智能技术在桥梁检测养护中的应用

1、中交公路规划设计院有限企业CCCC HIGHWAY CONSULTANTS CO., LTD.智能技术在桥梁检测养护中应用1/44汇报提要概 述123展 望智能管养技术2/44桥 梁 运 营 风 险设计：设计难度、设计水平、设计规范施工：材料性能、施工质量、初始缺点内因自然环境（气候、地震、冲刷、老化）人为原因（超载、船撞）管养问题（资金、人员、意识）外因设计基准期结构寿命期结构整体寿命部分构件寿命概 述3/44概 述桥梁管理系统现实状况尚无统一标准除各省广泛采取中国公路桥梁管理系统（CBMS）外，许多省份还依据所辖区域桥梁特点开发了专门桥梁管理系统，尤其是高速桥梁管理单位。某市高速公路智能化

2、养护管理系统公路桥梁快速检评系统某市公路管养辅助决议平台当前无法形成统一桥梁评价体系；评定理论需要深入完善。系统具备许多功效模块，但因为养护管理人员技术水平限制，部分功效得不到开发和利用，没有让系统真正发挥作用；部分模块开发也并不健全。桥梁数据采集队伍人员素质良莠不齐，制度不健全，致使数据采集不及时或不准确，造成了系统整体不可靠性。4/44指挥调度体系监控中心系统监控中心系统监控中心系统监控中心系统监控中心系统事件驱动上级指令事件录入交通流量气象设备桥梁安全周围道路养护作业学习型预案预案自学习教授知识库系统完善、可扩充资料知识库自动匹配宽泛接口以消息中间件为交互平台接口标准化跨平台多级系统间信

3、息共享与支持可视可控事件处理过程可视设备运行状态可视可控资源分配可控闭环管理按事件分层次、分级别、依预案进行控制每个控制都有反馈【首报、续报、终报、评定】资源整合与情报板系统融合与车流量监测系统融合与气象监测系统融合与摄像机视频信息融合与短信群发系统融合行车诱导交通情况公布事故预警行车速度预警提升通行效率概 述5/44桥梁健康监测技术（SHM）、故障诊疗与健康管理技术（PHM）、物联网、云计算等技术正在突飞猛进地发展，为桥梁管养智能化、信息化提供了有力保障，使桥梁管养资产管理系统、管养知识管理系统等成为桥梁管理养护关键竞争能力。1桥梁管养需要跨越零敲碎打阶段，而进入系统管理时代。伴随材料、装备

4、、建设技术进步，以绿色维修和再制造为特色桥梁加固维修技术将不停发展和完善，为桥梁管养和安全运行提供更有效技术伎俩。2概 述6/44概 述1智能管养技术2展 望37/44智能管养技术短期监测长久监测管理系统智能养护智能检测智能统计智能技术8/44智能管养技术监测短期监测长久监测不间断长久数据采集周期性或暂时性数据采集9/44所以，应加强短期监测在整个健康监测业务中比重。采取长短结合方式，将当前庞大、固定监测系统变为精悍、灵活健康监测系统。智能管养技术监测一造成了海量数据，分析难度很大二受制于资金压力，监测系统规模有限，无法提供全方面数据三在系统建构时，因为无法准确预测未来需求改变，造成系统灵活性

5、不足长久监测系统不足：10/44类型一新建大型桥梁全方面结构安全监测系统Title类型二类型三类型四新建桥梁部分结构安全监测系统现有桥梁部分结构安全监测系统现有桥梁单项结构安全监测系统自动化监测为主巡检为辅巡检为主自动化监测为辅智能管养技术监测11/44自由流下结构弹性受力体系验证斜拉索宏观受力性能（弹性体系受力）荷载试验动力特性验证自由流下弹性体系验证影响线验证基于健康监测的全桥刚度应力挠度宏观弹性受力体系是否与设计预期一致？压差连通管测量主梁变形分布式光纤传感测量主梁应变特点：沿桥长通长布设采集到变形数据点多采集频率较高、数据量大有统计意义特点：沿桥长通长布设两条采集线分布式数据采集采集频

6、率较高、数据量大有统计意义优点：直观反应结构实际受力情况智能管养技术监测12/44压差连通管测量主梁变形28天采取压差连通管，测量主梁在自由流下变形情况。分别在钢箱梁上下游各布置一条测线。了解结构真实受力状态。上游线位移包络下游线位移包络跨中一天内位移改变统计规律是有主要意义，结合应变监测数据统计规律，能够评定“自由流”状态下，桥梁整理受力水平与结构响应。自由流下结构弹性受力体系验证智能管养技术监测13/44上游线位移实测包络与理论包络下游线位移实测包络与理论包络实测自由流下结构各点位移均在理论计算所允许变形包络范围之内。以跨中点变形为例，实测位移变形值最大值为50cm，占理论允许限值29.2

