萬賓科技大規(guī)模中小橋梁群結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用

改革開放以來，我國橋梁進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，中國在橋梁基礎(chǔ)、橋塔、纜索、主梁建設(shè)等工程裝備方面也取得了突破性的進(jìn)展，這些成就標(biāo)志著中國橋梁建設(shè)由"跟跑、并跑"向"全面領(lǐng)跑"邁進(jìn)。

▲ 2022年全國公路橋梁數(shù)量占比

01

中小橋梁運(yùn)營現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

隨著橋梁種類的不斷豐富、功能的不斷增多，橋梁的安全問題也日益凸顯，特別是中小型橋梁。至2023年6月，全國公路橋梁數(shù)量達(dá)到103.32萬座，而中小跨徑橋梁占到橋梁總數(shù)的83%，特大橋僅占0.85%。但由于分布廣、數(shù)量多，檢測養(yǎng)護(hù)頻度低，交通承載繁重，服役年限長，導(dǎo)致橋梁安全事故時有發(fā)生。

“2·22瀝心沙大橋橋梁撞斷事故”、“7·6恩廣高速大橋垮塌事故”、“6·8南雄橋梁坍塌事故”、“12·18鄂州高速公路橋面垮塌事故”、“11·1天津鐵路橋梁坍塌事故”給橋梁安全敲響了警鐘，凸顯出加強(qiáng)中小跨徑橋梁安全管理、提升橋梁健康監(jiān)測技術(shù)水平的緊迫性和必要性。

▲ 橋梁坍塌事故

02

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測解決方案

針對中小跨徑橋梁數(shù)量多、分布廣和成本受限問題，WITBEE?萬賓科技?橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)通過輕量化、移動化、分布式的智能結(jié)構(gòu)監(jiān)測儀器，以少量監(jiān)測儀器對區(qū)域內(nèi)不同橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)最大化性能指標(biāo)覆蓋，掃除區(qū)域內(nèi)監(jiān)測盲點和空白。通過現(xiàn)代通信技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至云端服務(wù)器，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。同時，系統(tǒng)采用智能化算法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，及時發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的異常情況，并發(fā)出預(yù)警信息，提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理，確保橋梁的安全運(yùn)行。

相較于傳統(tǒng)公路橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，新型公路橋梁健康監(jiān)測與安全預(yù)警云平臺具有高效、協(xié)議開放、彈性延展、極簡接入等功能，可實現(xiàn)公路橋梁運(yùn)行體征監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取的實時性和同步性，能夠更準(zhǔn)確反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況。

▲ 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖

▲ 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺示意圖

特別聲明：

萬賓科技致力于城市生命線監(jiān)測儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，文中涉及軟件系統(tǒng)皆為友商提供。

03

傳統(tǒng)與新型監(jiān)測技術(shù)對比

傳統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測終端采集方式、傳輸方式相對比較落后，數(shù)據(jù)采集多基于電纜進(jìn)行傳輸，傳輸策略耗費(fèi)時間且安裝費(fèi)用昂貴，同時存在一個單座橋梁監(jiān)測采用近百個傳感器的情況，其數(shù)據(jù)量龐大，導(dǎo)致橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)往往難以獲得理想的監(jiān)測結(jié)果，對突發(fā)事件的反應(yīng)不及時，給交通安全帶來了不小的威脅。

▲ 傳統(tǒng)橋梁監(jiān)測產(chǎn)品部署和運(yùn)維成本極高

▲ 新一代中小橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測儀器

04

智能云終端

創(chuàng)新集成12項結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測指標(biāo)

| 實時監(jiān)測位移、沉降、傾斜、加速度、振幅、頻率、地震烈度、動態(tài)平衡、人體舒適度、實時定位和溫濕度等12項指標(biāo)。

| AIoT開放平臺可選模型分析服務(wù)：

動撓度(結(jié)構(gòu)局部變形)、固有頻率(材料強(qiáng)度退化、結(jié)構(gòu)局部損壞和共振風(fēng)險系數(shù))、模態(tài)阻尼比(支座老化或損壞風(fēng)險系數(shù))、振幅(行車舒適度和超載抓拍聯(lián)動)等。

| 利用智能結(jié)構(gòu)診斷器擴(kuò)展接口或邊緣計算網(wǎng)關(guān)、智能振弦式采集儀，接入振弦式應(yīng)變、拉繩式位移、裂縫計、氯離子(表面腐蝕)、索力(拉索損傷診斷)、船撞報警等外部傳感器數(shù)據(jù)。

