交通基础设施智能化基础课件 第八章 智慧桥梁

第8章智慧桥梁本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是智慧桥梁？智慧桥梁：智慧桥梁是集成人工智能、大数据等先进信息化技术，感知桥梁运行状态、判断故障、最终预测安全风险，实现信息融合和桥梁运营的智慧精细化管理，是智慧城市重要组成部分，也是地方桥梁维管法规落地的重要基础性平台。无人机倾斜摄影移动互联网大数据云计算BIMGIS数据库三维全景B/S架构系统集成人工智能物联网桥梁建设背景现状及特点总量多：2018年末，全国公路桥梁85.2万座数量持续增长：近十年均新增2.57万座大桥、特大桥数量多：2018年末，大桥98869座（11.6%），特大桥梁5053座（0.59%）跨江、跨海、跨峡谷等超大跨径桥梁工程多：其中长江大桥总量135座（长江干流、含在建）桥梁运营安全形势严峻洪水、超载、腐蚀老化、车船撞击是桥梁垮塌的主要原因基建老龄化带来信息化、智能化的需求美国：65%公路急需整修，25%桥梁已经无法满足交通需求日本：建造完成50年以上为老龄化标准，2019年老龄化桥梁27%，预计2029年增至52%中国：建国初期和90年代两个建设高峰，将迎来一批老龄化高维护要求的桥梁2007.6九江大桥2012.8哈尔滨阳明滩大桥2011.7福建公馆桥新基建对桥梁信息化的支持2020年初，力度空前推出以5G、大数据中心、工业互联网等为核心的新型基础设施建设发展要求，支持桥梁工程与智能建造、智慧服务的深度融合与转变；桥梁全寿命期信息化建设即为桥梁的新型基础设施建设。新型基础建设包含的七大领域5G基站建设城际高速铁路和城市轨道交通特高压大数据中心人工智能工业互联网新能源汽车充电桩桥梁全寿命期信息化建设工业互联网大数据人工智能云计算……5G、AI-IoT桥梁工程+智能建造、智慧服务桥梁全寿命期信息化工程构思立项开始施工交付使用结束决策阶段设计阶段时间运营阶段施工阶段运行目标设计、可行性研究设计、计划、招投标施工桥梁全寿命期智慧桥梁架构数据化可视化智慧化数据采集接入层包含云服务IT基础设施、物联网、监测设备管理、AI智能终端、智能巡检管养终端等；数据层通过数据缓存、结构化和非结构化存储以及大数据存储方案实现对施工、运营各类数据的存储管理；平台层各类子系统和组件，为不同应用层系统共享；应用层针对特定业务领域的专有系统，为不同应用层系统共享；交互层面向用户提供大屏驾驶舱、电脑PC端、智能手机APP等数据交互界面。本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是桥梁BIM项目管理？桥梁BIM项目管理：以三维数字技术为基础，集成了工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，包含了三维信息模型、新的信息架构及组织方式、移动互联网、云技术，甚至物联网的应用。工程设计应用模型碰撞检查工程量统计三维建模自动成图检查模型是否存在直接的冲突，安全空间、操作空间是否合理，避免施工过程中的不必要变更，实现问题早发现、早处理。自动生成材料清单，并将模型创建的清单和原始二维设计图进行对比，及时发现工程量统计过程中遇到的问题。材料统计中发现的问题以及纠错模型钢筋相互碰撞检查直观分析路线走向和地貌地形特征，对桥梁的中心桩号和规模进行初步确定。将一些信息输入设计平台，对上、下部构件的模型进行调取，从而获得三维桥梁模型。剖切BIM模型创建相关的施工图，再进行二维标识和标注，直接交付业主，减少二维设计不一致性，为后续设计交底、深化设计提供依据。施工建设应用场地布置优化施工仿真模拟动画物料设备管理云平台施工管理各功能区域建立相应模型，依据施工组织设计或施工方案进行模拟分析，重新分析优化，多次循环优化过程，得出合理场地布置方案。制作相关工序或施工方案仿真动画，进行模拟与比选，也可用于技术交底，动画形式让作业队伍直观了解方案设计原理与实施步骤、指导现场施工。RFID技术与BIM的桥梁信息模型结合，实现跨区域节点，进行物料设备信息的采集和交互，提升桥梁施工过程中的物料设备管理效率。将模型数据上传至云平台，通过手机端、网页端使用平台进度计划、质量管理、安全管理、文明施工、文档管理、监控监测等模块进行项目管理。运维管养应用竣工模型、资料信息整理远程监控及维修加固传统方式困境：