7、0%。自由流下结构弹性受力体系验证智能管养技术监测14/44自由流下主梁下缘应力短期监测16天采取分布式光纤，经过对桥梁进行短期自由流监测，取得自由流荷载信息对桥梁应变影响情况。了解结构真实受力状态。分布式光纤应变采集分布式应变包络监测到分布式自由流应力用于综合评定中侧光纤边侧光纤OSIS钢箱梁活载下缘应力包络图情况对应良好自由流下结构弹性受力体系验证智能管养技术监测15/44短期监测期间跨中应变概率分布拟合威布尔分布能够很好拟合跨中应变概率密度函数95%应变分位值为67.225微应变，折算拉应力为13.8Mpa，占理论最大应力24.21%。分布式光纤折算拉应力对应理论95%分位值下挠量为41

8、.40cm,与压差式连通管测得位移值95%分位置40.25cm弹性对应良好，等效荷载校验系数为0.97。位移分位值模拟应力挠度宏观弹性受力体系验证自由流下结构弹性受力体系验证智能管养技术监测16/44结果表明短期监测期间实测跨中最大变形为50cm，占理论最大变形值29.20%结构整体实测应力包络曲线与理论计算基本相符，自由流作用下95%分位值得等效应力约占允许值24.21%利用短期监测还能够发觉额外结构受力异常点基于短期监测数据结果，基于可靠度方法对主桥结构弹性变形验证是一个全新思维，拥有巨大潜力价值。对结构受力整体与局部问题都有很好验证与说明，有望在未来成为荷载试验相辅相成结构受力性能验证方

9、式位移-应变分位对应关系自由流下结构弹性受力体系验证智能管养技术监测17/44采取应变计对索塔内表面进行短期变形监测短期监测时间为期21天。索塔裂缝短期监测现场实施图北索塔裂缝应变时程曲线索塔裂缝宽度与温度相关性较大对已建成桥梁关注点：索塔裂缝宽度是否在扩展？索塔混凝土裂缝短期监测智能管养技术监测18/44长时间周期下裂缝宽度与大气温度相关性监测分析结论索塔竖向裂缝与环境温度相关性较强索塔竖向裂缝伴随温度周期呈同趋势周期性改变未监测到裂缝宽度含有扩展趋势提议加强索塔竖向裂缝观察监测工作索塔混凝土裂缝短期监测智能管养技术监测19/44，NJ21U，首次观察到面内小幅度振动，NA1U，首次观察到面

10、内小幅度振动，18号索附近，首次观察到面外振动，NA30U，首次阻尼器拉索连接件断裂，上锚头异响（索低频大幅振动）-，阻尼器拉索连接件屡次断裂面内振动NJ21U阻尼器维护时间轴通车面内振动NJ21U风雨天气面外振动每年1-2次阻尼器罩脱落每年2-3根阻尼器拉索连接件断裂利用视频图像识别技术快速采集拉索振动信息智能管养技术监测20/44大跨径斜拉桥超长斜拉索有发生高阶涡振可能,涡振发生偶然性决定不可能利用传感器对拉索振动实时采集，成本高、效率低。大桥采取视频图像分析技术，对暂时采集到视频分析了其振动信息。认识到了超长索高阶涡振危害：30阶模态1mm振幅相当于一阶模态900mm振幅（惯性力相等）！

11、而且针对此现象成立了专题科研课题。利用视频图像识别技术快速采集拉索振动信息 利用视频图像识别技术快速采集拉索振动信息经过图像处理技术，取得振动位移时程曲线最大振幅3.5mm两个振动主频率，分别是14阶3.7Hz和28阶7.7Hz，且以28阶为主！智能管养技术监测21/44开展斜拉索异常振动振动机理与控制研究短期监测理论研究模型试验实桥验证经过短期监测对桥梁存在异常振动拉索主梁等动力特征采集；斜拉索异常振动机理研究电涡流阻尼器性能研究等高阶涡激试验拉索减振效果验证试验新型斜拉索阻尼器实桥验证利用视频图像识别技术快速采集拉索振动信息智能管养技术监测22/44利用密集布设温湿度传感器识别钢箱梁内温湿

12、度改变智能管养技术监测温湿度传感器单点布置温湿度传感器布置图温湿度传感器横向多点布置温湿度传感器对全桥70%以上梁段布设温湿度传感器，共计140个23/44相对湿度连续监测短期监测相对湿度随时间改变规律密集布设传感器到达大数据质变！40%除湿机1除湿机2除湿机3除湿机4智能管养技术监测利用密集布设温湿度传感器识别钢箱梁内温湿度改变24/44无人值守式荷载试验智能管养技术监测25/44总体说明主要加载工况尽可能与成桥阶段保持一致，方便于数据对比分析荷载效率系数要求到达0.951.05之间因此次交通封闭时间有限，试验过程采取了大量智能化自动采集监测设备：应变采集监测系统静力水准仪变形监测系统梁端位