▲ 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備部署示意圖

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新型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)

1.智能云終端快速部署和遠(yuǎn)程運(yùn)維能力

智能結(jié)構(gòu)診斷器屬于一體化小型機(jī)，極簡安裝，即裝即用，上電即上云，可極大縮短施工時間和減輕維護(hù)量，降低使用成本，具備開箱即用、運(yùn)維簡單、高度集成邊緣智能分析等優(yōu)點，部署和運(yùn)維成本預(yù)期可下降 90%，可有效解決以往公路橋梁健康監(jiān)測傳感器低性價比、部署困難、運(yùn)維復(fù)雜、分體獨立、功能單一、信息孤島、無法認(rèn)知等問題。

2.實時的北斗高精度定位能力

智能結(jié)構(gòu)診斷器結(jié)合北斗地基增強(qiáng)微基站，具備實時的北斗高精度定位能力和高性能四星全頻測量接收能力，可支持北斗、GLONASS、GPS、Galileo 等 1.5 毫米級全球衛(wèi)星定位服務(wù)，水平精度±1.5 mm，高程精度±3 mm，高精度時間同步能力。

3.領(lǐng)先的無損結(jié)構(gòu)健康診斷識別技術(shù)

智能結(jié)構(gòu)診斷器結(jié)合結(jié)構(gòu)所處時空、環(huán)境和微振動特征樣本的無損采集技術(shù)，進(jìn)行宏微觀、動靜態(tài)和高精度監(jiān)測，利用多自由度微振動診斷算法和多層次分析發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)早期損傷與隱患，可使公路橋梁結(jié)構(gòu)健康診斷識別技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

4.高效的橋梁實時智能監(jiān)測水平

通過融合云平臺、大數(shù)據(jù)和智能物聯(lián)網(wǎng)，打造覆蓋公路橋梁“云-端-邊”實時智能監(jiān)測網(wǎng)，為合作伙伴的新型公路橋梁健康監(jiān)測與安全預(yù)警云平臺提供動態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可全面實現(xiàn)對公路橋梁運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、匯聚和分析，高效監(jiān)測公路橋梁的實時狀態(tài)和安全情況。

5.時變工作模態(tài)參數(shù)自適應(yīng)識別技術(shù)

通過高精度的三向加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)，為AIoT開放平臺提供橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。目前，AIoT開放平臺可選模型分析服務(wù)：動撓度(結(jié)構(gòu)局部變形)、固有頻率(材料強(qiáng)度退化、結(jié)構(gòu)局部損壞和共振風(fēng)險系數(shù))、模態(tài)阻尼比(支座老化或損壞風(fēng)險系數(shù))、振幅(行車舒適度和超載抓拍聯(lián)動)等。

▲ 北斗毫米級定位技術(shù)應(yīng)用

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相關(guān)政策

2024年3月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《推進(jìn)建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備更新工作實施方案》

明確，在地級及以上城市全面實施城市生命線工程，推動地下管網(wǎng)、橋梁隧道、窨井蓋等完善配套物聯(lián)智能感知設(shè)備加裝和更新，并配套搭建監(jiān)測物聯(lián)。

2023年11月，國務(wù)院安委會辦公室印發(fā)《城市安全風(fēng)險綜合監(jiān)測預(yù)警平臺建設(shè)指南(試行)》

明確以全面建成“能監(jiān)測、會預(yù)警、快處置”的城市安全風(fēng)險綜合監(jiān)測預(yù)警平臺為目標(biāo)，要綜合應(yīng)用多種技術(shù)手段，全面加強(qiáng)對涉風(fēng)險因素的實時監(jiān)測，包括橋梁安全、老舊房屋坍塌、水庫垮壩等。

2020年12月，《關(guān)于進(jìn)一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》

到2035年，公路橋梁建設(shè)養(yǎng)護(hù)管理水平進(jìn)入世界前列，公路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)全面建立，安全風(fēng)險防控體系基本完善，創(chuàng)新發(fā)展水平明顯提高，標(biāo)準(zhǔn)化、智能化水平全面提升，平均服役壽命明顯延長，基本實現(xiàn)并不斷完善管理體系和管理能力現(xiàn)代化。

2021年3月交通運(yùn)輸部發(fā)布《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實施方案》

推進(jìn)公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，增強(qiáng)長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測能力，是落實部《關(guān)于進(jìn)一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》的重要舉措。

▲ 推進(jìn)建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備更新工作實施方案