竣工验收资料多，传统方式难以分类管理保存；项目运营期长，资料难以保留久远；资料多为纸质不易于及时查阅等。BIM项目管理优势：

前期将BIM模型数据及各类信息上传至云平台，即可实现随时随地查看相关施工信息，为后期运维提供数据支持。传统方式困境：

桥梁运营一段时间后，需经常定期检查与特殊检查。传统的检查监测存在诸如货车超载严重，监测频率低、现场维护远等问题。BIM项目管理优势：

通过传统人工检测技术与BIM+在线监测技术结合互补，进行实时在线监测，海量数据智能运算存储、连续稳定数据输送、及时发现解决出现的异常情况。本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是桥梁健康监测？桥梁健康监测：指运用各种现代化监测与信息化技术，对桥梁结构运营环境、荷载输入、结构力学状态及响应参数进行实时、连续监测，并对监测数据进行存储、分析，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导

。桥梁健康监测系统典型健康监测系统构成，主要包括：两个部分：现场前端采集、后端数据处理与评估五个子系统：传感器子系统、自动化数据采集子系统、中心数据库子系统、结构预警安全评估子系统、用户界面子系统智能传感技术加速度传感技术光纤应变传感技术光纤光栅FBG传感长标距FBG传感分布式光纤传感伺服加速度仪电容式压电式MEMS应变片式激光测振仪光纤光栅式基于振动的结构监测中，加速度响应是结构最为主要的响应物理量之一。应变是对结构损伤最为敏感的指标之一，传统的应变传感技术主要是电子式应变传感技术，包括电阻应变片、钢弦式应变计和PVDF压电传感器等。优点：质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布或者准分布式测量、使用期限内维护费用。智能传感技术位移传感技术为保证桥梁几何、刚度状态满足设计要求，桥梁在施工和使用过程中，均需进行关键截面的几何状态变形测试。激光测量微波雷达数字图像相关性解析激光定向直线传播，通过测量发射端和接收端的光程差来反算测点的位移变化激光对变形物体连续拍照，变形物体表面进行特征点标记，采用一定的相关算法对连续图像的特征点进行匹配追踪实现位移变化的测量依据相位干涉测量方法使用多幅合成雷达图像，这些图像对应不同时刻对相同区域的重复观测，根据雷达接收到的回波的相位差反演生成目标形变图数据分析方法数据预处理

由特征提取和特征选择构成，前者从原始数据中获取特征，后者去除其中冗余、不相关的特征。

桥梁结构健康监测数据分析中常提取的特征有频域特征、时频域特征、统计特征、力学特征等几类。特征工程模式识别数据清洗：数据噪声、长期趋势项、野值、失敏等数据错误。缺失值：不要求数据可忽略缺失值；反之进行数据插补。数据降维：降低随机变量的个数以提升后续效率、利于数据可视化。

同时利用多通道或多种传感器数据以得到更好的分析结果。

数据融合将非结构化数据与结构化数据综合利用，能够最大程度地发挥大数据的价值。数据融合

在损伤识别中表现为对损伤存在与否、位置、程度的判别方法.