13、移监测系统尽可能缩短每个工况数据采集过程，增加工况验证位置。此次荷载试验增加主桥影响线加载试验过程，取得结构经典断面实际响应影响线。对桥梁结构当前出现构件缺损，在荷载试验过程中，对缺损发展进行同时监测。“无人值守”荷载试验：数据采集人员5人 12小时内完成全部荷载试验无人值守式荷载试验智能管养技术监测26/44应变主梁变形主塔变形索力温度湿度裂缝监测“无人值守”荷载试验：数据采集人员5 12小时内完成全部荷载试验无人值守式荷载试验智能管养技术监测27/44应变主梁挠度索塔偏位索力数据梁端位移温度、湿度1人无人应变主梁挠度索塔偏位索力数据梁端位移温度、湿度1520人“无人值守”荷载试验无人值守式

14、荷载试验智能管养技术监测28/44亮点项目短期智能监测技术新技术采取桥梁性能综合评定1.道路探地雷达检测；2.斜拉索机器人检测；3.红外热像仪扫描；4.无人机、高清摄像。1.箱梁内部温湿度监测；2.无线传感器索力短期监测。1.技术情况评定；2.专题检测与评定。拉索机器人无线传感器探地雷达温湿度传感器红外无人机高清摄像智能管养技术检测29/44智能管养技术检测30/44外业记录系统网页端基础数据库项目管理任务管理病害查询病害录入客户端数据上传导出原始记录导出病害列表移动终端APP项目管理任务管理数据传输病害录入移动终端APP病害录入页面系统特点：人性化页面设计，方便现场使用参数化病害录入，方便后

15、期统计分析直接导出原始统计、病害列表，提升效率分构件近150个录入页面，充分考虑构件差异用途：实现定时检验外业统计无纸化操作智能管养技术统计系统31/44传统管理模式下养护信息传递速度慢、透明度低、利用率小，造成养护监管人员对桥梁技术情况及一线工作落实情况难以及时、全方面了解；公路桥梁建设早期“重建轻养”观念造成养护管理方面投入不足，有限资金对于繁多养护项目捉襟见肘，亟需合理安排、高效使用；养护专业技术人员缺乏、现有些人员素质不高、难以确保养护工作质量；面对诸如桥梁国检等大型检验时，养护内业资料缺失造成失分项目多。管理模式养护资金养护人员内业资料信息传递慢透明度低利用率小信息传递慢透明度低利用

16、率小信息传递慢透明度低利用率小信息传递慢透明度低利用率小智能管养技术管理系统32/44为建立养护信息高速、透明传达机制，实现养护资金合理分配，提升养护人员业务水平，满足各级检验要求，提升桥梁服务水平、延长桥梁使用寿命，实现桥梁养护信息化管理是十分必要。政策引导企业方针养护过程养护结果近年来，政府部门下发各项政策、法规，如交通运输信息化“十三五”发展规划“十三五”公路养护管剪发展纲要等，不停地引导、督促公路桥梁养护行业信息化发展。提升企业监管能力，实现养护工作精细化管理，确保养护工作落实到位，及时、全方面地了解桥梁技术情况，把控养护资源使用情况。规范化业务流程确保养护工作落实到位标准化养护数据实

17、现养护工作精细化管理科学决议合理安排养护资源养护过程文档完备性满足桥梁国检要求必要性价值点智能管养技术管理系统33/44可视化信息平台系统介绍某大桥全景可视化数字桥梁信息化养护系统是为满足公路桥梁养护监督机构、决议机构、指挥机构、执行机构实现桥梁养护工作信息化、规范化、标准化、便捷化信息系统平台，该平台功效包含：桥梁巡检工作管理、病害录入、维修工作管理、技术情况评定、基础数据管理、数据分析统计、3D可视化展示等。该系统采取“互联网+”、“大数据”等新一代信息技术，总体构思先进、技术合理、实用经济、开放兼容，可满足单项目级特大型桥梁精细化管理与路网级桥梁群管理不一样需求。为各类桥梁进行科学有序养

18、护运行管理提供平台，辅助决议者制订高效、经济、及时管养办法。监督机构指挥机构执行机构决议机构本养护管理软件充分考虑系统实用性，显著特色以下： 依据维护手册单独定制开发近30个病害录入页面； 病害跟踪功效，方便查询病害发展轨迹； 直观化、专业化病害统计分析功效； 3D模型上直观展示病害位置、构件信息； 统计一线巡查人员行走轨迹，辅助管理。智能管养技术管理系统34/44系统组成某大桥全景可视化数字桥梁养护信息系统管理看板子系统GIS地图信息信息统计看板任务执行情况报表汇总桥梁基本信息养护管理子系统桥梁基本信息管理基础数据管理工程结构分解巡检任务管理巡检结果查询桥梁技术状况评定维修任务管理养护执行养护任务看板移动终端APP病害信息录入病害信息查询巡检轨迹记录二维码扫描数据同步3D可视化子系统桥梁信息构件信息病害跟踪智能管养技术管理系统35/44成组3D（bim）系统移动终端APP网页端紧贴大桥管养实际信息化系统用途：掌握结构物基本信息、管养历史；检测养护流程电子化；定制化病害录入、统计分析；掌握一线管养人员工作情况。用途：与维护手册相契合经常检验、定时检验录入页面；扫描二维码