桥梁安全监测诊断系统简介(V2.0)[详细]

1、,桥梁安全监测诊断系统简述,针对桥梁安全运营管理量身定做的一种替代人工预测事故隐患的科学方法！,各种桥梁安全的“体检”监测规范已经被列入规范实施，但是，何时该进行“体检”一直管理者纠结的问题： 每年定期体检？显然不科学！ 感觉有问题？没有量化依据！ 把所有待体检项目物联起来？实践证明：设备和数据处理都行不通！ 事故 往往就发生在没有体检的刹那,我们的团队针对桥梁的结构特点及客户需求，精心设计出经济、适用、可靠的安全运营监测系统。 目标：弥补传统人工巡检的安全隐患，实现对桥梁安全运行的全时空、全生命周期的监测与管理。 核心服务：实时监测、及时的预测预警、定期的安全评估、定期的养护计划、突发事件的

2、决策辅助等,2012年哈尔滨阳明滩大桥，因车辆严重超载而导致匝道倾覆,我们将以桥梁结构为依据，客户需求为导向，整合专家团队和资源，不断创新，保障城市生命线工程的安全运营！,1,清华大学土木水利学院,清华大学合肥公共安全研究院,桥梁安全监测诊断系统简介,安徽泽众安全科技有限公司,2,目录,3,背 景,1,2,3,4,系统简介,关键技术,现有基础,公路交通路网布局：“五纵七横”12条国道主干线全部建成，覆盖城乡的公路交通网已初步形成，公路行业发展重心将逐渐由“新建”转向“管养” 桥 梁：作为大型公共基础设施（咽喉工程、生命线工程、百年大计工程），很大程度上支撑着现代城市的运营和发展,国家高速公路网

3、布局方案,中国桥梁数量增长趋势图,20世纪70年代后中国加入了世界现代桥梁建设的队伍，90年代随着高速公路发展进入发展期，21世纪进入鼎盛期 据2013年统计，我国公路桥梁达73.53万座，已超越美国成为世界第一桥梁大国。2020年将达到80万座。 保证公路桥梁安全运营是各地政府的重要责任之一,背景：公路桥梁现状分析,（单位：万座）,数量世界第一（美国60余万座） 2020年将达到80万座,4,注：06年后统计数据含农村公路桥梁,公路桥梁现状分析：桥梁安全形势严峻,5,危桥数量居高不下：交通运输部2010年对全国桥梁的统计显示，截至2010年，全国危桥数量达9.35万座，约占桥梁总数的14.4

4、%,中国危桥数量统计（注：06、07统计数据含农村公路桥梁）,中国危桥按道路等级统计,中国危桥按建造年代统计,自2001年起至2012年年底，全国共投入资金438.8亿元，改造危桥21610座，使危桥高发态势得到一定程度的遏制,事故频发：近些年，国内国外重大基础建设安全事故频发，据统计，国内不到两个月就会发生一起公路桥梁坍塌事件,公路桥梁现状分析：桥梁安全形势严峻,2014年国内桥梁倒塌事故统计（不含开裂变形/地方小桥/危桥及已加固/及没统计上的桥梁）,6,病害集中暴露区：建成投入使用的20-30年后，经济越发达，面临的问题越突出！ 现状：20世纪90年代及以前修建桥梁约占我国桥梁总数的40%

5、，我国40%的桥梁进入病害集中暴露期,一般大型桥梁设计的使用期为75-100年，而据上世纪90年代末的统计，中国只有40%的桥梁使用年限在25年以上 美国的统计显示，设计平均寿命为75年的桥梁实际使用寿命平均为40年左右。 德国对部分混凝土桥梁的统计也表明，使用25年以上的桥梁46%至少存在一处中等以上的缺陷,桥梁使用年限统计表,公路桥梁现状分析：桥梁安全形势严峻,7,竣工前垮塌的跨河桥,新建未使用拆除,交通超负载运营,爆炸,吊杆断裂,船只撞击,河南义昌大桥因运输烟花爆竹车辆爆炸垮塌,宜宾南门大桥发生悬索及桥面断裂，桥两端同时塌陷,九江大桥事件：运沙船偏离主航道航行撞击九江大桥导致桥面坍塌约2

6、00米,设计建造不规范,洪水冲击,河南伊河汤营大桥特大暴雨袭击整体垮塌,辽宁田庄台大桥桥板坍塌（自重30吨大货车载着80吨的水泥(限重15吨),湖南堤溪沱江大桥发生重大坍塌事故,桥梁事故的原因分类,桥梁事故原因分类,8,事故原因统计： 国内外700例桥梁事故统计显示：人为因素占81% 国内138例统计显示，除自然灾害外，设计施工不合理占30.4%；超载碰撞占28.2%,桥梁事故的原因分析,近年来桥梁事故基本情况： 公路交通量剧增，加快桥梁老化步伐，使桥梁事故呈上升趋势 载荷增加带来桥梁新的问题：载荷渐进型破坏 施工、使用、拆除阶段均有事故发生：施工阶段事故较多 桥梁事故带来较大的负面影响，事故

