制好檢測時間，檢測時間不宜過長，部分施工情況下的質(zhì)量檢測具有一定的時效性，如混凝土初凝時間的檢測。橋梁施工涉及的環(huán)節(jié)眾多，各施工環(huán)節(jié)的檢測時間有具體規(guī)定，檢測前應(yīng)提前安排好各部分檢測的最長時間，避免影響其他部分的檢測。

3.2.3 檢測成本低

施工質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)有很多，為獲得更為準(zhǔn)確和可信度較高的檢測結(jié)果，有時會增加更多檢測人員并投入更多的檢測設(shè)備，這種情況下勢必會帶來檢測成本的增加，從而使施工企業(yè)為控制預(yù)算而縮減其他施工部分的經(jīng)費投入，而這種高成本的檢測方式僅可在非檢測約定范圍內(nèi)的異常情況下作臨時使用，為完成各施工部分的檢測并控制成本，應(yīng)選用成本較低的方法進(jìn)行檢測。

3.2.4 檢測范圍廣

橋梁施工質(zhì)量檢測的范圍較廣，如模板、支架、拱架、鋼筋、混凝土、砌體、基礎(chǔ)、墩臺、支座、鋼梁等，應(yīng)制定詳細(xì)的檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各檢測部分應(yīng)有序銜接，使橋梁施工質(zhì)量檢測范圍全覆蓋，避免發(fā)生誤檢和漏檢情況[5]。

3.3 工程應(yīng)用

為真實地分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在橋梁施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用效果，論證該技術(shù)在施工質(zhì)量檢測中的可用性，并為后續(xù)的理論研究和工程應(yīng)用積累經(jīng)驗，擬選取欽州市某在建的市政橋梁工程項目為研究對象，完成對橋梁下部主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測，具體檢測過程如下。

3.3.1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建

在墩臺和支座外壁等間距安裝多個振動傳感器和位移傳感器，將振動傳感器彼此連接，位移傳感器也同樣彼此連接，振動傳感器組和位移傳感器組分別留有輸出端，將兩組輸出端分別用網(wǎng)線連接到交換機(jī)，對于距離較遠(yuǎn)或施工現(xiàn)場條件不具備的情況，可通過Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，振動傳感器和位移傳感器都已安裝無線網(wǎng)卡。分別架設(shè)一臺用作振動和位移數(shù)據(jù)交換的交換機(jī)和數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器（數(shù)據(jù)庫），可安放在臨時搭建的控制室內(nèi)，另有一臺筆記本電腦或工業(yè)PC機(jī)，用于安裝橋梁施工質(zhì)量檢測系統(tǒng)軟件，一般情況下，這臺筆記本電腦或PC機(jī)可置于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，便于演示與操作。根據(jù)IPV4或IPV6通信協(xié)議組建內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)，并連通交換機(jī)和服務(wù)器之間、筆記本和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)鏈路，確認(rèn)無誤后開始進(jìn)行下一步工作。

3.3.2 設(shè)備自檢測試

打開振動傳感器、位移傳感器、交換機(jī)、服務(wù)器、筆記本電腦，觀察上述設(shè)備的運行指示燈是否正常、傳感器的自檢情況是否正常;打開筆記本電腦中橋梁施工質(zhì)量檢測系統(tǒng)軟件，觀察是否能看到墩臺和支座上全部傳感器發(fā)來的模擬信號，當(dāng)全部設(shè)備開機(jī)約5 min后，系統(tǒng)運行情況穩(wěn)定時，可以準(zhǔn)備進(jìn)行墩臺和支座部分的振動和位移數(shù)據(jù)檢測。

3.3.3 墩臺振動和位移數(shù)據(jù)檢測

將工程荷載試驗車在橋面上分別以勻速和加速兩種方式行進(jìn)，觀察墩臺上振動和位移傳感器情況，基于工程安全等因素考慮，測試人員無法近距離接近墩臺，因此可通過觀察或聽的方式確認(rèn)傳感器是否有報警;也可在控制室筆記本電腦上通過橋梁施工質(zhì)量檢測系統(tǒng)軟件中的傳感器工作界面進(jìn)行查看，當(dāng)墩臺的振動或位移數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)規(guī)定閾值時，相應(yīng)的傳感器發(fā)出警報聲并有警報燈閃爍，此時檢測系統(tǒng)軟件中的傳感器工作界面顯示燈變成紅色（未超過系統(tǒng)設(shè)定的閾值時是綠色），測試人員通過查看界面報警信息，能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)出警報的傳感器具體位置，位于檢測現(xiàn)場的技術(shù)人員能快速找到發(fā)生質(zhì)量問題的墩臺標(biāo)號并記錄。