在结构状态评估中则用于荷载模式识别、荷载效应分析、安全预警、传感器故障识别等问题。本章重点智慧桥梁概述桥梁BIM项目管理桥梁健康监测桥梁智能检测什么是桥梁检测？桥梁检测：通过专业技术人员利用特定的仪器、设备或人体感官，对桥梁结构的特性或性能进行检验测试的一种行为。外观损伤内部缺陷力学性能几何参数目视检查无损检测试验技术目视检查主要内容日常检查:桥梁检查车对全桥进行巡视检查。经常检查:偏重于结构性检查。定期检查:根据桥梁的运行年限定期对桥梁做比较全面的综合的检查，评定桥梁技术状况，判断桥梁的抗灾能力。桥梁检测制度目视检测技术智能巡检无人机对特殊桥梁，如悬索桥、斜拉桥、大跨高墩桥等特殊结构进行检测工作，近距离、高精度的对桥梁主体及附属设施的裂缝、缺损、剥落破损、锈蚀等病害进行影像的数据采集，便于后期对桥梁运行状况的数据分析。检测项目检测内容钢桁梁钢结构高强螺栓是否缺失、是否锈蚀、是否有其他异常索塔混凝土蜂窝麻面、露筋、剥落掉块、裂缝、避雷针完好情况节点板螺栓是否缺失、是否锈蚀、是否有其他异常高桥墩混凝土蜂窝麻面、露筋、剥落掉块及裂缝缆索是否锈蚀、涂装是否脱落、是否有其他异常常规检测盲区其他异常情况检测桥梁墩顶、支座等危险部位时，安全系数高，保证人员安全无需辅助措施，直接到达需检测部位，大大节省了费用传统检测难以到达的场所可轻松到达，保证了细致性和全面性经常性检查时，无需封闭道路，保证了交通正常运行及时性优点目视检测技术结构外观病害及变形图像识别技术3D摄影+基于机器学习技术的图像识别处理技术对桥梁结构表面裂缝、蜂窝麻面等病害进行检测，提高桥梁表观病害检测的效率、精度以及标准化程度，实现了检测盲区病害量化评估。无损检测技术射线检测超声波检测磁粉检测声发射缆索腐蚀断丝、钢结构疲劳裂纹孔道压浆密实度、隐蔽部位……射线的能量在经过被检测对象时会因为被检测对象本身的缺陷以及不连续性等造成衰减。利用胶片以及传感器收集到射线能量衰减后的结果，利用图像的方式将能量的强度、相位等信息显示出来。利用超声波经过不同的介质产生反射的特性，如果被检测构件内部存在裂纹、缺陷等情况时，会影响超声波的传播，从而在计算机屏幕上形成特定的脉冲波形，通过信号中特定的脉冲波形来检测构件中裂纹和缺陷的位置、深度等特征。构件在缺陷处材料不连续，而构件被磁化后缺陷处磁导率为空气磁导率，小于材料自身的磁导率，磁力线发生畸变，产生漏磁场，缺陷位置就会吸附、聚集到检测过程中所施加的磁粉，形成磁痕，就可以指示构件的缺陷位置。固体材料在内部产生或者外部施加的应力作用下，内部结构发生变化并且以瞬时弹性波向外释放能量，使得其周围的动态应变场发生变化，并由此产生机械扰动，通过对震源信号的处理分析来评价结构的损伤过程和安全状况现场试验技术频率和振型是桥梁结构的关键动力性能指标被广泛应用于桥梁结构的预警、损伤识别和状态评估。桥梁间接测量法可以基于过桥车辆的响应间接识别出以上桥梁结构的关键技术指标。现场试验是验证间接测量法理论可靠性最有效的手段。测量车系统由一辆具有单自由度的拖车（测量车）和一辆双轴牵引车组成。试验车辆车轴的左侧、中央和右侧分别安装有三个振动传感器。安装在车轴上方的中央传感器主要用于测量桥梁的垂直振动和频率，左右传感器用于检测桥梁的