7、原因分析经验总结不够等,9,典型案例：阳明滩大桥坍塌，事件迅速占领了各大媒体的头版头条，成为国内舆论最炙手可热的话题，网上一片批评声,纽约时报：新大桥倒塌凸显中国基础设施堪忧 纽约时报：中国接连有大桥垮塌引发众怒 希望之声国际广播电台：哈尔滨大挢垮塌 豆腐渣再激批评声浪 BBC大家谈中国：大桥坍塌变成“无头案”？,专家观点：设计标准不够，存缺陷（这种独柱桥墩结构在理论上有先天性缺陷，极易倾覆）,桥梁事故：典型案例,10,国际舆论,桥梁结构衰减：桥梁结构承受各种自然环境及非自然因素的人为破坏，性能衰减呈不可逆性（美国联邦公路局调查结果：美国现有60余万座公路桥梁中约45存在缺陷！） 我国交通超载

8、现象的一般化以及“重建设轻养护”的现象十分严重，使得我国桥梁的损伤和老化的速度更加迅速,养护管理的必要性,桥梁养护必要性：有效的养护能减缓桥梁退化的速度，减少未来维修或加固的成本，并能延长桥梁使用寿命,11,根据国家交通部公路桥梁养护管理工作制度，提出桥梁养护要以“预防为主，安全至上”为管理方针，实施“统一领导，分级管理”明确责任主体，强化监管责任,养护管理的必要性,12,重建轻养”的现象仍较严重，桥梁出现病害后，再考虑如何修补，没有防患于未然,检测后，养护级别的确定主要依靠工程师的经验，没有形成一个标准（美国联邦公路局的调查表明，由人工目测检查做出的评估结果有 56%是不恰当的）,桥梁资料缺

9、失，资料管理混乱,大多来源于常规人工目测检查或便携式仪器测量，周期长、工作效率低、准确性差、安全性低等,维修决策过程中受经验的限制，缺乏对桥梁病害类型及其程度的定量化，经常导致桥梁养护及维修方案的不合理，最终使桥梁总体状况进一步恶化,目前养护管理存在的问题,桥 况 不 清 楚： 数据来源靠检测： 养护级别靠经验： 被 动 的 修 补： 病害分析欠量化：,13,解决方案：实时监测,20世纪80年代后期，桥梁监测系统开始应用于桥梁，通过对桥梁结构状态的实时监控与智能化自动评估 ，使桥梁管理人员对桥梁结构的当前状况有一个正确的认识，为大桥在特殊气候 、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，

10、为桥梁维护潍修与管理决策提供依据和指导 桥梁健康（安全）监测系统是国内外公认的桥梁监管行之有效的解决方案！,14,健康监测桥梁统计图(引自参考文献),治疗/,在对结构进行易损性分析的基础上，有目的的长期积累桥梁监测数据，用于结构损伤识别、成因判断、和趋势分析,连续性,各参数可同时采集，便于分析桥梁响应与载荷作用之间的相关性，及时掌握影响桥梁性能退化的关键因素,同步性,实时掌握桥梁结构动态、静态、环境、载荷等响应，及时预警，辅助应急决策,实时性,通过自动化采集方式，获取人工巡检无法获取的监测数据，并克服人工巡检无法到达、无法操作、人员安全等问题,自动化,桥梁监测系统是对常规的检查、检测和载荷试验

11、业务的重要补充，其不可替代性主要表现在人工巡检无法实现的连续性、同步性、实时性、和自动化四个方面,解决方案：不可替代性,15,尽早发现损伤能显著节约维修费用，并通过养护使桥梁结构始终处于良好的状态和较高的服务水平,出现劣化前消除劣化，可有效提高桥梁养护管理的效率,解决方案：实时监测系统利弊,通过实时监测，实施主动的维修策略： 能及时发现潜在病害，使结构始终处于良好的状态和较高的服务水平 减少未来维修或加固的成本，大大降低业主的经济投入 可以最大限度地延长结构物的服役年限 被动的维护： 虽然降低了养护维修的频度，但却需要会费更多的费用并导致结构的服务水平较低，并且不能保证结构物的寿命，从而降低了

12、业主资产的价值,16,系统简介：安全监测诊断,安全监测诊断系统：将传统的巡检养护与先进的实时监测系统有机结合，采用实时监测、定期检测及日常检查相结合的方法全面掌握桥梁的运行状态，消除现存检测和监测方法中的诸多不足,17,系统简介：监测方法,监测方法：采用“望、闻、问、切”，实时监测材料、环境、载荷等对桥梁结构性能的影响，全面掌握桥梁运营状态！,18,系统简介：针对性策略,针对桥梁现有养护管理系统不足，对症下药，提供针对性解决方案！,19,系统简介：基本思路,20,系统简介：系统架构,系 统 架 构,21,系统简介： 系统功能框架,传感器子系统,静态响应 动态响应 环境、载荷 视频,数据采集与传