3.3.4 支座振動和位移數(shù)據(jù)檢測

支座部分的振動和位移數(shù)據(jù)檢測與墩臺部分的檢測大體相同，不同之處在于支座上的振動傳感器所獲取的檢測數(shù)據(jù)并不能完全反映支座本身受力情況，應(yīng)在此基礎(chǔ)上減去墩臺的受力大小，為便于對檢測數(shù)據(jù)的分析和計算，結(jié)合以往的施工檢測經(jīng)驗，將支座振動傳感器傳回的數(shù)據(jù)乘以系數(shù)0.8（工程經(jīng)驗值）后進(jìn)行處理，也可在橋梁施工質(zhì)量檢測系統(tǒng)軟件的程序中預(yù)設(shè)0.8倍的系數(shù)，可得到相同的測算結(jié)果。

3.3.5 檢測結(jié)果分析

查看檢測系統(tǒng)軟件中顯示的振動和位移數(shù)據(jù)是否與實際墩臺和支座上的報警傳感器相吻合，確認(rèn)無誤后進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析，從中可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：同一位置的墩臺和支座的振動傳感器發(fā)出警報的時間幾乎是相同的，當(dāng)工程荷載試驗車經(jīng)過該區(qū)域時，墩臺和支座在垂直方向上的受力是一致的，相互作用力使得墩臺和支座所受的沖擊力幾乎相等，但相同位置的墩臺和支座在位移傳感器方面的數(shù)據(jù)卻差異很大，這是因為在水平方向的受力大小相差懸殊所致。即便是相鄰的墩臺或支座，無論是振動數(shù)據(jù)還是位移數(shù)據(jù)的大小都相差明顯，并且發(fā)出警報的時間跨度很大，通過檢測系統(tǒng)軟件所給出的受力曲線可知，以上檢測數(shù)據(jù)均呈無規(guī)律變化，即無任何相關(guān)性，這是由墩臺和支座的空間位置及試驗車施加沖擊力的先后次序決定的。

3.4 優(yōu)勢分析

通過對比基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的質(zhì)量檢測試驗與常規(guī)檢測試驗結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，兩種方法在進(jìn)行橋體下部分結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測時結(jié)果略有不同，常規(guī)檢測方法側(cè)重于橋體大概位置的檢測，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)檢測方法主要聚焦在具體位置上受力情況的變化，即物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在橋梁施工質(zhì)量檢測的精度上更勝一籌。在檢測時間上，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠做到檢測過程與檢測結(jié)果的同步，真正做到了檢測結(jié)果輸出的零延時，保證了檢測數(shù)據(jù)分析的時效性，這也是常規(guī)質(zhì)量檢測方法所無法比擬的。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在近些年得到了飛速的發(fā)展，在多個學(xué)科和領(lǐng)域都有廣泛使用，但其未來的發(fā)展趨勢仍有諸多不確定性，并且該技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程施工領(lǐng)域也屬于起步階段，需要研究和探索的問題仍有很多。本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到橋梁工程施工的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)是一次大膽的嘗試，以振動傳感器和位移傳感器為核心組件搭建了墩臺與支座的質(zhì)量檢測系統(tǒng)，通過分析試驗數(shù)據(jù)，論證了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于橋梁施工質(zhì)量檢測領(lǐng)域的可行性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]丁瑞，趙劍.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（23）：106-107.

[2]韋武朗.基于BIM的橋梁施工監(jiān)控云平臺應(yīng)用研究[J].西部交通科技，2020（5）：148-151.

[3]徐磊.試論路橋工程試驗檢測的現(xiàn)狀與提高檢測質(zhì)量的措施[J].中國住宅設(shè)施，2021（9）：43-44，58.

[4]王毅.高速公路路面質(zhì)量檢測技術(shù)應(yīng)用論述[J].四川建材，2021（2）：13-14.

[5]陳晶晶.公路橋梁檢測質(zhì)量控制與檢測技術(shù)應(yīng)用分析[J].黑龍江交通科技，2021（2）：109-110.