13、输子系统,数据采集 数据调理 数据通讯 数据本地化存储,数据处理分析子系统,数据的接收 数据的预处理 数据存储,数据应用子系统,数据显示 数据二次处理（预警、评估、分析、决策辅助等） 数据推送服务,22,系统简介：硬件框架,系统硬件组成：,传感器子系统：各类传感器和专用设备 数据采集子系统：调理设备、采集设备、传感器电缆网络等 数据传输子系统：外场工作站机柜、设备机箱及网络传输设备及网络传输线缆 数据处理与控制子系统：服务器、监控终端，工作站及网络设备等 辅助支持子系统：包括外场机柜、外场机箱、配电及太阳能、防雷和远程电源监控等辅助上述系统正常运行的设备,23,巡检养护管理：为管养单位提供数字

14、化巡检管理和桥梁维修信息管理,预警管理：分析预警，根据预警的类型和等级做出对应的处理,桥梁监测数据管理：监测数据的接入、存储、处理、展示,桥梁信息管理：提供各种桥梁信息、档案资料的录入和组织、管理功能,安全评估管理：分析单桥健康情况，产生安全评估报告,决策辅助系统：与预警和安全评估关联，为桥梁养护提供辅助方案,设备运维管理：管理桥梁监测设备工作情况，维护维修、定期标定设备,系统管理：管理行政区划、组织机构、用户及角色权限、系统配置、系统日志等,查询统计：数据的查询统计管理，支持多形式展现,系统简介：系统业务,24,系统核心业务,实现对桥梁全时空的安全状态监测，系统能够实现：,服务对象,安全评估

15、,实时监测桥梁结构安全状态 在安全事故发生前提早预测预警 给出科学合理的桥梁结构安全评估 对于桥梁安全问题，提供决策辅助方案，辅助管理者合理处置 向相关部门提供实时、定期和非定期的信息推送服务,25,手持巡检智能终端/助手 日常巡检养护过程中对桥梁的各个构件进行检查，将数据和图片资料用终端记录下来，并通过统一数据管理功能把数据上传到远端服务器中，为后期的系统分析评估和桥梁维护报告提供依据,无人机巡检终端 通过遥控装置等控制无人机完成桥梁柱面、横梁或人员难以到达区域等结构面的拍摄取证，供专业人员分析桥梁状态，及时发现险情，极大减轻桥梁维护人员的工作强度，提高桥梁检测维护效率,移动车辆智能巡检终端

16、 车体平台通过搭载相应检测装置，能够直接在车辆行驶过程中采集道路相关所需检测的数据，通过车内数据中心进行实时采集或分析的数据传输到监控中心进行专业，得到所需的道路检测报告,针对桥梁巡检任务重、效率低的问题，提供智能巡检终端，方便桥梁巡检部门巡检,巡检辅助工具：智能巡检终端,26,关键技术：传感器优化布设,传感器优化布设,在所有自由度上布设传感器，无论在经济和施工难度上都不现实。如何利用将尽可能少的传感器反映最全面最真实的结构响应？ 计算机辅助工程的研究和发展提供了更多的智能分析方法和手段。通过建立有限元模型，运用模型分析和优化算法，得到传感器最佳优化布设方案以及科学的数据分析结果。,27,28

17、,关键技术：传感器优化布设,关键技术 - 反演分析,从桥梁上直接监测获得的位移、应变及加速度往往不能直接应用于桥梁结构损伤识别，而基于结构动力特性参数（频率、振型和阻尼等）进行损伤诊断。,结构性能反演分析,损伤识别反演分析,结构性能参数,模型比对分析,结构动力学特性参数,损伤识别、定位,如何通过系统获取的静态、动态、环境载荷等数据对桥梁结构损伤进行识别（基于结构动力特性参数的损伤诊断）,29,关键技术 - 多源信息融合分析技术,通过多源信息融合、分析，实现桥梁健康诊断、超限车辆识别、桥梁事故早期预警等功能,30,关键技术 - 数据处理,传感网络,实时监测的最大的问题之一就是大量的原始数据的及时

18、、有效的处理，从中提取后续分析有用的参数并能及时预警,31,关键技术 - 时钟同步,桥梁监测系统是基于网络的监测系统, 数据采集传输系统采用分布式异构网络架设，每个采集机、服务器等节点在各自的内部时钟上存在不同步现象 通过对数据采集传输过程进行时钟同步，才能使监测数据分析结果具有明确的物理意义，实现对桥梁结构状态的精准判别,32,建设内容,33,服务模式,根据桥梁的具体情况和用户需求，我们提供多种服务。,建设,维护,数据服务,34,队伍,在公共灾害防治科学理论、方法学、防控与应急管理及其综合集成等关键技术,在桥梁安全监测方面具有雄厚的技术实力和项目优势，尤其对监测桥梁安全的难点“反演问题” 等在国内相关技术领域中处于领先地位,作为清华合肥院的装备基地，在装备研发、物联网、软件开发、预警发布、系统集成、运维等方面有丰富的经验,清华大学 合肥公共安全研究院,清华大学 土木系,安徽泽众 安全科技 有限公司,已有研究基础与研究条件：队伍,35,强强联合，打造城市生命线运营监测的旗舰团队！,环巢湖路跨南淝河大桥 主桥：双塔单索面塔梁固结矮